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冥王星的“前世”与“今生”:“荣耀登场、备受争议、被逐下台、又回到聚光灯下”

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发表于 2020-7-20 08:07:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖系轉帖,原帖作者:新华网客户端
冥王星的“前世”与“今生”

1930年,24岁的大学生汤博用自制的天文望远镜发现了冥王星。

2006年,第26届国际天文学联合会大会现场投票,冥王星被降级为矮行星。

英国小女孩维尼夏·伯尼。

今年是冥王星发现90周年。

冥王星曾被列为太阳系九大行星,后来又被逐出大行星行列,降级为矮行星。然而冥王星从未淡出人们的视野,2015年7月,在美国“新视野”号探测器拍摄的一张冥王星近距离照片上,一个大大的爱心图案再次让冥王星成为热门话题。

正如我国著名天文科普作家卞毓麟教授所比喻的那样:“如果把冥王星比作一个人,那么他荣耀登场、备受争议、被逐下台、又回到聚光灯下的际遇堪称起伏跌宕。”

1

现身——

万众期待下的发现

在冥王星被发现之前,人们已经在太阳周围找到了八颗行星,其中最后发现的海王星又被称为“笔尖上的行星”。法国天文学家勒维耶利用天王星轨道受到其他天体引力作用的影响,计算出了它外围可能存在另一颗行星的位置。他把自己的计算结果告知柏林天文台的约翰·加勒,让他帮忙搜寻。果不其然,1846年,加勒和他的学生海因里希·达雷斯特发现了海王星的踪迹,它的实际位置与勒维耶计算推测的位置之间,仅仅只有1°的偏差。海王星也因此成为了第一颗先通过数学计算得到位置、再利用望远镜观察证实的行星,因此被冠以“笔尖上的行星”的称号。

海王星被发现后,人们发现海王星的引力影响并不能完全解释天王星轨道的变化,因此推测应该还有其他天体在外围运动,影响着天王星和海王星的轨道。许多科学家纷纷给出了自己的结果,都想要通过自己的计算,复制海王星后下一个“笔尖上的行星”的传奇,公众也都无时无刻不在期待着能够在有生之年见证新行星发现的历史。但更加遥远的距离,更小的轨道偏差,无疑使寻找海王星外的新行星难度陡增。

在诸多苦苦搜寻新行星而不得的人群中不得不提的一个名字,便是帕西瓦尔·洛厄尔。这位身价不菲的波士顿人于1984年在亚利桑那州的弗拉格斯塔夫创建了以他自己名字命名的洛厄尔天文台。这也是天文台为了获得更好的观测环境,第一次被建造在远离人烟的高海拔地区。洛厄尔利用天文台上的望远镜,致力于两项个人非常痴迷的天文工作,一项是在火星上寻找运河的痕迹,另一项便是搜寻海王星外可能存在的未知行星,他称之为X行星。

第一次世界大战和天文研究的不顺对洛厄尔的身心造成了巨大打击,1916年他不幸中风逝世,洛厄尔天文台的搜寻X行星计划也被迫中断。直到1929年,洛厄尔天文台招募的23岁的年轻人克莱德·汤博继续这项工作,神秘X行星的面目才得以被揭开。

冥王星是1930年2月18日下午4点左右被汤博发现的。大家一定会好奇下午4点左右天还没黑,怎么可能看到星星?其实汤博并非直接用望远镜观测到冥王星,而是通过一种特殊的方法找到的冥王星。

汤博发现冥王星使用的是一种叫做“闪烁对比器”的天文设备,它可以将两张不同时间拍摄的同一星空区域图片进行快速来回切换,利用视觉残留现象,使人眼觉察到两张照片的微小差异,这有点类似于我们现在经常玩的两幅图片找不同游戏。2月18日下午,勤奋的汤博正是通过反复比对拍摄于1月23日和29日的两张照相底片,找到了一个当时正位于双子座中移动的小亮点,这便是后来被命名为冥王星的第九大行星。

2

争议——

捣乱的新天体们

自从冥王星被发现后,关于它的争议就不断出现,在整个20世纪之中,天文学家一直致力于对它轨道和质量进行测定。测得的冥王星质量很小,小到不足以对天王星的轨道产生太多影响。而太阳系中其他新的科学发现也一步步动摇着冥王星第九大行星的地位。

1978,冥王星的第一颗卫星——冥卫一卡戎,被同样位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫小镇上的美国海军天文台的望远镜发现了。卡戎的发现使得天文学家可以通过两颗星的绕转来更好地确定它们的质量。结果冥王星的质量比前人估算的还要小,而冥卫一卡戎的质量却有冥王星的十分之一,半径更是达到了冥王星的一半。两者轨道还形成了1:1的潮汐锁定轨道,也就是说冥王星和它的卫星卡戎,都是彼此只有一面朝着对方绕转,这在太阳系的行星中也是独一份的。可以说,卡戎的种种性质对冥王星的行星地位产生了动摇。

时间来到1992年,太阳系研究领域又迎来了一个划时代的发现。夏威夷大学的戴维·朱伊特教授和他的研究生刘丽杏发现了一个海王星外的冰质天体——1992QB1,这颗天体运行的位置在著名天文学家杰勒德·柯伊伯预言的区域内,成为了人类第一个柯伊伯带天体。从那以后,天文学家陆续发现了1000多颗柯伊伯带天体。其中发现的阋神星、鸟神星和妊神星个头都跟冥王星差不多大。并且大约有10%的柯伊伯带天体周围发现了卫星。

要知道冥王星本身也位于柯伊伯带内,当更多柯伊伯带天体被发现后,冥王星在里面看起来并非特立独行,假如它是行星,那新发现的这些个头差不多的柯伊伯带天体是否也应该定义为行星?那样的话,太阳系内的行星岂不是会越来越多?更多新发现带来的,不仅仅是对于太阳系外侧疆域认知的扩展,也真切威胁到了冥王星在太阳系中的地位。

此外,冥王星本身的诸多性质也与其他八大行星不尽相同。譬如冥王星的质量很小,只有八大行星中质量最小的水星质量的5%。它的轨道不是近圆轨道,而是一个扁椭圆;且与它相邻的海王星轨道之间有交叉。在冥王星绕太阳公转248年的周期之中,有20年它比海王星还更加靠近太阳。冥王星的轨道除了很扁,倾斜也更大,与太阳系黄道面的夹角是17°,比其他行星中轨道倾角最大的水星还大得多。可以说冥王星处在了“内忧外患”的境地。一些天文学家和天文科普工作者也在不断思考着如何更好地定义冥王星在太阳系中的身份地位。

20世纪末,美国自然历史博物馆决定重建历史悠久的海登天文馆。新馆的首任馆长尼尔·泰森在组织场馆的布展设计时,为冥王星如何在场馆中安排位置而绞尽脑汁。要知道,虽然那时候科学界对于冥王星的行星地位已经产生了诸多质疑,但在普通大众心目中,冥王星第九大行星的地位已经持续了70年,它在人群中的支持者也不在少数。

到底在太阳系的展览中,把冥王星归于何处,令泰森费尽了心思,他甚至组织了一场公开辩论,邀请五位立场不同的权威专家来阐述冥王星是否应该作为第九大行星陈列。讨论并没形成最终结果。不过海登天文馆最终在泰森牵头下,决定采取一种与众不同的方式介绍太阳系的天体们,即不再按照之前的惯例按顺序列举行星,而是按照性质,把当时已经发现的太阳系内诸多天体进行分类展示:太阳作为老大哥单独展示;接下来的类地行星有水星、金星、地球和火星;类木行星也就是气态巨行星则有木星、土星、天王星和海王星;冥王星由于个头重量的天然劣势,自然无法归于上面任一类,而是被放在了柯伊伯带天体之中;更外围处则是布满活跃彗星的奥尔特云。

这种在当时看来最科学合理的分类展示方法,却在2000年海登天文馆开馆后引起了轩然大波。孩子们因为在参观海登天文馆时并不能找到书本上的第九大行星冥王星而困惑不已,媒体也借此大做文章。公众对于冥王星地位的讨论也惊动了天文学界的权威组织,成立于1919年的国际天文学联合会,该组织负责所有天体的命名工作,冥王星的身份也最终由它来定夺。

3

降级——

举世瞩目的投票表决

冥王星引起的争议不仅仅是在公众群体之中,科学家群体的意见也不尽相同。国际天文学联合会经过2年多的委员会评议,仍然无法就该如何定义什么是行星达成一致,因此专门成立了行星定义委员会,来解决这一问题。行星定义委员会的专家通过讨论,提出关于行星的定义,提交国际天文学联合会大会进行审议,经过几轮讨论,最终把行星的定义提交大会全体在场科学家表决。

最新的行星定义由三条核心内容组成:一个天体要围绕太阳运行,有足够质量能使自身接近于球形,并且能清空其临近轨道上的其他天体,才可以被称之为行星。在这一定义之中,处于柯伊伯带的冥王星,其轨道上还布满了其他的小冰球——柯伊伯带天体,所以并不能满足上述条件,新的行星定义实际上是将冥王星阻挡在了行星行列之外。

2006年8月24日,在捷克首都布拉格召开的第26届国际天文学联合会大会最后一天的会议上,在场的424名参会人员通过举黄牌表示赞同的方式对新的行星定义进行表决。现场没有精确计票,而是以压倒性多数票的结果,通过了新的行星定义。冥王星也就在官方被正式剔出了行星的行列,重新被定义为一类天体——“矮行星”。跟它一起并入矮行星行列的,还有我们上文介绍过的几个大个柯伊伯带天体,以及一颗小行星——谷神星。

虽然国际天文学联合会官方将冥王星降级为了矮行星,但投票的结果也招来了一些行星科学组织的强烈抗议。他们认为参与投票的424名天体物理学家并不能代表所有参会的2000多名天体物理学家,更不可能代表国际天文学联合会的上万名会员。他们甚至还组织起来发表了抗议的请愿书,征集支持者签名。

在不满投票结果的人群中,有各种各样的人,反对的理由也五花八门。有些人反对的是国际天文学联合会简单粗暴地通过重新定义行星概念并仓促表决,应该有更加开明温和的解决方案。而冥王星发现者汤博家乡——新墨西哥州的议员,则是通过议会通过一项纪念法案,宣布冥王星在该州范围内为行星,以此来表达对国际天文学联合会的不满,以及对他们杰出老乡汤博发现冥王星的纪念。有音乐人创作了歌曲来歌颂冥王星,同时对它的身世表达不满和哀痛。占星学协会则声称冥王星被降级的官方声明影响了他们的星座运势。总之,冥王星被国际天文学联合会降级的事件,其背后并非只有天文学家的争论,这件事已经远远超出了单纯的科学范畴,而是深入到了社会的方方面面。

4

重生——

“比心”地球人

就像所有的新闻都有热度一样,随着时间的推移,公众对于冥王星被降级的目光,逐渐被其他的新闻和事件所取代,而且随着新的科学发现的出现和知识的传播普及,更多的人们也接受了冥王星成为矮行星的事实。冥王星依然在太阳系的深处自己轨道上正常地运动着,并没有因为人类对它定义的改变而受到丝毫影响。

就当大多数人都淡忘了关于冥王星的争论之时,2015年7月,美国宇航局公布的一张冥王星的近距离图片,又把这颗饱受争议的天体拉回到了人们的视野之中。2006年发射的“新视野”号探测器,在经过九年多的漫长星际旅行,近距离飞越冥王星,在拍摄的冥王星“证件照”上,一个大大的爱心图案震惊世界。这幅几乎家喻户晓的图片,让所有人第一眼看到都会爱不释手。人们很难想象在太阳系黑暗深处的地方,冰冷环境下的冥王星,表面竟然呈现出了如此暖心的图案。这颗经历了大起大落的天体,在很多人都几乎淡忘它的时候,以这样一种方式重新回归到世人眼中。“比心”地球人,同时还有更多的科学结果被发现,无疑是一次华丽的转身。心形区域被命名为“汤博区”,以此来纪念冥王星的发现者。科学家研究发现这一区域是富含氮冰的平原。而拍摄冥王星的“新视野”号探测器上,也搭载了汤博的骨灰。

冥王星跌宕起伏的经历,因为它特殊的身世变迁而被世人格外关注。类似于它被修正为矮行星前后的故事,在天文学研究乃至更广泛的科学研究探索中,可以说比比皆是。对于未知领域的研究探索,往往都是在不断修正中前进的,人类不可能一下子认清整个宇宙的全貌,伴随着科学技术的不断进步和研究的深入,早前的许多认知也会不断改变,甚至完全推翻。勇于质疑、挑战权威、不迷信固有知识、不迎合人们的主观意志,仔细求证后得出科学严谨的结果,才是推动科学进步的源动力。

寻根问底

11岁小女孩

命名冥王星

1930年,汤博发现X行星的消息迅速占领世界各地新闻的头条,这一足以载入史册的发现也点燃了普通大众的热情。洛厄尔天文台有着这颗行星的命名权,来自世界各地的上千个五花八门的建议名称纷至沓来。最终来自英国牛津的11岁小女孩——维尼夏·伯尼的提议获得了所有洛厄尔天文台工作人员的一致认可。她将学校里古代神话课上学到的掌管黑暗帝国的死亡之神——冥王普鲁托(Pluto),来命名这颗处于太阳系黑暗深处的行星。Pluto的前两个字母PL恰好也是天文台创建人洛厄尔全名(Percival Lowell)的缩写。

学无止境

后冥王星时代

寻找第九行星

美国加州理工学院的迈克·布朗和康斯坦丁·巴特金发现一些柯伊伯带天体的轨道异常,他们推测太阳系应该还存在未被发现的“第九行星”,其质量为5-10倍的地球质量,其与太阳的距离是日地距离的400-800倍,公转轨道倾角为15°-25°,这便是“第九行星假说”。由于距离太阳遥远,“第九行星”可能非常暗弱,截至目前还没有发现存在证据。也有天文学家表示“第九行星”不存在,引起轨道异常的可能并非单个大质量行星,而是一团天体。

【版權聲明】本文轉自《今日頭條》原文鏈結地址:https://m.toutiao.com/i6850225165784056334/
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发表于 2020-7-20 09:26:30 | 显示全部楼层
編好   好編   
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发表于 2020-7-20 14:25:21 | 显示全部楼层
      很好的学习资料。
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发表于 2020-7-20 17:50:37 | 显示全部楼层
從西占中降級

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