​“新地平线号”与行星标准

（文 / 吴戈）

( 2005年11月4日肯尼迪航天中心，工作人员在检查“新地平线号”探测器 )

第一个飞向外星的人

2月4日是美国天文学家克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）诞辰100周年。此时，“新地平线号”探测器正在飞往他发现的冥王星。汤博在76年前的1930年2月18日完成这一历史性发现时，年仅24岁。他揭开的这个冰冻的未知世界，引发了行星探索的一场革命。

为纪念这位美国第一个发现太阳系行星的人，钢琴状的“新地平线号”探测器携带了一个约5厘米宽、1厘米高的小铝盒，装有家属捐献的一些汤博的骨灰。随着探测器2015年7月14日飞过冥王星，然后飞向柯伊伯带，以至最终飞出太阳系，进入星际空间，汤博也将成为第一个飞往外星的人。在盒子上还有“新地平线号”计划首席研究员、美国西南研究所太空科学与工程部执行官阿兰·斯特恩的亲笔题词——这里面装着美国人克莱德·汤博的遗骨，他是冥王星和太阳系“第三区”的发现者。阿德尔和穆隆的儿子、帕特里夏的丈夫、安妮特和奥尔登的父亲、天文学家、教师、大贫嘴和好朋友:克莱德·汤博(1906～1997)。

汤博是堪萨斯西部小镇伯迪特附近长大的农场小子。发现冥王星时，他在亚利桑那州弗兰格斯达夫的洛威尔天文台工作，当时的任务是搜索一颗穿过海王星轨道的行星，为此他拍摄了2/3的天空，花了数千小时研究了成百万的天体图像。看到冥王星时，起初他以为是一个行星的异常现象，因为其尺寸很小，具有奇怪的椭圆轨道。斯特恩在2月4日纪念汤博的会议上说:“汤博对天文学非常入迷，他一直写观察日记。但发现冥王星后，他在长达数月的时间内没有宣扬，以便再三检查他的工作，结果表明他是完全正确的。”

冥王星的发现揭开了发现柯伊伯带的序幕，据此人们认识到小型冰矮星在太阳系内并不少见。柯伊伯带是太阳系边缘、海王星轨道以外的一个环状区域，由太阳诞生时残留的大量岩石和冰态物质组成，有数千个天体，冥王星是其中最主要的天体。难怪斯特恩说:“克莱德·汤博是个伟大的美国人。”不过，即使有此成就，汤博还是决定需要一个学位，才能在天文学上有自己的地位，他于1936年获堪萨斯大学天文学学士学位，1939年获硕士学位。汤博于1997年1月17日逝世，距他91岁的生日不到几周。

( “新地平线号”于美国东部时间19日下午，在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空 )

十年磨一剑

目前，“新地平线号”探测器已飞行了三个星期，一切正常。虽然完成的旅程不到1%，还需要492个星期才能抵达目的地，但风险最大的阶段已经过去。设在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的控制中心正忙于测试探测器的通讯、导航装置，今后几个月将校验探测器上的7种科学仪器。也许是受了点博客的影响，阿兰·斯特恩每周在官方网站上写一篇“首席研究员观察”，介绍主要的工作和进展。

( “新地平线号”上装有汤博部分骨灰的盒子 )

斯特恩本人曾在NASA约翰逊航天中心、马丁·玛丽埃塔公司、科罗拉多大学大气与太空物理实验室等部门参与飞船研制、天体物理和太空天文学研究，90年代初开始在西南研究所任职。他有超过20年的天文仪器研制经验，探空火箭、航天飞机、罗塞塔彗星轨道器、“月球侦察轨道器”、“深空一号”、火星和金星探测器、哈勃太空望远镜、“新地平线号”探测器上都使用了他研制的仪器。

斯特恩也是个作家，著有《“挑战者号”之后的美国航天计划》和《冥王星与“卡戎”:太阳系边缘的冰世界》两本书，出版过三本科学专集。他还拥有商业飞行员、飞行教官和滑翔机飞行员执照，1998到2002年间多次驾WB-57高空侦察机和F-18战斗机试验机载天文研究设备，1995和1996年分别入选航天飞机任务专家和有效载荷专家名单。

( 汤博在发现冥王星的洛威尔天文台 )

2001年获得NASA批准的“新地平线号”并非首次飞往冥王星的任务，此前的20年中类似任务至少有4次夭折，最近一次是2000年夏被NASA取消的“冥王星快车”计划。为此，美国行星协会多次发起向国会写信和集会、万人签名活动，才挽救了冥王星探测计划。因此，“新地平线号”探测器上携带了一张CD，记载着所有行星协会会员、来自全球的支持者共计50万人的名字。行星协会还邀请全世界公众提供2006年拍摄的地球事物照片，到2006年7月15日探测器飞越木星时封存在一张DVD上，当探测器到达冥王星时，以它发回的冥王星照片作为信号打开，展示世界十年间的变化。

“新地平线号”的旅程将毕其功于一役。在长达48亿公里的路程中，它基本处于休眠状态，一旦抵达目标附近，最重要的数据搜集阶段只有数十天。由于速度高达49889公里/小时，冥王星的引力太弱，“新地平线号”没有足够的燃料减速进入环绕轨道，只能看到冥王星及其最大卫星“卡戎”的一侧。即使如此，它在接近过程中拍下的两个天体背面图像仍将比现在清晰1000倍，正面照片能分辨25米以上的物体。

地位问题

在评价汤博的贡献时，斯特恩说过一句话:“从很多角度来看，他的工作超越了当时的时代几十年。”在他之后，1978年美国天文学家才发现了“卡戎”，大约1992年发现了柯伊伯带的第一个天体，但到去年，汤博的伟大发现终于被超越。

2005年7月，加州理工大学的米切尔·布朗宣布:他在冥王星以外发现的编号2003 UB313的天体初步估计直径约为2700公里，比冥王星的2300公里大得多，可以考虑作为太阳系的“第十大行星”，由此引发了关于冥王星地位和行星标准的激烈争论。

在2006年2月2日出版的《自然》杂志上，德国波恩普朗克射电天文学研究所的天文学家弗兰克·贝托蒂提出:“既然2003 UB313肯定比冥王星大，如果它都不算行星的话，现在越来越难把冥王星称为行星。”

测量暗淡而遥远的天体的大小非常具有挑战性，这也是为何要发射“新地平线号”探测器的原因之一。如果根据光学亮度分析天体尺寸，取决于天体表面反射率的不同，由此对2003 UB313直径的估计从2300公里到超过8000公里不等。从地球上看，冥王星与“卡戎”的距离只有0.9弧秒，要把它们发出的热量区分开，相当于从48公里外测量一支铅笔的长度。贝托蒂领导的一个研究小组测量了2003 UB313的表面温度，估计其直径为2986公里，比冥王星大30%，即使最保守的估计也有2759公里，仍比冥王星大。

因此，有的科学家主张:要么2003 UB313和冥王星都算行星，要么都不算。也就是说，要么只有八大行星，要么就有第十大行星。也有科学家主张:冥王星、UB313和海王星以外的柯伊伯带的其他冰冻星球都不能算行星。不过至少在堪萨斯大学，冥王星肯定要算作行星。在2月4日纪念汤博的会议上，该校教授巴巴拉·安东尼-特华罗格说:“过去将冥王星重新分类的努力在科学界和公众中间都遭到了反对。我们有自己的立场，我们总是向学生强调，这是我们学校天文学史上的重要部分。”当然，她也承认:“从科学上说，冥王星是个模棱两可的事。”

这个问题之所以模棱两可，主要是因为对行星没有正式的定义。其实，地球的卫星月球直径就有3475公里，因此有人认为如果设立尺寸标准来定义行星，会将门开得太大。米切尔·布朗认为:德国的测量可能不准确，他的小组正在用哈勃太空望远镜直接观察。

当然，行星标准只是名分之争，详细地研究成果更有实质意义。在2003 UB313附近，人们又发现了2003 EL61和2005 FY9两个与冥王星大小接近的天体，以倾斜度很大的轨道绕太阳旋转，目前它们被命名为圣塔和伊斯特巴尼。斯特恩等人还发现:除“卡戎”外，还有两颗小卫星在围绕冥王星运行。看来，天文学要将这一堆乱糟糟的冰块理出个头绪，还需要不少时间，但如果有助于发现太阳系起源和演变的秘密，花10年时间和7亿美元无论如何是值得的。■

冥王星的有趣事实

冥王星上光照只有地球上的1/1000，不过白天的阳光还是比地球上的满月之夜亮近300倍，可以看报纸。那里的天空极为纯净，白天也可以看到数千颗星星，没有云，大气非常稀薄。从冥王星上看，太阳只是一个小光点，但还是天空中最亮的，比最亮的星星亮约2000万倍。从地球上看，冥王星是14等星，比肉眼能见的亮度低了百倍。从冥王星上看，地球大约是很容易看到的三等星，只是靠太阳很近。在冥王星上某些地方看，“卡戎”在空中一直不升也不落。

在冥王星上，你的重量不到地球上的7%，在“卡戎”上只有3%，不过这并不等于你能跳到天上，即使要脱离“卡戎”的引力，也需要达到610米/秒的速度。冥王星表面温度只有-233℃，连氮气也以冰的形式存在，构成一个神话般的水晶世界，还有冻结的天然气、水和一氧化碳，大气中弥漫着黄色和粉色的雾，有些地区是深灰色，可能是碳之类的矿藏。到2020年，冥王星远离太阳，气温进一步降低，大气也将冻结起来，落到地面，直到2230年才恢复。

冥王星上是否有山现在不清楚，但肯定有一些数百米深的陨石坑。根据“旅行者号”探测器的发现，在与冥王星大小和位置相当的海王星的卫星“特里顿”上就是这样。■

行星的标准

国际天文学联合会（IAU）的一个19人委员会将负责对行星标准做出结论，但他们自己就存在争议，据该委员会成员之一布里安·马斯顿透露:“很多成员还没有表示出任何妥协的迹象。”现在流行的行星标准主要有5种，每种都有自己的支持者和反对者。

1．球体说

这是依据物理原理定下的标准，阿兰·斯特恩是主要支持者。任何超过一定尺寸的物体，不管由什么组成，都会被重力拉成球形，分界点大约是直径800公里左右。冥王星和至少4个柯伊伯带天体，以及一个小行星（Ceres）都符合这个标准，但这会使九大行星变成N大行星。

2．独自运行说

这是对冥王星及其柯伊伯带邻居最不利的标准，它认为行星应该独霸一方，因此火星和木星之间的小行星带，包括冥王星的柯伊伯带都属另类。这是纽约海登天文馆馆长尼尔·蒂森支持的观点。

3．体积是根本

任何半径超过1000公里（或以冥王星的1150公里半径为准）都算行星，这个界限明确易行，也符合传统认识，不过这样就要把2003 UB313增加进来，今后还要增加一些。发现2003 UB313的天文学家米切尔·布朗支持此说，但其缺陷是过于武断，而且遥远天体的准确尺寸不易掌握。

4．根正苗红说

此说看重历史出身，以围绕太阳的轨道为标准，排除了柯伊伯带天体，但考虑到冥王星在行星家族中已有长达75年的资历，可以将它作为例外，因而也不用变动九大行星的教材，缺点仍是过于武断。

5．根本就没有行星

为了折衷，有人主张干脆不要单独使用“行星”这个含混的词，而是加上形容词来准确描述。因此，太阳系包括4类子民:4个类地（岩石）行星、一大群小行星、4个气体巨行星、一群穿越海王星（冰矮星）轨道的行星。太复杂了，不光中学生会痛恨，成年人也难以习惯。■