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太阳系命名之战

2003-09-10 18:10 作者:鲁伊 大卫·朱维特 2003年第35期
“在过去的十年中,我们所知道的太阳系在规模上至少增加了一倍。”现在,是我们改变自己对太阳系认识的时候了。

预计2006年1月发射升空的“新视线”望远镜将飞过冥王星及其卫星Charon,并将对柯伊伯带天体进行细致的考察。届时,关于柯伊伯带的许多问题将会得到更令人满意的解答

你对太阳系到底了解多少?太阳、地球、月亮、火星、小行星带?如果你的答案止于这些,下面这些名词一定会让你头昏眼花:小冥王星(Plutinos)、半人马星体(Centaurs)、丘比瓦诺(Cubewano,围绕冥王星外的某个区域运行的超海王星体)……在出版时间为十年以前的任何一本天文学著作中,你都不会看到这些稀奇古怪的名词。事实上,它们几乎都是在1993年之后创造出来的。

“在过去的十年中,我们所知道的太阳系在规模上至少增加了一倍。在将近两个世纪的时间里,一个全新的行星天体家族第一次被发现……我们要接着讲述这个发现的故事。”在《超越冥王星:探索太阳系的外部界限》(Beyond Pluto: Exploring the Outer Limits of the Solar System)一书的卷首语中,英国著名天文学家和科普作家约翰•戴维斯(John Davies)如是说。

现在,是我们改变自己对太阳系认识的时候了。

一切要从柯伊伯带(Kuiper Belt)说起。1943年7月,爱尔兰天文学家肯尼斯•埃奇沃斯(Kenneth Edgeworth)在《英国天文学会学报》上预言,在海王星轨道之外,可能存在一个由众多围绕太阳运行的天体组成的带。50年代早期,在不知道埃奇沃斯预言的情况下,被称为现代行星天文学之父的荷兰裔美籍天文学家杰拉德•柯伊伯(Gerard Kuiper)做出了同样的预测。

在长达半个世纪的时间里,这个猜测一直被视作天方夜谭。但我一直相信它的存在。1992年,使用夏威夷大学的2.2米口径天文望远镜,我和加州伯克利分校的另一位同事观测到了距离地球37到59天文单位的第一个柯伊伯带天体(Kuiper Belt Object,简称为KBO)1992QB1。至此,天文学界才正式接受了柯伊伯带的存在。到目前为止,全世界的天文学家已经发现600多个KBO的存在。

从柯伊伯带和柯伊伯带天体的发现开始,对外太阳系行星深入细致的观测引发了这十年来对外太阳系天体乃至整个太阳系的命名之战。而我的确要对这场争论负部分责任——主要体现在以下的三个领域中:

首先,关于柯伊伯带的争论。科伊伯带的命名本身就是争端的开始。一种说法是,因为埃奇沃斯比柯伊伯更早预言了它的存在,他的名字不应该被忽略。因此,就出现了埃奇沃斯-柯伊伯带(缩写为EKB)和埃奇沃斯-柯伊伯带天体(缩写为EKO)的说法。此后,由于不断发现更早的类似预测的存在——有的可以追溯到上世纪30年代——又出现了一种新的说法:超海王星体(Trans-Neptunian Objects,简称为TNOs)。目前,柯伊伯带天体和超海王星体是被使用得最多的两个名称,它们的含义是相同的。而所谓的丘比瓦诺(cubewano)实际上是从我们发现的第一颗柯伊伯带天体1992 QB1的名字推导出来的,它的意思就是QB1天体(QB1 Objects,在英文中的缩写读音正好是cu-be-wan-o)。

对柯伊伯带天体的进一步研究使我们发现,冥王星只是已知的最大的一个柯伊伯带天体。如我们所知,内太阳系类地行星(水星、金星、地球、火星)和巨行星(木星、土星)乃至远日行星(天王星、海王星)的质量、大小和化学组成都各自不同。这就引发了关于“什么是行星?”的讨论。直到目前为止,这个讨论仍在进行中。

在另一个层面上,柯伊伯带天体的物理构造又导致了另一种疑惑——根据推测,KBO是由岩石和冰构成的,这与彗星的组成成分完全一样。事实上,我们认为,许多彗星也的确来自柯伊伯带。那么,柯伊伯带天体是否实际上就是彗星?冥王星到底是一颗小的行星,还是一个大的柯伊伯带天体,还是一个巨大的彗星,或是三者兼而有之呢?这些问题都在等待着回答。

第二个领域是关于木星卫星的。截止到今年5月28日为止,我和我的同事已经通过我们的观测结果把木星卫星的数量增加到了61颗。这些新的卫星和以前我们所熟悉的那些卫星——喧嚣汹涌的木卫一伊娥、沉寂静默的月球、自己拥有大气层的土卫六提坦——都几乎没有什么相似之处。它们的直径大多数只有一两英里,轨道远而易于寻常,看上去更像是绕着行星轨道运行的一块块岩石。这就引发了另一轮讨论:“什么时候一颗卫星不再是一颗卫星?”或是“一个天体可以有多小但仍然还能够被称为一颗卫星?”

其实,不管是否“有资格”被称为卫星,这些很多还没有名字的卫星家族新成员的重要性并不亚于它们大名鼎鼎的前辈们。早在20世纪初,天文学家们就发现过较大的不规则卫星。但一直以来,由于样本数量太少,天文学界一直未能找出行星会拥有这些卫星的原因。现在,因为发现了更多这种类型的卫星,就可以在观测的基础上总结出某些关于它们的起源和太阳系早期形成的普遍性猜测。我们现在知道,它们一定是在行星形成后才被捕获的,而且这种捕获在行星形成后不久就已经完成。尽管目前我们还没能够建立起一个可以说得通的捕获模型,但我们有望在未来的几年中找出约100颗左右的木星新卫星。在观测的基础上,我们可以对太阳系的秘密有更多的了解。

第三个领域是关于小行星-彗星转变天体(Asteroid-comet transition objects)的,在很多情况下,它们被称为半人马星体(Centaurs)。半人马星体的发现是一个非常有趣的故事。1977年11月1日,当时还只是个无名小辈的查尔斯•科瓦尔(Charles Kowal)在自己两星期前曝光的星空图版上发现了一个亮度微弱的、缓慢穿过天空的天体,它与地球的距离同天王星与地球间的距离近似。按照当时的惯例,科瓦尔把这个发现报告给了国际天文协会(IAU)的天文学电报中心。那时候,这是世界各地的天文学家互相交流天文发现的一个重要途径,就像现在的电子邮件一样。

最开始时候,人们认为科瓦尔发现的是一颗小行星。但不久之后的进一步观测结果就显示,它运行得相当缓慢,而且非常遥远,与通常人们所了解的小行星迥然有异。后来,IAU的小行星中心计算出了它的轨道,这时,人们才发现,它可能同时也拥有彗星的某些特性。

通常,彗星以其发现者的名字来命名,偶尔也会出现特例,比如哈雷彗星实际上是以计算出它的轨道的天文学家哈雷来命名的。而用人造卫星或自动天文望远镜找到的彗星一般以该项目的名称来命名,这也是为什么会有那么多叫做SOHO或IRAS的彗星的缘故。但科瓦尔发现的这颗彗星却与众不同,在发现时,它被当成了小行星,因而按照从1925年起一直沿用的命名规则被叫做了1977 UB。

还好,后来包括我和其他天文学家进行的辅助观测证明,这是一种以前从来没有观测到的介于小行星和彗星两者之间的独特星体。它们中一些拥有彗星的轨道但看上去更像是一颗小行星(没有彗尾),另外一些拥有小行星的轨道但却长着“长尾巴”。科瓦尔也终于获得了为它命名的权利。这种天体的特性让他想起希腊故事里的半人马族,因此,他为这类天体命名为半人马星体(Centaurs),而他发现的第一颗半人马星体被命名为喀戎(Chiron)。当然,如果你像我这样直接称它为小行星-彗星转变天体,人们也不会不知道你在说些什么。

行星、卫星、小行星-彗星,这可能是现在最让人迷惑而又最流行的太阳系命名讨论的话题了。在我看来,在这些讨论的后面,隐藏着一个更大的问题,那就是人们感知整个世界的方式。许多麻烦的产生实际上源自许多人的潜意识,他们认为“如果太阳系有九大行星,它就永远有九大行星”、“如果木星有18颗卫星,谁也别想说服我它现在变成了61颗!”这个问题的另一个方面是关于公众的认知和我们的教育体制的——它常常鼓励我们记住一些教条而不是去抓住真理。怎么可以这样呢?这个世界在随着我们不断采用新的研究方法而变换着自己的面貌,而我们真正对它的了解,还是那么的少。

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