对柯伊伯带的深入了解将会给究竟什么是行星的争论带来更多的不确定性——

图为1月18日凌晨升空的“新视野”探测器

曾经人们认为太阳系是由四颗岩质的小型内行星、4颗外部的气态巨行星以及非常特殊的冥王星所组成的。但是从20世纪90年代初以来,在冥王星所位于的柯伊伯带中已经发现了大约1000颗与之类似的小天体。其中绝大多数体积比冥王星小,但有几颗和冥王星类似,而且有一颗被称为2003UB313的柯伊伯带天体比冥王星大。

这些发现重新点燃了冥王星到底是不是行星的争论。更重要的是,这些发现不断改变着我们对外太阳系的认识。除去知之甚少和距离遥远外,柯伊伯带目前是太阳系最大的结构。最乐观估计,它可能包含有直径大于等于1000千米的天体10万个。

“新视野”探测器升空

然而,这些认识仅仅是通过天文望远镜获得的。天文学家真正想的是从近处观测冥王星以及它附近的柯伊伯带天体。这就是美国航空航天局(NASA)发射“新视野”(New Horizons)探测器的原因。不幸的是,必须等到2015年“新视野”才能飞抵目的地。

即便如此,抵达的确切时间还依赖于“新视野”探测器必须在1月17日至2月14日之间发射,只有这样它才能利用木星的引力助推来加速。如果错过了这个发射机会,那么它到达的时间将要推迟好几年。

访问冥王星

“新视野”探测器装载了一系列设备用来研究冥王星和冥卫一的组成,它携带的照相机届时将拍摄大量的照片,为研究人员研究其表面的侵蚀和陨击情况提供充足的信息。

另外,还有很多东西有待发现。NASA的一个工作人员说,目前我们对冥王星的了解“用一张明信片就能全写下来了”。冥王星的表面含有凝固的氮、一氧化碳、甲烷和水,而稀薄的大气几乎全是由氮所组成的——目前已经知道的也就仅此而已。

柯伊伯带同时还是“新视野”探测器发射前NASA另一个项目的样本源。1999年2月发射升空的“星尘”探测器目前已搜集了“瓦尔德”2号彗星的样本。这颗彗星被认为曾经是柯伊伯带的一员,后来进入了内太阳系。2年前“星尘”探测器搜集了这颗彗星的有关样本,返回舱已于1月15日返回地球,降落在美国犹他州的沙漠中。当时它以每小时46000千米的速度进入大气层。

从45亿年前形成至今,冥王星会由于大气和地质过程而发生改变,“瓦尔德”2号彗星则被认为从形成之日起就没有发生过变化。就像是一部小型的时间冻结机器,它为我们打开了一扇通往太阳系形成时期的大门。

在“新视野”探测器抵达冥王星之后,还将计划探测1到2颗其他的柯伊伯带天体。从现在到探测器抵达期间,天文望远镜还将会发现上万颗新的柯伊伯带天体,因此有大量的样本可供选择。

按照“新视野”计划的首席科学家、西南研究所的艾伦 · 斯特恩(Alan Stern)博士的说法,这些将被探测的柯伊伯带天体应该和冥王星一样引人入胜。他说:“冥王星这类的冰质小天体就像是行星的胚胎。但是,这些行星胚胎的成长受到了阻碍,最终没有形成类似地球大小的行星。”没人知道为什么它们的成长过程会中断,但是“新视野”探测器也许可以为我们提供一些线索来了解这些天体,即了解太阳系形成和演化的基础。

冥王星是柯伊伯带较大的天体——它的直径为2300千米,其质量小于地球的1%。冥王星以及其他与之大小相近、甚至更大的柯伊伯带天体加剧了究竟什么样的天体才能算行星的争论。斯特恩认为,冥王星是一颗地地道道的行星,它在自身引力的作用下呈现出球状。

如果这样,那么2003UB313也应该被称为行星。但是没有人会同意。因此在去年,国际天文学联合会(IAU)召集了一个由资深天文学家组成的专家小组来制定新的关于什么是行星的定义。

什么是行星?

你可能会认为这是很简单的问题。即使委员会现在公布了报告,IAU副主席、英国莱彻斯特大学的天文学家肯尼斯 · 庞茨(Kenneth Pounds)说,行星的问题仍然是“悬而未决”的。

行星定义小组主席、伦敦大学的天文学家伊万 · 威廉姆斯(Iwan Willams)博士解释道,这是一项艰难的工作。目前委员会唯一达成一致的就是行星在其自身的引力作用下呈现球形,而小行星和彗星则呈现团块状。这个定义所带来的问题是,威廉姆斯说,它会产生“太多的行星”——大约有30个,还包括了太阳系中许多较大的卫星。

IAU委员会讨论的另一种可能性是把行星定义成“在与其相邻的天体中占主导的天体”。然而按照这个定义,冥王星是不能算行星的,因为它仅仅是那个区域中很多类似天体中的一员。

这样一个定义还会导致一些问题。其中一个就是,研究冥王星的天文学家不想被降级。另一个是,上一次IAU考虑将冥王星从行星中剔除的时候便遭到了公众的反对。另外,如果冥王星降级了,那么我们该如何称呼它?

IAU委员会的一小部分人认为最佳方案是以大小划分。威廉姆斯说,半径1000千米看来是最合适的,因为“100千米太可笑,而10000千米又会把地球排除在外”。

争论远远没有结束。最终的决定将在今年8月于布拉格召开的IAU大会上做出,届时天文学家将平衡科学上的适用性和大众文化上的可接受性。如果他们达成一致,那么2003UB313将最终获得一个合适的称谓。如果它被认为是另一颗遥远的冰岩小天体,那么它的发现者加州理工学院的迈克尔 · 布朗(Michael Brown)将获准为它命名。但是如果它被分类成行星,那么它将会以神的名字命名。

然而,这也许仅仅是一个开始。如果任何呈现球形且半径大于1000千米的天体都被分类成行星,那么柯伊伯带可能会有许多行星。当古斯塔夫 · 霍尔斯特(Gustav Holst)谱写“行星组曲”的时候,冥王星还没有被发现。如果他活到现在,那么他可能就需要写更多的乐章了。

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九大行星中离太阳最远、质量最小的要算冥王星了。它在远离太阳59亿千米的寒冷阴暗的太空中蹒跚前行,这情形和罗马神话中住在阴森森的地下宫殿里的冥王普鲁托(Pluto)非常相似。因此,人们称其为普鲁托。普鲁托英文名字的前两个字母,又是对冥王星发现有推动之功的美国天文学家P·洛韦尔(Percival Lowell)姓名的缩写。

1925年,洛韦尔的兄弟捐献了一架口径32. 5厘米的大视场照相望远镜,性能非常好,为搜寻新行星提供了优越的条件。1929年,洛韦尔天文台台长邀请克莱德·W·汤博(Clyde W. Tombaugh)加入未知行星的搜索行列。他们一个一个天区搜索,拍摄了大量照片,并对每张底片进行细心地检查。1930年1月21日,终于在双子星座的底片中发现了这颗新行星。

据现有资料显示,冥王星表面温度达零下380华氏度(约零下211摄氏度)。1999年冥王星曾运行至距离太阳最近的位置,目前它正在逐渐远离太阳。随着它与太阳距离的逐渐扩大,其表面温度也会渐渐下降,导致其稀薄的大气(主要由氮气和甲烷构成)很难保持住气体状态。

“新视野”探测器将在冥王星家族领域开展以下探测研究:确定冥王星及其卫星卡戎表面的化学构成、地质构造以及形态结构;确定冥王星大气的各类参数并探测其卫星卡戎是否拥有大气层;探索冥王星是否拥有别的卫星或光环系统;获取冥王星表面高清晰照片。以上各项研究所获取的数据将以10亿比特的传输量传回地面。