冥王星降级,被天文学家除名的冥王星?
行星的分类方式
想要了解冥王星为什么被除名,以及冥王星未来会不会被重新列入行星的行列,首先要知道科学家对于行星的分类方式。
我们知道,最早科学家研究天文,是根据人眼的观察,于是,他们把那些观测到会动的星星,命名为行星,包括金星、木星、火星、土星以及太阳和月亮。而在天上几乎不动的行星,则命名为恒星。
虽然这个分类方式比较粗糙,但由于没有科学仪器的帮助,再加上“地心说”深入人心,因此这样的分类方式在早期没什么不对。
后来,哥白尼提出了日心说,简单来说就是太阳才是宇宙的中心,地球和其他行星是绕着太阳运动,这时人们认为,太阳是不动的,而地球是动的。因此科学家把太阳归类为恒星,把绕着恒星转动的天体命名为行星,所以,也把月球排除在行星之外。
这时,行星的数量从太阳、月亮、金、木、水、火、土星7大行星,变为地球、金、木、水、火、土6大行星。
1687年,牛顿发表的论文《自然哲学的数学原理》中,提出万有引力定律,具体内容是指:
这个理论直接终结了日心说与地心说,具体来说是这样的:
根据万有引力定律我们可以得知,任意两个物体之间都存在着相互作用力,那么,天体之间应该会在万有引力的作用下,慢慢、慢慢地靠近,并最终缩成一个点。而现实是,天体之间并没有相互靠近。
当时在牛顿那个时代,观测天文的仪器还不够精确,因此牛顿未能解决这个问题,但他为了解释这个悖论,给出了一个说法,即:宇宙是无限大的,也就是说宇宙各处受到的引力是相同的,因此彼此之间的力抵消了。就不会在引力的作用下彼此靠近。(现在我们知道,宇宙中不仅存在着引力,还存在着斥力,而且宇宙是在加速膨胀的。)
牛顿提出宇宙是无限大的说法之后,人们开始意识到,地球不是宇宙的中心,太阳也不是,基于这样的认识,人们才意识到恒星也是在运动的,所以把恒星的定义改为:“恒星是由引力凝聚在一起的球型发光等离子体。”,(原来对恒星的定义是“天空中几乎不动的星星。”)太阳,就是离我们最近的恒星。
后来,科学家们在高倍望远镜的帮助下, 发现了许多行星,比如天王星。
1801年,科学家又发现了谷神星,并把它也当成一颗行星。随着越来越多的小行星被发现,天文学家发现,不能再把谷神星命名为行星,因为像它这样大小的天体,在太阳系内有许多个,因此1850年,科学家对行星的定义提出了新变化:行星必须为直接围绕着太阳公转,以及足够大。
在这个条件下,人类又发现了冥王星,自从1930年冥王星被发现后,很长一段时间内人类都把它当成是太阳系内的第9颗行星。但随着科学的进步,人们发现了与它体积相差无几的更多星体,且还有一颗比它更大的星体阋神星。
如果把冥王星定位为行星,那么阋神星也要被定义成行星,更多与冥王星差不多的星体也要被定义成行星,这显然不利于科学研究,于是科学家们又一次对行星的定义做出了修改:
1: 绕着太阳公转。2:有足够的质量,能让自身接近于圆形球体。3,能将自身轨道附近的天体清除。4:没有发生核聚变。而冥王星没有满足把自身轨道附近的天体清除,具体来说是这样,冥王星所在的柯伊伯带,有许多小型天体,冥王星也在其中,因此,他没有把自身轨道附近的天体清除(侧面也说明它的质量不够大)。
因此,2006年,冥王星被降级成为矮行星。
未来冥王星会重新归类为行星吗?看完冥王星为什么会被降级成为矮行星你就会知道,科学家对于行星的定义,是随着研究的深入,不断变化的一个过程。具体而言是对一个天体的分类方式越来越详细,越来越规范。因此,未来冥王星不会重新被归类为行星。
为什么太阳系行星越外面的体积越大?
先理顺一下背景,毕竟可能有些人忘记了这些知识。太阳系八大行星的轨道顺序是:水金地火木土天王海王,以前的冥王星已经降级不算了。大小排行是木土海天地金火水。
问题提的也不一定吧,天王星和海王星在外层轨道,也没有土星木星大,大小只是外形上,那些大的行星,密度都比较小(土星木星是气态的肯定小了,但是天王海王星离太阳太远,就算是以氢氦为主,也形成不了气态行星,因为温度太低了,只有几十k,零下200多),而且反过来说,土星木星都是气体,它们如果在地球以内的轨道,会安然无恙吗?而水星金星这种称为类地行星,内部都是以金属元素为主,才得以留存下来,所以近日轨道肯定没有形成巨大的气态行星的条件。
再者,像太阳系这种规模的星系,按照太阳的星等看,可能就是超新星爆发后的产物,然而在太阳系没形成的时候,就是超新星爆发后一团密度很小的宇宙星云(可能跨度是光年级别的一大团)。然后可能在沉默了数十亿年后,渐渐因为密度不均,形成了聚拢,坍塌,然后逐渐就形成了太阳,然后就突然开始核聚变,亮了起来,离得近的气态物质,肯定已经被当初太阳形成的时候吸收了。离得远的物质也会因为太阳的自转逐渐形成盘装(自转是因为在银河系大环境中,本身这些星云尘埃就有初始角动量)然后逐渐互相碰撞互相吞并,就形成了行星。然后外层太远的物质就可能因为万有引力太弱而脱离太阳系,中等距离可能就会形成巨行星,近距离只能形成类地行星。总而言之,是太阳系本身形成时就决定的近日处不会有足够多的物质形成平衡而聚拢成巨行星。
冥王星怎么变成白矮星的过程?
冥王星是行星不会变成白矮星,它是矮行星。红巨星可以变为白矮星。
被称为行星的天体要符合三个主要条件:
1、该天体须位于围绕太阳的轨道之上
2、该天体须有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)
3、该天体须已经清空了其轨道附近的区域。
而冥王星则不符合上述第三条行星标准,冥王星被降级为矮行星原因共有三点:一是体积过小,冥王星的体积只有月球的1/3,被确定为行星有点太过了。二是它的形状过于椭圆,三是八大行星的轨道几乎在同一平面,而冥王星与八大行星轨道的平面倾斜角达到17度,综合以上三个原因
2006年8月,根据凯伦·马斯特斯提供的消息:国际天文学联合会就马蒂亚上述讨论的行星定义标准进行了投票,这一标准既要求了星体的大小尺寸,还要求该星体排除其行星轨道内的其他小型星体,除此之外,这个星体必须独立地环绕太阳运行(除了木星的几个大型卫星外)。这个最新的划分依据,将冥王星重新定义为“矮行星”,从此太阳系只剩八个行星。而新增的矮行星还包括:赛德娜星(最大的矮行星)、谷神星和阋神星(旧称齐娜星,或2003 UB313)。
冥王星被踢出了哪里?
冥王星被降为矮行星。
在2005年,阋神星的发现彻底改变了冥王星的宿命。这是因为阋神星要比冥王星的质量还要大27%。如果冥王星要算行星,那么阋神星也得是行星。
可问题是,如果日后又发现了很多质量和冥王星相当的天体,难道也都要编入到行星的行列当中?
面对这样的情况,天文学家不得不重新思考“行星的定义”。于是,他们对行星进行了重新的定义,一共有三条:
行星要围绕着太阳转;
行星的质量要大到可以通过自己的引力把自身约束成一个类球体;
行星能够清理自身轨道上的其他天体。
前两条,冥王星和阋神星都是符合要求的,而第三条,由于它们轨道上都有很多其他的天体,所以不符合,而剩余的八大行星实际上都满足了这一条。因此,冥王星和阋神星就被降格为矮行星,剩余的八大行星继续称为行星。
目前人类宇宙飞船飞到冥王星需要多长时间?
这看起来是个简单的问题,但要说清楚却比较难。如果大家有兴趣,就耐心听我说完。
冥王星的特殊身份冥王星是迄今为止人类知道距离地球最远的一颗矮行星。当冥王星刚被发现的时候,人们不认为它是一颗很小的星球,还以为是一颗比地球大的星球。因为那个时候望远镜还不高级,还完全看不清这么远的星球。即便到了现在,最有名的哈勃太空望远镜看到的冥王星也就是一个小小的亮点,只有一个像素大小(下图)。
冥王星是1930年被美国叶凯士天文台的克莱德·汤博发现的,他在拍摄的照片中发现了一个移动的暗弱亮点(下图),科学家们分析认为可能是一颗新的行星,由此,冥王星被认为是太阳系第九大行星。冥王星顶着太阳系行星老九的身份一直过了70年。
后来,天文学家们发现冥王星似乎并不大,甚至没有太阳系八大行星中的某些大点的卫星大,而且一直认为是其卫星卡戎星,似乎不应该算作它的卫星,因为严格意义上来说,卡戎并不是围绕着冥王星旋转,它们之间引力的质点在双方体积以外的一个空间,双方都绕着这个空间质点旋转,没有谁依靠谁。
后来,发现越来越多的天体与冥王星类似,冥王星的行星地位就岌岌可危了。
根据行星定义,冥王星被踢出行星队伍为了明确行星的地位,国际天文学联合会为行星设定了三个基本条件:1、必须围绕着太阳公转;2、质量足够大,引力克服刚体力实现了流体静力平衡,也就是让自己成为球形;3、清空自己轨道上的天体。
冥王星显然没有做到第三条,其轨道上其他天体总量,远远超过冥王星质量,冥王星的质量只有这些天体总质量的7%;而地球质量是轨道上其他天体质量的170万倍,这不包括月球,因为月球是地球的真正天然卫星,双方引力质点是在地球体积以内。
冥王星还有许多区别行星的运行状态,如公转轨道太扁,甚至穿越了海王星轨道,也就是有时比海王星距离太阳还要近。这样,国际天文学联合会于2006年通过投票决定,将冥王星排除出行星队伍,开始编入小行星系列,后来又定义为矮行星。
许多人对冥王星的遭遇不满,认为国际天文学联合会处理不公,如果按行星条件第三条,很多行星轨道都有天体,而且卫星也应该算在轨天体,由此认为这个所谓行星条件是不切实际的。这里面反对最激烈最有名的代表是,NASA(美国宇航局)负责新视野号冥王星任务的首席研究员艾伦·斯特恩,他嘲笑国际天文学会行星定义“令人讨厌”,是“类似于马戏团的程序”,认为“科学最终还是会自我纠正”。
但不管怎样,十几年过去了,科学并没有纠正这个“错误”,冥王星的矮行星地位似乎已成定论。因为发现越来越多的矮行星,有的体积当时还认为超过冥王星,如阋神星。不过后来新视野号到达冥王星后,为冥王星正了名,阋神星还是略小于冥王星,冥王星依然牢固的占据着矮行星老大地位。
但无论怎样,冥王星回归九大行星之列呼声终究没有得到结果。后来,艾伦·斯特恩负责的新视野号成为第一艘探望冥王星的探测器,传回了许多冥王星的资料,这给了为冥王星打抱不平的人们莫大的安慰。
冥王星距离我们有多远?冥王星是围绕着太阳公转的矮行星,其运行轨道是一个比任何行星轨道都要扁的椭圆,近日点为29.658 AU(天文单位,1AU为149597870千米,一般简化为1.5亿千米),也就是约44.368 亿千米;远日点为49.305 AU,约73.76亿千米, 偏心率达到0.2482,地球偏心率才0.0167。
冥王星围绕着太阳公转一圈需要247.94 年,也就是说自从人类发现冥王星,到现在91年了还只转了2.72分之一圈,还需要约157个地球年才能够转完一圈。那时候如果各位还有孙子的孙子的话,再去研究冥王星或许会有不同的结论。
地球距离太阳约1.5亿千米,这样距离冥王星最近时就是不到43亿千米(恰好冥王星运行到近日点,又与地球在太阳的同一侧,这种概率要几百年才有一次),最远时就有75亿千米了。现在的冥王星正运行在介于近日点和远日点之间,距离地球约60亿千米。
凭人类现在的飞天技术,到达冥王星要多久?人类目前还没有能够载人到达冥王星的技术,人类脚印到达最远的地方还是月球,现在开始计划登陆火星了,即便在未来10年,人类实现了登陆火星的任务,火星到地球还不到1亿千米(最近时只约5500万千米),只是到达冥王星旅途的不到60分之一。
因此,要到冥王星,现在只有无人探测器能够到达。人类现在飞行最远的探测器是旅行者1号,它于上世纪七十年代发射升空,至今已经在太空遨游了44年了,现在的飞行速度约17km/s,距离我们已有228亿多千米了。
太空飞行有三个宇宙速度,第一宇宙速度是地球环绕速度,为7.9km/s;第二宇宙速度是脱离地球引力速度,为11.2km/s;第三宇宙速度是脱离太阳系速度,为16.7km/s。因此,人类要飞出地球,脱离地球引力飞往其他行星,包括到冥王星,最低达到的速度需要11.2km/s。
如果按照11.2km/s的第三宇宙速度,飞到60亿千米距离的冥王星,简单计算需要约17年。但在太空飞行不是这么简单的。
首先,如果初始速度为11.2km/s,中途一直没有加速,飞往冥王星是背着太阳飞,太阳引力会将飞行器拉得越来越慢,到达时间就会大大延后;其次,地球在运动,冥王星也在不停运动,其公转速度为每秒4.743km,因此向着冥王星飞绝不是一个标准直线距离,而是一个曲线,距离就会大大增加。
这样到达冥王星的时间就会存在许多变数。不过现在已经有了一艘探测器到达过冥王星,这就是NASA发射的新视野号(也叫新地平线号)探测器,我们依循它的轨迹来了解一下。
新视野号探测器的冥王星探测之路前面说过,有一位科学家对冥王星被开除出行星队伍的遭遇十分不满,这位科学家就是NASA的新视野号冥王星任务首席技术官艾伦·斯特恩。由此,他花了更多的精力和感情倾注在新视野号探测器上,希望这艘探测器能够更早些光顾冥王星,安慰一下这颗距离最远失落孤独的天体,让它也享受一回行星待遇(所有行星都有过探测器光顾)。
新视野号探测器不负众望,于2006年1月19日顺利发射升空,入轨速度为16.26km/s,成为有史以来发射初始速度最快的飞行器。不到9个小时,新视野号就飞越了月球轨道,不到三个月于4月7日就穿越了火星轨道,5月进入小行星带,10月穿越小行星带。
2007年2月28日,新视野号飞跃木星,最近距离为230.5万km。经过木星引力弹弓效应将速度提升到21.219km/秒。至此,新视野号进入漫长空旷的深空旅途,为了节省电力,地面指挥人员让新视野号进入了休眠状态。2008年6月8日,新视野号穿越土星轨道;2011年3月18日,新地平线号穿过天王星轨道;2014年8月24日,新地平线号穿过海王星轨道。
这一路约三分之二的旅途,新视野号都在睡大觉,足足睡了1873天,没有睁眼看这个黑黑的世界一眼。由于太阳的引力牵制,速度已经降到15km/s以下了。2014年12月18日,地面指挥系统通过太空网络,成功将新视野号唤醒。当它睁开迷糊的睡眼时,距离冥王星还有7个月的旅程,于是它嘟噜了一句:“为啥不让我多睡会”。
终于看到冥王星了,冥王星激动兴奋地向这个人类使者招手。2015年7月14日,新视野号飞跃冥王星,最近距离为13695km,飞跃卡戎星,最近距离为29473。这个距离对我们地球普通人来说,似乎还是很遥远,但在太空天体世界,却已经是很近了,由此新视野号将冥王星仔仔细细看了个遍,得到了许多人类从来没有的珍贵数据。
人类通过新视野号,不但更多地了解了冥王星,还了解了其伴星(原来认为是卫星)卡戎及其另外3颗卫星的很多信息。测出冥王星直径为2376.6km,质量为1.303*10^22kg(±0.003),表面积为1.779*10^7km^2;卡戎星直径为1212 km,质量为1.586*10^21 kg(±0.015)。
除此之外,对冥王星的地形地貌、表面状态也有了许多新发现,如冥王星的巨大心型地貌,以及冰川上蜗牛状物质。新视野号从发射出发到飞跃冥王星一共用了9年半的时间,飞过了59亿千米的征程,平均时速约20km/s。但经历长时间与太阳引力的抗争后,此时新视野号的速度只有13.87km/s了。
新视野号新的征途掠过冥王星后,新视野一刻也没有歇息,而是接受了NASA交给它的拓展任务,到更远的柯伊伯带探望“天涯海角”(小行星2014 MU69)。它不负众望,于2019年1月1日飞跃“天涯海角”,如期发回了这颗小行星的照片和资料,由此,这个有点像花生的小行星成为人类探测器到过的最远天体,距离地球64亿千米。
完成了太阳系最后一次探测任务后,新视野号依然没有停步,又根据人类指令,继续向太阳系外飞去,探索那渺茫的未知世界。他身上带有很多小玩意,包括并不限于冥王星发现人克莱德·汤博的部分骨灰;一面美国小国旗;一张CD,上面刻有在“飞往冥王星”网站上签名的45万人类姓名,和新视野号团队成员照片;探测器制造地马里兰州和发射地佛罗里达州的25美分硬币各一枚;太空船一号上切下的一小块部件;1991年的美国邮票一枚,上面写着:“冥王星:尚未探测”。
新视野号是NASA正在飞往太阳系外的第5艘探测器,之前已经向太阳系外飞去的探测器有:1972年和1973年先后发射的先驱者10号和11号;1977年先后发射的旅行者1号和2号。这些探测器从不同方位正在飞离太阳系,各自孤独的飞在广袤的太空,作为人人类忠实使者,将向着遥远的深空一直飞下去。
前程充满了风险,它们的下场有很多可能,如被小行星碎片击毁,被天体引力捕获等。它们最好的结局是被地外文明捕获,由此让这些“外星人”知道在遥远的地球,有一个正在崛起的文明,他们或它们并不孤独。
它们在没有大气的太空可以存在10亿年。按照旅行者1号的速度,飞出1光年半径的太阳系就需要至少17000年;按照新视野号的速度,飞出太阳系则需要2万多年。如果它们真的在亿万年后某一天,遇到了“外星人”,向这些“外星人”诉说人类的故事和一路的艰辛,或许它们出发的家园早就沧海桑田了,那时候人类还在不在地球,或者灭绝没灭绝都不知道呢。
由此,它们将成为人类文明曾经在这个宇宙存在过的唯一证据,这个结局或许有些悲哀。
在这里特别强调一下,许多人老认为不要暴露地球坐标,否则会受到入侵。这实在是一种幼稚的想法,是受了所谓“黑暗森林”假设以及某些科幻迷惑。在宇宙中,文明太过稀少,每个文明有每个文明的不同孕育环境,有能力“入侵”的高等级文明需求只有一个,恒星能量,这种能量宇宙到处都是,地球没有什么“资源”可供“外星人”掠夺,因此所谓“入侵”是完全不成立的。
好吧,现在来说当前的结论:冥王星距离我们约60亿千米,现在人类的无人探测器飞到冥王星大概需要10年左右,载人飞船前往冥王星大概还是100年以后的事情,那时候或许人类已经突破深空航行的速度瓶颈,几个小时或几分几秒就到达也未可知。
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