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關於冥王星的二三事:從發現、成為第九行星到降級為矮行星

屋頂上的天文學家
・2018/04/23 ・2713字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

尋找第九顆行星

1846年發現了太陽系中的第八顆行星海王星後,許多科學家就試著要去找第九顆行星。波士頓的富豪帕西瓦爾·羅威爾(Percival Lowell)非常喜歡天文,1890年代他在亞利桑納的旗竿鎮建造了羅威爾天文台(Lowell Observatory),羅威爾除了觀測火星外,也參與尋找第九顆行星的計畫。但是1916年羅威爾去世為止,第九顆行星一直沒有被發現。

帕西瓦爾·羅威爾在羅威爾天文台。source:Wikimedia

1929年,在當時只有23歲的湯博(Clyde Tombaugh)受僱於羅威爾天文台,他主要的工作便是尋找第九顆行星。湯博使用的是一部33公分的望遠鏡,他在不同晚上拍攝天空中同一個區域的天體,然後將不同的照片做比對:因為相對於天空星星的位置行星會緩慢地移動,如果發現一個不曾發現的緩慢移動的天體,那麼它可能就是正在尋找的第九顆行星!

湯博和他自製的9吋望遠鏡。

1930年2月18日,湯博比較1月23日和1月29日拍攝的照片時,發現一個小亮點移動了位置。接下來一段日子的觀測,確認這個天體確實在移動!3月13日他們把發現結果公諸於世。

這個重大的發現立刻成為世界各地的頭條新聞,羅威爾天文台於是公開徵求對這個天體命名,在許多的建議當中,最後選定「Pluto」冥王這個名字,因為這個字的開頭PL和羅威爾天文台的贊助人帕西瓦爾·羅威爾(Percival Lowell)名字的縮寫是一樣的。

冥王星和其他夥伴有點不一樣?

當冥王星的軌道被計算出來後,科學家就發現它和其他的行星相當不一樣,太陽系其他行星以接近圓形的軌道繞太陽運行,但是冥王星的軌道形狀卻相當橢圓,離太陽最近和遠的距離分別是29.7 AU和49.3 AU (AU是地球到太陽的平均距離),當冥王星離太陽最近時,甚至比海王星還靠近太陽。另外,太陽系裡的其他行星幾乎都在黃道面上繞太陽運行,但是冥王星的軌道卻偏離黃道面達17度!

除了軌道特異外,冥王星的質量還比其他行星小很多。1978年發現冥王星的最大衛星夏戎(Charon)後,透過夏戎繞冥王星的軌道,科學家可以計算出冥王星的質量,冥王星的質量只有地球的0.2%!

新視野號太空船飛掠冥王星時拍攝的冥王星影像。圖片來源:NASA

冥王星被發現後,就有天文學家預測在海王星外,還有許多小天體還沒被發現。但是一直到1992年才在海王星外發現另一個天體,1992 QB1。而到2017年年初為止,已經在海王星外發現了超過2000顆的這類天體,這些天體泛稱為海王星外天體(Trans-Neptunian object, TNO),其中2004年發現的妊神星(Haumea),它的質量大約是冥王星的三分之一,這些天體的軌道和冥王星類似,冥王星會不會只是海王星外天體中最大的一顆而已呢?

新天體的發現反而讓冥王星「降級」了?

2005年1月,麥克·布朗(Mike Brown)和他的團隊發現了一個新的天體,這個天體後來被稱為鬩神星(Eris),鬩神星的名字源自希臘神話,她代表著不和與紛爭,鬩神星就如同它的名字一樣,引發了冥王星是不是行星的爭論。

哈伯太空望遠鏡拍攝的鬩神星影像,中央的亮點就是鬩神星,鬩神星左邊的是它的衛星,圖片來源NASA

鬩神星的質量比冥王星稍大,但是體積比冥王星稍小,當鬩神星被發現時,有人稱它為第十號行星!但是另一些科學家卻不認為鬩神星是一顆行星,他們主張冥王星和鬩神星不同於其他行星,應該另外分類成一種新的天體。

冥王星到底是不是一顆行星?這個問題應該要回到最根本的地方,什麼是「行星」?如果行星被清楚的定義,那麼就可以解決冥王星是不是行星的問題。國際天文聯合會(International Astronomical Union, IAU)邀集了專家學者討論這個問題,2006年8月時公布了行星的定義:

  1. 行星必須繞太陽運行。
  2. 行星的質量夠重足以讓自己呈圓形。
  3. 行星能夠清除軌道附近上的其他天體。

冥王星雖然符合第一和第二個定義,但是卻不符合第三個條件,因為冥王星的軌道上有許多的海王星外天體,那麼冥王星應該歸類為什麼樣的天體呢?

天文上常常用「矮」這個字來描述較小的天體,例如紅矮星是質量最小天恆星;棕矮星是比恆星質量小一些,不會產生氫核融合的天體;而矮星系是比一般星系還要小的星系。天文學家於是把不符合行星第三個條件的天體稱為「矮行星」(dwarf planet),所以冥王星和鬩神星就被歸類為這種天體。目前國際天文聯合會認定的矮行星有五顆:冥王星、鬩神星、妊神星、鳥神星(Makemake)和穀神星(Ceres),另外還有一些天體在矮行星的候選名單之中,科學家相信還有許多矮行星在海王星之外等著被發現。

麥克·布朗本來以為發現了第十顆行星,但是因為鬩神星的出現,最後太陽系行星的數量,反而從九顆降為八顆,這可能是他沒有預料到的結果。麥克·布朗因為發現鬩神星,讓冥王星被降級,所以他被封為冥王星殺手,麥克·布朗似乎還蠻喜歡這個封號,他還為此寫了一本書《我是如何殺了冥王星的》!!

所以冥王星就從此過著身為矮行星的生活了嗎?

仔細看一下國際天文聯合會對行星的定義,這個定義似乎是為冥王星量身定做的,感覺就好像刻意要將冥王星排除在行星之外。

其中感觸最深的應該是艾倫·斯特恩(Alan Stern),他是新視野號太空船的計畫主持人,2006年1月新視野號(New Horizons)發射升空時,這艘太空船的最主要目的是探索太陽系裡還未被太空船探訪的最後一顆行星:冥王星,結果新視野號升空幾個月後,冥王星就被降級為矮行星,原本要探訪的冥王星,變得不再是一顆行星,情何以堪!

新視野號(New Horizons)。source:Kevin Gill @Flickr

艾倫·斯特恩認為國際天文聯合會對行星的定義有問題,也不夠嚴謹。以木星為例,木星繞太陽的軌道上並不是只有木星而已,它的軌道上還有兩大群的特洛伊小行星(Trojan),這些小行星和木星一起繞著太陽運行,這表示木星並沒有清光軌道上的其他天體。另外,地球附近也有近地小行星,地球也沒有完全清光軌道上的天體。如果根據國際天文聯合會的定義,木星和地球也不能算是行星!

最近有一些人(主要是包括艾倫·斯特恩在內的新視野號團隊)主張應該把冥王星再列為行星,他們認為行星應該重新定義:行星是比恆星還要小的天體,它們不會進行核融合反應,本身的重力能夠讓自己呈球形,而且和它們的運行軌道沒有關係。根據他們的定義,太陽系裡的行星數量會暴增到大約110顆!因為一些較大的衛星(包括我們的月球)都會升級成行星!他們已經將提議交給國際天文聯合會,冥王星會不會重新回到行星的行列?就讓我們拭目以待吧!

如果新的行星定義通過國際天文聯合會的審查,我們的月球以後也會變成行星!攝影:李昫岱

 

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屋頂上的天文學家
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屋頂上的天文學家-李昫岱,天文學博士,曾服務於中央研究院天文所及美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校。大學時交了一群天文社的朋友,從此過著離不開天文的生活,希望透過寫作拉近遙遠天體的距離,讓你發現天文的美好! 歡迎來「屋頂上的天文學家」臉書和部落格,一起航向宇宙,浩瀚無垠!


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都是星星惹的禍之「疫」薄雲天

臺北天文館_96
・2022/01/26 ・5008字 ・閱讀時間約 10 分鐘
  • 文/歐陽亮|天文愛好者,中華科技史學會會員,曾獲 2001 年尊親天文獎第二等一行獎,擔任 2009 全球天文年特展解說員。

疫情最近席捲了地球上的人類,擾亂了日常生活的規律。在這個戶外活動驟減與無法出門觀星的時刻,宇宙彼端那些遙遠的星辰們,是否也會像近來野生動物的「生態大爆發」一樣,紛紛蜂擁而出、顯現特別活躍的異象呢?

如果對宇宙尺度有些概念的人,就會知道這當然不可能。地球並不是宇宙中心,星星們怎麼會在意並企圖影響微塵般的地球呢?只不過古人並沒有被現代科學衝擊過,所以直覺上理所當然會認為地球是最重要的,其他星星的一舉一動都在暗示或警告著自以為萬物之靈的人類。於是,天文學跟疾病就有了交集,不論東方世界或西方世界都是一樣。

幾百年前,西方的占星術竟然是提供流行病爆發預報的唯一途徑。表面上看起來,這種預報似乎很有科學精神:他們先列出過去疾病大流行時刻,再與當時的天象進行比較,企圖找出兩者關係。[1]曾經在全球肆虐的黑死病,是歷史上致死人數最多的流行病,當時的占星學者就曾找出彗星、日食、木星合土星、或火木土三星在同方位等徵兆預言了這次災難。然而這有點像是現在的疫情指揮中心竟依照天空異象來發佈防疫警戒一樣荒謬,而這些預言也無法幫助那些被病魔纏身的人們脫離苦海。[2]

至於在東方的古代,中國的占星術除了預言各種宮廷禍亂與兵災饑荒之外,也可用來預測大規模的流行病,古人的字典《說文解字》說:「疫,民皆疾也。」《字林》則寫:「疫,病流行也。」都以「疫」來稱呼流行病,不過「疫」其實包含了許多種傳染病或流行病,例如鼠疫、瘧疾、天花、霍亂、流感等,占星書並沒有依病症去明確細分。現在我們當然不會再將這些預測當真,不過仍可藉此觀察一下古人會把哪些天象視為疫病徵兆,並且猜猜看為什麼會有這些聯想。

首先來看歷代正史有關「疫」的占辭。《史記.天官書》寫著「亢宿:亢為疏廟,主疾…氐為天根,主疫」(圖 1),但到了《晉書》、《隋書》、《宋史》就變成「亢宿主疾疫」,疾已擴張到疫的範圍。不過雖說亢、氐兩宿主疾疫,但是也有許多其他星官跟疫病有關。若不計牛馬等動物的疫情,就有以下幾十種天象預兆[3](二十八宿僅寫宿名,如牛宿寫為牛,但南方七宿的星宿則寫為七星):

  1. 日暈在亢、觜
  2. 月入犯牛、鬼、南河、人星
  3. 月食在壁
  4. 月暈在氐、尾、奎、柳
  5. 土星入鬼、昴、五車
  6. 火星入犯斗、鬼、井、守胃
  7. 金星入氐、犯鬼、守觜
  8. 水星犯守尾、七星、張、軫
  9. 木星守婁、觜、參、犯軫
  10. 彗星在亢、氐、人、大陵
  11. 妖星、長星出現(可能指彗星)
  12. 白色客星犯六甲
  13. 客星犯人、大陵、老人、守南河
  14. 赤流星入天市垣、犯木星
  15. 大陵中星繁

其中只有「大陵中星繁」較容易理解,因為陵指陵墓,其星若繁盛明亮就不太吉利,相較於其他天象算是比較直觀的。不過依亮度變化來占測吉凶,容易被大氣影響而難以判斷、不易應用。例如關於歷代北斗的占驗記錄只有月暈、彗星與流星,並沒有亮度的實際運用。

圖 1. 《史記.天官書》之亢宿與氐宿記載(圖右),兩星宿皆位於角宿東方(圖左) 圖/歐陽亮繪

至於日暈、月暈之類的大氣現象,在古代也被視為天文異象的一種(圖 2)。還有白蒼赤黑等各色雲氣,同樣能拿來占卜,它們也許是指大氣層內的雲霧、也可能是指極光。

圖 2. 《宋史》日暈占辭(圖右)與日暈照片(圖左)。圖/歐陽亮攝於臺北,2020 年 7 月 18 日上午 10 點

再來看古代占星術之集大成作品《開元占經》,這本由唐朝天文官瞿曇悉達所主持編纂的術書,保留許多東周時期恆星觀測數據,可視為中國最早星表[4],其記錄的星官位置與星數,依然對現在的天文史研究有幫助。而書中不常被關注的占星部份,與疫有關的占辭更是遠多於正史。[5]其中與正史重覆者包括:月暈在柳、月入南河、亢宿有彗星、木星守婁觜參、火星守胃入鬼、土入守鬼昴舍五車、金星犯鬼守觜、水星犯守尾七星軫、大陵星明、赤流星入天市垣等。

《開元占經》比較特別的是敘述了三種無疫情的徵兆:「亢星明大,民無疾疫」、「王良附路星明…萬民無疫癘之殃」、「潢星明」。由於星占的主要功能是預警,所以報憂的天象必然比報喜的數量多。另外卷九十三的季節錯亂現象則可能是曆法出現誤差所造成。

相較之下,淵源於魏晉時期的《三家星官簿贊》,只有從官與疾病有關,其他皆未提及病疫。唐代的《敦煌寫本》Pelliot chinois 2512 則提到亢宿「主疾,動,人多病」,但氐宿「主傜伇,動者,人伇苦」,與正史所主之「疫」變成同音不同字了(圖 3)。[6]其他與疾病相關的只有三個。

圖 3. 《敦煌寫本》Pelliot chinois 2512 所寫的亢氐兩宿,圖/法國國家圖書館

天文要錄》是一本類似開元占經的古書,由唐初的李鳳編撰[7],收錄了一些開元占經沒有的占星家占辭,例如昆吾、唐昧、挺生、公連、紫辨、三靈紀、勑鳳符表、九州分野星圖等。此書殘抄本在日本,且其中錯字非常多。它與開元占經的共同點是繁蕪瑣碎且矛盾,因為都是集各家占辭而成。

此書關於疫的占辭也遠超過正史[8],與正史相似的天象包括:月暈尾、辰星犯守尾、歲星守參、月守凌鬼、熒惑入舍居守鬼、填星入留舍守鬼、太白入留舍鬼、辰星守凌七星、大陵星繁、月行南河中、客星守南河等。若再跟正史與《開元占經》都有的天象相比,交集頗多(包括辰星犯守尾與七星、歲星守參、熒惑入鬼、填星入鬼、太白入鬼、大陵星繁、月行南河中等),原因是由於兩書其實有部份來源相同。

值得注意的是,《開元占經》與《天文要錄》同時記載了行星跑到天津、螣蛇、王良、閣道、文昌、北斗等星官(圖 4),甚至還能進入紫微與北極(圖 5)!而在南方竟然也可犯軍市、野雞、天廟等非常遠的星官。這是不可能發生的天象,因為這些星官離黃道至少 30 度。[9]目前已知五大行星大約都在黃道上下 10 度以內運行,若考慮東周時期測量誤差最多可達 7 度[10],並放寬為 10 度,兩者相加也頂多 20 度。兩千年前若真的有五星脫離黃道面南北各 30 度的劇烈變動,那麼現在我們應該難以預測它們的軌道。

圖 4. 天津、螣蛇、王良、閣道等星官距離黃道(左下方)至少 30 度。圖/歐陽亮繪
圖 5. 文昌、北斗、紫微與北極距離黃道(右下方)至少 30 度。圖/歐陽亮繪

除此之外,這兩本占書還描述了更詭譎的現象,變色、變暗、變不見都不稀奇,有個「卷舌」星官竟然能夠變直或舒張(圖 6)!若有同好親眼看見,請先確認是否認錯星或酒精濃度偏高,若都沒有,請趕緊拍照並連絡天文館。另外書中還有北斗晝見、月犯北斗、月掩北斗,也是令人驚異但不會出現的天象。

圖 6. 《天文要錄》的卷舌占辭(圖右),同一占辭在《開元占經》則寫為:「卷舌星曲如舌,即吉;舌直,天下多口舌之害」。卷舌星官位於五車旁。圖/歐陽亮繪

乙巳占》是由唐代傳奇人物李淳風所撰,但沒有他另一本預言著作《推背圖》有名。此書「採摭英華,刪除繁偽」,比起同時代的《天文要錄》或是稍晚數十年的《開元占經》都精簡許多,因為李淳風對占星術的看法比較有個性,認為「多言屢中,非余所尊」,並不尊崇靈驗,而是將之視為一種「權宜時政,斟酌治綱,驗人事之是非,托神道以設教」的輔政措施。若「天降災祥以示其變」,就是在提醒帝王修德以禳之。他還用「唯爾學徒,幸勿膠柱」來指導後學者,不過唐宋之後各種因素讓古占星術逐漸沒落,反而是占卜個人命運的另一種占星術風行起來,這應該是李淳風預想不到的吧?

此書刪去許多不可能發生的凌犯[11],有關疫病者也較少,其中與正史相近的天象包括:月犯鬼、熒惑守胃、熒惑入鬼、太白入氐入鬼、彗星出氐。相同於前述兩書與正史交集者,只有熒惑入鬼、太白入鬼兩筆。這也許是由於鬼宿的字面意思所造成的聯想?

占星術是統計學嗎?

地球上常有疾病流行,天上也常出現古書所寫的疫病徵兆,兩者皆五花八門不可勝數,而正史與占書都記載過的「疫」象交集,就一定跟疫情有顯著關連嗎?其實,統計上常常有看似相關卻沒有因果關係的例子,若不問因果,只是強行找出相關性,有時候反而會被誤導得更嚴重。占星的原則是「凡天變,過度乃占[12],只對異象占卜,不占卜經常出現的,否則各種災變就會有難以置信的週期性,降低占星家自己的可信度。不過在某些週期尚未發現前,古人就先用來占卜了,例如《開元占經》蒐集的古籍資料中就有許多行星逆行或守於某宿,但對於現代人來說,只是再平常不過的現象罷了。

另外,占辭會依星官重要性而設定,因此遠離黃道的重要星官(如北極)也會有五星凌犯占辭,而在黃道附近但不重要的小星官就不太記載五星犯守了。這很明顯地說明,號稱是大數據資料庫的占星術並不是依靠曾經發生過而記錄下來的統計,而是占星家為了用異象占卜,憑空想像出五星犯紫微或北極等過度奇異的天象。科學最基本的原則是「符合觀測」,但是這些古書顯示,占星術並沒有達到這個標準。[13]書中許多聳人聽聞的災禍,就像現在網路上容易被轉傳的疫情謠言一樣,都是不知真假、難以查證、讓人看到的當下常震驚到「不能只有我看到」。你想要相信純粹想像而非統計出來的古書,還是不斷依觀測而修正的科學呢?

附註

  1. 江曉原《12 宮與 28 宿:世界歷史上的星占學》,遼寧教育出版社,2005,頁 193。
  2. 江曉原《12 宮與 28 宿:世界歷史上的星占學》,頁 131。
  3. 各正史之原文詳列於此連結,至於形容行星運動之「近犯合乘出入居處宿舍留守」等現象可參考盧央《中國古代星占學》,中國科學技術出版社,2007,頁 403~405。
  4. 潘鼐《中國恆星觀測史》,上海學林出版社,2009,頁 77。
  5. 《開元占經》相關占辭資料詳列於此連結
  6. 資料來源:法國國家圖書館
  7. 此書記錄了兩筆甘氏星官觀測數據,說明甘氏星表曾經存在。詳見潘鼐《中國恆星觀測史》,頁 99。
  8. 天文要錄》相關占辭資料詳列於此連結
  9. 上述星官即使因歷代變遷,位置也未曾偏移超過 20 度以上。接近星官創始期的石氏星表雖然曾被質疑是後人在唐代才測得,但仍可比較唐宋之際星官改變,詳見《所謂名字,能流傳多久不變?古星象流傳千年的轉變─石氏星表與宋代星表之比較》。比較結果可發現,兩星表的星官變化不大,故不是星官變遷所造成的問題。
  10. 潘鼐《中國恆星觀測史》,頁 32。
  11. 此書註解指出:「攝提非月行之所及」,因為攝提距離黃道 20 度,不過無法確定註解是否本人所作。《乙巳占》相關占辭資料詳列於此連結
  12. 語出司馬遷《史記.天官書》。
  13. 即使有部份占辭真的應驗,也可能是被人為處理過、或事後諸葛找出的對應關係,詳見趙貞《唐宋天文星占與帝王政治》,北京師範大學出版社,2016,頁 278。

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