尋找太陽系的疆界（１１）

二十一. 巔峰之戰

自18世紀康德和拉普拉斯提出著名的“星云假說”以來，人們普遍認為太陽系是由一個星云演化而來的，而星云盤上的物質彼此碰撞吸積，逐漸形成了行星。按照這種理論，當星云物質的密度低到一定程度時，行星的形成過程有可能緩慢到迄今都無法完成，而只能留下一些“半成品”：小天體。

除了從太陽系起源角度所作的分析外，天文學家們又從另一個角度出發，提出了存在小天體的可能。這和美麗的彗星有關。當彗星拖著美麗的尾巴（彗發）出現在天空中時，常常是萬人爭睹的景象。天文學家們注意到，太陽系中的彗星按周期的長短大致可分為兩類：一類是長周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以上，長的可達幾萬甚至幾百萬年；另一類是短周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以下，短的只有幾年。短周期彗星的存在給天文學家們帶來了一個難題。這些彗星上能形成彗發的揮發性物質會因頻繁接近太陽而被迅速耗盡，而直到太陽系誕生50億年之后，我們仍能觀測到不少短周期彗星，這是為什么呢？天文學家認為，太陽系中存在一個短周期彗星的補充基地，那就是小天體帶。

因此，到了20世紀80年代末，來自不同角度的理論分析均表明，海王星軌道之外很可能存在一個小天體帶。它們是行星演化過程中的半成品，同時也是短周期彗星的大本營。但直到那時為止，那個遙遠的天區除孤零零的冥王星外，在觀測上還是一片空白。

一位天文學家決定對海外天體展開搜索，他就是英國人朱惠特。朱惠特在倫敦念本科時，被美國國家航空航天局發布的美輪美奐的行星及衛星圖像所打動，選擇了行星天文學作為自己的專業，并前往美國念研究生。1983 年，朱惠特在美國加州理工大學獲得博士學位，隨后成為麻省理工學院的助理教授。在那里，他遇到了合作者盧簡。盧簡是一位出生于越南的女孩，她也是被美國國家航空航天局的行星與衛星圖像所吸引而選擇了行星天文學作為專業方向。

1987年的某一天，朱惠特提議盧簡參與自己搜索海外天體的工作。這是自冥王星被發現之后幾乎無人從事的冷門觀測，盧簡問朱惠特為什么要這樣做，他的回答很悲壯：“如果我們不做，就沒人做了。”盧簡被這個回答所打動，一場歷時五年的漫長搜索由此揭開了序幕。

朱惠特和盧簡采用的手段類似于當年的湯博，即通過不同時間拍攝的同一天區的相片進行閃爍對比，來尋找緩慢運動的天體。半個世紀之后，他們擁有了更精良的觀測設備，一項新技術進入了天文界，那便是“電荷耦合器件”，簡稱 CCD。CCD 是一種可以取代傳統膠片的感光器件，能對 70% 甚至更多的入射光作出反應，而普通膠片的這一比率還不到10%，朱惠特與盧簡決定用它取代照相膠片。

1988 年，朱惠特接受了夏威夷大學天文所的一個職位。他和盧簡在夏威夷大學所屬的茂納基雅天文臺里，繼續進行搜尋工作。茂納基雅在夏威夷語里是“白山”的意思，茂納基雅天文臺的所在正是白山之巔，那里常年積雪，海拔高達 4200 米 (比湯博所在的羅威爾天文臺高了一倍)。在那里，朱惠特與盧簡夜復一夜地進行著觀測，感到疲憊的時候，朱惠特會放上一段重金屬音樂，盧簡則會放上一段經典音樂，觀測室里響起時而激揚、時而舒緩的樂曲。

1992年8月30日，在對比兩張 CCD 相片時，一個緩慢移動的小天體引起了朱惠特和盧簡的注意。他們對該天區進行了反復的拍攝與對比，結果證實這一天體的確是在運動著。四年了，他們在這仿佛伸手可摘星的巔峰上苦苦尋找，沒想到成功竟在今夜，這真讓人有點猝不及防！他們興奮得像兩個孩子一樣在觀測室里又蹦又跳。他們將這一消息通告了國際天文聯合會所屬小天體中心。9月14 日，小天體中心的天文學家馬斯登正式公布了這一發現，并確定了該天體的臨時編號：1992QB1。

二十二. 玄冰世界

1992QB1的發現是人類在尋找太陽系疆界的征途上取得的又一重要進展。一開始，有些天文學家對它是否真的是海外天體還存有疑慮。不過在1993年3月28日，朱惠特與盧簡發現了第二個海外天體，編號為1993FW。更多的海外天體此后被陸續發現，越來越清楚地表明它們正是理論家們所猜測的那個小天體帶的成員。

隨著觀測技術的改進，以及觀測者的增多，海外天體的發現不斷提速，在熱鬧的年份里一年就能發現一兩百個。不過，由于距離遙遠，加上體形苗條，海外天體大都極其暗淡，視星等通常在20以上，不到冥王星被發現時亮度的百分之一，因此被發現的海外天體由于未能及時跟蹤而重新丟失的比率也大得驚人，有時竟達40%。尋找海外天體的工作，仿佛是往小學數學題里那個開著排水口的水池里灌水，一邊找，一邊丟。不過在天文學家的努力下，得到確認的海外天體數量還是穩步增長著。截至今年3月，被小行星中心記錄的海外天體數量已經超過了1300個，它們的表面大都覆蓋著由甲烷、氨、水等物質組成的萬古寒冰。

天文學家們對海外天體按其軌道特征作了粗略的分類，距太陽30-55天文單位的被稱為“柯伊伯帶天體”，它們構成了所謂的“柯伊伯帶”。據估計，柯伊伯帶天體中直徑在100公里以上的可能有幾萬個之多，目前已被發現的還只是冰山之一角。

另一方面，柯伊伯帶天體相對于全部海外天體來說也只是冰山之一角。人們還發現了一些離太陽更遠的天體，這些天體被稱為“離散盤天體”，它們的遠日點比柯伊伯帶天體離太陽遠得多，但近日點卻往往延伸到柯伊伯帶，個別的甚至向內穿越海王星軌道。一般認為，離散盤天體最初也形成于柯伊伯帶，是因為外行星的引力干擾而被甩離了原先的軌道。

2005年1月5日，美國天文學家布朗發現了一個新的海外天體。這一天體的編號為2003UB313，被發現時它正處于距太陽約97.5天文單位的遠日點。在這樣遙遠的地方仍能被觀測到，可見其塊頭小不了。布朗估計，它的直徑起碼比冥王星大25%。這一估計在天文學界引起了很大的震動。因為自冥王星被發現以來，這還是首次在太陽系中發現比冥王星更大，同時又不是衛星的天體。毫無疑問，像2003UB313這樣巨大的天體應該擁有一個專門的名稱，后來它被正式定名為厄里斯，這是希臘神話中的爭吵女神，在中文中，這一天體被稱為鬩神星。這位爭吵女神很好地預示了她即將帶給天文學家的東西：有關行星定義的爭吵。

二十三. 冥王退位

鬩神星的發現向天文學家提出了一個問題，那就是：它究竟是不是行星？ 這原本不應該成為問題的，因為鬩神星既然比冥王星還大，當然應該算是行星。 但問題是，在鬩神星之前，人們已經發現了大量海外天體，并且接受了海外天體是行星演化過程的半成品的觀念。更何況，海外天體中還包含了其他一些大小可觀的成員，比如與鬩神星同一天被宣布發現的2005FY9比冥王星小得并不多，如果鬩神星與冥王星可以成為行星，那它們為什么不能算行星？當人們開始這樣提問的時候，一個很自然的問題就浮出了水面：究竟什么是行星？

就像其他一些習以為常的概念一樣，人類知道行星的存在雖有漫長的歷史， 卻從未給它下過明確的定義。隨著海外天體的陸續登場，天文學家們面臨一個兩難局面：要么剝奪冥王星的行星資格，要么一視同仁地將所有較大的柯伊伯帶天體全都吸收為行星，甚至恢復某些小行星的名譽。無論哪種選擇，都將改變已沿襲大半個世紀的太陽系九大行星的格局。

2006年8月24日，國際天文聯合會表決通過了新的行星定義，定義要求行星必須掃清了自己軌道附近的區域。鬩神星“榮登寶座”的美夢就此化為泡影，而已經在行星寶座上坐了76年的冥王星更慘，一夜之間被掃地出門，變成了所謂的 “矮行星”。也許是意識到新定義的修改太過倉促，國際天文聯合將其適用范圍限定在了太陽系內，因此普遍的行星定義仍將是未來的研究課題。

其實，行星定義無論如何改變，所影響的只是我們對天體的稱呼與分類，而不是天體本身。冥王星是行星也好，是矮行星也罷，它就是那個在60億公里之外圍繞太陽運動的直徑約2300公里的實心球。如果讀者對名分問題感興趣的話，朱惠特倒是在冥王星被“矮化”之前就表達過一個別致的看法，他認為冥王星如果變成一個柯伊伯帶天體，那么它的地位將“由外太陽系一個難以理解的畸形反常變成海外天體這一豐富多彩的有趣家族的首領。正所謂：寧為雞頭，不做鳳尾?？磥砦覀儜撟ＹR冥王星。

二十四. 疆界何方

讓我們盤點一下人類在尋找太陽系的疆界時走過的路程。從遠古時期就知道的金、木、水、火、土，以及腳下的地球，到近代的天王星、海王星，再到現代的柯伊伯帶及離散盤，人類認識的太陽系疆界在過去兩百多年的時間里擴大了10倍左右。那么，離散盤是否就是太陽系的疆界呢？答案是否定的。

我們曾經提到，太陽系的彗星按照周期長短可以分為兩類，其中短周期的彗星大都來自柯伊伯帶。那么，長周期的彗星又來自何方呢？1950年，荷蘭天文學家奧托對長周期彗星進行了研究。他發現很多長周期彗星的遠日點位于距太陽50000-150000天文單位（約合0.8-2.4光年）的區域內， 由此他提出在那里存在一個長周期彗星的大本營。這個大本營后來便以他的名字命名為奧托云。由于長周期彗星幾乎來自各個方向，因此人們認為奧托云是球對稱的。后來的研究者進一步將奧托云分為兩部分，內側的稱為內奧托云，從距太陽2000天文單位延伸到20000天文單位，呈圓環形分布。距太陽20000天文單位以外的則稱為外奧托云，呈球對稱分布。據估計，奧托云中約有幾萬億顆直徑在一公里以上的彗星。

奧托云究竟有多大呢？很多天文學家認為它的范圍延伸到距太陽50000天文單位處，但也有人像奧托當年一樣，認為它延伸得更遠，直到太陽勢力范圍的最邊緣。這一邊緣大約在100000-200000天文單位處，在那之外，銀河系引力場的潮汐作用及附近恒星的引力作用將超過太陽的引力?？磥?，奧托云的邊緣應該就是太陽系的疆界了。

不過，奧托云未必是太陽系疆界上的唯一秘密。1984年，美國芝加哥大學的兩位古生物學家在對地球上過去25000萬年中的大規模生物滅絕狀況進行研究后提出，這種滅絕似乎平均每隔2600萬年發生一次，而且有跡象表明其中至少有兩次與隕星撞擊地球的時間相重合。同年，美國加州大學的物理學家馬勒等人提出了一個猜測，他們認為太陽有可能有一顆游弋在太陽系邊緣的伴星，最遠時距太陽約有2.4光年(感興趣的讀者請估計一下它的近日點距離)。它每隔2600萬年經過奧托云的一部分，在它的引力干擾下，大量的奧托云天體會進入內太陽系，其中個別天體會與地球相撞，從而造成大規模的生物滅絕。由于這顆伴星的可怕作用，它被稱為內梅西斯，這是希臘神話中的復仇女神。如果太陽真的有這樣一顆伴星，那它無疑是太陽系疆界上最可怕的天體。但即便如此，我們也不必害怕，因為上一次大規模生物滅絕發生在500萬年前，那么下一次大約是2000萬年之后的事，那時如果人類還存在的話，必定早已有足夠的智慧來避免災難。

我們有關太陽系疆界的故事就在這里與讀者說再見了，但人類探索太陽系疆界的事業卻遠未終結。這樣的事業有一個美麗的名稱，叫做科學，她值得我們去作永生的探索。（完）

編者按：

因版面所限，本文有較大刪節，對更多細節感興趣的讀者請參閱作者的原稿，原稿網址為：http://changhai.org/read.php?article=14-16