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中国国家天文:冥王星那些事儿

  文/史今

  The Anecdotes of Pluto

  导语:一个偶然的机会,她被发现,发现者因此声名远播;几十年后,关于她的命运,不仅在科学界引起轩然大波,更牵动了寻常百姓的心,至今仍然争议不断。冥王星,行星?矮行星?那些事儿耐人寻味。

  “如果你爱冥王星,请按喇叭!”

  2006年8月底,在捷克首都布拉格街头,一辆红色MINI Cooper汽车的保险杠上贴着“如果你爱冥王星,请按喇叭!”。司机是一个穿着黑色T恤的20多岁的男青年,T恤后面印着大大的红字“冥王星是行星!”。男青年酷酷地、卖力地按着车喇叭,引得路人侧目。

  与此同时,在美国加州的帕萨迪纳市,十字路口,白发苍苍的老人史蒂文先生举着一块大牌子,牌子上写着“我爱冥王星!”史蒂文的身旁是他十岁的小孙子托尼,小家伙的手里也高举着一块牌子,牌子上的字歪歪扭扭“我也爱冥王星!”史蒂文先生这个时候特别希望有人能够挺身而出,加入到他们爷孙的队伍中来,因为他觉得冥王星深受大众喜爱,将它从行星家族中开除,实在让人难以接受。其实,这一天与以往没有什么不同,布拉格的阳光依旧明媚,帕萨迪纳的天空依然湛蓝。或许,史蒂文先生应该选择到加州理工学院的大门口举着牌子站一会,然后找加州理工的终身教授迈克•布朗理论一番。

  祸起“齐娜”

  布朗教授,一位专门搜寻行星的天文学家,原以为自己搜寻到了“第十大行星”,这颗“行星”暂定名为“齐娜”(Xena)。就是这个“齐娜”,将从发现那天起就因为是否是行星而备受争议的冥王星推到了风口浪尖上。“齐娜”位于太阳系的边缘,比冥王星还要远,直径比冥王星大30%,当然体积比冥王星大。

  “行星”一词的原意是指在天空上流浪的天体,在希腊语中的含义是“流浪者”。2000多年来,“行星”一词一直彰显着它的古老含义——“流浪者”。随着人类在太阳系及银河系外其他星系更多的发现,2006年夏天,国际天文联合会( International Astronomical Union,IAU)的行星定义委员会被责成重新定义一个行之有效的“行星”定义,以适应天文学的发展。行星定义委员会共有7名委员,基本是由行星科学家组成的,除了那位热销书《经度》、《伽利略的女儿》的作者达娃•索贝尔女士。达娃•索贝尔女士后来回忆道,2006年6月30日至7月1日,行星定义委员会在古色古香的巴黎天文台召开会议,开会的房子曾是法国国王的马厩。经过两天的激烈讨论,从开始的巨大分歧到最终就“行星”的定义达成了完全一致的共识:行星是在轨道上绕恒星运行、质量大到可以通过引力使其保持圆形的天体。如果按照这个定义,冥王星依然算是行星,它的卫星卡戎也是行星,就连刚刚“晋级”到“行星资格大PK”的“齐娜”也是行星了,还有第一颗小行星谷神星也可以位列行星大家族。算一算,那太阳系就有12颗行星了,随着未来的新发现,岂不是太阳系的行星会越来越多。所以,行星定义委员会建议了一个名叫“类冥王星”(Pluton)的特别子类,将冥王星、卡戎和齐娜都归入其中,它们位于太阳系的边缘地带、运行在倾斜而扁长的轨道上,要经过200年以上的时间才绕太阳一周。

  2006年8月14日,IAU第26届大会如期在布拉格开幕。来自全球超过70个国家的2400多名天文学家陆续汇集到这个城市。布拉格依山傍水,是欧洲最美丽的城市之一。“布拉格”这个名字来自于德语,意思为“门槛”,因为伏尔塔瓦河在这里流经一个暗礁,好像越过一个门槛。查理大桥横跨伏尔塔瓦河,是捷克最古老的一座石桥,这座石桥最吸引人之处的是石栏杆上30座巴洛克艺术大师雕塑。据说夕阳西下时,情侣在这座桥上拥吻,能得到一生的幸福。在这座充满了浓浓爱意的、卡夫卡曾居住的古老城市,第26届IAU大会格外引人注目,因为在这次大会上天文学家将投票表决行星的定义,而投票的结果将关乎冥王星的“命运”——它是否还是太阳系行星大家庭“户口簿”上的一员。

  追寻“行星X”

  冥王星的发现者,肯定不会料到若干年后关于冥王星的讨论会如此地激烈。

  1894年,美国波士顿名门望族洛威尔家族的后代珀西瓦尔•洛威尔(Pervival Lowell,1855年~1916年),一个狂热的天文爱好者,为了迎接火星通过近地点,满足自己对天文学的痴迷,在亚利桑那州旗杆市的“火星丘”建造了一个私人天文台。39岁的洛威尔在“火星丘”积极张罗着天文台的建造、人员的招聘和设备的采办;随后潜心研究火星“运河”和搜索“海外行星”——洛威尔称之为“行星X”。

  1897年,洛威尔在赶往墨西哥观看下一次火星冲日前,向大众做了一次冗长的巡回演讲,因为过度劳累病倒了,医生的诊断书竟然是“严重的神经衰竭”,他被迫休息了,放了一个长长的大假——整整4年。

  1901年,洛威尔从波士顿重返旗杆市。他发现因为他之前耸人听闻的火星“运河”言论遭到了职业天文学家的嘲笑,一时间经成为坊间的笑柄。为了挽回天文台的声誉,数学成绩一向优异的牛津高才生洛威尔,下定决心解决当时的天王星轨道偏差问题,他开始了搜寻行星X的工作。1905年,洛威尔与他的同事对行星X进行了第一轮的搜寻,他们用一架口径12.7厘米的折射望远镜拍摄天空照片,然后将不同时间段同一天区的照片底片进行比较,用显微镜寻找相对于背景恒星发生很微小位移的天体。这轮搜寻持续到1907年,也没有什么特别的发现。

  1910年7月,洛威尔和同事们开始了第二轮的搜寻,他们使用了“闪视比较仪”。这种仪器的特点是有一个快门,可以非常迅速地交替取景,有点像现在相机的连拍功能。洛威尔的搜寻工作原理是,如果一个天体在不同的底片上有了位移,则相对于恒星背景会显示运动。洛威尔热切地追寻这个被他称为“行星X”的目标,可惜未有斩获。1916年11月12日,洛威尔带着对行星X的无尽遗憾离开了人世。直到1929年,行星搜寻的工作才又重新开始启动。克莱德•汤博(Clyde William Tombaugh,1906年~1969年)当时只有23岁,是一位天文爱好者,受聘于洛威尔天文台。他少年时代家境贫寒,因酷爱天文学,曾经用农场里的机器零部件自制了一架望远镜。汤博通过这架望远镜对天空进行观察,绘制了木星图和火星图,并把这些图寄给了洛威尔天文台。幸运的汤博,因为这些图得到了一份天文台的工作:系统地对天空进行地毯式搜寻。

  1929年1月,洛威尔天文台开始了对行星X的第三轮搜寻,这次搜寻配备了一架新的望远镜——33厘米的反射式天体照相仪。连续十个月的寒冷夜晚,汤博在天文台一间敞开的圆顶室内,拍摄了一组又一组的夜空照片,并用显微镜对照片进行检查和对照,观察照片上数以千计的亮点,比较哪颗星星在照片上的位置发生了变化。1930年2月18日下午四点钟,汤博发现有一个小亮点在闪视比较仪的视场中来回的闪动——汤博发现了洛威尔的“行星X”。“我对此不胜惊骇!……这应该是一个历史性的发现”,汤博后来这样写道。1930年5月1日,洛威尔天文台的台长斯莱弗正式宣布将这颗“行星X”命名为普鲁托(Pluto)——罗马神话的冥王,希腊神话中冥王哈得斯,中文意译为“冥王星”。

  卡戎的游戏

  70多年后,还是在旗杆市,詹姆斯•克里斯蒂(James Walker Christy),一个高大、健壮的男人居住于此,他与你握手时表情友好而且富有感染力。克里斯蒂喜欢亚利桑那,特别是旗杆市,70多年前冥王星就在此地被发现。作为第一个发现冥王星卫星的人来说,住在此地是再合适不过了。克里斯蒂于1938年出生于威斯康辛。因为身体不适,在医生的建议下举家搬迁到了亚利桑那。16岁的少年克里斯蒂,在亚利桑那这片干净而黑暗的夜空下,不由自主地、狂热地爱上了天文学。甚至在他大学尚未毕业的时候,就已经在旗杆市的美国海军天文台谋得到了一份工作。1972年,克里斯蒂被调往华盛顿特区的海军天文台总部,从事的是一些单调重复繁琐的工作。他负责使用检测照相底片的星体扫描仪,依据从旗杆市美国海军天文台送来的照相底片定出成千上万颗恒星的精确位置。

  1978年6月发生的事情,对于克里斯蒂来说,是他一生中最神奇、最精彩的一周。6月18日星期天,克里斯蒂整夜守在天文台的天体照相仪旁,勤勉的他准备给自己下周放个假,用这个假期搬家。在周三之前,克里斯蒂完成了他放假前的所有交接工作。他问他的同事哈林顿(Robert Harrington)是否还有其他的工作需要做,哈林顿从抽屉里拿出几张照相底片(如果不是这次机会,或许这些照片永远不会被测量),更为神奇的是这些照片竟然是克里斯蒂曾经提议过拍摄的冥王星的照片。原来,这些照片在这年的春天就被旗杆市的天文学家拍摄了,只不过因为看到底片上的冥王星的图像不是正圆,他们就在底片的封套上标注了“成像缺陷”。通常来说,克里斯蒂不会对“成像缺陷”的照片进行处理。不过因为此时也闲来无事,权当作打发时间了。6月22日,克里斯蒂将底片放到显微镜下的时候,他发现冥王星的照片的确有点不对称,但那些恒星看起来确实是非常圆。更令克里斯蒂迷惑的是一张照片上冥王星的北面有一个凸起,而在一个月后拍摄的另外一张照片,凸起跑到了南边。“卫星!”,克里斯蒂的脑海里反复涌动着这个词语。“冥王星有卫星!”他大声地叫着,兴奋得像个孩子。7月7日,IAU在3421号通报中向全世界通报了这个结果,克里斯蒂这个之前默默无闻、甚至没有拿到博士学位、也没有发表过几篇论文的人,因为发现了冥王星的卫星而声名鹊起。

  6月24日的早晨,克里斯蒂告诉他的妻子Charlene(她的家人通常叫她Char,这样听起来更亲切随意),他很想以她的名字来命名,“‘Charon’(卡戎)怎么样?”,克里斯蒂觉得“on”放到名字的后面更会有一些科学的味道,就像电子(electron)和中子(neutron)。关于这颗冥王星卫星的命名也着实让克里斯蒂和他的同事们废了一番脑筋。从《绿野仙踪》中魔法国度的名字,到宙斯与农业女神的女儿——玻尔塞福涅,被冥王哈迪斯绑架,成为地狱的王后。克里斯蒂不得不承认“玻尔塞福涅”是个好名字。不过,这个名字没有一个与Char有关,克里斯蒂忽然觉得自己有可能无法实现对妻子的浪漫诺言了。6月26日,星期一,凌晨一点多,克里斯蒂爬起来,拿着手电筒,搜寻因为要搬家已经打包好的百科全书,“Charon,还有别的含义吗?有了!”仿佛冥冥中神灵的召唤:Charon是希腊神话中冥王哈德斯的船夫,在冥河上摆渡,负责把死者送到冥王掌管的地宫。克里斯蒂把百科全书重新放回原处,躺倒床上,安然进入梦乡。直到1985年,IAU才正式认同冥卫一的“卡戎”这个名字,不过在克里斯蒂的心里这个名字早已呼喊过千百遍了。普鲁托与卡戎共舞!

  谜底

  与洛威尔、汤博还有克里斯蒂搜寻发现冥王星、冥卫一相比,布朗教授因为发现“齐娜”真可谓悲喜交加。在焦急等待IAU判决“齐娜”是否可以成为“太阳系第十大行星”的过程中,布朗教授成了全世界风头最劲的天文学家。他被美国《时代》周刊评为2006年度“100名最具影响力人物”之一,在“科学家和思想家”这类中,布朗排名第一。2006年8月24日,谜底终于揭晓:“齐娜”不是行星,就连冥王星也被从太阳系行星大家族的“户口簿”上除名了。8月24日,布朗教授打了两次电话给妻子,悲伤的告诉她,“我的第十大行星与冥王星一起被埋葬了!……”,妻子的声音也低沉下来,“是真的吗?”,“是真的”,布朗回答道。此时此刻,他想妻子跟他一样也在哀悼“齐娜”,它在过去的19个月里带给他们和公众太多的欣喜与期望。2006年9月“齐娜”获得了IAU认可的一个正式名字:厄里斯(Eris)——希腊神话中主不和与争吵的女神,她在诸神和人类之间挑拨是非、煽起嫉妒和猜疑的火焰,引发战事。这个名字授给“齐娜”是再合适不过了。

  感觉诧异甚至愤怒的肯定不仅仅是布朗教授一个人。行星天文学家很快提出了严重的抗议,认为布拉格IAU大会的最后投票并没有充分表达行星天文学家的意愿。近300名科学家联名签署了一份请愿书,坚决反对IAU的决议,甚至怀疑IAU是否有权利做出这样的决议。

  时至今日,许多天文爱好者的望远镜上仍然绑着一块黑纱,以对冥王星表示纪念。这就是说,冥王星问题还没有解决。

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