我记得小时候老师教的是九大行星,后来怎么变了?
我女儿前两天从学校回来,特别认真地纠正我:“爸爸,你说的不对,银河系不是九大行星组成的。”我当时正在厨房择菜,愣了一下,差点把豆角扔进垃圾桶里,我说我不是一直这么记着的吗?水金地火木土天海冥,这顺口溜背了二十多年,她一脸嫌弃地看着我,说冥王星早就被开除行星籍了,现在是八大行星。
那一刻我意识到,这不光是我一个人的记忆偏差,很多像我这样三十岁以上的人,脑子里都刻着“太阳系有九大行星”这个知识点,但你仔细想想,问题其实出在两个地方——第一,我们经常把“太阳系”和“银河系”搞混;第二,就算是太阳系,现在也确实是八大行星了。
所以这篇文章,我想跟你聊聊这个事儿,不光是澄清概念,更想把这里面的前因后果讲透,让你下次跟孩子聊起来的时候,不至于像我一样被问到哑口无言。
先把概念掰清楚:太阳系和银河系不是一回事
这个混淆太常见了,我写这段话的时候甚至有点不好意思,因为我自己也犯过这个错。太阳系是我们这一个“家庭”,太阳是家长,八大行星是围着它转的孩子,而银河系是一个庞大的“城市”,里面有上千亿个像太阳系这样的家庭。
你可以这么想象:太阳系就像你家住的那栋楼,银河系是整个北京城,你家楼里住着几口人,北京城里住着两千多万人,这两者的尺度完全不在一个量级上。
我查了一下数据,银河系的直径大约是10万到18万光年,包含了1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中一颗不起眼的中年恒星,位于银河系一条叫做猎户臂的旋臂上,距离银河系中心大约2.6万光年,而我们太阳系里的行星,哪怕是最远的海王星,离太阳也就大约45亿公里,光走一趟只需要4个多小时。
所以你明白了吧,说“银河系有九大行星”就像是说“北京市只有一家三口人”一样,逻辑上完全不成立,银河系里的行星数量多到难以想象,光是已经被确认的系外行星就有五千多颗,还有数不清的没被发现的。
那太阳系到底有几大行星?从九到八的故事
现在咱们把范围缩小到太阳系,来说说这个“九变八”的来龙去脉,这背后其实是一段挺有意思的科学史。
1930年,美国天文学家克莱德·汤博发现了冥王星,那时候大家对太阳系外围的情况了解得不多,根据当时的观测推算,以为冥王星大小跟地球差不多,于是顺理成章地把它列为第九大行星,从那时候起,全世界的小学生都开始背“水金地火木土天海冥”。
可是后来的观测越来越精细,天文学家们发现事情没那么简单,冥王星太小了,直径只有2370公里左右,比月球还小不少,更麻烦的是,它的轨道特别扁,还和黄道面有一个比较大的倾斜角度,到了上世纪90年代以后,天文学家在柯伊伯带里发现了越来越多和冥王星差不多大的天体,比如阋神星,一度看起来比冥王星还大一点。
这下问题就来了:如果冥王星算行星,那阋神星算不算?后面还会不会有一大堆类似的天体要被加进来?太阳系的行星名单会不会越拉越长?
于是2006年,国际天文学联合会在布拉格开大会,专门讨论这个问题,经过几天的激烈争论,他们给出了一个新的行星定义,要求必须同时满足三个条件:
- 第一条:必须绕着太阳转。
- 第二条:质量必须足够大,靠自身引力能把自己“捏”成一个接近球形的形状。
- 第三条:必须已经“清空”了自己轨道附近的区域,也就是说它得是轨道上的引力霸主。
冥王星在前两条上没问题,它确实绕太阳转,也确实是个球,但第三条它没通过,因为它的轨道穿过了柯伊伯带,周围还有一大堆跟它差不多大的天体,它并没有靠自己的引力把那些邻居都清理掉或者收服。
冥王星被降级了,归入了一个新创立的类别——矮行星,太阳系的行星数量正式从九个变成了八个。
现在太阳系的八大行星长什么样?
好了,既然现在确认是八大行星,那我们就来好好认识一下这八个“家庭成员”,我按照离太阳从近到远的顺序给你捋一遍,顺便说一些你可能不知道的细节。
| 行星 | 类型 | 直径(约) | 公转周期 | 有意思的特征 |
| 水星 | 岩石行星 | 4879公里 | 88天 | 没有大气层,昼夜温差能到600摄氏度 |
| 金星 | 岩石行星 | 12104公里 | 225天 | 自转方向跟别的行星反着来,太阳打西边出来 |
| 地球 | 岩石行星 | 12756公里 | 365天 | 目前已知唯一有生命的地方,液态水丰富 |
| 火星 | 岩石行星 | 6792公里 | 687天 | 有太阳系最高的山,奥林帕斯山高达21公里 |
| 木星 | 气态巨行星 | 142984公里 | 12年 | 大红斑是个持续了几百年的超级风暴 |
| 土星 | 气态巨行星 | 120536公里 | 29年 | 密度比水小,理论上能浮在水面上 |
| 天王星 | 冰巨行星 | 51118公里 | 84年 | 几乎是躺着转的,自转轴倾斜了98度 |
| 海王星 | 冰巨行星 | 49528公里 | 165年 | 太阳系风速最快的地方,时速超2000公里 |
这八颗行星可以大致分成两类:内圈的四颗是岩石构成的固态行星,个头相对小,密度大;外圈的四颗是气态和冰态的巨行星,体积庞大,但密度很低,木星和土星主要由氢和氦组成,天王星和海王星则含有大量的水、氨和甲烷冰。
每一颗都很有性格,水星像个急性子,转得飞快;金星闷骚得不行,大气压是地球的九十多倍;火星冷寂荒凉,但留下过水的痕迹;木星大得惊人,光它一个的大红斑就能装下两三个地球;土星的环系是太阳系里最漂亮的,主要由冰屑和碎石组成;天王星像是被谁撞歪了一样躺着转;海王星蓝得深邃,风暴猛烈得超乎想象。
顺便说一句,前四颗岩石行星和后四颗巨行星之间,隔着一条小行星带,那里散落着数以百万计的碎石头,有些人以为小行星带是另一颗行星碎掉之后形成的,其实并非如此,那些物质从一开始就没能聚合成一颗大行星,主要是因为木星强大的引力在旁边不断扰动,让它们没法安生合并。
银河系到底有多少行星?
回到一开始说的银河系这个尺度,当我们说“银河系有九大行星”的时候,实际上是把太阳系的经验直接套到了整个银河系上,这就像是说“我们家有三口人,所以全中国都是三口之家”一样荒谬。
那天文学家现在是怎么估计银河系行星数量的呢?主要是靠开普勒太空望远镜这类设备,盯着一小块天区长时间观测,看有没有行星从恒星前面经过时造成的微弱亮度变化,这种方法叫凌星法,通过统计已经发现的行星数量,再推算出概率,科学家们得出的结论是:银河系里平均每颗恒星至少有一颗行星。
这是一个非常惊人的数字,银河系至少有1000亿颗恒星,那行星的数量至少也是千亿级别的,这些行星五花八门,有比木星还大好几倍的超级木星,有比地球略大的超级地球,还有轨道离恒星极近、表面温度高到能熔化岩石的熔岩世界,也有在宜居带里温度适中、可能存在液态水的类地行星。
我们已经发现了不少有意思的系外行星,比如比邻星b,它绕着离太阳系最近的恒星比邻星转,距离我们只有4.2光年,质量大约是地球的1.3倍,而且位于宜居带内,这意味着它的表面温度可能允许液态水存在,比邻星是一颗红矮星,动不动就爆发出强烈的耀斑,真要有生命在那里,日子估计不太好过。
再比如TRAPPIST-1系统,这地方特别热闹,一颗小小的红矮星周围挤了七颗地球大小的行星,其中有三颗都在宜居带里,想象一下,如果站在其中一颗行星上抬头看,邻居行星在天空中可能就是一个小圆盘,而不是一个光点,那景象应该相当震撼。
所以你看,银河系的行星世界远比我们太阳系这几颗要丰富得多,我们对于“行星”的认知,其实才刚刚开了个头,就像天文学家卡尔·萨根在《暗淡蓝点》那本书里表达过的意思:在浩瀚的宇宙剧场里,地球只是一个非常小的舞台。
冥王星现在过得怎么样?
说了这么多,我突然有点惦记冥王星,被降级之后,它并没有消失,而是成了矮行星家族里最出名的一员,2015年,NASA的新视野号探测器飞掠冥王星,第一次拍到了它的高清照片,那颗遥远的星球表面居然有一个巨大的心形图案,一下子就在网上火了,很多人说,冥王星虽然被“开除”了,但它用一颗心回应了人类。
它在柯伊伯带里安静地绕着太阳转,轨道周期是248年,从被发现到现在,它连一圈都还没转完,冥王星有五颗已知的卫星,最大的一颗叫卡戎,大到以至于冥王星和卡戎的引力中心落在了冥王星本体之外,有人管它们叫双矮行星系统。
有时候我想,冥王星大概并不在乎人类给它什么名分,它本身就是一颗天体,有它自己的轨道、自己的卫星、自己的故事,是我们人类非要用一套分类体系去框它,框不住了就改标准,科学就是这样,不断在修正自己,有时候甚至显得有点无情,但这种自我纠错的能力,恰恰是科学最有生命力的地方。
好了,菜择完了,豆角下锅,女儿在客厅喊我,说她又想到了一个问题:爸爸,黑洞算不算天体?
我关上火,叹了口气,今晚的饭桌话题看来有得聊了。
