寻找太阳系的疆界

二一. 先入之见

科勒斯特姆对传统海王星发现史的质疑包含了很多方面。 从小的方面说， 他质疑了传统故事的许多细节， 比如亚当斯对艾里的第二和第三次访问 (中间相隔一小时) 是否真的是在 1845 年 10 月 21 日下午？ 艾里在他第三次来访时是否真的是在吃午饭？ 艾里当时到底有没有收到亚当斯的 “拜山帖”？ 艾里是否真的在 1846 年 6 月 29 日的会议期间提及过亚当斯和勒维耶的计算？ 小赫歇耳是否真的说过发现海王星如同哥伦布从西班牙海岸直接看到美洲这样的话？ 等等。 这些细节从历史研究的严谨性上讲无疑是可以探究的， 甚至也可以影响对若干当事人个人过失的大小认定， 但很难对事件的整体真实性起到扭转乾坤的作用。

但是从大的方面说， 科勒斯特姆的质疑也涉及到了一些比较重要的问题。 比如我们都知道， 亚当斯早在 1845 年秋天就完成了第一轮计算， 并且在访问艾里时留下过一页纸的计算结果。 那么， 他当时的计算结果究竟是什么呢？ 传统文献沿用的一直是艾里在海王星发现之后提供的说法， 即亚当斯的计算结果与海王星的真实位置只差了 1°44' (我们在 第十二节 中所说的 “不到两度” 指的就是这一说法)。 但科勒斯特姆在查阅了一页据称很可能是亚当斯给查利斯的文件， 并对比了亚当斯本人的若干笔记后提出， 亚当斯当时的计算结果并没有艾里所说的那样精确， 而很可能是一个误差达 3° 的结果。 科勒斯特姆认为， 这样的结果虽然仍是引人注目的， 但却不足以引导人们进行有效的搜索。

应该说， 科勒斯特姆对这一点的考证是值得重视的， 但他的结论却相当突兀， 甚至可以说是莫名其妙。 3° 的偏差虽然比 1°44' 大了将近一倍， 但仍是一个相当小的偏差。 若真的有人依据这一结果进行搜索， 是完全有可能发现新行星的， 因为人们搜索新行星的范围通常都不会定得很小 (比如我们在 第十四节 中提到的艾里向查利斯建议的搜索范围就达 30°×10°)。 而且更重要的是， 我们在前面曾经提到， 无论亚当斯还是勒维耶， 他们的计算结果与海王星的真实轨道都存在不小的差异。 在这种情况下， 亚当斯的第一轮计算哪怕真的偏差了 3°， 也不是什么大不了的问题。 甚至哪怕与亚当斯当时计算有关的具体文件已不可考， 也不足以改写历史。 因为艾里在得知勒维耶的第一轮计算结果后， 曾于 1846 年 6 月 25 日在给一位英国同事的信中， 提到过亚当斯的结果与勒维耶的很接近。 当时海王星尚未被发现， 我们没有任何理由怀疑艾里在私人信件中所说的那些话。 仅此一点， 就足以证实亚当斯确实得到过与勒维耶相接近的结果， 从而具备与勒维耶分享荣誉的工作基础。

除了对亚当斯第一轮计算的偏差提出质疑外， 科勒斯特姆还提到， 亚当斯第二轮计算与真实位置的偏差比第一轮的更大[注一]， 并且他在 1846 年 9 月 2 日给艾里的信中曾对自己的预测作过幅度高达 23° 的错误变动。 科勒斯特姆据此认为， 亚当斯既没有稳定的计算结果， 也不具备对自己计算的基本自信。 应该说， 与勒维耶相比， 亚当斯在自信心上的确显得比较欠缺。 不过我们对他们工作的评价， 首要的依据是他们的计算方法是否正确， 以及他们的计算结果能否对实际观测起到引导作用。 受当时的计算能力 (尤其是数值计算能力) 所限， 他们两人的计算误差都是比较大的， 勒维耶的计算误差达 10° 左右， 亚当斯的有可能更高。 在这样的误差下， 第二轮计算的实际偏差是变大还是变小， 并不能有效地衡量他们计算方法的优劣， 甚至也不能作为判断他们计算误差的充分依据。 至于亚当斯对自己预言所作的巨幅变更， 据分析很可能是因为将瑞士天文学家瓦特曼 1936 公布的一组错误数据视为了新行星的观测位置 (因为瓦特曼在公布数据时曾宣称那是他观测到的新行星)， 与他计算方法的正确与否无关。 而且那次巨幅变更只是一次孤立的预言， 与他的两轮系统计算并无实质关联。 退一步说， 即便勒维耶的计算的确比亚当斯更为精确， 甚至精确很多， 但从上文提到的艾里给同事的信件， 以及艾里因两人的预测相近而催促查利斯进行观测来看， 亚当斯的结果也仍足以对实际观测起到引导作用。 因此， 这方面的质疑同样不足以改写历史。

如果说上面那些质疑还只是单纯的技术性质疑， 所涉及的只是亚当斯计算的技术水准， 那么科勒斯特姆的另一类质疑， 则把锋芒指向了艾里等人的诚信。 在这类质疑中， 他通过对艾里、 查利斯等人的文章及信件 (尤其是信件) 中各种细节乃至语气的辨析， 指出他们有可能在有关这一事件的若干叙述中撒了谎。 这种辨析在当年优先权之争最炽热的时候， 勒维耶、 阿拉果等法国天文学家也曾用过 (参阅 第十八节)， 只不过科勒斯特姆做得更为系统， 也更加详尽。

不过， 这些辨析究竟有多大说服力， 是值得商榷的， 而凭借那些辨析对这么重大的历史事件进行翻案， 则更值得怀疑。 因为我们都知道， 信件的内容常常会因收信人的不同而有不同的侧重点。 比如在试图安抚法国同行的时候， 艾里就会有意突出后者的贡献， 少提或不提亚当斯， 以免产生副作用。 而信件的语气则不仅与收信人有关， 还与写信人的心情有关， 不同的语气体现的有可能只是心情的差异， 甚至相互间的矛盾也可能只是记忆的差错或笔误。 信件不是论文， 是不会有编辑来替写信人修改笔误的。 事实上， 科勒斯特姆能从艾里等人的信件中看出那么多的 “问题”， 与其说是表明艾里等人有可能撒了谎， 不如说是恰恰说明他们并未撒谎。 因为那些信件大都是海王星事件发生之后所写的， 以艾里等人的智力， 倘若有意要编造故事， 又岂会在那些后期信件中留下如此多的破绽？ 那些 “破绽” 出现在普通信件中是可以理解的， 但作为三个著名学者合谋故事的一部分， 却是根本不应该出现的。 更何况， 如果艾里等人真的撒了谎， 艾里又为何要留下海王星档案来让后人追查真相？ 再说小赫歇耳和查利斯早在 10 月 3 日就各自发表文章提及了亚当斯的贡献 (参阅 第十八节)， 当时艾里尚在欧洲大陆旅行。 他们若要编故事， 又怎敢在艾里这么重要的知情人返回英国相互协调之前就贸然行事？

总体来说， 科勒斯特姆对海王星事件的研究带有较强的先入之见， 即首先认定失踪档案隐藏着重大问题， 然后去寻找证据。 这种 “史从论出” 的 “阴谋论” 心态是史学研究的大忌， 带着这种心态研究史料， 很容易把一些并无充分说服力的细节视为铁证， 赋予它们不应有的重要性， 就象中国寓言故事 “疑人偷斧” 所隐喻的那样。 而且一旦有了先入之见， 常常会有意无意地忽略或回避对自己观点不利的东西， 千方百计地穿凿附会自己早已设定的结论， 从而丧失客观公正的立场[注二]。 艾里、 查利斯及小赫歇耳都是有名望的天文学家， 作为当时英国天文界的重要人物， 他们当然很看重英国天文界的整体荣誉， 但认为他们会在如此重大的学术事件中编造谎言， 是令人难以置信的。 因为这种谎言一旦败露， 将对英国的学术声誉带来重大灾难。 更何况， 除小赫歇耳外， 艾里和查利斯都在海王星事件中遭受了巨大的个人名誉损失 (若亚当斯并未独立推算出海王星的位置， 或他的工作质量与勒维耶不可相提并论， 那么后人加诸于艾里和查利斯的恶评无疑会少得多)。 科勒斯特姆提出的 “证据” 显然远不足以解释这几位功绩卓著的天文学家为何要用自己宝贵的名誉， 来进行一场吉凶未卜的豪赌， 并且赌得如此粗心， 甚至还特意保留了 “罪证”。

海王星档案的失而复得有助于史学界更精确地还原海王星发现过程中的若干细节， 但起码就目前看到的资料和分析而言， 它完全不足以改写历史。 海王星的发现是科学界的一个伟大成就， 亚当斯和勒维耶各自独立地计算出了海王星的位置， 而伽勒及达雷斯特则一同发现了这颗新行星。

二二. 火神疑踪

海王星的发现极大地刺激了天文学家和数学家的兴趣。 原本属于观测天文学家专利的新行星， 居然可以用纸和笔来发现， 这实在太吸引人了。 一时间用数学方法寻找新行星成为了时尚。 天文学家们兵分两路展开了行动， 一路沿袭了向外扩张的历史传统， 到海王星轨道之外去寻找惊喜； 另一路则独辟蹊径， 将目光投向了水星轨道的内侧。 这后一路天文学家的领军人物不是别人， 正是赫赫有名的勒维耶。 在发现海王星的荣誉出人意料地被亚当斯分走一半后， 勒维耶决定寻找一个新的猎物 - 一个自己可以独享的猎物。 当时多数天文学家认为在海王星之外发现新行星的机会更大， 但勒维耶却认为在距海王星的发现如此之近， 从而对海王星轨道的了解还不充分的情况下， 用数学手段寻找新行星尚为时过早。 因此， 虽然他也相信海王星之外存在新的行星， 但却首先选择将水星轨道以内作为自己的新战场。

勒维耶之所以选择水星轨道以内作为新战场， 还有一个很重要的原因， 那就是水星的轨道也存在着反常。 经过长期精密的观测， 天文学家们早就发现水星的椭圆轨道在背景星空中存在缓慢的整体转动， 这种转动被称为水星的近日点进动。 观测表明， 水星的这种近日点进动平均每年约为 56 角秒。 但另一方面， 考虑了由地球自转轴进动造成的表观效应及已知行星的影响后， 理论计算给出的进动值却只有每年 55.57 角秒[注三]， 两者相差 0.43 角秒。 天文学家们知道水星轨道的这一细微反常已有时日， 勒维耶本人早在当年对各大行星做地毯式研究 (参阅 第十三节) 时， 就曾对水星轨道进行过详尽考察。 海王星的发现无疑赋予了这一反常一个全新的意义。 在勒维耶看来， 这个虽然微小， 但确凿无疑的轨道反常， 是水星之内存在未知天体的明显证据。

那么这未知天体会是个什么样的天体呢？ 勒维耶认为有两种可能性： 一种是单一行星， 另一种则是小行星带。 也许是由于水星近日点的反常进动与当年的天王星出轨相比显得更为规则， 或者是受当时正在发现中的小行星带的启示， 勒维耶比较倾向于后一种可能性， 即在水星轨道之内存在一个小行星带。 1859 年 9 月， 他在一篇文章中正式预言在距太阳 0.3 天文单位处存在一个未被发现的小行星带。



正所谓： 说曹操， 曹操到。 勒维耶的预言提出后不久， 一位名叫莱沙鲍特 (Edmond Lescarbault) 的法国医生兼业余天文学家就给他写来了一封信， 声称自己曾于 1859 年 3 月 26 日发现过一个穿过太阳表面的天体。 这封来信让勒维耶很是兴奋， 他立即对这位业余天文学家进行了 “家访”。 在确信此人值得信赖后， 勒维耶依据他所得到的数据对这一天体的参数进行了计算， 结果表明其轨道半径为 0.147 天文单位， 质量约为水星质量的百分之六。 这个天体很快就被取名为火神星 (Vulcan - 罗马神话中的火神及希腊神话中的工匠之神， 美神维纳斯的丈夫)。 1860 年初， 勒维耶向法国科学院报告了发现火神星的消息。 尽管自首次 “发现” 以来， 包括莱沙鲍特本人在内的所有人都不曾再有机会一睹火神星的芳容， 但法国科学院基于对勒维耶的无比信任， 还是很痛快地将拿破仑设立的法国最高勋章 - 军团勋章 (Légion d'honneur) 授予了莱沙鲍特， 从而上演了该院历史上最大的乌龙颁奖事件之一。

虽然火神星的轨道半径远小于勒维耶预言的 0.3 天文单位， 其引力作用也远不足以解释水星近日点的反常进动， 但勒维耶一生都对它的存在深信不疑。 受他的巨大声望影响， 一些天文学家在此后近二十年的时间里契而不舍地找寻着火神星的倩影， 其中包括在浩如烟海的文献中搜寻可能存在的历史纪录。 1876 年， 在亚当斯担任主席期间， 英国皇家天文学会也步法国科学院的后尘， 很乌龙地在火神星的存在尚未得到确认的情况下， 就将一枚金奖授予了勒维耶， 以表彰他为解决水星近日点反常进动问题所做的贡献。

但这一切的热情都没能感动火神星， 这颗神秘的 “行星” 再也不曾露面过， 所有曾被当作火神星的历史记录 (主要集中在 1819-1837 年间) 也都被一一判定为是太阳黑子而非天体。 1877 年 9 月 23 日， 火神星的最大支持者勒维耶离开了人世， 这一天距海王星的发现正好相隔 31 年， 但火神星的命运仍悬而未决。

火神星之所以能在那么长的时间内杳无踪迹， 却仍让那么多的天文学家牵肠挂肚， 除了依靠勒维耶的 “魅力值” 外， 一个很重要的原因， 是因为它离太阳太近， 太容易湮没在太阳的光芒之中， 从而即便长时间观测不到， 也无法说明它不存在。

但丑媳妇终究是要见公婆的。 1878 年 7 月 29 日， 天文学家们迎来了一个搜寻火神星的绝佳机会： 日全食。 当太阳的光芒不再夺目时， 火神星还如何遁迹？ 那一天， 大批天文学家在可以观测日全食的美国怀俄明州的一个小镇上架起了望远镜， 等待火神星之谜的水落石出。

但出人意料的是， 那天的观测没能对火神星的命运作出宣判， 却充分证实了心理学的巨大威力。 那一天， 不相信火神星的天文学家们全都没有观测到火神星， 从而更坚信了火神星的子虚乌有[注四]。 但相信火神星的职业天文学家沃森 (James Watson) 及业余天文学家斯威福特 (Lewis Swift) 却都声称观测到了火神星， 斯威福特甚至声称自己观测到了两个水内天体。 虽然这两人宣称的天体位置彼此之间以及与勒维耶的预言之间全都不同 (从而无法相互印证)， 而且很快就有天文学家通过他们纪录的天体位置指出他们很可能将已知天体误当成了火神星， 但这两位老兄爱火神星没商量， 一口咬定自己观测到的就是火神星。

在那之后又过了十几年， 人们在勒维耶有关火神星轨道的计算中发现了错误。 不仅如此， 进一步的分析表明， 火神星的存在与其它内行星 - 尤其是金星 - 的运动并不相容。 自那以后， 火神星的追随者基本上销声匿迹了。

最终为火神星的疑踪画下完美句号的是物理学家爱因斯坦 (Albert Einstein)。 1915 年， 他在刚刚完成的广义相对论的基础上， 完美地解释了水星近日点的反常进动， 从而彻底铲除了火神星赖以存在的理论土壤[注五]。



注释

   1. 科勒斯特姆在这点上是自相矛盾的。 亚当斯第二轮计算的偏差为 2°30'， 而他第一轮计算的偏差 - 按照科勒斯特姆自己的考证 - 则是 3°。 因此， 所谓第二轮计算的偏差比第一轮更大的说法是与他自己的考证相矛盾的。 这一矛盾说明科勒斯特姆重新将艾里所说的 1°44' 作为了亚当斯第一轮计算的偏差 (作为对比， 勒维耶第二轮计算的偏差由第一轮的 -2°21' 缩小为 -0°58')。 这种视自己需要而随意选用彼此矛盾的数据的做法显然是有失严谨的。 另外值得一提的是， 科勒斯特姆认为亚当斯和勒维耶的第二轮计算之间的相互差异有 3.5°， 而非一些早期文献所说的不到 1°。
   2. 这一点也正是科勒斯特姆的致命弱点， 他对海王星发现史的质疑虽曾被一些主流科普杂志、 学术刊物及媒体所引述， 但他的历史 “研究” 有着浓厚的伪历史及阴谋论色彩。 除质疑海王星的发现史外， 他还质疑纳粹大屠杀的真实性， 是所谓的 “大屠杀否认者” (holocaust denier) 之一， 并因此而于 2008 年 4 月被伦敦大学学院撤销了一切学术头衔。
   3. 这其中由地球自转轴进动造成的表观效应约为每年 50.256 角秒， 由已知行星的引力作用产生的进动约为每年 5.314 角秒。
   4. 从理论上讲， 在日全食期间没有观测到火神星并不意味着火神星不存在， 因为它有可能恰好也和太阳一起被遮盖。 不过这种情况发生的概率较小 (感兴趣的读者可以估计一下这一概率的大小)。
   5. 即便如此， 仍有个别天文学家在水星轨道以内寻找新天体。 不过这类天体的线度上限已被压缩到了 60 公里， 至多只能是小行星。

二三. 无中生有

寻找火神星的天文学家们已全军尽墨， 但在海王星以外寻找新行星的天文学家们却还处在忙碌之中， 他们的战场完全是另一番景象。

我们知道， 海王星之所以能在笔尖上被发现， 是因为天王星存在出轨现象， 而勒维耶之所以寻找火神星， 是因为水星也存在出轨现象， 虽然那种被称为水星近日点反常进动的出轨现象具有高度的规则性， 从而与天王星的出轨完全不同。 那么， 寻找海王星以外的行星 (以下简称海外行星)， 尤其是通过计算手段寻找那样的行星， 它的依据又在哪里呢？ 很遗憾地说， 只存在于天文学家们那些 “驿动的心” 里。

自从海王星被发现之后， 天王星的出轨之谜基本得到了解释， 剩余的偏差已微乎其微。 但如何看待这细微的剩余偏差， 却有很大的讲究。 我们知道， 有关行星轨道的任何观测及计算都是有误差的， 因此计算所得的轨道与观测数据绝不可能完全相符。 一般来说， 只要两者的偏差足够小， 小于观测及计算本身所具有的误差， 这种偏差就算是正常的， 并且往往是随机的。 天王星的出轨与水星近日点的反常进动之所以引人注目， 是因为它们都远远超过了观测及计算的误差。 但是， 海王星被发现之后， 天王星的剩余 “出轨” 实际上已经处在观测及计算误差许可的范围之内， 没有进一步引申的余地了。 不幸的是， 发现海王星的成就实在太令人心醉， 以至于此前一直追求观测与计算的一致， 并愿为之奋斗终身的一些天文学家， 现在却反而由衷地期盼起观测与计算的不一致来。 因为唯有那样， 才有重演海王星发现史的可能。 正是在这种满心的期待乃至虔诚的祈祷之中， 天文学家们开始在鸡蛋里挑骨头， 他们的目光变得多疑， 他们不仅 “发现” 天王星仍在出轨， 而且怀疑海王星也不规矩。

1848 年， 距海王星的发现仅仅过了两年， 法国天文学家巴比涅特 (Jacques Babinet) 就预言了一颗海外行星。 他提出的海外行星的轨道半长径约为 47-48 天文单位， 质量约为地球质量的 11.6 倍。 他的计算依据是海王星的实际轨道与勒维耶所预言的轨道之间的差别。 显然， 这是一种完全错误的计算逻辑。 因为勒维耶所预言的轨道只是依据天王星出轨现象所作的推测， 而且在推测时还对轨道参数 (比如半长径) 作过带有一定任意性的猜测， 从而根本就不是标准的海王星轨道计算 (请读者想一想， 标准的海王星轨道计算应该是怎样的？)。 用那样的轨道来研究海王星的出轨， 套用著名物理学家泡利 (Wolfgang Pauli) 的话说， 那是 “连错误都不如” (not even wrong)。

理论天文学家们的心情固然急切， 观测天文学家们的动作也不含糊。 1851 年， 距海王星的发现仅仅过了四年多， 英国天文学家辛德 (我们在第十八节 中提到过此人， 他是海王星被发现后第一位观测海王星的英国人) 宣布自己从美国天文学家弗格森 (James Ferguson) 的一份观测报告中， 发现了一颗轨道半长径为 137 天文单位的海外行星。 但是， 无论辛德、 弗格森还是其他人， 都没能再次捕捉到那颗神秘的 “海外行星”， 它的谜底直到二十八年后才揭晓， 原来那是弗格森的一次错误的观测纪录[注一]。

这些早期的谬误并未阻止更多的天文学家对海外行星作出预言。 从十九世纪中叶到二十世纪初的五十年间， 欧洲和美国的天文学家们轮番向海外行星发起了冲击， 并取得了如下 “战果”：

    * 托德 (David Todd) 预言一颗海外行星， 半长径为 52 天文单位。
    * 弗莱马力奥 (Camille Flammarion) 预言一颗海外行星， 半长径为 45 天文单位。
    * 福布斯 (George Forbes) 预言两颗海外行星， 半长径分别为 100 和 300 天文单位。
    * 劳 (Hans-Emil Lau) 预言两颗海外行星， 半长径分别为 46.6 和 70.7 天文单位。
    * 达利特 (Gabriel Dallet) 预言一颗海外行星， 半长径为 47 天文单位。
    * 格里戈尔 (Theodore Grigull) 预言一颗海外行星， 半长径为 50.6 天文单位。
    * 杜林冈德斯 (Vicomte du Ligondes) 预言一颗海外行星， 半长径为 50 天文单位。
    * 西伊 (Thomas See) 预言三颗海外行星， 半长径分别为 42.25、 56 和 72 天文单位。
    * 伽诺夫斯基 (Alexander Garnowsky) 预言四颗海外行星， 但没有提供具体数据。

一时间外太阳系几乎变成了计算天文学的练兵场。 在上述计算中， 除天王星和海王星的轨道数据外， 有些计算 (比如弗莱马力奥和福布斯的计算) 还利用了某些彗星的轨道数据。 但与亚当斯和勒维耶对海王星的预言截然不同的是， 天文学家们对海外行星的预言无论在数量、 质量、 轨道半长径、 还是具体方位上都是五花八门。 如果一定要从那些预言中找出一些共同之处， 那就是 “三不”： 即全都不具有可靠的理论基础， 全都不曾得到观测的支持， 以及全都不靠谱。

为什么亚当斯与勒维耶预言的海王星参数彼此相近， 而人们对海外行星的预言却如此五花八门呢？ 这个并不深奥的问题终于引起了一位法国天文学家的注意。 此人名叫盖洛特 (Jean Baptiste Gaillot)， 他对天王星和海王星的轨道进行了仔细分析， 然后得出了一个直到今天依然正确的结论： 那就是在海王星被发现之后， 天王星和海王星轨道的观测数据与理论计算在误差许可的范围之内已经完全相符。 换句话说， 天王星的出轨问题已经因为海王星的存在而得到了完全的解释， 在误差许可的范围之内， 根本就不存在所谓天王星的剩余出轨或海王星的出轨问题。

盖洛特的分析很好地解释了为什么天文学家们有关海外行星的预言如此五花八门， 却无一中的。 记得很多年前笔者曾经读到过一则小故事， 说有三位绘画爱好者去拜访一位名画家。 在画家的画室里他们看到了一幅刚刚完成的山水画， 那画很漂亮， 但令人不解的是， 在画的角落上却有一团朦胧的墨迹。 这三人深信那团墨迹必有深意， 于是便对其含义作出了五花八门的猜测。 后来还是画家本人为他们揭开了谜底： 原来那墨迹是画家的孙子不小心弄上去的。 在天文学家们预言海外行星的故事中， 观测与计算的误差仿佛是那团墨迹， 它本无深意， 醉心于海王星发现史的天文学家们却偏偏要无中生有地为它寻求解释， 从而有了那些五花八门的预言。

分析是硬道理， 事实更是硬道理， 在亲眼目睹了那么多的失败预言后， 多数天文学家接受了盖洛特的结论， 认为象预言海王星那样从理论上预言海外行星， 起码在当时的条件下是不可能的。 不过预言海外行星的努力并未就此而终止， 因为有两位美国天文学家偏偏不信这个邪， 他们誓要将对海外行星的预言进行到底。

二四. 歧途苦旅


这两位在歧途上奋勇前进的美国天文学家对新行星的预言风格恰好走了两个极端。 一位犹如天女散花， 四面出击； 另一位则谨记传统方法， 抱元守一。 皮克林 (William Pickering) 是那位喜欢天女散花的预言者。 此人出生在美国的波士顿， 这是世界名校哈佛大学与麻省理工学院的所在地， 有着厚重的学术沉淀。 皮克林有位兄弟担任过哈佛学院天文台 (Harvard College Observatory) 的台长[注二]， 而他本人在天文领域也小有成就， 曾于 1899 年发现了土星的一颗卫星， 不过他也热衷于研究一些后来被证实为子虚乌有的东西， 比如月球上的昆虫和植被。 总体来说， 皮克林的工作风格不够严谨， 这在很大程度上影响了他的学术成就， 他一生有过的最高学术职位只是助理教授。 皮克林晚年花了大约二十年的时间研究海外行星。 他在这方面的研究很好地示范了他的马虎风格。 他虽然是一个人在战斗， 但提出的海外行星数量之多， 更改之频， 信誉之低， 以及参数之千差万别， 全都堪称奇观。 自 1908 年提出第一个预言以来， 他先后预言过的海外行星共有七个之多， 且四度更改预言， 他用英文字母对自己的行星进行了编号。 为了对他的 “战果” 有一个大致了解， 我们将他的预言罗列一下 (其中行星 U 的轨道虽在海王星以内， 却也是为了解释天王星海王星的 “出轨” 的而提出的； 带撇的行星则是相应的不带撇行星的 “补丁加强版”)：

    * 行星 O (1908 年)： 半长径 51.9 天文单位， 质量为地球质量的 2 倍。
    * 行星 P (1911 年)： 半长径 123 天文单位。
    * 行星 Q (1911 年)： 半长径 875 天文单位， 质量为地球质量的 20000 倍。
    * 行星 R (1911 年)： 半长径 6250 天文单位， 质量为地球质量的 10000 倍。
    * 行星 O' (1919 年)： 半长径 55.1 天文单位， 质量为地球质量的 2 倍。
    * 行星 O" (1928 年)： 半长径 55.1 天文单位， 质量为地球质量的 0.75 倍。
    * 行星 P' (1928 年)： 半长径 67.7 天文单位， 质量为地球质量的 20 倍。
    * 行星 S (1931 年)： 半长径 48.3 天文单位， 质量为地球质量的 5 倍。
    * 行星 T (1931 年)： 半长径 32.8 天文单位。
    * 行星 P" (1931 年)： 半长径 75.5 天文单位， 质量为地球质量的 50 倍。
    * 行星 U (1932 年)： 半长径 5.79 天文单位， 质量为地球质量的 0.045 倍。

除孜孜不倦地从事计算外， 皮克林还投入了大量的时间亲自搜索这些新行星。 可惜他预言的行星虽多， 在观测上却一无所获。 1908 年， 在他完成了自己的第一个预言 - 对行星 O 的预言 - 后， 他向一位名叫罗威尔 (Percival Lowell) 的美国天文学家请求了观测方面的协助。 这位罗威尔是他的波士顿老乡， 而且很巧的是， 罗威尔也有一个兄弟在哈佛任职， 且职位更牛， 曾任哈佛校长[注三]。 与皮克林研究月球上的昆虫和植被相类似， 罗威尔也热衷于研究一些后来被证实为子虚乌有的东西， 比如火星人和火星运河。 罗威尔对天文学的主要贡献， 是出资在亚里桑那州 (Arizona) 的一片海拔两千多米的荒凉高原上建立了著名的罗威尔天文台 (Lowell Observatory)。 这是美国最古老的天文台之一， 也是全世界最早建立的远离都市地区的永久天文台之一。 这一天文台早期的一个主要使命， 就是观测火星运河。

皮克林之所以请求罗威尔提供协助， 除两人是同乡兼同行外， 还有一个原因， 那就是皮克林曾在罗威尔天文台的兴建过程中向罗威尔提供过帮助。 照说有这么多层的 “亲密” 关系， 罗威尔是没有理由不鼎力相助的。 可惜皮克林却有一事不知， 那就是罗威尔正是那另一位 “不信邪” 的美国天文学家， 他当时也在从事新行星的搜寻工作， 而且已经进行了三年。 有亚当斯与勒维耶的海王星之争作前车之鉴， 罗威尔对自己在这方面的努力进行了严格的保密， 甚至在天文台内部的通信中都绝口不提新行星一词。 接到皮克林的请求后， 罗威尔暗自心惊。 他一方面不动声色地予以婉拒， 另一方面则加紧了自己的努力， 将精力从火星运河上收了回来， 集中到对新行星的研究上来。 不过当他看到皮克林的粗糙计算后， 立刻就放了心， 看来并不是什么人都有能力从事这方面的工作的。 自那以后， 罗威尔不再避讳提及新行星， 他将新行星称为行星 X。


罗威尔寻找新行星的努力最初侧重的是观测， 可惜一连五年颗粒无收。 自 1910 年起， 他决定对新行星的轨道进行计算， 以便为观测提供引导。 罗威尔的数学功底远在皮克林之上， 与后者的漫天撒网不同， 罗威尔对新行星的计算具有很好的单一性 (即相信所有的剩余 “出轨” 现象都是由单一海外行星造成的)。 与亚当斯和勒维耶一样， 他首先对新行星的轨道半长径作出了一个在他看来较为合理的假设， 然后利用天王星和海王星的 “出轨” 数据来推算其它参数。 在具体的计算上他采用了勒维耶的方法 (因为勒维耶发表了完整的计算方法， 而亚当斯只发表了一个概述)。

那么新行星的轨道半长径应该选多大呢？ 罗威尔进行了独特的分析。 由于海王星的发现明显破坏了提丢斯-波德定则， 因此在寻找海外行星时人们已不再参考这一定则。 为此， 罗威尔提出了一个新的经验规律， 那就是每颗行星与前一颗行星的轨道周期之比都很接近于一个简单分数， 比如海王星与天王星的轨道周期之比约为 2:1， 土星与木星的轨道周期之比约为 5:2。 在此基础上， 他提出一个假设， 即行星 X 与海王星的轨道周期之比是 2:1。 由开普勒第三定律可知 (请读者自行验证)， 这意味着行星 X 的轨道半长径约为 47.5 天文单位。 应该说， 罗威尔的这个猜测有其高明之处， 因为某些行星 (或卫星) 的轨道之间存在着所谓的轨道共振现象， 它们的周期之比的确非常接近简单分数。 不过轨道共振并非普遍现象[注四]， 而且即便出现轨道共振， 也没有理由认为行星 X 与海王星的轨道周期之比就一定是 2:1[注五]。 罗威尔自己或许也意识到了这一点， 他后来还尝试过两个不同的轨道半长径： 43.0 和 44.7 天文单位。 1912 年， 劳累过度的罗威尔病倒了几个月， 但借助四位数学助手的协助， 他终于在 1913-1914 年间完成了初步计算， 他给出的行星 X 的质量为地球质量的 6.6 倍。

在进行理论计算的同时， 罗威尔也没有放弃观测搜寻。 他将自己一生的最后岁月全都投入到了搜寻新行星的不懈努力之中。 可惜的是， 他 - 以及皮克林 - 的所有努力与以前那些失败的预言并无实质差别。 如果把他们投入巨大心力所做的计算比喻为大厦， 那么所有那些大厦 - 无论多么华美 - 全都是建立在流沙之上的。 随着时间的推移， 罗威尔的努力越来越被人们所忽视。 1915 年初， 他在美国艺术与科学学院 (American Academy of Arts and Science) 所作的一个有关海外行星搜索的报告受到了学术界与公众的双重冷遇， 他的文章甚至被科学院拒收。 自那以后， 罗威尔对新行星的热情一落千丈， 而他的生命之路也在不久之后走到了尽头。

1916 年， 罗威尔带着未能找到行星 X 的遗憾离开了人世。 在他一生的最后五年里， 罗威尔天文台积累了多达一千张的照相纪录， 在那些纪录中包含了 515 颗小行星， 700 颗变星， 以及 - 他万万不曾想到的 - 新行星的两次影像[注六]！ 这真是： 有缘千里来相会， 无缘对面不相逢。



注释

   1. 这一错误是美国天文学家彼得斯 (Christian Peters) 所发现的。
   2. 皮克林的这位兄弟名叫爱德华 (Edward Pickering)， 于 1877-1919 年间任哈佛学院天文台的台长。
   3. 罗威尔的这位兄弟名叫阿伯特 (Abbott Lowell)， 于 1909–1933 年间任哈佛大学校长。
   4. 由于太阳系相邻行星 (小行星带也算在内) 自外而内的轨道周期之比都在 1-3 之间， 即便不存在轨道共振， 它们接近于简单分数的概率也不小。 感兴趣的读者可以算一下， 任意一个 1-3 之间的实数与一个简单分数 (比如分子分母都不超过 5) 接近到 8% (这是罗威尔的猜测对已知行星的最大误差) 以内的概率有多大。
   5. 如果把后来发现的冥王星视为行星 X 的话， 它与海王星倒的确存在轨道共振现象， 只不过它们的周期比是 3:2 而不是 2:1。
   6. 那是 1915 年 4 月 7 日由他的助手比尔 (Thomas Bill) 所做的观测记录， 那时罗威尔自己已不再从事观测。

SO LONG。。。晕头转向。。。。。。。。。。。。

二五. 农家少年



罗威尔虽然去世了， 但他为自己的未竟事业留下了一份最宝贵的遗产， 那就是罗威尔天文台。 他并且还在遗嘱中留出了超过一百万美元作为天文台的运作经费， 这在当时是一个巨大的数目。 可惜的是， 第一次世界大战的爆发彻底终止了象寻找新行星那样的 “小资” 活动。 更糟糕的是， 罗威尔的遗孀因不满财产分配而发起了一场诉讼官司， 这场官司不仅阻碍了天文台的运作， 而且耗去了罗威尔留给天文台的那笔经费的很大一部分。 经历了这些波劫的天文台直到 1927 年才重回正轨， 可经费却已变得拮据。 这时候， 罗威尔那位担任哈佛校长的哥哥施出了援助之手， 向天文台捐赠了一万美元。 在此基础上， 天文台开始装备一台口径 13 英寸的照相反射望远镜。

不过世事变迁对罗威尔天文台的影响不仅体现在财务上， 也涉及到了学术。 当时罗威尔的多数工作 (比如对火星运河的观测) 已被天文学界判定为是毫无价值的， 而大半个世纪以来有关新行星的天女散花般的 “预言” 也早已信誉扫地。 天文台是否还要继承 “罗威尔道路” 呢？ 罗威尔生前从事的寻找新行星的工作是否还要继续呢？ 这是罗威尔天文台面临的一个新的十字路口。 在这个路口上， 天文台的资深天文学家们大都作出了与当年那些错过了海王星的天文学家们一样的选择， 即用其它任务填满自己的工作日程， 不再抽时间从事新行星的搜索。 对于一般的天文台来说， 这应该就是新行星故事的终结了。 不过罗威尔天文台终究不是一般的天文台， 它并未完全忘记创始人罗威尔的心愿。 虽然不可能再以新行星搜索为工作重心， 但它当时的托管人 - 罗威尔的外甥普特南 (Roger Putnam) - 决定招募一名观测助理来从事新行星的搜索。

说来也巧， 恰好就在这时， 一封来自坎萨斯州 (Kansas) 的求职信寄到了天文台， 求职者是一位 22 岁的农家少年。

这位少年名叫汤博 (Clyde Tombaugh)， 1906 年 2 月 4 日出生在伊利诺伊州 (Illinois)， 16 岁时随父母迁居到坎萨斯州。 受他叔叔的影响， 汤博从小喜爱天文。 由于家境贫寒， 加上父母又不懂计划生育 (共生育了六个小孩)， 汤博中学毕业后只能辍学在家。 他白天帮家里干农活， 晚上则沉醉于观测无穷无尽的星空。 由于没钱购买合适的望远镜， 汤博用废弃的船舱玻璃、 木板及农机零件， 自己动手制作了口径为 7 英寸和 9 英寸的望远镜。

如果不是 1928 年的一场突如其来的冰雹， 汤博的一生也许就这样静静地在农庄里度过了。 那一年， 汤博家的庄稼长势极好， 却在收获季节来临之前毁于冰雹。 这场变故让汤博觉得应该找一个更可靠的职业来资助家里。 于是他向当时自己知道的唯一一个天文台 - 罗威尔天文台 - 发去了求职信， 并在信中附上了自己的一些笔记和图片。



一位务农在家、 且只有中学学历的小伙子能引起罗威尔天文台的注意吗？ 很幸运， 答案是肯定的。 汤博在求职信中所附的笔记和图片给罗威尔天文台的台长斯莱弗 (Vesto Slipher) 留下了很好的印象。 他制作望远镜的手艺也正是罗威尔天文台所需要的， 因为天文台的 13 英寸照相反射望远镜当时正在装配之中。 甚至连他的务农经历对斯莱弗来说也显得很亲切， 因为斯莱弗本人及天文台的另外两位资深天文学家小时候都有过类似的经历。

1929 年 1 月， 汤博乘坐了整整 28 小时的长途火车抵达罗威尔天文台， 成为了天文台的一名观测助理。 不久之后， 在他的参与下， 天文台的 13 英寸照相反射望远镜完成了装配及调试工作。

1929 年 4 月， 年轻的汤博正式走上了寻找海外行星的征途。

与发现天王星及海王星的时代相比， 天文观测的手段 - 尤其是对暗淡天体的观测手段 - 已经有了很大的改善。 早期的观测需要观测者对天体坐标进行手工记录， 这对于观测暗淡天体来说是极为不利的。 因为夜空中越是暗淡的天体数量就越多， 当所要观测的天体暗淡到一定程度时， 需要排查的天体数量就会多到让手工记录成为不可承受之重。 为了解决这一问题， 天文学家们将照相技术引进到了天文观测之中。 这样， 手工纪录的天体坐标就由相片所替代， 而原先需要通过核对坐标来做的寻找新行星的工作， 则可以通过对不同时间摄于同一天区的相片进行对比来实现。

罗威尔当年采用的就是这样的方法。 这种方法免除了对天体坐标进行手工纪录的麻烦， 但却并不意味着天文观测从此变得轻松了。 事实上， 在所要寻找的天体足够暗淡时， 即便这样的方法也充满了困难。 因为一张相片往往会包含几万甚至几十万个星体， 对比排查的任务极其艰巨， 几乎达到了肉眼不可能胜任的程度。 而且需要对比的星体越多， 就越容易因疏忽而丢失目标。 为此， 天文学家们又采用了一种新的仪器， 叫做闪视比较仪 (blink comparator)。 这种仪器的工作原理很简单， 就是将需要对比的相片彼此叠合、 快速切换。 显然， 位置或亮度发生过变化的天体将会在相片的切换过程中显示出跳跃或闪烁， 从而变得很显眼。 更有利的是， 闪视比较仪还可以与光学放大系统结合在一起， 进一步提高分辨率。 有鉴于此， 罗威尔天文台的天文学家们早在罗威尔还在世时， 就曾多次建议罗威尔购买闪视比较仪， 并在 1911 年罗威尔的生日派对上成功说服了罗威尔。

不过闪视比较仪的想法虽然高明， 真正使用起来却仍不是一件容易的事情， 因为对同一天区的两张相片只有在拍摄角度、 曝光强度、 胶卷冲洗等方面都保持高度的一致， 才能获得良好的闪视比较效果。 否则的话， 连那些背景天体也会因为相片本身的人为差异而显示出变化。 为了获得最佳的对比效果， 汤博细心归纳了在不同天气条件下所需的曝光时间， 并选出了一些明亮天体作为校正角度的参照点。 他对每个天区都进行三次拍摄， 以便从中选出两张最接近的相片进行对比。

二六. 寒夜暗影

汤博的搜索工作从接近罗威尔预言的巨蟹座开始。 起初他只负责拍摄， 闪视比较的工作则交由另一位天文学家进行。 1929 年 4 月 11 日， 汤博的搜索工作刚刚进入第五天， 就成功地拍摄到了新行星的倩影。 十九天后， 他在对同一天区进行拍摄时再次将新行星摄入了相片。 可惜的是， 4 月 11 日的照相胶片因天气寒冷而产生了裂缝， 并且纪录本身也因太接近地平线而受到了大气折射的干扰， 进一步影响了质量。 负责闪视比较的天文学家没能从数以万计的天体中发现这组纪录， 从而错过了一次可能的发现。 这是继罗威尔时代的两次影像之后， 新行星又一次躲过了罗威尔天文台的搜索。

几个月后， 负责闪视比较的天文学家越来越忙于其它工作， 很难抽出时间从事闪视比较， 汤博便决定将这项工作接到自己手上。 自那以后， 他每个月用一半的时间从事观测， 另一半的时间用来做闪视比较。 由于相片上的天体实在太多[注一]， 为避免数量压倒质量， 汤博将每张相片都分割成很多小块， 每块包含几百个天体。 显然， 这是一项高度重复， 并且极其枯燥的工作。 一般来说， 检查几平方英寸的相片就会花去一整天的时间。 当然， 要说其中一点兴奋的东西也没有， 那倒也不是， 时不时地汤博会看到一些变动的天体。 不过， 这时可不能高兴得太早， 因为有很多鱼目混珠的天体会让人误以为找到了目标。 事实上， 汤博在每组相片中都会看到几十个那样的天体。 可惜它们要么是变星[注二]， 要么是小行星、 彗星或已知的行星， 却没有一颗是新行星。 这种 “狼来了” 的虚假天体见得多了， 非但不能再带来兴奋， 反而容易使人产生麻痹心理。 但汤博始终保持着高度的敏锐和冷静， 既不放过半点可疑的东西， 也从未作出过任何错误的宣告。

又过了几个月， 一无所获的汤博决定不再以罗威尔的预言为参考， 毕竟他老人家的 “预言” 就象火星运河一样， 口碑并不高， 再紧盯下去有在一颗树上吊死的危险。 作出了这一决定后， 汤博将搜索范围扩大到了整个黄道面的附近， 他的这一决定终结了罗威尔的预言对他搜索工作的帮助， 因为这时的他已经走上了类似于巡天观测的道路。



1929 年在繁忙的观测中悄然逝去， 汤博在亚里桑那州寒冷高原的观测室里几乎沿黄道面搜索了一整圈。 1930 年 1 月， 他的望远镜重新转回到了最初搜索过的天区。 唯一不同的是， 上一次是别人在帮他做闪视比较， 而现在却是他本人在做。

1 月 21 日， 那个九个多月前曾经落网， 却在闪视比较时从网眼里溜走的暗淡天体再次出现在了汤博的相片上 - 当然， 这时候虽然 “天知地知”， 汤博本人却还不知道。 1 月 23 日和 29 日， 在高原寒夜的极佳观测条件下， 汤博完成了对这一天区的第二和第三次拍摄。

2 月 15 日， 汤博开始检查后两次拍摄的相片。 还是老办法， 先分割， 然后一片一片地进行闪视比较。 2 月 18 日下午 4 时， 他在对比以双子座 δ 星为中心的一小片天区的相片时， 发现了一个亮度只有 15 等的移动星体。

就象曾经无数次重复过的那样， 汤博对这一天体进行了仔细的查验。 45 分钟之后， 除新行星外的其它可能性逐一得到了排除， 兴奋不已的汤博找到资深天文学家兰普朗德 (Carl Lampland)， 告诉他自己终于找到了新行星。 已在罗威尔天文台工作了 28 年的兰普朗德幽默地回答说他早已知道了， 因为他注意到了一直忙碌着的闪视比较仪的声音突然停止， 并变成了长时间的静寂。 小伙子一定是发现了什么。

很快， 天文台的几位资深天文学家与汤博一起冲进工作室， 开始紧张的复查。 经初步确认后， 斯莱弗台长决定对这一天体先进行一段时间的跟踪观测， 然后再对外公布。 斯莱弗的这个决定既是出于谨慎， 也暗藏着一些私心， 因为他想利用这段时间积累观测数据， 以便在接下来的新行星轨道计算中夺得先机。

在接下来的一个月的时间里， 在天气许可的每一个夜晚， 所有其它工作通通被抛到了爪洼国， 罗威尔天文台把全部的观测力量都投入到了对新天体的观测之中。 这时候， 再没有什么任务能比曾被当成鸡肋的新行星观测更重要了。

1930 年 3 月 13 日， 罗威尔天文台正式对外宣布了发现新行星的消息。 这一天是罗威尔诞辰 75 周年的日子。 149 年前， 也正是在这一天， 赫歇耳发现了天王星。

不久之后， 罗威尔天文台的天文学家投票从来自全世界的候选名字中选出了新行星的名字： 普卢托 (Pluto)， 它是罗马神话中的地狱之神。 说起来令人难以置信， 首先提议这一名称的竟是英国牛津的一位年仅 11 岁小女孩， 她曾经学过经典神话故事并且很感兴趣， 于是就提议用地狱之神命名这颗离太阳最远， 从而最寒冷的新行星[注三]。 在中文中， 这一行星被称为冥王星。

冥王星的发现让崛起中的美国科学界欣喜不已， 在欧洲天文界垄断重大天文发现这么多年之后， 幸运之神终于溜跶到了美利坚， 一些美国媒体兴奋地将新行星称为 “美国行星”。 但当时也许谁也不会想到， 这个以地狱之神命名的新天体在天堂里待了七十六年之后， 竟会从行星宝座上跌落下来， 堕回 “地狱”。

读者们也许还记得， 汤博对冥王星的搜索， 是从接近罗威尔预言的位置开始的， 他曾经记录过冥王星的位置， 只是未被认出。 而当他正式发现冥王星的时候， 他在黄道面附近完成了一整圈的搜索， 又重新回到了起始时的天区。 这表明冥王星的位置距离罗威尔的预言并不远。 事实上， 冥王星被发现时的位置与罗威尔 1914 年所预言的行星 X 在 1930 年初的位置只相差 6°[注四]，这虽不象海王星的预言那么漂亮， 却也不算太差。 继海王星之后， 天体力学似乎又一次铸造了辉煌。 发现新行星的消息被宣布后的第二天， 哈佛学院天文台台长沙普利 (Harlow Shapley) 在费城的一次小范围演讲被临时换到了一个大场地， 因为他决定在演讲中加入有关新行星的消息。 那一天， 数以千计的听众挤满了演讲大厅。 当久违了的罗威尔相片出现在投影仪上时， 全场响起了雷鸣般的掌声。 听众们用发自内心的掌声向这位已故的天文学家致敬。 此情此景， 因研究火星运河而遭冷遇的罗威尔若泉下有知， 也当含笑了。

但是， 冥王星的发现果真是继海王星之后天体力学的又一次伟大胜利吗？



注释

   1. 汤博的每张相片平均约包含十六万个天体， 往银河系中心方向拍摄的相片上则有多达一百万个天体。
   2. 变星通常显示为亮度变化的天体， 与移动天体明显不同。 但有些变星在亮度变小后会因为比相片所能纪录的最暗淡的天体还要暗， 而从相片中消失， 这样的变星在闪视比较时很象是一颗移出 (或移入) 相片范围的移动天体。
   3. 普卢托 (Pluto) 这位地狱之神还被用于命名 1934 年发现的第 94 号元素钚 (plutonium)。 1945 年 8 月 9 日， 用这一元素制作的原子弹将日本城市长崎带入了地狱。
   4. 冥王星被发现时的位置距皮克林 1928 年修正后的行星 O 的位置也只差 6° 左右， 不过皮克林的计算信誉太低， 很少有人当真。

二七. 大小之谜



冥王星被发现之后， 天文学家们很快就对它的轨道及大小进行了研究。 在这两方面， 冥王星都显现出很大的特异性。 这其中轨道研究相对比较容易， 短短几个月后就大体确定了主要的轨道参数， 其中半长径约为 39.5 天文单位， 椭率约为 0.248， 倾角约为 17.1°。 与其它八大行星相比， 这是一个相当另类的轨道， 它的椭率与倾角都是创纪录的。 由于轨道椭率很大， 冥王星有时甚至会比海王星离太阳更近， 这种轨道交错现象在已知行星中是绝无仅有的。 而由于轨道倾角很大， 冥王星在多数时侯都处在离黄道面较远的位置上， 因而特别不易被发现。 但幸运的是， 汤博搜索冥王星的那段时间， 恰好是冥王星离黄道面较近的时候。

冥王星的轨道参数虽然很快就被确定了， 但确定它的大小 - 这个大小既是几何意义上的， 也是质量意义上的 - 却向天文学家们提出了一个极大的挑战。 因为人们很快就发现， 无论用什么样的望远镜也无法让冥王星显示出行星应有的圆面。 自望远镜问世以来， 除了将小行星当成行星的那些年 (参阅 第七节) 外， 这种无法显示行星圆面的情形还从未发生过。 当然， 天文学家们对此倒也并非全无心里准备， 冥王星被发现时的亮度只有 15 等， 比人们预期的暗淡得多[注一]， 除非冥王星表面物质的反光率低得异乎寻常， 否则这样的暗淡只能有一个解释： 那就是冥王星比人们预期的小得多。

那么冥王星究竟有多小呢？ 天文学家们用了几十年的漫长时光才搞明白了答案。

由于无法观测到圆面， 天文学家们惯用的通过几何手段确定行星直径的方法在冥王星这里遭到了滑铁卢， 取而代之的是通过亮度间接推断直径这一不太可靠的方法。 这一方法之所以不可靠， 是因为行星的亮度与直径并不存在固定的关系。 同样亮度的行星， 若表面物质的反光率高， 它的直径就小， 反之， 若表面物质的反光率低， 则直径就大。 对于象冥王星那样遥远的新行星， 当时的天文学家们并无任何办法确定其表面物质的反光率， 因此虽然知道亮度， 却无法准确估计它的直径。 既然连直径都无法准确估计， 对质量的估计自然就更困难了， 因为后者还依赖于一个新的未知数： 冥王星物质的平均密度。

虽然没有可靠的方法， 天文学家们还是对冥王星的质量进行了粗略估计。 1930-1931 年间， 天文学家们估计的冥王星质量约在 0.1 到 1 个地球质量之间。 与现代数据相比， 这是非常显著的高估。 但即便是这些高估了的数据， 也立刻就对罗威尔有关冥王星的 “预言” 造成了毁灭性的打击。 读者们也许还记得， 我们在 第二十四节 中曾经介绍过， 罗威尔给出的行星 X 的质量约为地球质量的 6.6 倍。 如果冥王星的实际质量只有 0.1 到 1 个地球质量， 那它对天王星或海王星轨道的影响显然要远远小于罗威尔的计算， 而罗威尔通过那种错误的影响对冥王星位置所作的反推则不可能是正确的。 因此在冥王星被发现后不久， 人们就已意识到， 冥王星的发现并不是海王星神话的重演。 冥王星在距罗威尔的预言只差 6° 的地方被发现， 是纯粹的巧合[注二]。

有读者也许会问： 我们在 第二十节 中曾经提到过， 亚当斯与勒维耶对海王星质量及轨道的预测与海王星的实际参数也有不小的出入。 为什么那些出入并不妨碍我们将海王星的发现视为巨大的天体力学成就呢？ 这首先是因为， 亚当斯与勒维耶的海王星轨道计算是依据确凿存在的天王星出轨现象进行的， 因此其观测依据是充分的； 其次， 二十世纪七、 八十年代曾有人对亚当斯与勒维耶的计算细节进行了 “复盘”， 结果表明他们的计算细节也是完全有效的[注三]。 反观罗威尔有关冥王星的 “预言”， 虽然在计算方法上效仿了勒维耶， 但它依据的所谓天王星与海王星的 “出轨” 数据是子虚乌有的， 因而整个计算只是一场 “空对空” 的演练。 另一方面， 由于罗威尔的 “预言” 很快就被判定为无效， 后人也就没兴趣去复核他的计算细节了， 他在这方面犯错的可能性也是完全存在的。 因此， 对冥王星的 “预言” 并不是海王星神话的重演， 不仅在理论上不是， 而且在实际上 - 如我们在 上节 中所说 - 也并未对冥王星的发现起到引导作用 - 冥王星的发现者汤博是在搜遍了黄道面之后才发现冥王星的。



虽然罗威尔有关冥王星的预言很快就被推翻了， 但人们对冥王星大小的推算却仍在继续。 直到冥王星被发现四十年后的二十世纪七十年代初， 人们对冥王星质量的估计仍大体维持在 0.1 到 1 个地球质量之间， 这些估计与现代值相比都大得离谱。 虽然推算冥王星的质量不是一件容易的事情， 但在那么多年的时间里， 那么多天文学家所作的那么多估算竟然一面倒地巨幅高估冥王星的质量， 这其中不能说没有心理上的原因。 这原因就是自木星开始， 太阳系的外行星是清一色的巨行星， 而冥王星又一经发现就被认定为是行星。 虽然冥王星已绝无可能是巨行星， 但天文学家们显然还没有足够的心理准备来接受有关它大小的真相。

我们在前面说过， 同样亮度的行星， 表面物质的反光率越低， 相应的直径就越大。 为了让冥王星维持一个体面的大小， 天文学家们不惜将它 “抹黑” 为是一个表面反光率极低、 如同巨型煤球一样的天体。 而事实上， 在冥王星那样遥远而寒冷的行星上， 很多气体都能凝结成冰， 冥王星是一个具有较高表面反光率的 “冰球” 的可能性要比它是 “煤球” 的可能性大得多。 这一显而易见的可能性被错误地蒙蔽了几十年， 直到二十世纪七十年代中期， 才终于被确立了起来。 反光率的调整立即对冥王星的质量估算产生了巨大影响， 它的质量估计值一举缩小了两个数量级， 不仅比所有其它行星都小得多， 甚至变得比月球还小。 这也为它日后的命运沉沦埋下了种子。

不过， 依靠对那样遥远的一个天体的表面反光率及物质密度的研究来推断其质量， 无论如何只能算是下策。 估计冥王星质量的最佳途径， 显然是越过所有这些与冥王星物质有关的细节来直接估计其质量。 这样的途径在 1978 年成为了现实。 1978 年 6 月 22 日， 美国海军天文台 (Naval Observatory) 的天文学家们发现了冥王星的卫星卡戎 (Charon - 希腊神话中摆渡亡灵的神)。 在行星天文学上， 一颗行星一旦被发现有卫星， 我们就可以通过观测卫星的运动来测定该行星的引力场， 既而推断其质量， 这是测定天体质量最有效的手段之一。 因此卡戎的发现为直接估计冥王星的质量提供了极好的条件 (请读者们想一想， 中学物理课本中的哪一条定律有助于利用卡戎来确定冥王星的质量？)[注四]。

如今我们知道， 冥王星的质量只有地球质量的千分之二点一， 它绝不可能是罗威尔或其它任何人所预言的海外行星， 它对天王星和海王星的引力摄动甚至还不如作为内行星的地球对它们的引力摄动来得大。 1993 年， 美国加州喷气动力实验室的科学家斯坦迪什 (Erland Myles Standish, Jr) 利用 “旅行者号” 飞船所获得的有关木星、 土星、 天王星和海王星的最新质量数据重新计算了外行星的轨道摄动， 并再次证实了的确不存在天王星和海王星的出轨问题， 不存在需要用新行星来解释的偏差。 冥王星的发现完全是一个多重错误导致的奇异果实： 罗威尔对冥王星轨道的计算是依据错误数据所做的无效分析； 汤博对冥王星的搜索则是源于罗威尔天文台对一个错误心愿的盲目继承。

而所有这一切的错误之所以最终结出了一个如此美丽的果实， 全靠汤博在寒冷的亚里桑那高原上为期十个月的顽强搜索， 这是整个冥王星故事中唯一的必然。

二八. 深空隐秘

发现冥王星之后， 汤博并未离开寻找太阳系疆界的孤独事业， 他投入了另外十三年的漫长时光， 继续搜索更遥远的行星。 他的搜索范围超过了整个夜空的三分之二， 他所涵盖的最低亮度达到了 17 等，他对比过的天体多达九千万个。 在那十三年里， 他发现了 6 个星团、 14 颗小行星及一颗彗星， 但却没能发现任何冥王星以外的新行星。

那么， 冥王星轨道是否就是太阳系的疆界呢？ 既然观测一时还无法回答这个问题， 天文学家们便展开了理论上的探讨。 不过那探讨不再是象亚当斯与勒维耶那样的精密计算。 由于冥王星的发现已属巧合， 在那之后的天文学家们哪怕在做梦的时候， 恐怕也很少还会再幻想重演一次笔尖上预言新行星的奇迹了。 但是， 精密的预言虽不可能， 粗略猜测一下太阳系的疆界在哪里却还是可以的。

那样的猜测几乎立刻就出现了。 冥王星发现之初， 美国加州大学的天文学家利奥纳德 (Frederick C. Leonard) 就猜测冥王星的发现有可能意味着一系列海外天体 (trans-Neptunian object， 简称 TNO) 将被陆续发现。 应该说， 在经历了天王星、 海王星及冥王星的发现之后， 单纯作出这样一个猜测已无需太高级的想象力了。 不过， 比单纯猜测更有价值的， 是 1943 年爱尔兰天文学家埃奇沃斯 (Kenneth Edgeworth) 提出的稍具系统性的观点。

在介绍埃奇沃斯的观点之前， 让我们稍稍介绍一下太阳系的起源学说。 在科学上， 几乎任何东西 - 人类、 生命、 地球、 乃至宇宙 - 的起源都是值得探究的课题， 太阳系的起源也不例外。 自十八世纪康德 (Immanuel Kant) 和拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace) 彼此独立地提出了著名的星云假说以来， 天文学家们关于太阳系起源的主流观点， 是认为太阳系是由一个星云演化而来的。 这其中行星的形成， 乃是来自于星云盘上的物质彼此碰撞吸积的过程。

按照这种理论， 行星形成过程的顺利与否与星云物质的密度有很大的关系。 星云物质的密度越低， 则引力相互作用越弱， 星云盘上物质相互碰撞的几率越小， 从而吸积过程就越缓慢， 行星的形成也就越困难。 当星云物质的密度低到一定程度时， 行星的形成过程有可能缓慢到在太阳系迄今 50 亿年的整个演化过程中都无法完成， 而只能造就一些 “半成品”： 小天体。 埃奇沃斯认为， 海王星以外的情形便是如此。 那里的星云物质分布是如此稀疏， 以至于行星的形成过程无法进行到底， 而只能形成为数众多的小天体。 由此他提出， 人们将会在海王星之外不断地发现小天体。 他并且进一步提出， 那些小天体中的某一些会偶尔进入内太阳系， 成为彗星。


无独有偶， 1951 年， 美籍荷兰裔天文学家柯伊伯 (Gerard Kuiper) 也注意到了太阳系物质分布在海王星之外的急剧减少。 与利奥纳德类似， 他也认为那样的物质分布会形成一系列小天体而非大行星[注五]。 但与利奥纳德 - 以及后来的天文学家们 - 不同的是， 柯伊伯认为那些曾经存在过的小天体早就已被冥王星的引力作用甩到了更遥远的区域， 不会再存在于距太阳 30-50 天文单位的区域中了。 换句话说， 他认为在冥王星轨道的附近曾经有过大量的小天体， 但目前已不复存在。 在这点上， 柯伊伯犯了一个可以原谅的错误， 他以为冥王星的质量接近于地球质量 (这在当时被认为是有可能的)， 从而有足够的引力来做到这一点。 而事实上， 冥王星的质量 - 如我们在 上节 中介绍的 - 只有地球质量的千分之二点一。

埃奇沃斯与柯伊伯的想法在接下来的十年间并未引起什么重视。 但常言道： 是金子总是会发光的。 一个合理的想法纵然一时沉寂， 终究还是会复活的。 一九六二年， 在美国工作的加拿大天文学家卡梅伦 (Alastair Cameron) 提出了类似的看法。 两年后， 美国天文学家惠普尔 (Fred Whipple) 也加入了这一行列。 惠普尔的研究比前面几位更加深入， 除了猜测在海王星之外存在类似于小行星带的结构外， 他还试图研究那些小天体对天王星和海王星轨道的摄动， 但没能得到可靠的结果。 一九六七年， 惠普尔及其合作者又研究了七颗轨道延伸到天王星之外的彗星， 试图寻找来自海外天体的引力干扰， 结果也未发现任何可察觉的干扰。 由此他们估计出那些小天体 - 如果存在的话 - 的总质量必定远小于地球质量。 他们的这一估计在如今看来是颇有前瞻性的， 但在当时却是一个有点令人沮丧的结果， 因为它意味着观测那些小天体将会是一件非常困难的事情。

除了这些从太阳系起源角度所做的分析外， 天文学家们从另一个完全不同的角度出发， 也殊途同归地提出了海王星以外存在大量小天体的假说。 这个不同的角度便是彗星的来源。 彗星是太阳系中最令人瞩目的天体， 当它们拖着美丽的尾巴 (彗发) 出现在天空中时， 常常是万人争睹的天象。 天文学家们注意到， 太阳系中的彗星按轨道周期的长短大致可分为两类： 一类是长周期彗星， 它们的轨道周期在两百年以上， 长的可达几千、 几万、 甚至几百万年。 另一类则是短周期彗星， 它们的轨道周期在两百年以下， 短的只有几年。 短周期彗星的存在给天文学家们带来了一个难题。 因为这些彗星上能够形成彗发的挥发性物质会因频繁接近太阳而被迅速耗尽， 而且它们的轨道也会因反复受到行星引力的干扰而变得极不稳定。 计算表明， 短周期彗星的存在时间应该很短， 相对于太阳系的年龄来说简直就是弹指一瞬。 但我们却直到太阳系诞生 50 亿年之后的今天仍能观测到不少命如蜉蝣般的短周期彗星， 这是为什么呢？ 天文学家们认为， 唯一的可能是太阳系中存在一个短周期彗星的补充基地。

这个短周期彗星的补充基地究竟在哪里呢？ 1980 年， 乌拉圭天文学家费尔南德斯 (Julio Fernández) 提出了一个后来被普遍接受的假说， 即短周期彗星来自海王星之外的一个小天体带。 他并且推测那些小天体的视星等约在 17-18 之间 (比汤博曾经搜索过的天体更暗， 但这个亮度后来被证实为仍是显著的高估)。 在他颇具影响力的论文中， 费尔南德斯援引了柯伊伯的文章， 却忽略了埃奇沃斯的工作。 费尔南德斯的这一粗心大意导致的后果， 是人们多少有点乌龙地用柯伊伯的名字命名了那个小天体带。 而事实上， 如我们在上面提到的， 在所有曾经猜测过那个小天体带的天文学家中， 柯伊伯几乎是唯一一个认为它目前已不复存在 - 从而与费尔南德斯的假说及后来的观测结果截然相反 - 的人。 费尔南德斯的的假说提出之后， 1988 年， 几位在美国加州大学及加拿大多伦多大学工作的天文学家通过计算机模拟手段， 对这一假说进行了检验。 他们的检验表明， 由那样一个小天体带所产生的短周期彗星无论在数量还是轨道分布上都与实际观测有着不错的吻合。

因此， 到了二十世纪八十年代末， 来自不同角度的理论分析均表明， 在海王星的轨道之外很可能存在一个小天体带， 它是行星演化过程中的半成品， 同时也是短周期彗星的大本营。 但到那时为之， 那个遥远的天区除了一颗孤零零的冥王星外， 在观测意义上还是一片虚空。

距离给了外太阳系神秘的面纱， 天文学家们却要揭开面纱来寻找隐秘。



注释

   1. 比如罗威尔所预测的冥王星亮度为 13 等。
   2. 这一巧合的概率并不很小， 因为罗威尔对行星 X 的位置预言其实有两处 (彼此相差 180°)， 在其中任何一处的左右 6° 范围之内发现新行星的概率约为 1/15 (请读者自行计算一下)。
   3. 1970 年， 布鲁克斯 (C. J. Brookes) 对亚当斯的方法进行了分析， 结论是它的确可以得到精度在几度之内的结果。 1980 年， 巴格代迪 (Baghdady) 对勒维耶的方法进行了复盘， 结果得到了误差仅为 16' 的结果。 这些验证表明亚当斯与勒维耶的计算方法都是有效的。
   4. 通过卡戎的运动直接测定的其实是冥王星与卡戎这一行星-卫星系统的总质量。 对于其它行星来说， 这几乎就等于行星的质量。 但冥王星与卡戎却是一个引人注目的例外， 因为卡戎的质量相当大 (约为冥王星质量的 11.65%)。 因此用引力效应测定冥王星的质量时还牵涉到确定卡戎与冥王星的相对质量这一额外的复杂性。
   5. 柯伊伯并未在自己的论文中提及埃奇沃斯的工作， 这一点使得后来有历史学家对他是真的不知道埃奇沃斯的工作， 还是暗中 “借用” 了对方的想法产生了疑问。

二九. 巅峰之战

在经历了追捕小行星的波折， 发现海王星的纷争， 搜寻火神星的未果， 以及预言冥王星的虚无之后， 在太阳系边缘搜索新天体的苦力活早已失去了往日的魅力。 行星这个曾经神圣的概念渐渐变成了如美国物理学家费曼 (Richard Feynman) 在其名著《费曼物理学讲义》中所说的 “那八个或十个遵循相同物理定律， 由同样的尘埃云凝聚而成的球体”。 在二十世纪天文学发展的迅猛浪潮中， 行星天文这个最古老的分支甚至一度整体性地沦落为了二流学科， 以至于二十世纪六十年代， 当美国国家航空航天局 (NASA) 为行星探测计划寻找咨询时， 为天文学家们在这一分支上的知识贫乏而感到惊讶。 后来， 随着六七十年代美国与前苏联的一系列无人探测器计划的成功实施， 行星天文学虽然重新成为了焦点领域， 但与此同时， 行星天文学家们的目光却也被吸引到了行星地貌、 行星物理、 行星化学等新兴方向上， 对搜索新天体的兴趣依然低迷。



不过， 当有关海外天体的猜测变得越来越言辞凿凿时， 外太阳系的奥秘终于还是再次引起了一小部分天文学家的关注与喜爱。 这其中麻省理工学院的一位天文学家决定化 “爱心” 为行动， 展开对海外天体的观测搜索。 这位天文学家名叫朱惠特 (David Jewitt)， 来自英国。 朱惠特七岁那年曾有幸目睹过一次流星雨， 年幼的他被天象的美丽与神奇所吸引。 二十世纪七十年代后期， 美国国家航空航天局发布的美轮美奂的行星及卫星图像再次打动了当时正在伦敦念本科的朱惠特。 他决定选择行星天文学作为自己的专业， 并前往美国念研究生。 1983 年， 朱惠特在美国加州理工大学获得了博士学位， 随后成为了麻省理工学院的助理教授。 在那里， 他遇到了重要的学术合作伙伴卢简 (Jane Luu)[注一]。 卢简是一位出生于越南的女孩， 1975 年随父母逃难来到美国。 与朱惠特一样， 卢简也是被美国国家航空航天局的行星与卫星图像所吸引， 而选择了行星天文学作为自己的专业。 朱惠特在麻省理工学院的时候， 卢简正在那里念研究生。

1987 年的某一天， 当朱惠特和卢简在系里相遇时， 朱惠特提议卢简参与自己即将开始的搜索海外天体的工作。 这是自冥王星被发现之后将近半个世纪的时间里极少有人问津的冷门观测。 卢简问朱惠特： “为什么要做这样的观测？” 朱惠特的回答是： “如果我们不做， 就没人做了” - 听起来颇有几分 “我不入地狱， 谁入地狱” 的悲壮。 卢简被这个简短的回答所打动， 一场历时五年的漫长搜索由此揭开了序幕。

朱惠特与卢简最初的观测地点是位于亚里桑那州的美国基特峰国家天文台 (Kitt Peak National Observatory) 及南美洲的塞罗托洛洛天文台[注二]， 他们最初采用的观测方法类似于汤博当年所用的方法， 即通过对间隔一段时间拍摄的同一天区的相片进行闪烁对比， 来寻找缓慢运动的天体。 当然， 半个世纪之后的朱惠特与卢简所拥有的设备已非汤博当年可比， 唯一不变的是任务本身的繁重、 枯燥， 以及用眼过度产生的疲惫。 经过了一段时间的搜索， 朱惠特与卢简一无所获， 他们辛苦寻获的运动天体无一例外地被证实为是已知天体、 胶片缺陷、 灰尘、 或宇宙线造成的影像。

幸运的是， 就在这时， 一项让整个光学观测领域脱胎换骨的新兴技术 - 电荷耦合器件 (Charge Coupled Device)， 简称 CCD - 进入了天文界。 CCD 是 1969 年由美国贝尔实验室 (Bell Labs) 的两位科学家发明的一种可以取代传统胶片的感光器件。 CCD 的最大优点是具有极高的敏感度， 能对 70% 甚至更多的入射光作出反应， 而普通照相胶片的这一比例还不到 10%。 真是不比不知道， 一比吓一跳。 要知道朱惠特与卢简所寻找的是离太阳几十亿公里之外的小天体， 它们自身并不发光， 全靠其表面反射的太阳光才能被我们所发现。 在那样遥远的距离上， 太阳的光芒只有一亿亿分之一能够照射到那些小天体上。 那部分光线有的被吸收， 有的被反射， 那些反射光必须再次穿越广袤的行星际空间， 其中只有一万亿分之一能够来到地球。 而在那 “亿里迢迢” 来到地球的反射光中， 恰好能进入望远镜的又只有其中的一百万亿分之一。 这是何等宝贵的 “星星之火”？ 可这宝贝却还要被该死的照相胶片忽略掉 90% 以上， 这真是 “生可忍， 熟不可忍” (韦小宝语)。

因此 CCD 的使用对于观测天文学来说堪称是一场革命。 不过 CCD 虽然在感光性能上遥遥领先于普通胶片， 在一开始却也有一个很大的缺陷， 那就是像素太少。 朱惠特与卢简最初使用的 CCD 的有效像素仅为 242×276， 相当于如今一台普通数码相机像素数量的百分之一。 由此带来的后果是， 每张 CCD 相片涵盖的天区面积只有他们以前所用的普通光学相片的千分之一。 换句话说， 原先分析一组相片就能覆盖的天区， 如今却要分析一千组相片。 但幸运的是， CCD 所采用的独特的感光方式为计算机对比相片开启了方便之门， 从而大大减轻了对肉眼的依赖。 而更重要的是， 对于特别暗淡的天体， 普通胶片有可能因为敏感度不够而完全无法记录， 这时 CCD 的优势更是无与伦比。 因此， 当 CCD 进入天文观测领域后， 朱惠特与卢简便决定用它取代照相胶片。



这时候， 朱惠特与卢简的观测地点也发生了变化。 1988 年， 朱惠特接受了夏威夷大学天文研究所的一个职位。 不久， 卢简也来到了夏威夷， 两人利用夏威夷大学所属的茂纳基雅 (Mauna Kea) 天文台的一台口径 2.24 米的望远镜继续他们的海外天体搜寻工作。 茂纳基雅是夏威夷语， 含义是 “白山”， 那里常年积雪， 而茂纳基雅天文台的所在之处正是白山之巅， 海拔高达 4200 米 (比汤博所在的罗威尔天文台高了一倍)。 那里的空气稀薄而干燥， 氧气的含量只有海平面的 60%， 常人在那里很容易出现高原反应， 大脑的思考及反应能力也会明显下降。 为了减轻高原反应的危害， 天文学家们象登山者一样， 在海拔较低 (3000 米) 的地方建立了营地。 要去天文台的天文学家通常提前一晚就来到营地过夜， 以便让身体提前适应高原的环境， 然后在第二天晚饭之后驾驶越野车前往天文台。 在那里， 朱惠特与卢简夜复一夜地进行着观测。 当他们感到疲惫的时候， 有时朱惠特会放上一段重金属音乐， 有时则卢简会放上一段经典音乐， 控制室里响彻着时而激扬、 时而舒缓的乐曲。

这样的日子一晃就是四年， 其间卢简完成了自己的学业， 并获得了哈佛大学的博士后职位， 但她仍时常回到茂纳基雅天文台， 与朱惠特一起， 在那白山之巅的稀薄空气里继续着对海外天体的执着搜索。 尽管一次次的努力换来的只是一次次的失望， 但他们契而不舍地坚守着这份孤独的事业。 幸运的是， 在那四年中， CCD 的技术有了长足的发展， 分辨率由最初的 242×276 提高到了 2048×2048， 从而大大提升了搜索效率。 就在毅力、 耐力和技术这三架马车的共同牵引下， 朱惠特与卢简这场巅峰之战的胜利时刻终于来临。

1992 年 8 月 30 日， 在对比两张 CCD 相片时， 一个缓慢移动的小天体引起了朱惠特的注意。 一般来说， 距离太阳越远的天体运动得越慢， 从那个天体的移动速度来看， 它与太阳的距离似乎有 60 天文单位。 换句话说， 这似乎是一个海外天体。 当然， 仅凭两张相片的对比是不足以作出结论的， 于是他们对该天区进行了反复的拍摄与对比， 结果证实这一天体的确是在缓慢地运动着， 而且其运动速度所显示的距离的确是在海王星轨道之外， 因此的确是一个海外天体。

朱惠特与卢简终于成功了。 四年了， 他们在这仿佛伸手便可摘到星星的巅峰之上苦苦寻找， 运气却仿佛远在星辰之外。 没想到成功竟然就在今夜， 这一刻真让人猝不及防！ 朱惠特与卢简兴奋得象两个大孩子一样在观测室里又蹦又跳。 他们将这一消息通告了国际天文联合会 (International Astronomical Union) 所属的小天体中心 (Minor Planet Center)[注三]。 9 月 14 日， 小天体中心的天文学家马斯登 (Brian Marsden) 正式公布了这一发现， 并确定了该天体的临时编号： 1992QB1[注四]。 据测定， 1992QB1 的轨道半长径约为 44 天文单位 (比朱惠特最初估计的要小， 但的确是在海王星轨道之外)， 直径约为 160 公里。

三十. 玄冰世界

1992QB1 的发现是人类在寻找太阳系疆界的征途上取得的又一个重要进展。 不过在一开始， 有些天文学家对 1992QB1 是否真的是海外天体还心存疑虑。 比如小天体中心的马斯登， 他虽然亲自宣布了 1992QB1 被发现的消息， 但其本人却是怀疑者中的一员。 他认为 1992QB1 有可能只是一个轨道椭率很大的天体， 这样的天体虽然远日点距离很大， 但绝大多数时间其实都处在海王星轨道以内， 从而算不上是货真价实的海外天体。 马斯登甚至为自己的猜测与朱惠特打了 500 美元的赌。

这个赌局很快就有了结果。 1993 年 3 月 28 日， 朱惠特与卢简发现了第二个海外天体， 临时编号为 1993FW。 1993FW 的轨道及大小都与 1992QB1 相似， 它的发现极大地动摇了马斯登的怀疑， 因为天文学家们在对这两个天体的轨道计算中犯下同样错误， 一错再错地把轨道椭率很大的天体误当成海外天体的可能性是很小的。 此后不久， 更多的海外天体被陆续发现， 从而越来越清楚地表明它们正是理论家们几十年前所猜测的那个海外小天体带的成员。 1994 年， 当海外天体的数量增加到六个 (其中四个是朱惠特与卢简发现的) 时， 马斯登终于 “投降”， 乖乖交出了 500 美元。


与当年发现小行星带的情形相类似， 随着观测技术的持续改进， 以及受第一轮发现的吸引而对海外天体感兴趣的观测者的增多， 海外天体的发现不断提速， 在热闹的年份里一年就能发现一两百个 (当然， 它们的发现也因此而很难再登上新闻标题了)。 不过， 由于距离遥远， 加上体形苗条， 海外天体大都极其暗淡， 视星等通常在 20 以上， 不到冥王星被发现时的亮度的百分之一； 加上观测海外天体在各大天文台的任务排行榜上的地位较低， 因此被发现的海外天体因未能及时跟踪而重新丢失的比例也大得惊人， 有时竟达 40%。 寻找海外天体的努力， 仿佛是往小学数学题里那个开着排水口的水池里灌水， 一边找， 一边丢。 不过在一群象朱惠特与卢简那样执着的天文学家的努力下， 得到确认的海外天体的数量还是稳步增长着。 截至 2008 年 3 月， 被小行星中心纪录的海外天体数量已经超过了 1300， 它们的表面大都覆盖着由甲烷、 氨、 水等物质组成的万古寒冰。

随着数量的增加， 天文学家们对海外天体按其轨道特征进行了粗略的分类， 其中距太阳 30-55 天文单位的海外天体被称为柯伊伯带天体 (Kuiper belt object)， 它们构成了所谓的柯伊伯带。 我们在 第二十八节 中曾经提到， “柯伊伯带” 这一名称其实有点乌龙， 因为在曾经猜测过这一小天体带的天文学家中， 柯伊伯的观点偏偏是认为它们如今早已不复存在， 从而与观测结果完全不符的。 不过， 柯伊伯是一位对现代行星天文学有过重要影响， 甚至被一些人视为是现代行星天文之父的天文学家， 用他的名字命名一个天体带也不算过分。 据估计， 柯伊伯带中直径在 100 公里以上的天体可能有几万个之多， 目前已被发现的还只是冰山之一角。

另一方面， 柯伊伯带天体相对于全部海外天体来说也同样只是冰山之一角。 在发现柯伊伯带的过程中， 人们也发现了一些离太阳更远的天体， 那些天体被称为离散盘天体 (scattered disc object)， 它们的轨道椭率通常很大， 轨道倾角的范围也比柯伊伯带天体宽得多， 它们的远日点比柯伊伯带天体离太阳远得多， 但近日点却往往延伸到柯伊伯带， 个别的甚至会向内穿越海王星轨道。 一般认为， 离散盘天体最初也形成于柯伊伯带之中， 后来是因为受到外行星的引力干扰而被甩离了原先的轨道。 有鉴于此， 天文学家们有时将离散盘天体称为离散柯伊伯带天体 (scattered Kuiper belt object)[注五]。

人们早期发现的海外天体的直径大都在一两百公里左右， 但渐渐地， 一些更大的天体也被陆续发现了 (请读者想一想， 哪些因素有可能导致那些更大的海外天体反而较迟才被发现？)。 下表列出了其中较有代表性的几个 (其中 “正式编号” 是小天体中心在轨道被确定后指定给小天体的编号)：
正式编号         临时编号         名称         直径 (公里)
19308        1996TO66                ~ 900
20000        2000WR106        Varuna        780 ~ 1016
55565        2002AW197                 890 ~ 977
50000        2002LM60        Quaoar        1200 ~ 1290
84522        2002TC302                 710 ~ 1200
136108        2003EL61        Haumea        1200 ~ 2000
90482        2004DW        Orcus        909 ~ 1500

这些天体的大小都接近或超过了最大的小行星 - 谷神星 (谷神星的直径约为 960 公里)[注六]。 看来这遥远的玄冰世界里还真是别有洞天。 不过， 这些天体与行星世界的小弟弟， 直径约 2300 公里的冥王星相比终究还是偏小了一点。

但就连这一点也在 2005 年的新年伊始遭遇了挑战。

2005 年 1 月 5 日， 美国加州理工大学的行星天文学家布朗 (Michael Brown) 在检查一年多前 (2003 年 10 月 21 日) 他与北双子天文台 (Gemini North Observatory) 的天文学家特鲁吉罗 (Chad Trujillo) 及耶鲁大学的天文学家拉比诺维茨 (David Rabinowitz) 拍摄的相片时， 发现了一个新的海外天体。 按照相片拍摄的时间， 这一天体的编号被确定为 2003UB313。 2003UB313 是一个轨道椭率很大的天体， 它被发现时正处于距太阳约 97.5 天文单位的远日点。 在那样遥远的距离上仍能被观测到， 可见其块头一定小不了。 据布朗估计， 2003UB313 的直径起码比冥王星大 25%[注七]。 这一估计在行星天文学界引起了很大的震动。 因为自冥王星被发现以来， 这还是人们首次在太阳系中发现比冥王星更大， 同时又不是卫星的天体。 毫无疑问， 象 2003UB313 那样的庞然大物应该有一个专门的名称， 它曾被暂时命名为齐娜 (Xena)， 后来被正式定名为埃里斯 (Eris)。 这是希腊神话中的争吵女神， 著名的特洛伊之战 (Trojan war) 就是在她的煽风点火之下引发的。 在中文中， 这一天体被称为阋神星。

这位不太淑女的女神很好地预示了她即将带给天文学家们的东西： 争吵 - 有关行星定义的争吵。



注释

   1. 按照用姓氏称呼外国人名的惯例， Jane Luu 应该被称为卢， 不过考虑到一个字的中文名用起来比较别扭， 本文将 Jane Luu 按全名译为卢简。
   2. 我们曾在 第二十节 中提到过这个天文台， 海王星档案就是在那里失而复得的。 塞罗托洛洛天文台虽远在智利， 却是美国国家光学天文台 (National Optical Astronomy Observatory) 的一部分。
   3. Minor Planet Center 若直译， 应为 “小行星中心”， 但考虑到中文的 “小行星” 一词往往特指由英文 asteroid 所表示的小行星带中的小天体， 因此本文将之译为 “小天体中心”。
   4. 自 1925 年以来， 天文界采用了以发现年份外加两个英文字母作为小天体临时编号的做法。 其中第一个字母表示发现小天体的半月， 从一月上半月的 A 到十二月下半月的 Y (I 与 Z 不出现)。 第二个字母 (I 与 Z 同样不出现) 则按照小天体在该半月中的发现顺序排列。 如果该半月中发现的天体数目超过 24 个， 则以下标表示字母被重复使用的次数。 请读者按照这一命名规则推算一下 1992QB1 是哪一个半月发现的？ 以及它是该半月中被发现的第几个小天体？
   5. 离散柯伊伯带天体还包括所谓的半人马小行星 (centaurs)， 那也是一些轨道椭率很大的小天体， 只不过与离散盘天体的向外离散恰好相反， 它们是向内离散的， 其轨道通常分布于木星轨道与海王星轨道之间。
   6. 表格中的数据是早期的估计值， 大都有些偏高。 天文学家们一直在对海外天体的大小进行了观测和修正， 比如 20000 Varuna 的直径后来 (2007 年) 通过斯皮策太空望远镜 (Spitzer Space Telescope) 的观测而被修正为了 500 公里左右。
   7. 这一估计有些偏高， 目前人们对 2003UB313 直径的估计为 2400±100 公里， 只比冥王星略大， 不过它的质量要比冥王星大 28% 左右， 这一点由于它与冥王星分别存在卫星而得到了比它们的直径对比更为可靠的确立。

三一. 冥王退位

阋神星的发现向天文学家们提出了一个问题， 那就是： 它究竟是不是行星？ 这原本不应该成为问题的， 因为阋神星既然比冥王星还大， 当然应该算是行星。 但问题是， 在阋神星之前， 人们已经发现了大量的海外天体， 并且已经接受了海外天体是行星演化过程中的半成品的想法。 在这种背景下要接受阋神星为行星是有难度的。 更何况， 海外天体中还包含了其它一些大小可观的成员。 除 上节 列出的夸欧尔 (Quaoar - 美国原住民神话中的创世之神， 中文名称为创神星)、 好婺妹阿 (Haumea - 美国夏威夷神话中掌管生育的女神， 中文名称为妊神星) 及厄耳枯斯 (Orcus - 罗马神话中的死亡之神， 中文名称为死神星) 等外， 还有与阋神星同一天被宣告发现的马克马克 (Makemake - 复活节岛上的造物之神， 正式编号为 136472， 发现时的临时编号为 2005FY9， 中文名称为鸟神星)， 它的直径也有 1300 ~ 1900 公里。 这些天体虽比冥王星小， 但相差并不多， 如果阋神星和冥王星可以算作是行星， 那它们是否也应该算是行星呢？

当人们开始提出这样的问题时， 一个更基本的问题也随之浮出了水面： 究竟什么是行星？

就象其它很多习以为常的概念一样， 人类知道行星的存在虽有漫长的历史， 却从未给它下过明确的定义。 在历史上， 人类对行星的认定极少发生争议， 而且即便发生争议， 也要么很快就被解决 (比如有关小行星地位的争议)， 要么所争之处并非行星的定义 (比如对地球地位的争议)， 从而并未触及行星定义的必要性。

可现在的情况完全不同了。 要知道冥王星行星资格的由来就有着很大的侥幸性： 它一开始就被错误地当成了罗威尔的行星 X， 可以说是将行星宝座当成婴儿床， 直接就诞生在了那里。 尔后又在很长的时间内被误认为可能有地球那么大。 后来虽一再 “瘦身”， 但生米早已煮成熟饭， 再说 “瘦死的骆驼比马大”， 冥王星虽小， 比小行星终究还是大得多， 因此其身份虽遭到过怀疑， 却象一位有经验的潜伏人员那样有惊无险地挺了过来[注一]。 但随着海外天体的陆续登场， 冥王星除在个头上遭到挑战外， 它隐匿多年的一桩 “劣迹” 也得到了曝光。 我们知道， 当年小行星们之所以被剥夺行星资格， 除个头太小外， 还因为它们犯有一项 “重罪”， 那就是 “非法聚众”。 现在冥王星显然也犯下了同样的 “罪行”。 在这种情况下， 摆在天文学家们面前的是一个两难局面： 要么象当年处理小行星一样， 剥夺冥王星的行星资格； 要么一视同仁地将所有较大的柯伊伯带天体全都吸收为行星， 甚至恢复某些小行星的名誉。 无论哪一种选择， 都将改变已沿袭了大半个世纪的太阳系九大行星的基本格局。

另外需要提到的是， 除了来自太阳系内部的这些麻烦外， 行星这个被太阳系垄断了几千年的专利， 自二十世纪九十年代起开始遭遇了 “盗版”。 天文学家们在其它恒星 (包括白矮星、 脉冲星等) 周围也陆续发现了行星， 而且其数目迅速增加， 目前已远远超过了太阳系的行星数目。 所有这些都促使天文学家们摆脱单纯的历史沿革， 对行星的定义进行系统思考。 在这过程中， 冥王星的命运是让很多人 - 尤其是公众 - 最为关注的焦点。

1999 年， 随着有关冥王星地位变更的传闻越来越多， 负责天体命名及分类的国际天文联合会发表了一份声明， 公开否认其正在考虑这一问题。 但就在这份明修栈道式的声明发表的同一年， 该联合会却暗渡陈仓般地成立了一个旨在研究太阳系以外行星 (Extrasolar Planets) 的工作组。 2001 年 2 月， 该工作组拟出了一份名义上只针对太阳系以外行星的定义草案， 其中给出了行星定义的一个重要组成部分， 那就是行星必须足够小， 以保证其内部不会发生核聚变反应[注二]。 这一条的主要目的是将行星与所谓的褐矮星 (brown dwarf) 区分开来。 按照我们目前对天体内部结构的了解， 这一条给出的行星质量上界约为木星质量的 13 倍。

除上界外， 完整的行星定义显然还应包含一个合理的下界， 否则环绕恒星运动的任何小天体， 甚至每一粒尘埃都将变成行星， 那是不堪设想的事情。 不过由于早期发现的太阳系以外的行星大都是巨行星， 因此上述草案并未对质量下界给予认真关注， 只是建议参照太阳系行星的情况。 可这 “参照” 二字说来容易， 做起来却绝不轻松， 因为太阳系行星的情况一向只是约定成俗， 而从未有过明确定义， 若当真遇到什么棘手的情形， 还真不知该如何参照。 有鉴于此， 2002 年， 美国西南研究所 (Southwest Research Institute) 的天文学家斯特恩 (Alan Stern) 与莱维森 (Harold Levison) 提出了一组新的行星定义， 这一定义采用了与上述草案相同的质量上界 (措词略有差异)， 但补充了质量下界。 它规定： 行星必须足够大， 以至于其形状主要由引力而非物质中的其它应力所决定。 在太阳系中， 我们可以看到很多形状不规则的小天体， 但几乎所有直径在 400 公里以上的天体， 其形状都非常接近由引力所主导的天然形状： 球形[注三]。 因此由这一条给出的行星直径下界约为 400 公里， 具体的数字则与天体的物质组成有关。



由上述方式定义的行星质量上界及下界具有非常清晰而自然的物理意义。 有了这两条， 再加上行星必须环绕恒星运动， 以及行星不能同时是卫星这两个显而易见的运动学要求， 行星定义就基本完整了。 2006 年 8 月 16 日， 国际天文联合会正式提出了一份行星定义草案。 该草案所采用的大致就是上述几条， 不过在涉及质量上界时， 只对行星与普通恒星作了区分， 而未涉及与褐矮星的区分 (这相当于将质量上界由木星质量的 13 倍提高到 75 倍左右)。 这份定义草案单从物理角度讲是比较令人满意的， 但用到太阳系中却立刻会产生一个很现实的麻烦， 即导致行星数量的急剧增加。 事实上， 由于该定义所要求的行星直径的下界只有 400 公里左右， 一旦被采用， 则不仅谷神星可以 “官复原职”， 阋神星能够 “荣登宝座”， 许许多多甚至连名字都还没有的家伙也将成为行星。 据估计， 这一定义有可能会使太阳系的行星数目增加到几百， 甚至几千。 这样的数目虽然不存在任何原则性的问题， 却有点超乎人们的心理承受力， 因为自冥王星被发现以来， 几乎每一位小学生都能说出太阳系九大行星的名称。 但假如九大行星变成几百、 甚至几千大行星， 那么别说小学生， 恐怕连大学教授也得张口结舌。

因此， 上述草案一经提出立刻遭到了激烈的反对。 经过几天的争论， 国际天文联合会在草案中新增了一项要求： 行星必须扫清自己轨道附近的区域[注四]。 2006 年 8 月 24 日， 这一新定义经表决以超过 90% 的大比率通过， 从而正式生效。 按照新增的那项要求， 谷神星 “官复原职” 的希望付诸了东流， 阋神星 “荣登宝座” 的美梦也化为了泡影， 而最惨的则是已经在行星宝座上端坐了 76 年的冥王星， 它在一夜之间就被扫地出门， 变成了所谓的 “矮行星” - 这是为象它这样满足其它各项要求， 却没能完成轨道 “大扫除” 任务的天体所设的安慰奖。 与冥王星一同获得首批矮行星光荣称号的还有谷神星和阋神星。 2008 年 3 月和 9 月， 鸟神星和妊神星也先后加入了矮行星的行列。 今后， 矮行星的数目显然还会增加， 但太阳系行星的数目却暂时降为了八个。 也许是意识到新定义的修改过程太过仓促， 国际天文联合会将新定义的适用范围限定在了太阳系以内， 而将普遍的行星定义留给了未来。

行星新定义的仓促出炉， 尤其是冥王星象 “严打” 期间遭到惩处的人犯一样在几天之内就被草率 “矮化”， 引起了很多人的反对， 反对者从天文学家到天文爱好者， 从普通民众到占星术士应有尽有。 以前太阳系有九大行星时， 人们曾用九大行星的英文开首字母编写过一些便于记忆的英文短句， 比如： My Very Educated Mother Just Served Us Nine Pizza (我那有着良好教养的妈妈刚给我们做了九个比萨饼)， 冥王星 ("P"luto) 被剥夺行星资格后， 有人戏虐般地用剩下的八个开首字母也编了一个英文短句： Most Vexing Experience, Mother Just Served Us Nothing (最气恼的经历， 妈妈没给我们做任何东西)。

当然， 也有比较认真的反对者， 比如有人对表决的代表性提出了质疑。 他们指出， 参与行星定义表决的天文学家只有 424 人 (其中投反对票者为 42 人)， 不到与会人数的 16%， 与国际天文联合会的会员总数相比， 更是连 5% 都不到， 不能充分地代表国际天文联合会。 不过这种质疑初看起来颇有说服力， 其实却不然。 因为国际天文联合会的会员并非人人都对行星定义感兴趣， 因此投票率的高低未必能衡量投票质量的好坏。 另一方面， 424 人从统计学角度讲已经不算是太小的样本， 统计误差只有百分之几， 超过 90% 的大比率通过绝非统计误差所能干扰。 除非有迹象表明未投票的天文学家看待行星定义的态度与已投票者存在系统性的差异， 否则更多的人投票只会使赞成及反对的票数大致按比例增加， 却几乎不可能会改变投票结果。

当然， 最重要的是， 行星定义无论如何改变， 所影响的只是我们对天体的称呼与分类， 而不是天体本身。 冥王星是行星也好， 是矮行星也罢， 它就是那个在六十亿公里之外围绕太阳运动， 直径约 2300 公里， “遵循相同物理定律， 由同样的尘埃云凝聚而成” 的实心球。 它是否被新定义所 “矮化”， 无论对于它自己还是对于天文学研究都没什么实质意义。 不过， 如果读者对名份问题感兴趣的话， 朱惠特 - 他曾被认为是最早发现柯伊伯带天体的天文学家， 但现在只能排第二了 (请读者想一想， 第一是谁？) - 倒是早在冥王星被 “矮化” 之前就表达过一个别致的看法， 他认为冥王星如果变成一个柯伊伯带天体， 非但不是被 “矮化”， 反而是受到 “升迁”， 因为它的地位将从此 “由外太阳系的一个令人难以理解的畸形反常， 变成海外天体这一丰富而有趣的家族的首领”。 正所谓： 宁为鸡头， 不做凤尾， 看来我们应该祝贺冥王星[注五]。

三二. 疆界何方




现在让我们盘点一下人类在寻找太阳系的疆界时走过的漫漫长路。 从远古时期就已知道的金、 木、 水、 火、 土五大行星， 以及脚下的地球， 到近代的天王星、 海王星， 再到现代的柯伊伯带及离散盘。 人类认识的太阳系疆界在过去两百多年的时间里在线度上扩大了十倍左右。

那么， 离散盘是否就是太阳系的疆界呢？ 答案是否定的。

读者们也许还记得， 我们在 第二十八节 中曾经提到， 太阳系里的彗星按轨道周期的长短可以分为两类， 其中短周期彗星大都来自柯伊伯带。 那么， 长周期彗星又来自何方呢？

1950 年， 荷兰天文学家奥尔特 (Jan Oort) 对长周期彗星进行了研究。 他发现， 很多长周期彗星的远日点位于距太阳 50,000-150,000 天文单位 (约合 0.8-2.4 光年) 的区域内， 由此他提出了一个假设， 即在那里存在一个长周期彗星的大本营。 这一假设与将柯伊伯带视为短周期彗星补充基地的假设有着异曲同工之妙 (但时间上更早)。 那个遥远的长周期彗星大本营后来被人们用奥尔特的名字命名为奥尔特云 (Oort Cloud)[注六]。 由于长周期彗星几乎来自各个方向， 因此奥尔特云被认为大体上是球对称的。 后来的研究者进一步将奥尔特云分为两部分： 距太阳 20,000 天文单位以内的部分被称为内奥尔特云， 它呈圆环形分布； 距太阳 20,000 天文单位以外的部分被称为外奥尔特云， 它才是球对称的。 距估计， 奥尔特云中约有几万亿颗直径在一公里以上的彗星， 其总质量约为地球质量的几倍到几十倍。 由于数量众多， 在一些科普示意图中奥尔特云被画得象一个真正的云团一样， 但事实上， 奥尔特云中两个相邻小天体之间的平均距离约有几千万公里， 是太阳系中天体分布最为稀疏的区域之一。

在距太阳如此遥远的地方为何会有这样一个奥尔特云呢？ 一些天文学家认为， 与离散盘类似， 奥尔特云最初是不存在的， 如今构成奥尔特云的那些小天体最初与行星一样， 形成于距太阳近得多的地方， 后来是被外行星的引力作用甩了出去， 才形成了奥尔特云。 奥尔特云中的小天体由于距太阳极其遥远， 很容易受银河系引力场的潮汐作用及附近恒星引力场的干扰， 那些干扰会使得其中一部分小天体进入内太阳系， 从而成为长周期彗星。



奥尔特云距我们如此遥远， 而且包含的又大都是小天体， 读者们也许会以为除直接来自那里的长周期彗星外， 我们不太可能观测到任何属于奥尔特云的天体。 其实却不然。 这倒不是因为我们有能力观测到几千乃至几万天文单位之外的小天体， 而是因为奥尔特云并不是一个界限分明的区域。 少数奥尔特云天体的轨道离我们相当近， 甚至能近到可被直接观测到的程度。 2003 年， 美国帕洛马天文台 (Palomar Observatory) 的天文学家布朗 (Michael Brown - 他也是创神星的发现者之一) 发现了一个临时编号为 2003VB12 (正式编号为 90377) 的海外天体， 它的轨道远日点距离约为 976 天文单位， 近日点距离也有 76 天文单位。 这个天体的块头很大 (否则就不会被发现了)， 直径约有 1500 公里， 曾一度被当成第十大行星的候选者 (当时阋神星尚未被发现)。 天文学家们给它取了一个专门的名称： 塞德娜 (Sedna - 因纽特神话中的海洋生物之神)。 一般认为， 赛德娜是属于内奥尔特云的天体[注七]。 除赛德娜外， 还有一个我们非常熟悉， 有些读者甚至用肉眼都曾看到过的天体 - 哈雷彗星 - 也被认为是有可能来自奥尔特云的。 哈雷彗星虽然是一颗短周期彗星， 但很多天文学家认为， 它是从奥尔特云进入巨行星的引力范围后受后者的干扰才成为短周期彗星的。

奥尔特云究竟有多大呢？ 今天的很多天文学家认为它的范围延伸到距太阳约 50,000 天文单位的地方， 但也有人象奥尔特当年一样， 认为它延伸得更远， 直到太阳引力控制范围的最边缘。 这一边缘大约在距太阳 100,000-200,000 天文单位处， 在那之外， 银河系引力场的潮汐作用及附近恒星的引力作用将超过太阳的引力 (请读者想一想， 我们为什么在提到银河系引力场时强调 “潮汐作用”， 而在提到附近恒星的引力场时不强调这一点？)。 如果那样的话， 奥尔特云的外边缘应该就是太阳系的疆界了。

不过， 奥尔特云未必是太阳系疆界附近的唯一秘密。 1984 年， 美国芝加哥大学的古生物学家劳普 (David Raup) 和塞普考斯基 (Jack Sepkoski) 在对过去两亿五千万年间地球上的大规模生物灭绝状况进行研究后提出， 那种灭绝似乎平均每隔 2,600 万年发生一次， 而且有迹象表明其中至少有两次似乎与大陨星撞击地球的时间相吻合 (其中最著名的一次被认为是发生在距今约 6,500 万年的白垩纪末期， 导致包括恐龙在内的大量生物灭绝)。 同年， 美国加州大学的物理学家马勒 (Richard Muller) 等人提出了一个大胆的猜测， 认为太阳有可能有一颗游弋在太阳系边缘的伴星， 这颗伴星是一颗褐矮星或红矮星 (褐矮星的质量约在木星质量的 13-75 倍之间， 红矮星的质量约在木星质量的 75-500 倍之间)， 它距太阳最远时约有 2.4 光年 (感兴趣的读者请根据上下文提供的信息， 计算一下它离太阳最近时的距离)。 这颗伴星每隔 2,600 万年经过奥尔特云的一部分， 在它的引力干扰下， 大量的奥尔特云天体会脱离原先的轨道而进入内太阳系， 其中个别天体会与地球相撞， 从而造成大规模的生物灭绝。 由于这颗伴星所起的可怕作用， 它被称为内梅西斯 (Nemesis)， 这是希腊神话中的复仇女神。 如果太阳真的有这样一颗伴星， 并且它真的有人们所猜测的那种作用， 那它无疑是太阳系疆界附近最可怕的天体[注八]。 但即便如此， 我们也不必害怕， 因为按照那些科学家的说法， 地球上最近一次大规模生物灭绝大约发生在距今五百万年以前， 那么下一次同类事件 - 如果有的话 - 就该是两千多万年之后的事了。 那时假如人类还存在， 想必该有足够的智慧来避免灾难。

我们有关太阳系疆界的故事在这里就要与读者说再见了， 但人类探索太阳系疆界的事业却远未结束， 这样的事业有一个美丽的名字叫科学， 她值得人们去做永生的探索。



注释

   1. 对冥王星身份的最早怀疑可以追溯到汤博发现冥王星的同一年， 即 1930 年， 起因是罗威尔天文台公布的冥王星轨道与罗威尔对行星 X 的预言不符。
   2. 确切地讲， 该定义要求行星的质量小于在其中心产生氘核聚变所需的质量。 由于氘核聚变是恒星内部最容易产生的核聚变， 因此满足这一条也就自动保证了行星内部不会产生其它核聚变。
   3. 确切地讲是椭球形， 因为多数天体存在自转。
   4. 这一条与其它几条相比， 其缺陷是显而易见的， 因为它并未对 “轨道附近的区域” 及 “扫清” 这两个概念进行界定。 严格追究的话， 海王星也不能算是扫清了轨道附近的区域， 因为很多海外天体的轨道周期性地穿越海王星轨道。 甚至最有行星资格的木星， 它的 “大扫除” 也是有死角的， 因为在它的轨道区域中存在数量多达十万以上的所谓 “特洛伊小行星” (Trojan asteroids)。 从国际天文联合会对新定义的讨论过程及此前出现的几篇相关论文来看， “扫清” 一词的含义应该是指行星在其轨道附近的区域中处于支配性 (dominant) 地位。
   5. 冥王星的 “鸡头” 地位在 2008 年 6 月 11 日得到了进一步的加强： 这一天， 国际天文联合会将海王星以外 (即轨道半长径大于海王星轨道半长径) 的矮行星统称为 Plutoid。 该类别目前尚无标准中译名， 几种可能的选择为： 类冥天体、 类冥矮行星、 冥王星类天体。 其中个别译名曾被当作 plutino - 即与海王星轨道存在 3:2 共振的海外天体 (包括卫星) - 的非正式中译名。 不过 plutoid 这一新类别出现后， 为对两者进行区别， 我认为 plutino 宜另找一个可以体现英文词根 -ino (微小) 的新词作为译名， 比如类冥小天体、 微冥天体等。
   6. 奥尔特并不是最早提出彗星大本营概念的天文学家。 1932 年， 爱沙尼亚天文学家欧皮克 (Ernst Öpik) 曾经提出过彗星来自太阳系边缘的一片 “云” 的假设。 此外， 早年曾有一些天文学家认为短周期彗星也来自奥尔特云， 只不过是在接近内太阳系时受到巨行星的影响而被俘获成了短周期彗星。 但具体的计算及模拟表明， 小天体从遥远的奥尔特云进入并被俘获在内太阳系的概率非常小， 不足以解释观测到的短周期彗星的数量。 而且来自奥尔特云的新彗星的轨道倾角分布也与短周期彗星的倾角分布有着显著差异。 因此后来人们放弃了这一假设 (但个别短周期彗星 - 比如哈雷彗星 - 仍被认为是有可能来自奥尔特云)。
   7. 2000 年， 罗威尔天文台发现的一个临时编号为 2000CR105 (正式编号为 148209)， 远日点距离约 394 天文单位， 近日点距离约 44 天文单位的小天体也被认为有可能属于内奥尔特云， 但争议较大。
   8. 需要提醒读者注意的是， 有关太阳伴星的猜测目前只有很少的支持者， 其学术地位远低于有关奥尔特云的猜测。

ck的帖子依然很长，
顶了再看