來源：返樸     ID：fanpu2019

　　撰文 | 蘇道

　　在冥王星被取消了行星資格之后，天文學(xué)家創(chuàng)造了一種新的天體類別——矮行星（dwarf planet）來安置它。矮行星聽起來似乎比行星略遜一籌，但這個隱秘的世界實(shí)際上充滿了未知的謎團(tuán)，其中隱藏著揭示太陽系形成和演化之謎的重要線索。天文學(xué)家一直極盡所能，希望能一窺它們的容貌。最近，他們第一次以足夠高的分辨率觀測到了非常接近球形的健神星，這可能是人類目前觀測到的最小的矮行星。

　　在開始介紹今天的主角之前，我們先來看一個問題：太陽系有多少顆行星？

　　大家會脫口而出，答案是8顆。但在2006年8月24日之前，公認(rèn)的答案是9顆，那也是很多人記憶中的“九大行星”。答案變化的原因很多人也有所耳聞：在那天召開的國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）的會議上，經(jīng)過與會天文學(xué)家投票表決，冥王星的行星資格被取消了。

　　不過，天文學(xué)家總要找一個類別來放置冥王星，于是他們創(chuàng)造了一個新的天體類別——矮行星（dwarf planet）。既然是因冥王星而來，冥王星自然成為這類天體的代表。它們聽起來比行星略遜一籌，背后的故事的精彩程度其實(shí)絲毫不遜色于行星。

　　最小矮行星露出真容 

　　一項(xiàng)最新研究讓矮行星的隱秘世界再次進(jìn)入了我們的視野。10月28日，一個研究小組在《自然·天文學(xué)》（Nature Astronomy）上發(fā)表論文，宣布他們使用歐洲南方天文臺（ESO）的甚大望遠(yuǎn)鏡（Very Large Telescope，VLT）對健神星（Hygiea）進(jìn)行了觀測。健神星位于火星和木星之間的主小行星帶（main asteroid belt）中，是這個區(qū)域內(nèi)僅次于谷神星（Ceres）、灶神星（Vesta）和智神星（Pallas）的第四大天體。

　　這里需要說明的是，太陽系內(nèi)小天體的劃分標(biāo)準(zhǔn)并不嚴(yán)格。主小行星帶內(nèi)的前三大天體只有谷神星是矮行星，且目前是太陽系內(nèi)最小的矮行星，而灶神星和智神星都是小行星。這次新發(fā)表的研究是天文學(xué)家第一次能夠以足夠高的分辨率對以往被視作小行星的健神星進(jìn)行觀察，從而可以研究它的表面，并確定它的大小和形狀。他們此次的一個重要發(fā)現(xiàn)就是——健神星非常接近球體。這意味著什么呢？

　　2006年，為了明確冥王星的分類，天文學(xué)家“處心積慮”地制定了太陽系內(nèi)的行星需要滿足的三個條件：

　　一是圍繞太陽公轉(zhuǎn)；

　　二是具有足夠的質(zhì)量，從而具有（近）球體的形狀；

　　三是掃清自己軌道附近的區(qū)域。

　　由于冥王星的軌道區(qū)域內(nèi)還存在大量的小天體而它本身并未處于支配性地位，因此未能滿足第三項(xiàng)條件，從而被踢出了行星序列。同時，天文學(xué)家也為矮行星這個類別制定了四項(xiàng)條件：

　　一個天體如果滿足圍繞太陽公轉(zhuǎn)、不是衛(wèi)星、沒有清空其軌道上的其他天體以及形狀是（近）球體，那它就是一顆矮行星。

　　作為一顆位于主小行星帶內(nèi)的天體，健神星自然滿足成為矮行星的四個條件中的前三個。這次天文學(xué)家的觀測結(jié)果則證實(shí)，它還滿足第四個條件，即（近）球體。這樣一來，健神星就可能不再是一顆小行星，而是一顆名副其實(shí)的矮行星。

　　天文學(xué)家的觀測認(rèn)為，健神星的直徑剛剛超過430千米。在確認(rèn)健神星的分類前，太陽系內(nèi)最小的矮行星是同處在主小行星帶內(nèi)的谷神星，它的直徑為大約950千米。矮行星的個頭一般在數(shù)百千米左右，目前發(fā)現(xiàn)的最大的矮行星是冥王星（直徑約2370千米）和鬩神星（直徑約2326千米）。而健神星雖然因?yàn)閯偙话l(fā)現(xiàn)是球形，因而可能會被賦予矮行星的地位，但由于個頭太小，IAU最終將投票決定健神星是否可以被賦予矮行星地位，或者是否仍將是小行星。

　　行星與小行星的“糾葛” 

　　矮行星因?yàn)轶w積小，因此很難被觀測。天文學(xué)家得益于不斷提升的觀測能力和改進(jìn)的算法，才能對這些隱秘世界一探究竟。比如，美國國家航空航天局（NASA）于2007年9月27日發(fā)射的曙光號探測器（Dawn probe），就已經(jīng)在2015年3月7日進(jìn)入谷神星的軌道，并在隨后發(fā)回谷神星的高清照片。

　　目前，天文學(xué)家確認(rèn)的矮行星除了冥王星、谷神星和極有可能進(jìn)入這個家族的健神星外，還包括鬩神星（Eris）、鳥神星（Makemake）和妊神星（Haumea）。矮行星和行星一字之差，它們之間的“糾葛”實(shí)則是人類探索太陽系歷史的一段縮影。

　　自從有天文記載以來，人類就知道水星、金星、火星、木星和土星這5顆行星。日心說取代地心說之后，人類認(rèn)識到地球也是一顆行星，行星的數(shù)量變成6顆。1781年3月13日，威廉·赫歇爾（William Herschel）發(fā)現(xiàn)了天王星。這是第一顆被人類“發(fā)現(xiàn)”的行星，行星的數(shù)量變成7顆。赫歇爾發(fā)現(xiàn)行星后獲得的聲譽(yù)以及帶來的轟動效應(yīng)，使得天文學(xué)家投入到一場尋找新行星的競賽中。

　　1801年1月1日晚，意大利天文學(xué)家朱塞普·皮亞奇（Giuseppe Piazzi）發(fā)現(xiàn)谷神星。天文學(xué)界受到震動，因?yàn)槿祟惪赡茉跁r隔20年之后發(fā)現(xiàn)了一顆新行星。之所以這么說，原來是在此之前，有一個名為提丟斯—波德的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，預(yù)言在火星和木星之間應(yīng)該有一顆人類尚未發(fā)現(xiàn)的行星，而皮亞奇發(fā)現(xiàn)谷神星的位置與預(yù)言的位置非常接近。當(dāng)然，天文學(xué)家也不是沒有疑慮，比如說，比天王星距離地球更近的谷神星卻更加黯淡，說明谷神星的體積可能非常小。

　　沒過多久，1802年3月28日，德國天文學(xué)家海因里希·奧爾貝斯（Heinrich Wilhelm Olbers）發(fā)現(xiàn)了智神星。由于智神星的軌道半徑與谷神星幾乎一樣（谷神星與太陽的平均距離為2.7天文單位，智神星與太陽的平均距離為2.77天文單位，日地平均距離為1天文單位），因此引起了關(guān)于二者地位的爭議，因?yàn)閮深w行星不可能占據(jù)相同的軌道區(qū)域。

　　而且二者的體積確實(shí)很小，比月球都要小不少，因此赫歇爾建議把它們稱作“小行星”（asteroid），天文學(xué)界也逐漸接受了這種說法。1804年和1807年，婚神星（Juno）和灶神星先后被發(fā)現(xiàn)。19世紀(jì)40年代，德國業(yè)余天文學(xué)家卡爾·路德維希·亨克（Karl Ludwig Hencke）又先后發(fā)現(xiàn)了義神星（Astraea）和韶神星（Hebe）。此后，隨著觀測能力的提升，小行星的家族不斷壯大。

　　1846年9月23日，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了海王星。由于在發(fā)現(xiàn)天王星的過程中，天文學(xué)家根據(jù)天體力學(xué)的計算預(yù)測了它的軌道，并根據(jù)預(yù)測開展搜尋工作，因此海王星又被稱作“筆尖上發(fā)現(xiàn)的行星”。1930年，美國天文學(xué)家克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）發(fā)現(xiàn)了冥王星。“九大行星”自此排定座次。

　　擊倒冥王星的“小伙伴” 

　　冥王星距離太陽實(shí)在太遠(yuǎn)，反射的光線極其有限，所以在很長時間里，天文學(xué)家甚至不能準(zhǔn)確測量它的大小，后來才估計出它的直徑。2006年1月19日，NASA發(fā)射了新視野號探測器（New Horizon），目的就是對冥王星進(jìn)行近距離拍攝和研究。新視野號也不負(fù)眾望，2015年7月14日，它近距離飛掠冥王星，拍攝了有史以來最清晰的冥王星圖像。

　　新視野號發(fā)射升空時，冥王星還是一顆行星，但沒出發(fā)多久，冥王星就被降級，直接的導(dǎo)火索就是鬩神星的發(fā)現(xiàn)。2005年，加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家邁克爾·布朗（Michael Brown）公布了基于此前觀測數(shù)據(jù)的一個發(fā)現(xiàn)，即他和研究者在2003年曾經(jīng)拍攝到一個比冥王星更大的天體（此后的研究表明，鬩神星與冥王星的大小相當(dāng)，但是質(zhì)量更大一些），后來它被命名為鬩神星。

　　隨著望遠(yuǎn)鏡觀測能力的提高以及對太陽系演化理解的加深，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在太陽系中存在小天體聚集的區(qū)域。這次天文學(xué)家揭開神秘面紗的健神星，以及谷神星、智神星都位于火星和木星之間的主小行星帶中。此外，美籍荷蘭裔天文學(xué)家柯伊伯等人（Gerard Kuiper）還提出在海王星的軌道外，存在一個小天體帶。這個區(qū)域被命名為柯伊伯帶（Kuiper Belt），其中的天體被稱作海外天體。

　　雖然天文學(xué)家先后在主小行星帶和柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了大量天體，但是絕大部分個頭都太小，不會挑戰(zhàn)既有的行星秩序。可是，鬩神星把一個棘手的難題拋給了天文學(xué)家：既然冥王星是行星，那么無論是直徑還是質(zhì)量都比冥王星要大的鬩神星應(yīng)不應(yīng)該是一顆行星呢？

　　鬩神星的出現(xiàn)成為壓垮冥王星行星地位的最后一棵稻草。天文學(xué)家面臨的更大問題是，如果把鬩神星也當(dāng)成行星，那未來如果發(fā)現(xiàn)略小于鬩神星的天體，要不要?dú)w類為行星，這個大小的界限又究竟在哪里。因此，天文學(xué)家決定直面一個此前從未深究過的基本問題，即行星的定義究竟是什么。從這里出發(fā)，就有了前面提到的在2006年的IAU大會上天文學(xué)家提出的行星標(biāo)準(zhǔn)和隨之而來的矮行星標(biāo)準(zhǔn)。

　　如果健神星被確認(rèn)是矮行星，那矮行星的家族就又得以壯大。天文學(xué)家之所以極盡所能，希望一窺它們的容貌，就在于這些行星面前的“小家伙”身上充滿了未知的謎團(tuán)，隱藏著揭示太陽系形成和演化之謎的重要線索。天文學(xué)家想要真正了解這些遙遠(yuǎn)的隱秘世界，還有很長的路要走。