那天晚上,孩子问我太阳系到底有几颗行星
说来有点尴尬,闺女趴在小书桌上画星球,突然抬头问我:"爸爸,书上说八大行星,可我记得你小时候唱过九大行星的歌,到底怎么回事啊?"我愣了一下,三十年前背得滚瓜烂熟的冥王星,怎么就成了矮行星?这问题看起来简单,背后藏着天文学家们好几十年的纠结和争论,索性那天晚上,我把这段来龙去脉给她好好捋了一遍。
先把"九大行星"的名单亮出来
按照离太阳从近到远的顺序,当年的九大行星分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星,这是我在1990年代小学自然课上学的内容,全班同学跟着老师念这个顺口溜念了整整六年,但2006年之后出生的孩子,课本里只剩前面八个了,问题出在哪呢?出在人们对"行星"这个词的定义,一直没个统一说法。
咱们用费曼学习法来理解这件事——如果要把行星的定义讲给一个完全不懂天文的邻居听,得怎么说?很简单:行星得同时满足三个条件,第一,绕太阳转(不能绕别的行星转),第二,质量足够大,靠自身引力把自己压成球形,第三,必须把自己轨道附近的区域"清理干净",也就是说这个轨道上不能有其他差不多大小的天体跟你抢地盘,冥王星就是在第三条上翻了车。
一条一条掰扯:冥王星为什么被"开除"
先看第一条,冥王星绕太阳转,没问题,第二条,它够圆吗?够圆,冥王星直径约2377公里,自引力足够让它保持球体形状,这两条都过了,问题出在第三条——1992年开始,天文学家在冥王星轨道附近发现了一大堆类似大小的天体,这片区域后来被叫做"柯伊伯带",2005年发现的阋神星,个头跟冥王星差不多,质量甚至略大一点。如果冥王星算行星,那阋神星算不算?后面还有好几十个候选者排着队呢。
国际天文学联合会2006年在布拉格开了个大会,投票把"行星"的定义正式定了下来,冥王星没满足清理轨道的条件,被归入一个新类别——矮行星,人类对太阳系结构的认识,就这么被拧了一下,我至今还记得新闻里有个老教授擦了擦眼镜说:"我教了一辈子九大行星,今天开始要改口了。"说实话,当时心里还有点空落落的。
不过换个角度想,这其实说明科学在进步,发现得越多,分类就得越精细,下面是目前公认的太阳系行星基本数据,整理成表格看得清楚些:
| 行星 | 与太阳平均距离(亿公里) | 直径(公里) | 公转周期 | 卫星数量(已知) |
| 水星 | 58 | 4879 | 88天 | 0 |
| 金星 | 08 | 12104 | 225天 | 0 |
| 地球 | 50 | 12756 | 365天 | 1 |
| 火星 | 28 | 6792 | 687天 | 2 |
| 木星 | 78 | 142984 | 12年 | 95 |
| 土星 | 3 | 120536 | 29年 | 146 |
| 天王星 | 7 | 51118 | 84年 | 27 |
| 海王星 | 0 | 49528 | 165年 | 16 |
(冥王星没在上表里,它现在属于矮行星家族,跟谷神星、阋神星它们排在一起。)
内圈四兄弟:岩石星球的小日子
水星、金星、地球、火星,这四个离太阳近的,全是岩石质地的"实心球",水星最惨,白天表面温度能干到430摄氏度,夜里又掉到零下180度,昼夜温差接近600度,什么材料上去都得被折腾散架,它连大气层都没有,脸上密密麻麻全是撞击坑,看着像被霰弹枪喷过一样。
金星就闷骚多了,裹着一层厚厚的二氧化碳大气,表面温度稳稳当当保持在460多度——不管白天黑夜都是这个数,前苏联发射的金星探测器,落地半小时就给热报废了,有意思的是,金星自转方向跟大多数行星相反,站在它上面看太阳,太阳从西边出来东边落下去。
地球就不多说了,目前已知唯一有生命的地方,火星呢,算是地球的小表弟,直径大约是地球的一半,稀薄的大气里95%是二氧化碳,近几年"毅力号"在火星上到处钻探取样,就是在找古代微生物留下的痕迹,人类想把火星当第二家园的念头,越来越强烈了。
外圈巨人:气体与冰的世界
跨过小行星带,就进入巨行星的领地了,木星和土星属于气态巨行星,别看它们个头大得吓人,主要成分是氢和氦,没有固体表面,木星大红斑那个风暴,刮了三百多年还没消停,比整个地球都大,土星的环系统由数十亿冰块和岩屑组成,在阳光斜照时美得让人说不出话。
再往外走,天王星和海王星被归为冰巨行星,内部含有大量水、氨和甲烷,天王星最逗的是自转轴躺着转,几乎是躺在轨道面上滚着走,天文学家推测可能是远古时期被一颗超级大天体撞歪的,海王星表面风速超过每小时2000公里,太阳系里最猛的风就在那儿吹着。
说到冥王星,虽然被降级了,但它一点都不无聊,2015年"新视野号"探测器飞掠冥王星,传回来的照片上有一颗巨大的心形亮斑,朋友圈疯传了好一阵子。这颗直径只有月球三分之二的矮行星,地表有氮冰山脉、甲烷雪原,甚至可能有冰火山活动,你对它说"你不是行星"的时候,它在柯伊伯带里安安静静转自己的,根本不在乎人类怎么分类。
为什么这个排列顺序值得反复琢磨
太阳系的行星排列,不是随机凑在一起的,46亿年前,这地方是一团旋转的气体和尘埃云,中心物质聚集成太阳,周围残余物质在引力作用下慢慢碰撞、吸积,形成行星胚胎,离太阳近的地方,高温把轻质气体都吹跑了,只留下重元素聚成岩石行星,离太阳远的地方温度低,气体和冰能保留下来,就长成了气态巨行星和冰巨行星。这个排列顺序,本质上是太阳系早期物质分布的温度梯度决定的。
闺女听完眨巴着眼睛说:"所以不是冥王星做错了什么,而是人类的规矩变了?"我点点头,她想了想又说:"那等以后发现更多东西,规矩会不会再变?"问得好,2006年的定义肯定不是最终版本,随着观测技术发展,柯伊伯带乃至更远的奥尔特云里,说不定还藏着让天文学家重新开会的大个子天体,行星的定义可能会再改,排列名单也会跟着变,科学本来就是一套不断自我修正的认知体系,今天的常识,也许就是明天的历史课脚注。
我现在偶尔还会哼九大行星的顺口溜,旁边女儿立刻纠正:"爸爸,是八大行星!"我也不争辩,笑着继续哼,有些记忆改不了,就像冥王星还在那里,以它自己的节奏绕着太阳一圈一圈转着,248年才转完一圈,比人类制定任何定义的历史都漫长得多。