## 冥王星为何应（再次）成为行星的科学依据

此前，国际天文学联合会（IAU）首次对行星做出定义，将冥王星及所有其他矮行星排除在外。当下，是否到了做出改变的时候？

冥王星及其五颗卫星，图中是哈勃望远镜拍摄的合成马赛克图像。它最大的卫星卡戎，由于与冥王星相对于其他冥王星卫星的亮度差异极大，必须用完全不同的滤镜与冥王星一同成像。为了清晰呈现这四颗较小的卫星，拍摄它们围绕这个双星系统运行时的曝光时间要增加1000倍。尼克斯和许德拉是较早发现的，刻耳柏洛斯和斯提克斯则是之后发现的。这五颗卫星可能是由一次古老的碰撞形成的，而非原位形成或引力捕获的结果。图片来源：美国国家航空航天局、欧洲空间局及SETI研究所的M肖沃尔特。

冥王星被发现后，曾在很长一段时间内被公认为太阳系的第九大行星。不过，后来人们发现了更多海王星外天体，其中包括一些体积较大的。如今，我们已知的海王星轨道外太阳系天体超过五千个，其中包括约一百个矮行星：其质量足以达到流体静力平衡。尽管太阳系的结构一直如此，但我们探测过的那些天体表现得与行星非常相似，具有许多共同的特征和演化过程。这就是为什么我们或许应该修改国际天文学联合会的定义，将冥王星纳入其中。

此前，国际天文学联合会——负责诸多官方天文事务（包括天体命名与分类）的全球管理机构——采取了一项前所未有的举措：正式定义行星一词。这项争议性举措的参与成员仅占该组织成员的极小一部分，且明显缺乏许多顶尖行星科学家和行星天文学家的参与，它提出了区分行星与非行星的三项标准。

一方面，有很多充分的理由去喜欢并支持这一定义，因为它清晰地区分了太阳系内获得行星地位的八个天体——大行星——和其他所有天体。不过，也存在大量极其有趣的天体，它们：

处于流体静力学平衡状态， 是矮行星， 是其他行星或其他矮行星的卫星， 存在于小行星带、柯伊伯带或奥尔特云中， 或者完全位于太阳系之外。

这些远不止我们的八颗经典行星。许多行星科学家在专业文献中，常常使用行星一词来指代所有这些天体，不过目前在官方层面上并非如此。

这里展示的四颗最大的小行星均由NASA的黎明号任务和欧洲南方天文台（ESO）的SPHERE仪器拍摄过图像。谷神星作为最大的小行星，是已知处于流体静力学平衡状态的最小天体。灶神星和智神星不处于这种状态，但许癸厄亚星尽管质量较小，密度却低得多，可能处于该状态；其状态尚未确定。图片来源：NASAJPL加州理工学院UCLAMPSDLRIDA；欧洲南方天文台

你上方看到的天体谷神星，与小行星带中接下来的三个体积最大、质量最重的天体一同展示。谷神星尽管大多数人不这么认为，但它曾是太阳系最初的第八大行星。它由朱塞佩皮亚齐发现，如今已知是小行星带中体积最大、质量最重的天体，也是唯一被明确证实处于流体静力平衡状态的天体。在发现它时，皮亚齐注意到它并非固定的恒星，而是每夜都会改变位置，随后他给同为天文学家的巴尔纳巴奥里亚尼写了如下信件，信中流露出对自己所见事物的期待与不安。

我曾宣布这颗星是彗星，但由于它没有任何星云伴随，而且其运动如此缓慢且相当均匀，我曾多次想到它可能是比彗星更好的东西。但我一直谨慎地没有向公众提出这个假设。

谷神星事实上最初被认为是一颗行星，尽管很快就有其他与太阳距离大致相同的天体被发现。帕拉斯由海因里希奥尔伯斯发现后，朱诺和灶神星也相继被发现，之后Astraea也被发现，此后发现速度加快。一段时间后，已知的小行星数量达到几十颗，再后来超过了100颗。小行星带这一术语在19世纪中期开始流行，天文学家不再用行星一词描述这些天体。到20世纪20年代，已知小行星数量已超1000颗，不过谷神星至今仍是其中最大、质量最重的，约占小行星带总质量的40%。然而，20世纪20年代末发生的一件事，再次改变了我们对太阳系的认知。

这张双重图像展示了同一星空区域的两张连续照片，正是这些照片促成了冥王星的发现。通过使用一种名为闪烁比较仪的设备——人们可以瞬间在两张图像之间切换——两张图像之间的任何差异都能清晰地被肉眼察觉。克莱德汤博使用这种设备和这两张图像，首次发现了冥王星。图片来源：克莱德汤博洛厄尔天文台。

很久以前，天王星的运动之谜促使人们预测其轨道之外存在一颗巨大行星，该行星的引力必定对天王星产生了影响。数十年后，对海王星轨道的观测显示出类似的异常，许多天文学家开始认为海王星轨道之外可能存在第九行星。后来，克莱德汤博使用闪烁比较仪（上图），在预期存在该类天体的区域进行天空观测，发现了一个遥远、暗淡的移动天体，也就是我们今天所知的冥王星。

黑洞和中子星会加速其周围的物质，是极高能现象的来源，它们源于大质量恒星的死亡。这些恒星遗迹是先前几代恒星存在、死亡并丰富星际介质的最后遗留证据，科学家曾对首批系外行星的发现感到惊讶。

在国际天文学联合会（IAU）提出相关定义时，人们已取得更多新发现。径向速度（或称恒星摆动）法已被用于发现超过100颗系外行星，美国国家航空航天局（NASA）当时正为后续发射的开普勒任务做准备，该任务后来探测到数千颗新系外行星。卡西尼任务抵达土星后，带来了关于土星及其卫星和环系统的前所未有的新发现。海王星以外发现了数百个新的太阳系天体，包括厄里斯、妊神星、夸欧尔和鸟神星，以及冥王星的额外卫星尼克斯和许德拉（后续还发现了Kerberos和Styx）。

新视野号是一艘执行雄心勃勃的飞越任务以探索冥王星的航天器，它发射时便已知晓需要九年时间才能抵达其主要目标——当时太阳系九大行星中最靠后、最遥远的那颗。

国际天文学联合会曾就行星的关键特征考虑过多种定义和标准。一颗天体能否围绕另一颗行星运行同时自身仍是行星？达到流体静力平衡本身是否足够？系外行星是否会被包含在内？成分或位置是否重要？最终，国际天文学联合会在某次会议最后一天仅有极少数参会者在场的情况下，选定了我们如今都熟悉的三条标准：

当尺寸阈值为10000公里时，太阳系内的天体看起来是圆形的，它们在自身引力和旋转的共同作用下达到流体静力学平衡。然而，当行星半径低于约800公里时，流体静力学平衡甚至圆形都不再是必然的。太阳系中有超过100个天体处于流体静力学平衡状态，包括小行星、卫星、行星、矮行星以及柯伊伯带和奥尔特云天体。

对于这些标准中的任何一个，都可以提出许多反对的论点，同样也可以提出选择替代标准的类似论点。但最大的问题，无论如何，是我们在尝试为任何语言中的任何类别设定定义线时总会遇到的同一个问题：告诉人们如何使用一个术语很少会影响他们实际使用它的方式。

太阳系中的天体——行星、卫星、小行星、柯伊伯带天体、奥尔特云天体等——与太阳大约在同一时间形成：它们都来自同一团原太阳星云的物质。这些天体是由太阳周围物质中产生的引力不稳定性形成的，其密度和成分与它们最初形成时距离年轻太阳的距离有关。

有些行星可能被弹出了。有些行星可能发生了碰撞，或者被抛入了太阳。有些卫星由巨大撞击形成，有些则形成于围绕其母行星的行星环盘，还有一些卫星在别处形成后被引力捕获。或许最重要的是，我们直到近年才发现这一假说——太阳系历史上行星可能发生过剧烈迁移，它们现在的位置未必与形成时的位置一致。

长期以来，恒星系统中与经过的大质量天体以及行星或星子等其他物质团块的引力相互作用，可能导致恒星系统和行星系统中的大型天体（包括整个行星）发生瓦解甚至被逐出。在对太阳系未来漫长时间的模拟中，约1%的模拟结果显示，由于这些引力不稳定性，一颗或多颗内行星会被逐出；而对早期太阳系的模拟表明，曾经存在过第五颗巨行星，且很久以前就被逐出了。

这种情况引发了大量抱怨，抱怨者是那些在如何定义行星的争论中本应拥有重要话语权的人：即研究行星本身的科学家，包括行星天文学家、行星地质学家和行星科学家。以下是这类抱怨的一个简短（非详尽）清单。

物体当前的位置为什么重要？行星是具有特定属性集合的天体，其内部固有属性不会因位置而改变。 如果一个曾被视为行星的物体被另一颗行星捕获或被逐出其母星系，它为什么要失去行星地位？如果我们早期太阳系中曾有第五颗气态巨行星在很久以前被逐出，若我们设法找到它，它会不再是行星吗？ 为什么达到流体静力平衡且具有许多与大行星相同关键属性的矮行星本身不被视为行星？国际天文学联合会曾收到的一项替代提案本会将矮行星纳入行星范畴，这样谷神星就会成为太阳的第五颗行星——位于火星和木星之间。 还有，轨道清空为什么被认为重要？如果把地月系统换成只有月球，它仍会清空地球的轨道；如果把水星移到海王星的距离，它就不会清空其轨道。然而，一颗类似水星的行星，即使在海王星的距离上，也会非常有趣。

我们对太阳系天体的研究越深入细致，这个定义就越显得不尽如人意。

矮行星谷神星（如图所示）是小行星带中最大的天体，也是目前已知唯一确定处于流体静力学平衡状态的天体。它由朱塞佩皮亚齐发现，最初被归类为行星——当时太阳系的第八大行星，如今已知其质量约占小行星带总质量的40%。

我们已经近距离探访了太阳系中的许多天体，并且通过多种方式改变了以往人们所了解的相关认知。

通过NASA的黎明号任务，我们对谷神星和灶神星进行了探测，确认谷神星富含水分，发现其表面存在高反射率的盐滩，确定谷神星拥有产热核心，并发现谷神星有一层稀薄但富含水蒸气的大气层。 卡西尼号对土星卫星泰坦进行了迄今为止最精准的测量，泰坦是（与木星的木卫三一起）仅有的两颗比行星水星还大的卫星之一，并且发现它拥有浓厚的大气层，其表面大气压实际上高于地球表面大气压，主要由氮气和甲烷组成。在太阳系所有类地天体中，只有金星拥有更浓密、更厚的大气层。 NASA的朱诺号任务一直在探索木星，揭示了木卫一不断变化的火山表面、富冰木卫二的表面细节、巨大富水木卫三的磁数据，并且至少近距离飞掠过这三颗天体各一次。 而新视野号最著名的成就或许是飞掠过冥王星，确认它有且仅有五颗卫星，发现了冰雪、大气雾霭、多种地形类型，并暗示在其表面存在的至少三种流动冰之下，可能有一个厚厚的地下海洋。

换句话说，我们发现这些天体中许多（目前没有一个被定义为行星）都具有大量有趣的行星特征。

冥王星及其最大卫星卡戎的这幅合成图像，基于新视野号探测器飞掠冥王星行星系统时拍摄的照片。卡戎的外观与冥王星截然不同，但两者都以正确的相对大小和反照率呈现。冥王星表面特征显示出近期变化的迹象，这表明下次我们以这种精度对冥王星进行成像时，它可能会呈现出显著不同的外观。 图片来源：美国国家航空航天局、应用物理实验室、西南研究院

有足够的引力达到流体静力平衡——或者克服那些在较小天体上决定其形状的电磁力——这些天体与行星以及彼此之间的共同点远多于它们那些不那么显著的差异。如果一个天体凭借自身的固有属性能够达到流体静力平衡，那么以下这些现象似乎是不可避免的，甚至可能是普遍存在的。

它们会有一个由岩石和金属混合而成的行星核心，这个核心会沉到该天体的中心。 这个核心主要会被太阳系形成时遗留的原始物质包围，这些物质可以是岩金属、冰岩，或者冰、岩石和金属的混合物。 其表面可能有极其丰富的地形，至少有一种挥发性物质（水、二氧化碳、氮气、氢气等）的液体可能存在于表面（在大气层足够厚的情况下）或表面之下，包括当表面覆盖着冰层时。 如果存在大气层，这个星球上可能会有某种形式的天气和降水，其形式多样，从雨雪到晶状钻石、宝石，再到某些类型的岩石和火山灰都有可能。

这些是行星科学家研究、试图测量和理解的诸多性质，并且它们在几乎所有达到流体静力平衡的天体中都很常见。尽管它们的成分和位置差异极大，但大行星、矮行星和大型卫星的内在性质彼此之间有很多共同点。

新视野号观测到的地质特征和获取的科学数据表明，冥王星表面之下存在一个环绕整个星球的地下海洋。冥王星冰壳的不同区域发生碰撞时可能会出现板块状活动，还可能存在抬升和俯冲现象——这一点可能与许多表面和地下含有大量水的天体有共同之处。冥王星的地下海洋规模很大，但所含液态水仍不如地球多。

此外，我们现在对系外行星的了解比20年前多得多，目前已知的系外行星数量已达数千颗，分布在数千个行星系统中，我们甚至还发现了一小部分但不断增长的流浪行星（有时被称为孤儿行星）：这些行星没有母星，是通过直接成像、微引力透镜和凌日法发现的。

如果你坚持认为位置、轨道特性和轨道清除能力都是决定一个天体能否获得行星地位的因素，那么我们已知的每一颗行星，如果被引力从其所在的恒星系统中弹出，都将完全失去行星地位。同样地，如果这些流浪行星中的一颗被一颗经过的恒星捕获，只有当它被捕获后开始在某个距离阈值以下运行时，才会晋升为行星。

虽然我们现在对太阳系的了解确实比之前某个时候要深入得多——当时我们对行星做出了这个有争议的定义——但事实是，研究这些天体的群体在提及它们时都称它们为行星：包括大行星、矮行星，以及所有大到足以通过自身引力形成流体静力平衡的卫星。显然，无论初衷多么良好，我们当初制定的那个定义并没有让研究这些天体的科学家们遵守它。

候选流浪行星CFBDSIR2149在红外图像中显示为一颗气态巨行星，它能发射红外光，但不围绕任何恒星或其他引力体运行。它是已知的仅几十颗流浪行星之一，之所以能被发现，是因为其质量足够大，能自行发射红外辐射。迄今为止，直接成像、微引力透镜和凌日法是成功发现流浪行星的仅有的几种方法。 图片来源：ESOP.Delorme

此前，我从科学角度论证了应将冥王星保留为矮行星，不应将其（或任何卫星、矮行星）提升至行星地位，而将该地位留给我们熟知的八大行星。当然，天文学和行星学界有许多人对当前定义非常满意，并愿意维持这一定义。

但也有许多人对此不满，他们更希望有一个与文献中该术语实际使用方式更一致的定义。正如这里所阐明的，有许多理由——你可以自行判断其价值——让人们拒绝当前国际天文学联合会（IAU）的定义，并将所有处于流体静力学平衡的天体同等对待：作为它们本质上的行星天体，或简称行星。

有一种简单的重新定义或许能让所有人满意：扩展当前行星的定义，将矮行星包含进来——我们如今所说的行星将成为行星的一个特殊类别，称为主行星或经典行星，而所有达到流体静力平衡的卫星和太阳系天体也将成为矮行星。我们目前称为行星的八个天体确实是太阳系行星体中的一个特殊子类，但就宇宙中存在生命的可能性而言，矮行星仍有可能是未来某天能发现生命的大多数地方。或许我们的定义应该随之演变，以反映我们不断增长的知识体系。

科学与技术天体物理学天文学太空探索天体生物学

BY: Ethan Siegel

FY: AI

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