问题

为什么水星也很小却可以称为大行星,冥王星却不行?

回答
这其实是个很有意思的问题,也触及到了天文学上对“行星”定义的演变。简单来说,水星之所以能稳坐大行星的宝座,而冥王星却被“降级”,根本原因在于它们在轨道上的“清扫能力”上的巨大差异。

我们得先明白,天文学家并不是随意给天体命名的。在很长一段时间里,我们对太阳系内那些绕着太阳转的大型天体,习惯性地称呼它们为“行星”。水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,还有那个曾经的“第九大行星”——冥王星,都是这个大家庭的成员。

但是,随着我们观测技术的进步和对宇宙了解的深入,尤其是当我们发现了越来越多类似冥王星的天体时,科学家们意识到,之前的定义可能有些模糊了。

水星为什么是行星?

水星符合了国际天文学联合会(IAU)在2006年对行星提出的三条标准:

1. 它必须围绕太阳运转。 这点水星做得很好,它就是太阳系内离太阳最近的行星。
2. 它必须有足够的质量,以至于自身引力能够克服刚体力,使其达到流体静力平衡的形状(近似球形)。 水星虽然小,但它的质量还是足够大的。想想看,它有一个坚实的岩石内核和地幔,加上自己的引力,足以把它塑造成一个相对圆润的球体,而不是一个不规则的土豆形状。你可以把它想象成一个被自己“捏”成球的石头。
3. 它必须已经清扫了其轨道附近的其他小天体。 这一点是关键,也是区分水星和冥王星的核心矛盾。水星的轨道非常干净。在它运行的轨道附近,几乎没有其他大型天体与它竞争空间。它的引力足够强大,能够将轨道上的小碎片、尘埃等吸引到自己身上,或者将它们甩开,从而“清扫”了自己主要的运行区域。你可以理解为,水星是它轨道上的“老大”,它说了算,周围的小弟都被它收拾得服服帖帖的。

冥王星为什么被“降级”了?

冥王星在被发现初期,是按照当时对行星的理解来命名的,它也符合前两条标准:

1. 它围绕太阳运转。 是的,冥王星也绕着太阳转。
2. 它也呈现出近似球形。 尽管比水星小得多,但冥王星的质量也足以让它自己变成一个球形。

然而,第三条标准——“清扫其轨道附近的其它小天体”——冥王星就没能通过。

这是为什么呢?

主要是因为在冥王星的轨道区域,也就是所谓的“柯伊伯带”(Kuiper Belt),存在着数量庞大的、与冥王星大小相当甚至更小的冰质小天体。柯伊伯带是一个盘状的区域,位于海王星轨道之外,里面有成千上万个由冰、岩石和尘埃组成的小天体,包括许多矮行星。

冥王星的质量相对于它所处的轨道区域来说,远远不足以“清扫”干净。它的引力就像一个小保镖,面对成群结队的小混混(柯伊伯带天体),根本没法把周围都赶跑。它和许多同样小的天体共享着同一片轨道空间,甚至可以说是被这些天体所包围。

想象一下,如果把太阳系比作一个大型社区,行星就是社区里那些有足够影响力、能够决定自己街区规则的大户人家。水星虽然小,但它占据了一条相对独立且干净的街道,它就是这条街的“地主”。而冥王星呢,它住在一个非常热闹的街区,那里有很多邻居,而且很多邻居的大小和它差不多,大家都在同一条街上挤着,冥王星并没有能力把这条街“清理”出来,成为这条街上唯一的“规则制定者”。

总而言之,水星是行星,冥王星是矮行星,这个分类上的转变,并不是因为它们的大小发生了变化(水星一直比冥王星小),而是因为天文学家对行星的定义变得更加科学和精确。核心的判断标准在于天体对其轨道区域的“主导权”和“清扫能力”。

所以,不是水星“很小却可以称为大行星”,而是水星在符合行星定义的三条标准上都达标了,而冥王星在第三条标准上未能达标。这个改变让太阳系行星的数量固定在了八颗,而冥王星则和其他类似的天体一起,被归类为“矮行星”。这让我们的行星家族分类更加清晰和有条理。

网友意见

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我们为什么要去定义一个类别?因为作为一个类别的东西,都有一些共性,我们归类的目的是为了让这个共性更加明显,也更加容易被记忆和理解,这是我们分类的目的,也是分类的现实因素。作为行星来说,也应该根据这一目的去归类。

如果这类分得很好,那就意味着这共性总结得很好,人们可以很容易的理解并掌握它。但是如果这类分得不好,人类就会觉得怪怪的,要掌握这分类,总会有很多麻烦和不便于理解的地方。我们在叙述这种分类的时候,不得不增加很多额外的描述,才能让人明白这个类别到底指的什么,而这种额外的开销是非常不利于分类的理解、推广和应用的。

过去关于行星的分类规则一是围绕太阳公转,二是比较大的星体。

这其中有一些漏洞,比如公转这里,双星、三星什么的,算不算公转。比较大,多大算比较大?彗星算什么?

其实人类对于行星的认识是渐进的,先发现了几个比较特别的星球,将他们定义为行星,但是关于行星的定义却一直没有明确。还好太阳系符合上述要求的星球并不太多,所以问题也不会太大。但是宇宙之大无奇不有,总是有一些特殊情况被发现,久而久之积累到一定程度,就需要重新进行定义:

1、必须是围绕恒星运转的天体;
2、质量必须足够大,来克服固体引力以达到流体静力平衡的形状(近于球体);
3、必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。

但是就我看来,这一定义依然存在着很多问题。它更多的是被冥王星逼出来的定义,它不应该被称作“重新定义行星”,而应该被称做“关于冥王星历史定位的暂行解决办法”。

首先,它依然没有定义到底应该多大才能算作行星,仅仅是说要清空轨道。那么假设我们在某一真空区域发现了一颗围绕太阳运转的足球状岩石,而且这个轨道上除了这个足球之外,其他物体都只是灰尘大小,那么这个足球是否算作行星?

其次,这个定义在时间方面也没有明确。就上面的例子看来,即便是存在着这个足球,由于各种因素,它也无法长期保持状态。问题是,它总有一段时间能保持那个状态,请问在这段时间内它是否是行星,超过了这段时间,又如何称呼它?

我们知道,所有的行星,其实都是不怎么稳定的,如果把时间尺度放大,关于行星的定义就会更加模糊。比如几千年内,冥王星说不定什么时候就和另外一个什么星相撞了,撞击之后一段时间内必定是分裂状态,但是再过一段时间,说不定它更大了,这又怎么算?

另外,彗星和行星的区别在哪里?仅仅是因为轨道问题?如果哪天发现某个彗星被蒸发干净了,又怎么称呼它?

当然了,我们人类的寿命太短,所以关于时间的定义不用太纠结,但是至少千年内可能出现的变化应该考虑到。这也是为了防止某个足球突然变成行星。

再次,也没有考虑到质量及轨道的问题。我们假设有另外一个和冥王星差不多重,差不多大的星球,但是换了一个离太阳更近的地方,这块区域没有更多的其他星体,那是不是它就可以被成为行星了呢?这是以出身论英雄呀。因为所谓的清空轨道是非常不严谨的说法,这轨道可能根本就没有其他星体,或者这轨道并非是它自己清空的,也许是被其他星体清空的,它恰好出现在了正确的时间正确的地方而已。

我们假设水星出现在了主小行星带,即便是最后它能够清空轨道,那也不知道多少亿年之后的事情了。这还算幸运的,因为主小行星带离太阳比较近,公转轨道较短,轨道空间也不太大,这意味着要清空轨道的时间相对较短。如果把水星放到冥王星的位置上,就算质量再增加一倍,它要想清空轨道也会更久,因为那轨道太长了呀,轨道空间比主小行星带大了无数倍,运转周期也更慢,不知道要清到何年何月呢。

正因为这定义本身就有问题,所以才会出现了更多新问题。比如有人提到的,健神星到底算什么。健神星和其他同类小行星相比,也就是更圆一点而已,这圆不一定是它自己有多么NB,更可能是因为它出生的形状更圆。如果哪一天我们发现一个面包状的大星体围绕太阳转,我们又如何称呼它?

有人说太阳系中没有发现这些另类星球,不错,这规则其实也就欺负一下冥王星,因为它太远,而且最后发现,折腾它大家意见较少,不然如果哪天突然说水星不是行星了,正常人肯定不那么容易接受。对于系外行星来说,这套规则既无法验证,又不严谨,估计只要发现了都会统称行星了。

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