冥王星的特别故事,为什么冥王星会被踢出太阳

2019-10-08 22:30栏目:数理科学
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人们搜索冥王星的最初目标,是为了解释天王星轨道的异动。由于海王星只能部分解释天王星实际轨道与预测轨道的差异,19世纪末的天文学家猜测,在海王星的轨道范围之外,还应该有一个未知天体,它的引力干扰着天王星的运动。

自从1930年被发现以来,冥王星在很长一段时间内被认为是太阳系中的第九大行星。但后来的观测表明,冥王星要比另外八大行星小不少,并且它的轨道偏心率和倾角远高于其他行星。尤其是上个世纪90年代,天文学家在柯伊伯带中陆续发现了与冥王星差不多大的天体,它们的存在挑战了冥王星的大行星地位。

当冥王星于1930年首次被人们观测到时,它很快就被认定为预测中的那颗未知行星,从而成为太阳系第九大行星。但70多年来,冥王星的行星地位一再受到质疑。

正规棋牌游戏平台 ,在2016年,国际天文学联合会提出了天体被归类为行星所需满足的三大条件,其中第三个条件是要求天体公转轨道附近的其他更小天体需要被其引力清理掉。而冥王星不满足这个条件,因为冥王星运行在布满各种小天体的柯伊伯带中,所以冥王星就被天文学家从太阳系的行星行列中排除掉。

与其他8颗行星相比,冥王星显得过于特别。它非常小,比许多其他行星的卫星还小,比如月球。更糟糕的是,过于小的体积和质量使冥王星根本无法对天王星轨道造成明显影响,因而无法满足天文学家最初的期望。

根据新的定义,冥王星是一颗矮行星,并且是柯伊伯带天体。除了冥王星之外,小行星带中的谷神星、柯伊伯带中的妊神星和鸟神星、离散盘中的阋神星也被归类为矮行星。根据NASA的新地平线号探测器在2015年飞掠冥王星时所传回的数据,冥王星是目前已知的矮行星中最大的那个,其半径约为1188公里,相当于月球半径的68%,地球半径的19%。

冥王星还有着与众不同的公转轨道。其他行星的轨道平面都与黄道平面基本一致,冥王星的轨道平面却与黄道平面呈很大夹角。其他行星的轨道几乎是完美的圆形,而冥王星的轨道是一个有很大偏心率的椭圆形,其近日点和远日点与太阳的距离相差30亿公里之多。

虽然现在的太阳系只有八大行星,但根据太阳系的形成理论,天文学家认为在海王星的轨道之外可能还存在第九大行星。天文学家在海王星轨道之外发现了一些特殊的天体,它们被称作极端海外天体。这些天体与太阳的平均距离可达250天文单位,它们的轨道异常地沿着同一个方向排列。天文学家认为,这种反常现象是由一颗大型行星所施加的引力造成的。

这些因素使一些科学家认为,冥王星根本就不是行星,太阳系应该只有“八大行星”。有人猜测,也许冥王星以外还有一颗未发现的行星。许多年来,不少科学家希望重演海王星和冥王星的发现历程,在太阳系边缘发现第10颗行星。

据估计,这颗可能存在的第九大行星的质量大约为地球的5至10倍,轨道近日点为400天文单位,远日点为800天文单位,轨道倾角大约为20度。如果这个天体存在,那么,它在过去的46亿年里足以清理掉公转轨道上的其他天体,它的引力将会主宰周围空间,所以它符合行星的定义。

但大自然总有新创意来冲击人类的想象力,柯伊伯带的发现完全改变了我们对太阳系边缘的认识。美国科学家柯伊伯于1951年提出,太阳系外围可能有一大群小天体绕太阳运行。1992年,人们首次在海王星轨道之外发现了一个暗淡小天体,柯伊伯带的存在从此由假说变为事实。

据猜测,直径超过100公里的柯伊伯带天体可能达7万个,至今已经发现了几百个。近几年来人们不断发现更大的柯伊伯带天体,其中一个甚至比冥王星还要大。这些发现是推动国际天文学联合会重新定义行星的重要原因。

这种局面意味着,在海王星轨道之外、离太阳约50个天文单位(1天文单位相当于地球到太阳的距离,约1.5亿公里)之内的区域,并不是由冥王星占统治地位的空旷地带,而有许多“居民”。

在这个寒冷而拥挤的“社区”里,冥王星的地位还比不上谷神星在小行星带的地位。谷神星是小行星中的绝对老大,冥王星却有着比它更大的同伴,在这个意义上它毫不特别。要说有什么特别之处,那就是它反射阳光的能力特别强,所以发现得比较早。

经过几天格外激烈的争论,本届国际天文学联合会大会终于投票决定,将冥王星与8颗地位毫无争议的行星区分开。从此以后,以冥王星为代表,这种大到一定程度但未能将周围“竞争对手”扫荡干净的天体,将被称为“矮行星”。与以往的小行星概念一样,矮行星并不是行星,而是与行星不同的另一类天体。

对于在“九大行星”的常识中长大的公众来说,“八大行星”也许有点难以接受,但这也只是个习惯问题。其实,冥王星是不是行星,与它在科学上的重要性如何并无关联,美国宇航局的“新地平线”探测器仍然在朝它飞去。冥王星和柯伊伯带其他天体可能有着与“八大行星”完全不同的起源,这将为研究太阳系早期演化过程提供重要线索。

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