曾經的第九大行星，會再次成為行星嗎？

1930年，天文學家在太陽系內發現了第一個超越海王星的新世界——冥王星（pluto）。

過去，有許多人在最初接觸天文學知識時，都被告知冥王星是太陽系的九大行星中離太陽最遠、最孤單的那顆，想必它也因此成為許多人心中最愛的那顆行星。

△ 當我們將太陽系中已知的天體依次排序時，四個靠近內部的岩石世界和四個靠近外部的巨型氣體世界脫穎而出。

| 圖片來源：NASA's The Space Place

然而，在76年後，天文學家卻決定將冥王星踢出行星行列。

它與穀神星（Ceres）和柯伊伯帶（Kuiper belt）上其他一些天體的命運一樣，都被編入矮行星的行列，太陽系的行星數量因此回落到了八個。

但到了2017年，一個科學家團隊提出了對行星新增的一個新定義[1]，這一舉措或許將把冥王星重新拉回到行星行列。

Alan Stern 和 David Grinspoon 在一本關於新視野號任務和「行星」冥王星的新書中支持了這一定義。

△ Clyde Tombaugh 在1930年發現冥王星的原始圖像。

| 圖片來源：Lowell Observatory Archives

回到2006年，當時的國際天文學聯合會（IAU）做了一件從未有人做過的事，他們要對天文學中最古老的術語之一——行星——進行科學定義。

這是因為科學家在柯伊伯帶以及更遙遠的地方發現了越來越多的海王星外天體，再加上一些其他的原因，使其原來不勝明確的定義受到抨擊。

在那些新發現的天體中，有一些比冥王星還大，還有一些則是在太陽系之外的其它恆星周圍被發現的。

而接踵而來的問題便是，所有這些新發現的天體都是行星嗎？還是只有部分是？或是一個都不是？那冥王星是嗎？IAU提出的定義似乎引發了許多的爭議，很快就被證明它們並不充足。

△ 圖中顯示了大型海王星外天體的相對大小、顏色和反射率。

2015 RR245與Varuna的大小大致相同。

如果冥王星是一顆行星，那麼這些天體以及其他約100多個天體也將同樣如此。

| 圖片來源：Wikimedia Commons users Eurocommuter, Chesnok and Lasunncty

IAU在2006年給出的行星定義有三點：

1. 行星必須具有足夠大的質量來克服固體應力以達到流體靜力平衡的形狀（近於球形）；

2. 行星的必須繞著太陽運動，而非其他物體：即地球是行星，但月球卻不是。

3. 最後，它必須清除其軌道上的其他天體，這意味著在相同的軌道上不能有其他相對較大的天體：即火星是一顆行星，但小行星和柯伊伯帶上的天體則都不是。

因此，根據這個定義，由於冥王星還未清空其軌道附近的區域而被降級為矮行星。

△ 太陽系中的八大行星和幾顆「矮行星」。

放棄「清除軌道」這一要求將會讓柯伊伯帶和奧爾特雲上的大量天體、以及潛在的許多衛星和一些小行星都被視作行星。

| 圖片來源：NASA

對於研究太陽系的天文學家而言，這並沒有什麼問題。

對於天文學而言，這八顆行星具有與其他所有星球都不同的特徵。

它們由一個相似的、且相同的形成歷史聯繫在一起；它們對太陽和太陽系中其他天體的運動影響，比其他任何天體都更加顯著；它們會反射更多的陽光；從引力角度看，它們在太陽系中占引力的主要部分。

從許多角度來看，八大行星似乎就是適當的數字。

但是，有另外三個不同的群體對這一定義非常不滿，他們分別是系外行星天文學家、星系天文學家和行星科學家。

系外行星天文學家有一個非常具有說服力的論點。

為什麼非得是繞著我們自己的恆星——太陽——公轉的天體，才可以被歸類為行星，而繞著其他恆星的天體卻不能？這看起來是2006年的一個巨大疏漏，那時，距離我們發現系外行星已有十多年了。

事後給出的理由是，無法確定一顆離我們那麼遙遠的行星是否已經清除了運行軌道。

這一理由在2006年或許還能說得過去，但在9年後，加州大學洛杉磯分校的 Jean-Luc Margot 教授設計了一個通用的行星測試，天文學家可以不需要藉助任何太空飛船就能定義某天體是否是行星！他們能遵循的只是以下三個簡潔易測的參數：

1. 行星的質量；

2. 行星繞母星公轉的距離和周期；

3. 行星系統的壽命。

通過這三點，就能以優於99%的精確度來判斷一個天體是否滿足IAU對行星所設立的三個標準。

△ 如果要根據IAU的標準來判斷一個天體是否為一顆行星，那麼它只適用於太陽系中的行星，再無其他。

然而，通過觀測那些遙遠天體的質量、軌道參數和「太陽系」的年齡，我們就能判斷一個天體是否滿足IAU的定義。

| 圖片來源：http://arxiv.org/abs/1507.06300

很顯然，太陽系中的八大行星都符合，而小行星以及柯伊伯帶上的天體就不符合。

有趣的是，如果繞太陽公轉的只有月球，而不是地-月系統，那麼月球將剛好在行星與非行星之間的邊界上徘徊。

但是，這時星系天文學家又站出來抗議了，因為星系中還存在著一些流浪行星呢。

對於那些自誕生之時就沒有母星、或出於某種原因而被「驅逐」出太陽系，從而根本沒有母星可繞之公轉的天體，它們就不是行星了嗎？

△ 有著各種各樣奇異起源的流浪行星。

| 圖片來源：Christine Pulliam / David Aguilar / CfA

這是一個棘手的問題，因為從某些層面上看，天文學就像房地產一樣——幾乎位置就是一切。

假如水星位於木星的距離上，它就永遠不能清除它的軌道，因此也就不能獲得行星的「頭銜」。

如果地球出現在奧爾特雲的某處，那地球也無法被稱為一顆行星。

然而，這麼多非行星世界都被我們稱之為加著前綴的「行星」，比如矮行星、流浪行星和系外行星。

在早期階段，我們還有原行星和星子。

但是，在某種程度上，難道它們都不是行星了嗎？

△ 圖中顯示了大小在10,000公里以下的天體包含了2顆行星、18或19顆衛星、1或2顆小行星，以及87顆海王星外天體，其中大部分還沒有名字。

| 圖片來源：Emily Lakdawalla

一些行星科學家將這一論點推至極端。

他們認為位置應被忽略，並且如果你是一個大到足以使自己維持在流體靜力學平衡狀態的天體，那麼恭喜你——你就是一顆行星。

正如在上圖中所看到的，這意味著假如我們觀測太陽系中直徑在10,000公里以下的天體，發現的行星就不止兩顆（即火星和水星），而是109顆。

在這種情況下，隨著我們今後在柯伊伯帶、或奧爾特雲處發現越來越多的天體，行星的數量將還會進一步地飆升——或許會是成千上萬。

△ 2015 RR245的運行軌道與幾個氣體巨星以及其他已知的柯伊伯帶上的天體相比。

可以看出，與柯伊伯帶中的其他天體相比，冥王星顯得無足輕重。

| 圖片來源：Alex Parker and the OSSOS team

我承認，他們提出的觀點在某些方面是有其優點的。

當我們談論一個天體的地質、大氣和地球物理學屬性時，實際上我們就是將它們都看作行星，並且將對這些世界進行的研究稱為行星科學。

當我們談論這些世界的氧氣含量、地殼、組成、或可居住可能性時，我們毫無疑問地稱這些可測量的量為「行星屬性」。

僅在冥王星上，我們就知道它有雲層、天氣、雪、山脈、山谷、地質層、甚至還可能有地下海洋；它有五個衛星；它繞自己的軸自轉；它有白天和黑夜、還有季節。

如果忽略它的天文位置，那它就是一個徹頭徹尾的行星。

△ 色彩增強過的冥王星和冥衛一圖片。

冥王星結冰的地表只是故事的一部分；冰面下方的深處隱藏著次表層海洋。

| 圖片來源：NASA/JHUAPL/SwRI

但是，另一方面，我們必須忽視所有將冥王星視為行星的天文學。

這才是我們需要問的問題：一個物體在太陽系中的位置能否決定它是不是行星？是不是只有天體本身的內在屬性才重要？我們是否應該完全忽略行星與太陽系、恆星、它們的形成、以及引力之間的聯繫？

有人說，如果不將冥王星，或小行星、彗星、衛星等稱為「行星」，我們對它們的興趣就會減少。

我並不贊同這種論調。

地球物理學的定義與天文學定義一樣含有許多模稜兩可之處：如果土星失去了它的氣體，那剩下的圓形核心仍是一顆行星嗎？

一個簡單的事實是，當冥王星最初被發現時，對它的分類就是錯誤的；它與其他八個行星從來不在相同的地位。

2006年IAU採取的舉措是一次不完備的修復嘗試。

但 Kirby Runyon 和 Alan Stern 等人現在所採取的舉措則是朝著相反的方向：它邁向了更混亂、更大的錯誤，這會讓一個定義變得毫無意義。

有人想要不顧一切地保住冥王星的行星地位，為此他們寧願給每顆大到足夠呈圓形的衛星、小行星和冰球，都賜予行星的標籤。

還有一部分人，認為只要這個天體的質量夠大就可以稱為一顆行星。

但還有一部分人認為（包括我），一個天體在宇宙中的位置與它是什麼密不可分。

宇宙中沒有什麼東西是存在於真空之中的，無論它是行星、衛星、小行星、彗星、柯伊伯帶的天體、還是奧爾特雲的天體，它所處的位置決定了它大部分的屬性。

如果有人想忽略所有的這些，並宣稱——「圓形就意味著是行星」，我認為是不可行的。

與大多數事物一樣，在行星身份問題上，完整的科學故事要更有趣得多。

文：Ethan Siegel

譯：不二北斗

參考連結：

[1]https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/1448.pdf

原文標題為「You won't like the consequences of making pluto a planet again」，首發於2018年5月8日的Forbes。

原文連結：https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/05/08/you-wont-like-the-consequences-of-making-pluto-a-planet-again/#bdd9aae34223。

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