Starrix 星匯點 – 太陽系的重力擂台

太陽系的重力擂台

6 月 12, 2015 Einstein 天文資料庫, 專題文章 0

一直以來，「行星」(planet)一詞都被人們廣泛使用為圍繞太陽公轉之各大型天體的統稱。由確立日心說初期只有水星、金星、地球、火星、木星和土星六顆行星，至天王星、海王星及冥王星慢慢為人類所知，太陽系九大行星已經成為近代廣為人知的天文觀念。有趣的是，「行星」此一詞彙卻從來沒被賦與明確的定義，直至近來大量與冥王星相似而未被承認為行星的天體相繼湧現，冥王星身為行星的地位逐漸受到挑戰，而人們亦覺得是時候要為「行星」一詞給出一個嚴格的定義。

2006年8月24日，國際天文學聯合會(International Astronomical Union, IAU)首次為行星一字進行定義：行星是符合下列條件的天體：

(1) 圍繞恒星公轉、

(2) 有足夠質量以重力維持自身為球型，即滿足流體靜力學平衡(hydrostatic equilibrium)、

(3) 質量不足以引發星體內部核融合反應並

(4)已清空軌道內其他星體，即在其軌道中有最重要的重力影響。在此定義之下，冥王星因質量只有其軌道中其餘質量的7%，無法符合清空軌道的要求，故被IAU排除在行星之外(相比之下，地球的質量是其軌道中其餘質量的一百七十萬倍！)。冥王星最終被降格成為矮行星(dwarf planet)，此結果引來科學界不少迴響。

圖：冥王星及它的三顆衛星

矮行星是IAU在2006年新創立的名字，也有其明確的定義：矮行星是太陽系內符合以下條件的天體：

(1) 圍繞太陽公轉、

(2) 有足夠質量以重力維持自身為球型，即滿足流體靜力學平衡、

(3) 未清空軌道內其他星體並

(4) 不是其他天體的衛星。

其他更細小，不成球形而又圍繞太陽公轉的天體，則被歸類為太陽系內小天體 (small solar system bodies)。至此，太陽系內各大小天體終於各安其位，分別被歸類為行星、矮行星或太陽系內小天體。如果各位詳細考察這些類目的分類方法，流體靜力學平衡及清空軌道兩個概念扮演著重要的角色。

當天體具備足夠質量，自身重力便會使天體每一部分都向內收縮。當中心部分因壓縮加熱形成強大壓力，這壓力能抵抗向內的重力以達致力學平衡狀態。我們稱這種狀態為流體靜力學平衡，在這情況下，天體應該是近似球型的。很明顯，並不是所有天體都能達致流體靜力學平衡。太陽系有很多小石塊，例如在小行星帶中有大量不同形狀的石塊，它們形狀是不規則，並不是球狀的。它們因自身質重不夠大，無法達致流體靜力學平衡。相反，它們就像我們常見的石塊，石塊中每部分都是由內部剛體力維持其形狀，石塊的形狀可以很不規則。大質量的天體，重力強度會隨著增加，而剛體力 (即石塊內部的牽引力) 則不會增加，所以天文學家利用這點來區分「大天體」與「小天體」。重力比剛體力重要的為「大天體」，它們可以是行星或矮行星；剛體力比重力重要的為「小天體」，包括小行星、外海王星天體(trans-Neptunian objects)及彗星(comet)。

鬩神星 Eris
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清空軌道是天體踏入行星之門的重要一步，是判斷該天體是否在其軌道內擁有最強重力的考驗。當大質量的天體沿著其軌道不斷公轉，強大的重力可使附近細小的天體被吸引而累積，又或被重力擾動至其他軌道之中。最終，擁有最強重力的勝利者會掃清它的軌道，沒有其他大質量的天體可與它與處於同一軌道內；細小的天體可能被掃出軌道，也可能成為了勝利者的衛星。所以，我們可以說，IAU對太陽系內天體的定義，根本上就是舉辦一場重力的較量。重力達致流體靜力學平衡是參加比賽的最低資格，比賽的內容是掃清軌道，參加者以軌道距太陽的距離來分組比賽。每組最多只有一個勝利者，它們可獲授予「行星」之名，未能取勝的則有「矮行星」的名號作安慰獎。暫時獲此獎項的有小行星帶賽區的穀神星(Ceres)、冥王星賽區的冥王星及黃道離散賽區的鬩神星(Eris)。連最低參賽資格也未能達到的選手，一律被稱為太陽系內小天體。有趣的是，冥王星賽區的比賽尚未結束，冥王星的衛星凱倫(Charon)的分類仍未清晰。

951 Gaspra
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