【菜科解读】

好奇的孩子：为什么冥王星到底是行星还是白矮星这一问题如此重要？

一幅显示了在空间背景下冥王星的新视野图像。

（图片shutterstock）

这篇文章最初发表在全球性网站-解释型新闻网（the conversation上。

该出版物为太空网的专家之声意见与见解专栏（Expert Voices）Op-Ed & Insights提供了文章。

里贾纳大学天文学系助教萨曼莎劳勒

冥王星到底是行星还是矮行星这一问题为什么如此重要？我认为因为这一问题增加了太阳系的神秘色彩。

在我们太空中有行星，恒星，或者是其他像卫星或者彗星一样的天体。

但是白矮星是一个不太一样的名字，这个名字让我感到更加困惑。

——安大略省基奇纳，11岁的提米。

彗星，恒星，行星这些种类的名字会立即告诉你它们所描述的重要的东西。

我们的太阳系由太阳，行星（绕太阳运行）和许多小天体（绕太阳运行或行星运行）组成。

根据这些小天体轨道的形状和大小，它们被划分为更细的种类。

在1801年，天文学家发现了谷神星，它最初被划分为行星一类。

但通过测量发现它比已知的其他行星都小得多。

很快，在非常靠近谷神星的轨道上发现了许多较小的物体。

这些小天体被重新定义为一个新的种类——小行星。

在那之后，我们已经在小行星带探测到了成百上千这样的的小行星。

美国宇航局新视野号最令人惊叹的照片是飞越冥王星周年纪念。

新发现

在太阳系中，更遥远的小天体上也有着与谷神星相似的发现和重分类的过程。

比如1930年发现的冥王星，在发现它以后的几十年里都被认为是太阳系的第九大行星。

但是天文学家很快认识到冥王星不同于太阳系其他八大行星，例如冥王星位于一个倾斜的轨道上，这个轨道的路径比其他行星的要短许多。

多年来，天文学家发现越来越多的小型类行星物体穿过冥王星的轨道。

这些小型类行星物体现在被定义为柯伊伯带天体。

看起来，比起行星，冥王星更贴近柯伊伯带天体这一类。

2005年，在外太阳系发现了一个比冥王星更大质量的新天体——阋神星。

这使得天文学家们开始思考阋神星和冥王星到底属于哪一类天体。

天文学家们认为这是一个意义重大的决定，所以在2006年，国际天文学联合会举行了投票表决。

最终结果是，与其把冥王星降级为一个普通的老柯伊伯带天体，不如重新定义一个新的小天体类群——矮行星。

冥王星和阋神星都属于矮行星。

（从美国宇航局的黎明号宇宙飞船上看到的谷神星） （图片NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS、DLR/IDA）

行星的形成

巨大的尘埃和气体坍塌在年轻恒星周围形成了太阳系，具体形成过程仍在探索中。

我们用望远镜想去看清楚遥远太阳系到底如何形成的，但是它们太远了，我们很难直接看到行星的形成过程。

星子 微行星，最先开始是围绕着年轻恒星运行的圆盘上的一团尘埃。

然后，星子会抓住附近的石块、尘埃，有时甚至是更小的星子。

随着它们的增大，引力会变得更强。

当它们的直径达到几百公里时，它们就有足够的重力将自己拉成圆形，这就是行星的形成。

上面两张照片显示了美国宇航局哈勃望远镜拍摄的档案图像中发现的年轻恒星周围的碎片盘。

每幅图像下面的插图都描绘了碎片圆盘的方向。

图片（NASA/ESA，R. Soummer，Ann Feild（STScI））

通过测量太阳系中的类似白矮星的小天体，与计算机模拟结果进行比较是观察我们太阳系形成的另一种方法。

我们当前的理论支持的说法是在我们的太阳系中一定有许多白矮星。

小行星带的谷神星，柯伊伯带的冥王星，阋神星和其他十几个天体大到足以属于矮行星。

这意味着，虽然它们是足够大到可以变成圆的星子，但它们并没有发展出足够强的引力来抓住它们轨道附近的所有其他星子。

其他太阳系

天文学家现在已经测量了5000多颗系外行星（即其他太阳系中的行星）。

我们虽然在很长一段时间内无法测量太阳系外的矮行星，但我们在自己的太阳系中发现的矮行星可以告诉我们所有行星是如何形成的。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空