从九大行星到八大行星,一次关于银河系家门口的星空漫谈
小时候的夏天,我最喜欢干的一件事就是躺在院子里的竹椅上,仰着脖子数星星,那个年代,几乎所有科普书的第一章都会骄傲地告诉我们:太阳系有九大行星,水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星,这串名字我背得比亲戚家的辈分还熟,后来有一天,忽然听说冥王星被“开除”了,太阳系变成了八大行星,我当时的第一反应是——这就像你从小叫惯了“九大行星”,突然有人告诉你记错了,心里总有点空落落的。
不过咱们先别急着聊冥王星的事,我得先把一个概念纠正一下,因为很多人聊天时容易把“银河系”和“太阳系”搞混,咱们今天聊的这九大行星——不管你认不认冥王星——它们都是太阳系的成员,围着太阳这颗恒星转,而太阳系本身,只是银河系里几千亿个恒星系中的一个,银河系是一个巨大的旋涡星系,直径大约10万到18万光年,我们晚上看到的跨越天际那条乳白色光带,就是银河系的盘面投影,在这个尺度上讲,太阳系就像一个巨大城市里的一盏小路灯,而我们的地球,不过是路灯旁边的一粒微尘,所以严格说,“银河系的九大行星”这个说法不太准确,正确的表达应该是“银河系中太阳系的九大行星”,不过既然大家都这么随口叫,咱们就带着这个默契往下聊。
我第一次真正体会到行星和恒星的区别,是在一个半夜爬起来看土星的夜晚,朋友那台入门级的天文望远镜也就几百块钱,镜头里的土星小得可怜,但那个光环清清楚楚地悬在那里,那一刻我突然理解了伽利略当年的震撼——茫茫星海中,有这么几个不闪的“流浪者”,它们跟恒星的性格完全不同,不发光,只是安静地反射着太阳的光,沿着自己的轨道不紧不慢地走着,古人管它们叫“行星”,就是因为它们在星空背景上会“行走”。
下面这张图可以很直观地展示太阳系八大行星的相对大小和排列顺序,虽然冥王星不在其中,但咱们先按现在的官方口径来看看这八位“正式成员”。
说来有意思,虽然我嘴上经常念叨“九大行星”,但真要让我一个一个说出它们的特点,我发现大部分人其实只对前面几个比较熟,水星、金星、地球、火星这四颗是类地行星,岩石壳子,密度大,个头相对小;木星、土星、天王星、海王星这四颗是类木行星,气态巨无霸,体积大得吓人,密度却低,冥王星这个“老九”更特殊,它属于柯伊伯带天体,本质上跟那些冰疙瘩彗星核是亲戚,你看,还没细聊呢,光是把它们分个类,就已经能感觉到冥王星跟前面八位不是一路人了。
我这里整理了一个表格,把这几颗行星的关键数据放在一起,方便你一眼看明白它们各自在太阳系里的“江湖地位”,表格里还是把冥王星放进来了,毕竟今天这篇文章的由头就是“九大行星”,让它坐冷板凳不太合适。
| 行星 | 分类 | 距太阳平均距离(天文单位) | 大致直径(千米) | 显著特征 | 卫星数量(大约) |
| 水星 | 类地行星 | 39 | 4,879 | 温差极大,无大气层保护 | 0 |
| 金星 | 类地行星 | 72 | 12,104 | 逆向自转,温室效应失控 | 0 |
| 地球 | 类地行星 | 00 | 12,742 | 目前已知唯一有生命存在的星球 | 1 |
| 火星 | 类地行星 | 52 | 6,779 | 拥有太阳系最高的奥林波斯山 | 2 |
| 木星 | 气态巨行星 | 20 | 139,820 | 大红斑风暴已持续数百年 | 95+ |
| 土星 | 气态巨行星 | 58 | 116,460 | 壮观的光环系统 | 146+ |
| 天王星 | 冰巨行星 | 22 | 50,724 | 侧躺着自转,轴倾角约98度 | 27 |
| 海王星 | 冰巨行星 | 05 | 49,244 | 太阳系外侧风速最快的地方 | 16 |
| 冥王星 | 矮行星 | 48 | 2,377 | 轨道偏心率和倾角都很大 | 5 |
看这个表格你就能直观感受到,冥王星从个头到轨道到分类,都跟前八位不在一个频道上,它的直径甚至还没有月球大,轨道也不是乖乖地在一个平面上,而是斜着穿来穿去,有时候还会跑到海王星轨道内侧去,这种“不按规矩出牌”的性格,注定了它在天文学界迟早要被重新审视。
挨个串门:从太阳身边一路溜达到黑暗边缘
咱们不如模拟一次太阳系自驾游,从最靠近太阳的水星开始,一家一家串个门,看看这些行星邻居们到底长什么样,这种“假装去旅行”的办法是我自己理解天文知识时最管用的招数,因为一旦把那些冰冷的数据变成“如果我真的站在这颗星球上会怎样”的画面,很多东西就活了。
水星:冰火两重天的苦行僧
如果把太阳系比作一个大院子,水星就是住在最靠近火堆那间小屋里的那个可怜家伙,它离太阳平均只有5800万公里,白天那面能被烤到430摄氏度,晚上那面因为没有大气层保温,温度能暴跌到零下180度。昼夜温差超过600度,这是什么概念?就是你如果穿一身宇航服站上去,脚底板和头顶可能处于完全不同的季节,水星上的一天等于地球上的59天,一年却只有88天,日子过得又慢又短,挺矛盾的,更绝的是,水星的内核占了整个星球体积的百分之四十二,像个巨大的铁球外面包了层薄薄的岩石壳子,科学家推测,它可能早年经历过一次惨烈的撞击,把大部分外壳都给剥掉了。
金星:披着地狱外衣的“地球双胞胎”
从个头上看,金星跟地球简直像亲姐妹,直径和质量都差不太多,所以早年科幻小说里经常把金星描写成温暖潮湿的丛林星球,结果后来探测器一去看,好家伙,这哪里是天堂,分明是太阳系里地表温度最高的行星,厚厚的二氧化碳大气层制造了失控的温室效应,表面温度稳稳地保持在460多度,铅都能熔化,更有意思的是,金星是太阳系里唯一一颗逆向自转的行星,太阳从西边出来,而且自转一圈要243个地球日,比它绕太阳公转一圈还长,你要是站在金星表面看日出,从太阳露出地平线到完全升起,大概得好几个小时,慢悠悠的,挺诡异。
地球:那个恰到好处的“蓝色例外”
写到咱们自己家,反而不知道该说什么了,宜人的温度,液态水海洋,恰到好处的大气层和磁场保护,地球在太阳系里就像中了彩票头奖的那个幸运儿,有一组数据每次看都觉得后怕:地球跟太阳的距离只要再近百分之五或者再远百分之十五,液态水就不可能大规模稳定存在。
火星:人类的下一个落脚点?
火星是科幻作品里的常客,红色的外表让它天生带着一股苍凉神秘的气质,它是类地行星里唯一一个我们能想象“也许可以住上去”的地方——虽然实际上住上去也挺难,火星上有太阳系最高的山,奥林波斯山,海拔两万一千多米,放在地球上能把珠穆朗玛峰衬成一个小土坡,还有水手峡谷,长四千多公里,深七八公里,像一条巨大的伤疤横在火星表面,近些年探测器在火星上找到了水冰、发现了有机分子、探测到了甲烷的季节性变化,这些发现加在一起,让天文学家对“火星曾经有过生命”这个假设越来越认真,虽然现在还没找到确凿证据,但火星至少给了人类一个念想:说不定在太阳系里,我们并不孤独。
木星:太阳系的“未能点燃的恒星”
过了火星,中间隔着小行星带,然后就到了木星的地盘,这家伙大得离谱,质量是其余所有行星加起来的2.5倍,它主要是氢和氦组成的,内部压力大到能把氢压成金属态,木星最著名的就是大红斑,地球大小级别的反气旋风暴,已经持续刮了几百年,木星的卫星系统也极其壮观,尤其是伽利略发现的四颗大卫星——木卫一上火山喷发不断,木卫二冰层下极可能有液态海洋,木卫三是太阳系最大的卫星比水星还大一圈,木卫四表面密密麻麻全是撞击坑,每次读到木卫二的海洋可能存在生命,我都觉得人类对自家后院的了解,可能还远不如我们以为的多。
土星:那个自带光环的颜值担当
我敢说,大部分人人生中第一次从望远镜里看到土星时,都会忍不住“哇”一声,那个光环实在是太漂亮了,就像一顶精致的草帽悬在黑暗的宇宙里,土星环其实主要是无数碎冰和岩石颗粒组成的,直径长达二十多万公里,但厚度平均只有几十米——如果按比例缩小,土星环比一张纸还薄,土星本身是个密度极低的气态巨行星,理论上来讲,如果你能找到一片足够大的海洋,土星是能浮在水面上的——虽然这个说法只能在脑子里想一想,实际操作难度无限大,它的卫星土卫六,泰坦,拥有浓密的氮气大气层,表面有液态甲烷的湖泊和河流,整个星球像是在用甲烷替代水来运转一套完全不同的“天气系统”,特别有意思。
天王星:那个躺平走路的怪咖
天王星的轴倾角大概是98度,也就是说它几乎是躺着绕太阳公转的,别的行星像陀螺一样竖着转,天王星像个滚动的圆球,侧着身子往前走,这导致它的极昼极夜特别夸张,一个极点的夏天长达42年,然后是42年的冬天,你要是生在天王星上,一辈子大概只能见过一次完整的季节轮替,天王星的颜色是那种淡淡的青色,来自它大气里甲烷吸收红光的效果,天王星也是历史上第一颗用望远镜发现的行星,威廉·赫歇尔在1781年找到它的时候,一开始还以为是一颗彗星。
海王星:风中呼啸的深蓝边疆
海王星是太阳系最外侧的行星,测得的最高风速超过每小时2100公里,是太阳系里风最大的地方,它是通过数学计算预言位置之后才被观测到的,勒维耶和亚当斯各自独立算出了它的轨道,这在天文学史上是“笔尖上发现的行星”,挺有传奇色彩,海王星的颜色比天王星更蓝更深邃,目前比较公认的解释是它大气里还有一些未知的成分在发挥作用。
冥王星:那个让我们学会告别的小家伙
终于要聊冥王星了,1930年克莱德·汤博发现它之后,冥王星安安稳稳当了七十多年的第九大行星,可是后来人们陆续在它所在的柯伊伯带里发现了越来越多跟它差不多大小甚至更大的天体,比如阋神星一度被发现比冥王星还略大一点,眼看照这个趋势下去,“行星”名单将来可能得膨胀到几十个甚至上百个,国际天文学联合会在2006年果断修改了行星的定义,冥王星被重新归类为矮行星。
新的行星定义有三条:绕太阳运行、有足够大的质量靠自身引力变成球形、能清理自己轨道附近的其他天体,冥王星前两条都合格,就栽在第三条上——它轨道周围混着太多柯伊伯带的小伙伴们,没法算“清理干净”,这个标准说实话带着点行政划分的意味,不是纯粹的自然规律,所以争议至今没有完全平息,据说,这一定义出台的那段时间,美国有些小学生哭着给天文台写信抗议,天文学家尼尔·德格拉斯·泰森收到过无数愤怒的邮件。
不过你要是问我个人的感受——冥王星被降级这件事反而让它变得更迷人了,2015年“新视野号”探测器飞越冥王星,拍回来的高清照片震撼了全世界:它的表面居然有一颗巨大的心形平原,叫斯普特尼克号平原,那个心形是氮冰构成的,周围有冰川流动的痕迹,有山脉,有薄雾,地质活动远比预想的活跃,一个远在太阳系边缘、温度零下230度的冰冻小世界里,居然藏着这么多故事,这比它闷不作声地当第九大行星有意思多了。
那种“想不通”的感觉,恰恰是最好的开始
写这篇文章的时候,我一直在回想自己小时候第一次知道“太阳系有九大行星”时的那种心情,那是一种既踏实又渺小的奇妙感觉:踏实是因为这九个名字组成的清单,给浩渺的星空标上了一份地图;渺小是因为不管怎么想,每个行星的巨大和遥远都远远超出日常尺度,人类花了几百年才勉强把这个系统搞清楚,而眼下最远的探测器也只是刚刚飞出太阳系的边缘,那种感觉——就是你知道面前的东西过于庞大复杂,脑子有点消化不了——正是科学思维最好的开端。
当然天文学也在不停地修正自己,新视野号、朱诺号、帕克太阳探测器一个接一个地更新着我们对这些邻居的认知,说到底,从九大行星到八大行星,不是谁犯了错,而是我们发现了一个比自己想象中更热闹、更拥挤也更精彩的太阳系。
