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“行星”定义出了问题
行星可以说是我们最耳熟能详的天体了,我们所居住的地球就是一颗中等大小的行星。到20世纪30年代,科学家确认我们的太阳系有九大行星,从此之后,这一数字成为全世界人们的科学常识。
但到了21世纪初,太阳系到底有几颗行星竟然成了一团迷雾。2006年,天文学家在距离太阳150亿千米之外的边缘地区发现了一颗比冥王星还大的星体,称为“Eris”(中文称为“阋神星”),这个星体算不算行星?科学家们开始争论不休,有人说,不但阋神星不算行星,冥王星也不能算是行星,太阳系只有“八大行星”;但也有科学家认为,不仅冥王星不应被开除出行星行列,阋神星和其他更多新发现的天体也应该加入到行星行列来,因此,太阳系可能有“十大行星”、“23大行星”、“39大行星”甚至更多。
究其原因,是“行星”这个词的定义引起了大麻烦。我们一般都知道,行星就是围绕恒星公转的大型天体。但是,随着宇宙观测的不断深入,许多形形色色的天体被发现,它们绕恒星转动,尺寸不一,有的甚至是木星的好几倍大,有的比地球的卫星月球还小。这些天体是行星么?行星到底该如何定义?问题的答案将影响我们对太阳系形成过程的理解、对地球如何演化的预测以及寻找宇宙中其他生命的可能性。看来,这确实是一个大问题。
“轨道定律”不再准确
如今,科学家已经在太阳系外探测到了上千颗行星,这个数量还在不断增加。它们绝大多数都是围绕着各自的恒星公转,那么,围绕恒星公转是不是行星的必备要素之一呢?
我们知道行星运动的轨道大都非常稳定,但并不是一点变化都没有。约45亿年前,大量宇宙尘埃和气体向太阳系中心位置塌陷,太阳由此诞生,而行星则是在太阳诞生大约1000万年后才开始出现的,那时的太阳系处于非常混乱的状态,行星的运动轨道在很长时期内并不稳定。由于原木星的质量非常的巨大,任何原行星运动到原木星附近时都会受到其引力的影响,其中一些较小的原行星有可能会被抛出太阳系。
电脑模拟显示,这种事情不仅会发生在太阳系,同样也会发生在其他恒星系。天文学家相信:我们的银河星系充满着杂乱无章的被喷出的“流浪行星”,这些“星际流浪汉”早已经远远地离开了恒星的怀抱。这个预言很快得到了验证。2012年11月,加拿大蒙特利尔大学的天文学家首次发现了一颗不围绕任何恒星运动的行星。这颗名为CFBDSIR2149的行星的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的“年轻”行星。CFBDSIR2149不围绕任何一颗恒星运行,不受任何引力束缚,在茫茫宇宙中,它称得上是“无家可归”的“孤独”行星。
看来行星并不一定要围绕着恒星运动,那么多大的、什么样形状的天体才算是行星呢?
“又大又圆”并不保险
太阳系里大大小小的天体成千上万,较大的是不规则的球形,较小的则奇形怪状。我们一般认为行星都是“又大又圆”的,那些奇形怪状的都不算行星,顶多算是小行星。这样定义行星合适不合适呢?
为什么天体通常遵从“越大越圆”的规律呢?问题的关键在于天体自身的重力。当一坨物质聚集到一起的时候,可以定义一个质心,质心外的物质受到重力的影响不断向质心聚拢,长期作用的结果,就使这个物体变成了球形,因为这个时候质心对表面各个地方的力均等了,就不再变形了。再者,从能量的角度看,同样的一块物体,球形的表面能最小,最稳定。
对于太空中的小天体来说,它们之所以外形怪异,就是因为自身尺寸太小了、质量太轻了。对于一个岩石构造的天体来说,当尺寸仅为数十千米时,就可能因为自身的重力不足以克服物质的强度,其上的物质不会向内坍缩而变成球形。当天体尺寸开始变大时,重力也越来越大,这时天体表面较宽松和不牢固的地方受到重力作用开始下滑,天体表面的灰尘也会越来越多的堆积到凹陷的地方。当天体尺寸超过数百千米的时候,天体内部也不能抵挡得住巨大的引力,开始像粘稠的液体一样流动,经过这样的坍缩过程,天体最终达到一种平衡状态,天文学家称之为流体静力学平衡状态。在理想情况下,流体静力学平衡状态导致天体的形状成为一个完美的球体。
天文学家通常认为,达到流体静力学平衡状态的球形天体,是区别行星和小行星的分界线。但是,不同的物质达到球形的状态是不同的,冰和岩石很容易变形,当太空中的一个大冰球或大石头的直径超过1000千米时,它们将会变成球形或者接近球形。而一个以金属为主的天体,由于抗压能力比岩石强,其直径超过1000千米时,形状仍然很可能是不规则的,成不了球形。问题来了,一个1000千米的冰块天体可以被视作行星,但同样大小的金属天体则可能因为不够圆而不能过关。由此可见,以够不够圆作为标准来定义行星是不太妥当的。
除了尺寸之外,还有其他影响天体是否是球形的因素,比如自转。天体自转可以使赤道凸起。土星是太阳系中密度最小的行星,同时也是自转速度最快的天体,其赤道比绕两极的圆环要长10%。从照片上看,土星看起来非常的圆,但那是因为它的环切断了我们的视角,将环擦去,土星明显是一个椭球。虽然不太圆,但没人敢说土星不是一个行星。由此看来,自转会使问题复杂化,天体由于自转可能会变形,但它仍然处于流体静力学平衡态。
实际上,在我们的太阳系里,上百万的天体中只有极少数可以看成是球形。除了太阳、八大行星、19个卫星(包括月亮)之外,另外一些球形天体存在于遥远的柯伊伯带中,比如小行星带质量最大的天体之一——灶神星,几乎是圆的,它究竟算不算行星呢?科学家们争执不断,莫衷一是。
不要“定义”,要“概念”
2006年,国际天文学联合会召开了一次会议,对行星做出了新的定义。这一定义包括以下三点:1.绕太阳运动;2.质量必须足够大,来达到流体静力学平衡状态,成为球形;3.必须能清除其轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。很多天体满足三项标准中的两项:如果绕其他恒星转动则称为系外行星;如果太小而不能清除自身轨道则称为矮行星,比如冥王星。因此,也就是在那次会议上,天文学家们把冥王星开除出了行星家族。
实际上这种定义并令人不满意,至今,有关行星定义的讨论仍然如同政治分歧一般充满争议。其实,我们有解决问题的更好办法,就是只要概念,不要定义。我们有关于恒星、物种或者陆地的总体印象,但是如果我们试着去定义它们,我们就惹上麻烦了,特别是在自然界模糊的边界处讨论。所以不如让我们先好好想一想,为什么要纠结行星定义?当人们研究一个对象时,你可以给它贴上任意多的标签。比如蜥蜴,我们可以说它是“爬行动物”、“四脚动物”、“脊椎动物”,这些词帮助我们理解它,但是这些词并没有定义它,因为非要定义它是非常愚蠢的。很多时候,我们需要的不是必须严格遵守的定义,而是只需要一个概念就行了。如果强行用一些词句定义来锁住一个研究对象,自然界肯定会给我们一个例外。
既然天文学家们根本没办法准确给出行星定义来令公众满意,那么更聪明的做法是告诉他们行星的概念。天文学家应该指出,问题不在于冥王星是否是行星,实际上,这个问题就不应该存在。我们不该去纠结到底有八个还是九个行星或者行星究竟有多少,而是应该知道行星的概念:较大、较圆、不管在哪里都可以成为其区域的霸主、对恒星的环境能产生足够的影响。所以,如果你想称冥王星为行星,没有银河警察会来逮捕你,如果你不想,那也可以,因为冥王星不在乎我们怎么称呼它。
行星可以说是我们最耳熟能详的天体了,我们所居住的地球就是一颗中等大小的行星。到20世纪30年代,科学家确认我们的太阳系有九大行星,从此之后,这一数字成为全世界人们的科学常识。
但到了21世纪初,太阳系到底有几颗行星竟然成了一团迷雾。2006年,天文学家在距离太阳150亿千米之外的边缘地区发现了一颗比冥王星还大的星体,称为“Eris”(中文称为“阋神星”),这个星体算不算行星?科学家们开始争论不休,有人说,不但阋神星不算行星,冥王星也不能算是行星,太阳系只有“八大行星”;但也有科学家认为,不仅冥王星不应被开除出行星行列,阋神星和其他更多新发现的天体也应该加入到行星行列来,因此,太阳系可能有“十大行星”、“23大行星”、“39大行星”甚至更多。
究其原因,是“行星”这个词的定义引起了大麻烦。我们一般都知道,行星就是围绕恒星公转的大型天体。但是,随着宇宙观测的不断深入,许多形形色色的天体被发现,它们绕恒星转动,尺寸不一,有的甚至是木星的好几倍大,有的比地球的卫星月球还小。这些天体是行星么?行星到底该如何定义?问题的答案将影响我们对太阳系形成过程的理解、对地球如何演化的预测以及寻找宇宙中其他生命的可能性。看来,这确实是一个大问题。
“轨道定律”不再准确
如今,科学家已经在太阳系外探测到了上千颗行星,这个数量还在不断增加。它们绝大多数都是围绕着各自的恒星公转,那么,围绕恒星公转是不是行星的必备要素之一呢?
我们知道行星运动的轨道大都非常稳定,但并不是一点变化都没有。约45亿年前,大量宇宙尘埃和气体向太阳系中心位置塌陷,太阳由此诞生,而行星则是在太阳诞生大约1000万年后才开始出现的,那时的太阳系处于非常混乱的状态,行星的运动轨道在很长时期内并不稳定。由于原木星的质量非常的巨大,任何原行星运动到原木星附近时都会受到其引力的影响,其中一些较小的原行星有可能会被抛出太阳系。
电脑模拟显示,这种事情不仅会发生在太阳系,同样也会发生在其他恒星系。天文学家相信:我们的银河星系充满着杂乱无章的被喷出的“流浪行星”,这些“星际流浪汉”早已经远远地离开了恒星的怀抱。这个预言很快得到了验证。2012年11月,加拿大蒙特利尔大学的天文学家首次发现了一颗不围绕任何恒星运动的行星。这颗名为CFBDSIR2149的行星的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的“年轻”行星。CFBDSIR2149不围绕任何一颗恒星运行,不受任何引力束缚,在茫茫宇宙中,它称得上是“无家可归”的“孤独”行星。
看来行星并不一定要围绕着恒星运动,那么多大的、什么样形状的天体才算是行星呢?
“又大又圆”并不保险
太阳系里大大小小的天体成千上万,较大的是不规则的球形,较小的则奇形怪状。我们一般认为行星都是“又大又圆”的,那些奇形怪状的都不算行星,顶多算是小行星。这样定义行星合适不合适呢?
为什么天体通常遵从“越大越圆”的规律呢?问题的关键在于天体自身的重力。当一坨物质聚集到一起的时候,可以定义一个质心,质心外的物质受到重力的影响不断向质心聚拢,长期作用的结果,就使这个物体变成了球形,因为这个时候质心对表面各个地方的力均等了,就不再变形了。再者,从能量的角度看,同样的一块物体,球形的表面能最小,最稳定。
对于太空中的小天体来说,它们之所以外形怪异,就是因为自身尺寸太小了、质量太轻了。对于一个岩石构造的天体来说,当尺寸仅为数十千米时,就可能因为自身的重力不足以克服物质的强度,其上的物质不会向内坍缩而变成球形。当天体尺寸开始变大时,重力也越来越大,这时天体表面较宽松和不牢固的地方受到重力作用开始下滑,天体表面的灰尘也会越来越多的堆积到凹陷的地方。当天体尺寸超过数百千米的时候,天体内部也不能抵挡得住巨大的引力,开始像粘稠的液体一样流动,经过这样的坍缩过程,天体最终达到一种平衡状态,天文学家称之为流体静力学平衡状态。在理想情况下,流体静力学平衡状态导致天体的形状成为一个完美的球体。
天文学家通常认为,达到流体静力学平衡状态的球形天体,是区别行星和小行星的分界线。但是,不同的物质达到球形的状态是不同的,冰和岩石很容易变形,当太空中的一个大冰球或大石头的直径超过1000千米时,它们将会变成球形或者接近球形。而一个以金属为主的天体,由于抗压能力比岩石强,其直径超过1000千米时,形状仍然很可能是不规则的,成不了球形。问题来了,一个1000千米的冰块天体可以被视作行星,但同样大小的金属天体则可能因为不够圆而不能过关。由此可见,以够不够圆作为标准来定义行星是不太妥当的。
除了尺寸之外,还有其他影响天体是否是球形的因素,比如自转。天体自转可以使赤道凸起。土星是太阳系中密度最小的行星,同时也是自转速度最快的天体,其赤道比绕两极的圆环要长10%。从照片上看,土星看起来非常的圆,但那是因为它的环切断了我们的视角,将环擦去,土星明显是一个椭球。虽然不太圆,但没人敢说土星不是一个行星。由此看来,自转会使问题复杂化,天体由于自转可能会变形,但它仍然处于流体静力学平衡态。
实际上,在我们的太阳系里,上百万的天体中只有极少数可以看成是球形。除了太阳、八大行星、19个卫星(包括月亮)之外,另外一些球形天体存在于遥远的柯伊伯带中,比如小行星带质量最大的天体之一——灶神星,几乎是圆的,它究竟算不算行星呢?科学家们争执不断,莫衷一是。
不要“定义”,要“概念”
2006年,国际天文学联合会召开了一次会议,对行星做出了新的定义。这一定义包括以下三点:1.绕太阳运动;2.质量必须足够大,来达到流体静力学平衡状态,成为球形;3.必须能清除其轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。很多天体满足三项标准中的两项:如果绕其他恒星转动则称为系外行星;如果太小而不能清除自身轨道则称为矮行星,比如冥王星。因此,也就是在那次会议上,天文学家们把冥王星开除出了行星家族。
实际上这种定义并令人不满意,至今,有关行星定义的讨论仍然如同政治分歧一般充满争议。其实,我们有解决问题的更好办法,就是只要概念,不要定义。我们有关于恒星、物种或者陆地的总体印象,但是如果我们试着去定义它们,我们就惹上麻烦了,特别是在自然界模糊的边界处讨论。所以不如让我们先好好想一想,为什么要纠结行星定义?当人们研究一个对象时,你可以给它贴上任意多的标签。比如蜥蜴,我们可以说它是“爬行动物”、“四脚动物”、“脊椎动物”,这些词帮助我们理解它,但是这些词并没有定义它,因为非要定义它是非常愚蠢的。很多时候,我们需要的不是必须严格遵守的定义,而是只需要一个概念就行了。如果强行用一些词句定义来锁住一个研究对象,自然界肯定会给我们一个例外。
既然天文学家们根本没办法准确给出行星定义来令公众满意,那么更聪明的做法是告诉他们行星的概念。天文学家应该指出,问题不在于冥王星是否是行星,实际上,这个问题就不应该存在。我们不该去纠结到底有八个还是九个行星或者行星究竟有多少,而是应该知道行星的概念:较大、较圆、不管在哪里都可以成为其区域的霸主、对恒星的环境能产生足够的影响。所以,如果你想称冥王星为行星,没有银河警察会来逮捕你,如果你不想,那也可以,因为冥王星不在乎我们怎么称呼它。