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本文发表于《科学画报》二零零九年第十期 (上海科学技术出版社出版)。

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冥王星沉浮记

- 卢昌海 -

本文写于冥王星降级三周年之际, 是替《科学画报》撰写的稿件。 不过本文的发表稿因字数及文体所限, 删除了约三分之一的内容及倒计时的格式, 文字也经过编辑的若干修改。 本站版本为原稿, 包含了全部内容及注释, 并在若干人名及术语初次出现时附有英文。

洛克菲勒中心前的阿特拉斯雕像 (弧形的天球支架上刻有行星符号)
洛克菲勒中心前的阿特拉斯雕像
(弧形的天球支架上刻有行星符号)

引言

如果你徜徉在纽约曼哈顿的街头, 也许会被一座特别的雕像所吸引, 那便是矗立在著名地标性建筑洛克菲勒中心 (Rockefeller Center) 前的阿特拉斯 (Atlas) 雕像。 阿特拉斯是希腊神话中象征着力量与坚忍的巨神, 在他的肩上扛着整个天球[注一]。 如果有办法细看的话, 你也许还会惊讶地发现, 这座雕像的天球之上只刻着八颗行星。 比雕像的落成早七年就已发现, 直到 2006 年才被降级的冥王星竟然不在其中。 是艺术家未卜先知吗? 不是。 原来, 这座落成于 1937 年的雕像是 20 世纪 20 年代设计的, 当时冥王星尚未被发现, 天球上自然也就没它的位置了。 不过, 那原本已成为缺陷的八大行星在相隔大半个世纪之后重新变得贴切, 是谁也不曾料到的。

如今距离冥王星的降级已时隔多年, 冥王星是如何一步步走向降级的? 降级后人们的反应又如何呢? 在本文中, 我们将依照时间的顺序来回顾一下这颗昔日行星的 “命运” 沉浮。

冥王星降级倒计时 76 年

冥王星是 1930 年由美国罗威尔天文台的一位当时仅仅是观测助理的年轻天文学家汤博 (Clyde Tombaugh) 发现的 (它因此而被称为 “美国行星”)。 与其它八大行星不同的是, 冥王星的行星地位受到过多次怀疑。 在发现之初, 它曾被视为是一颗被理论所预言的新行星。 但人们很快就发现, 无论它的质量还是轨道, 都与理论预言存在较大的差异。 因此早在它被发现的那一年, 就有人因其与理论预言不相符合, 而怀疑它并非太阳系的第九大行星。 不过那种怀疑并不成立, 因为当时有关新行星的预言是错误的[注二], 与错误的预言不相吻合是不能怪冥王星的。

冥王星降级倒计时 50 年

1956 年 2 月, 冥王星的行星地位再次遭到了怀疑, 美籍荷兰裔天文学家柯伊伯 (Gerard Kuiper) 在接受美国《时代》周刊的采访时表示, 冥王星的自转周期超过 6 天, 对于行星来说显得太慢了。 柯伊伯是一位著名的行星天文学家, 以他名字命名的柯伊伯带将在 50 年后成为冥王星降级的真正原因, 但他以自转太慢为由怀疑冥王星的行星地位, 却是站不住脚的。 我们现在知道, 水星的自转周期约为 59 天, 金星的更是长达 243 天, 都比冥王星转得更慢[注三]

冥王星降级倒计时 28 年

1978 年 6 月, 冥王星迎来了一个对其行星地位来说喜忧参半的消息: 它的卫星卡戎 (Charon) 被美国海军天文台的天文学家所发现。 通过观测卡戎的运动, 冥王星的质量首次得到了较为精确的测定, 结果竟然还不到月球质量的 1/5, 这显然是个坏消息。 但另一方面, 很多天文学家相信, 卫星按定义就是绕行星运转的天体, 冥王星既然有卫星, 它自己当然就只能是行星了, 因此这同时又是一个好消息。 不过这好消息背后的理据在 1994 年遭到了破灭。 那一年, 天文学家们发现了小行星的卫星[注四], 从而使得拥有卫星不再是行星的专利。

冥王星降级倒计时 14 年

1992 年, 冥王星作为太阳系中海王星以外之唯一天体 (彗星不算) 的地位宣告不保。 自 1992 年起, 人们在海王星之外陆续发现了越来越多的新天体 (统称为海外天体), 它们的大小虽暂时还不能与冥王星相比, 但它们的出现越来越证实了天文学家们早在二十世纪中叶就提出过的一种观点, 即海王星之外存在大量小天体, 它们都是行星演化的 “半成品”, 冥王星有可能是它们中的一员[注五]

“山雨欲来风满楼”, 至此, 冥王星的 “命运” 已岌岌可危, 这危机惊动了一个人, 他就是昔日那位罗威尔天文台的年轻观测助理, 如今已德高望重的冥王星发现者汤博。

去世前不久的汤博
去世前不久的汤博

冥王星降级倒计时 12 年

1994 年 12 月, 已经 88 岁高龄的汤博给美国科普杂志《天空与望远镜》(Sky & Telescope) 写了一封信, 为冥王星的 “命运” 做最后一搏。 在信中他主张象维持其它天文命名体系——比如恒星的光谱命名及星座的命名那样保留冥王星的行星地位。 他并且主张以 17 等星作为分界, 将新近发现的海王星以外暗于 17 等的小天体命名为柯伊伯小天体 (Kuiperoids), 以区别于冥王星。 可惜的是, 这些主张都没什么说服力, 以 17 等星 (而且还是视星等) 为分界更是充满了随意性[注六]。 两年之后, 汤博离开了人世。

冥王星降级倒计时 6 年

2000 年 2 月, 位于纽约曼哈顿的海登天文馆 (Hayden Planetarium) 作出了一个大胆的决定, 在太阳系的行星模型中破天荒地去掉了冥王星。 2001 年 1 月 22 日, 这一公开的秘密被《纽约时报》的记者所发现, 并以 “冥王星不是行星吗? 只在纽约” (Pluto's Not a Planet? Only in New York) 为题在头版作了报道。 那一天, 天文馆主任泰森 (Neil Tyson) 的电话留言及电子邮箱均被雪片般飞来的询问与质疑挤爆。 不过当时学术界有关冥王星行星地位的意见已足够分歧, 泰森成功地顶住了压力。

冥王星降级倒计时 1 年

2005 年 1 月, 美国天文学家布朗 (Michael Brown) 在检查旧的观测相片时发现了一颗比冥王星更大的海外天体: 阋神星。 从此冥王星不仅不再是海王星以外的唯一天体 (彗星不算), 甚至连最大的天体也不再是了。 这一发现在很大程度上成为了 “压垮” 冥王星行星地位的最后一根稻草。

冥王星降级倒计时 7 个月

2006 年 1 月, 英国广播公司 (BBC) 采访了地球上最后一位与冥王星有直接渊源的人: 英国退休女教师费尔 (Venetia Phair)。 76 年前, 年仅 11 岁的她提议了冥王星的名字[注七]。 不过, 在被问及对冥王星的 “命运” 危机有何看法时, 费尔表示自己年事已高, 不再关心此事, 但她乐意看到冥王星继续当行星。 三个月后, 费尔也离开了人世。

冥王星降级零时

2006 年 8 月 24 日, 冥王星 “命运” 水落石出的时刻终于来临。 国际天文联合会 (IAU) 的 424 位天文学家在捷克共和国的首都布拉格 (Prague) 就行星的定义及冥王星的地位问题举行投票。 在投票结果即将宣布的那一刻, 无数记者在场外屏息等候, 用海登天文馆主任泰森的形容, 那满场的寂静宛如梵蒂冈教廷任命新教宗前, 教徒们在宫殿外屏息等候的情形。 一个科学事件引起如此关注是不多见的。

投票的结果是: 冥王星降级成了矮行星 (dwarf planet)。

一石激起千层浪!

在那一刻之前, 也许很少有人真正关心过那个远在 60 亿公里之外的由岩石与寒冰组成的遥远球体, 有关冥王星 “命运” 的争议也基本局限在科学界之内; 在那一刻之后, 整个事件被骤然披上了浓厚的文化色彩。 学生、 政客、 占星师、 宗教信徒、 科学爱好者等, 全都加入了关注行列, 并发表了种种意见。 如果说此前的倒计时所纪录的主要是科学事件, 那么此后的时钟却记录了很多文化及社会事件。

冥王星降级引发了广泛抗议, 上图为漫画家笔下的抗议者众生相

冥王星降级引发了广泛抗议, 上图为漫画家笔下的抗议者众生相

冥王星降级后几分钟

冥王星降级的消息立刻在全球媒体上占据了重要版面, 有人甚至精心杜撰了许多搞笑标题, 比如: “美国联邦经费不足导致太阳系裁员”, “民主党人拒绝向冥王星提供援助”, “冥王星降级违宪”, 等等[注八]。 不过真正搞笑的要数美国加州议会的一份真实的抗议提案。 那份提案事先就已拟定, 并在国际天文联合会的投票结束几分钟之后就提了出来。 加州之所以如此有备而来, 是因为 “冥王星” 这一名称在加州有另外一层含义, 它是总部位于加州的迪斯尼乐园 (Disneyland) 中一条深受孩子们喜爱的宠物狗的名字。 加州议会在提案中郑重表示, 冥王星的降级将会 “伤害加州的孩子”[注九]。 不过, 议员们的热心并未得到宠物狗的真正主人——迪斯尼公司——的响应。 迪斯尼公司表示, 宠物狗 “冥王星” 除了偶尔会对着月亮嚎叫几声外, 对其它天体并无兴趣。 加州议会的冥王星提案最终搁浅。

冥王星降级后 4 个月

冥王星的降级也让很多冥王星爱好者感到不满, 他们以各种方式表达了对冥王星的深切怀念, 其中包括组建冥王星粉丝团, 制作小宣传品, 开办请愿网站, 等等。 2006 年底, 美国方言协会 (American Dialect Society) 宣布将冥王星 Pluto 由名词提升为动词, 用法为 to pluto 或 to be plutoed。 仿照当下中文网上颇为流行的 “被” 字短语 (比如 “被就业”、 “被增长” 等), 该动词可译为 “被冥”, 其含义为 “象冥王星一样被贬”。 冥王星在天文学上被贬, 却在词义上获得了提升, 算是略有补偿吧。

罗威尔天文台的捐款箱
罗威尔天文台的捐款箱

冥王星降级后 1-3 年

自冥王星降级后的第二年起, 美国的另两个州也步加州后尘提出了冥王星提案, 并且还得到了通过。 那两个州都与冥王星的发现者汤博有着密切关系。 其中一个是新墨西哥州, 那是汤博后半生的居住地, 也是他任教 18 年之久的新墨西哥州立大学 (New Mexico State University) 的所在地。 2007 年 3 月 8 日, 新墨西哥州议会通过决议, 宣布冥王星在该州仍然是行星。 另一个是伊利诺伊州, 那是汤博的出生地。 2009 年 2 月 26 日, 伊利诺伊州议会也通过决议, 宣布冥王星在该州为行星。 因此, 现在我们可以仿照《纽约时报》当年的标题说一句: “冥王星是行星吗? 只在新墨西哥州和伊利诺伊州”。 与汤博有关的另一个重要地点——发现冥王星的罗威尔天文台——也不落人后, 别出心裁地在捐款箱上设计了几个小小的选项, 让大家用钱包来投票, 结果——如所预料的——是支持冥王星为行星的参观者为数最多。

另一方面, 天文学家们的意见也并非铁板一块。 冥王星虽然被降级了, 许多天文学家对它的 “爱心” 却依然不改。 冥王星 “被冥” 后不久, 美国行星科学研究所 (Planetary Science Institute) 的主任赛克斯 (Mark Sykes) 就牵头发表了一份由 304 位科学家签名的请愿书, 宣布不承认国际天文联合会的投票结果。 304 这一人数大有直逼国际天文联合会的投票人数 424 之势, 不过简单的统计表明, 签名者中绝大多数是美国科学家, 非美国的只有不到 20 人 (而国际天文联合会中的非美国科学家占 2/3)。 看来对冥王星地位的看法即便在学术界之内也不是单纯的学术问题[注十]。 国际天文联合会收到的抗议信也有着同样鲜明的国别色彩, 超过 90% 是来自美国民众的, 这与冥王星是 “美国行星” 显然不无关系。

常言道: 解铃还需系铃人。 学术问题归根到底还是要用学术手段来解决。 2008 年 8 月, 一百多位天文学家聚集在美国的约翰霍普金斯大学 (John Hopkins University), 再次就行星定义展开了讨论。 在讨论中, 很多天文学家表达了自己的看法。 那些看法从支持国际天文联合会的定义, 到将行星俱乐部扩招几十倍[注十一]; 从以保护 “文化遗产” 为名保留冥王星的 “行星籍”, 到干脆将月球也升级为行星, 林林总总, 应有尽有。 由于分歧实在太大, 后来的会议简报只列出了一条不无搞笑意味的共识, 叫做 “没有共识的共识” (agree to disagree)。

“新视界” 探测器飞临冥王星的想象图
“新视界” 探测器飞临冥王星的想象图

在针对国际天文联合会有关冥王星地位所作的表决的全部质疑中, 最有技术含量的理由是参与表决的人数太少, 还不到全体会员人数的 5%, 从而缺乏代表性。 这一理由听起来不无道理, 因而被许多人所支持, 但它其实并非真的很有力, 因为当时的表决结果是以 90% 的大比数通过的, 远大于统计误差, 很难被单纯的人数增加所改变。 不过另一方面, 这些年来天文学家们始终无法就行星定义达成共识这一事实, 从一个侧面显示出当年的表决确有值得商榷之处, 只不过这商榷之处恐怕不是人数太少, 而是在于选项太少, 即在表决时只有一份提案可供选择, 从而无可避免地带有片面性。 这就好比在晚饭时间, 让一群人选择吃川菜还是不吃, 多数人——包括不太喜欢川菜的人——都会选择吃川菜; 但如果选项增加为: 吃川菜、 粤菜、 鲁菜、 浙菜还是不吃, 意见也许就会相当分歧。

尾声

有关冥王星这颗 “美国行星” 的争议看来还将持续很长时间。 虽然有那么多人在关注, 我们对冥王星的真正了解却少之又少, 甚至连一张像样的图片都拿不出来。 为了改变这一局面, 2006 年 1 月 19 日, 美国国家航空航天局发射了人类有史以来第一个冥王星探测器: 新视界 (New Horizons)。 这个探测器上除了观测仪器外, 还携带着冥王星发现者汤博的部分骨灰, 这位来自伊利诺伊州的 “农民的儿子” 将在 2015 年魂游自己所发现的冥王星。 当他出发时, 冥王星还是一颗行星, 如今它却只是一颗编号为 134340 的矮行星了。 不过, 让我们且把名份之争放在一边, 翘首期待 “新视界” 探测器掠过冥王星的那一刻吧, 无论我们如何称呼冥王星, 那都将是一个激动人心的时刻。

注释

  1. 阿特拉斯 (Atlas) 还是英文单词 atlas (地图册) 的词源。
  2. 有关这一点的详细介绍, 请参阅拙作 寻找太阳系的疆界232427 等节。
  3. 读者也许会觉得奇怪, 象柯伊伯那样的天文学家怎么会把象自转速度那样细枝末节的性质作为怀疑冥王星行星地位的理由? 其实他的真正理由是: 象冥王星那样慢的自转当时只在卫星中被发现过, 因此冥王星的缓慢自转说明它有可能是一颗侥幸逃脱海王星引力束缚的卫星。 这种将巨行星的某些卫星与象冥王星那样的柯伊伯带天体联系起来的观点是颇有远见的。 虽然我们现在并不认为冥王星是逃脱海王星引力束缚的卫星, 但相反的过程, 即柯伊伯带天体被俘获成为海王星 (或其它巨行星) 卫星的过程却得到了不少天文学家的认同, 比如海王星的卫星 Triton (海卫一) 就被认为很可能是遭俘获的柯伊伯带天体。
  4. 这一发现是通过美国的 “伽利略” 探测器得到的, 所发现的是围绕小行星 Ida (艾达) 运转的卫星。 小行星 Ida 是一个形状不规则的天体, 平均线度为 31.4 公里, 它的卫星 Dactyls (戴克泰) 的平均线度则为 1.4 公里。
  5. 有关这一观点的详细介绍, 请参阅拙作 寻找太阳系的疆界第 28 节
  6. 读者也许会问: 汤博为什么选 17 等星这样一个特殊星等? 答案很简单: 那是汤博自己曾经搜索过的最暗天体的视星等。 以自己的天文搜索能力作为天体分界的标准, 在学术上显然是没有任何说服力的。
  7. 有关这一点, 请参阅拙作 寻找太阳系的疆界第 26 节
  8. 这些搞笑标题来自美国的一份政治幽默杂志《The People's Cube》。
  9. 加州议案的抗议理由还包括冥王星的降级会 “损害某些担忧普适常数 (注: 指行星数目) 稳定性的加州人的心理健康” 及 “扩大加州的财政赤字”。
  10. 科学家也是人, 他们在考虑问题——尤其是象冥王星身份这种介于主观与客观之间的问题——时也无可避免地会掺入个人情感甚至民族情感。 从民族情感上讲, 美国民众 (包括科学家) 希望冥王星保留行星身份者为数较多, 其它国家的人则大都无所谓; 从个人情感上讲, 冥王星的发现者汤博、 命名者费尔、 冥王星探测计划的主管者斯特恩 (Alan Stern) 等都主张保留冥王星的行星身份, 而柯伊伯带的提出者柯伊伯与发现者朱惠特、 卢简等则持相反看法。
  11. 扩招几十倍的方法是放弃国际天文联合会的定义中 “扫清自己轨道附近的区域” 这一条件, 这样一来潜在的行星数目有可能增加到几百甚至更高 (关于这一点, 请参阅拙作 寻找太阳系的疆界第 31 节)。

参考文献

  1. Science: Demoted Planet, Times, Feb. 20, 1956.
  2. Scientists Debate Planet Definition and Agree to Disagree , Planetary Science Institute Press Release, Sep. 19, 2008.
  3. P. Rincon, The girl who named a planet, BBC News, Jan. 13, 2006.
  4. R. Britt, Why Planets Will Never Be Defined, Ad Astra, Nov. 21, 2006.
  5. S. Battersby, Is Pluto a planet after all?, NewScientist 2718, 44-45 (2009).
  6. N. Tyson, The Pluto Files, (W. W. Norton & Company, 2009).

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网友讨论选录

  • 网友: 大漠孤狼   (发表于 2009-10-12)

    “删除了约三分之一的内容及倒计时的格式, 文字也经过编辑的若干修改”——呵呵, 看来未到大牌以至于笔误也自有深意前, 被编来编去是没有办法避免的。

    “如果选项增加为: 吃川菜、 粤菜、 湘菜、 浙菜还是不吃, 意见也许就会相当分歧”——好比喻。 提个私人请求: 要是将来文章结集出版, 能不能在这里加个鲁菜呀。

  • 网友: 卢昌海   (发表于 2009-10-12)

    没问题, 把湘菜换掉吧。:-)

  • 网友: 星空浩淼   (发表于 2009-10-15)

    昌海兄的这类文章对国内很有贡献。 我们青少年时代对科学的兴趣与神往, 就是从看这类文章开始的。 只是我们那年代条件太差, 能看到的太少了。 现在的人有福多了。 反之, 现在的应试教育, 很容易让本来有兴趣的人变得索然无味。 课外看看这类文章, 既开眼界, 也培养兴趣。

  • 网友: 卢昌海   (发表于 2009-10-15)

    谢谢星空兄, 写这些文章本身也是一种乐趣。 不过替杂志写也有一个美中不足的地方, 那就是要等杂志刊出后才能在网站上发布。 象这篇文章, 八月份就写好了, 直到十月份才能在这里发布。

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