按比例缩放的行星尺寸的星球:
第一行:土星OGLE-TR-122木星
第二行(被放大在第二张图里):天王星海王星
第三行:地球白矮星天狼星B金星
第四行(被放大在第三张图里)——
上:火星水星
下:月球矮行星冥王星妊神星

行星英语:planet拉丁语planeta),通常指自身不发光,环绕着恒星天体。其公转方向常与所绕恒星的自转方向相同[1](由西向东)。一般来说行星需具有一定质量,行星的质量要足够的大(相对于月球)且近似于圆球状,自身不能像恒星那样发生核聚变反应。2007年5月,麻省理工学院一组空间科学研究队发现了已知最热的行星(2040摄氏度[2]

随着一些具有太阳大小的天体被发现,“行星”一词的科学定义似乎更形迫切。历史上行星名字来自于它们的位置(与恒星的相对位置)在天空中不固定,就好像它们在星空中行走一般。太阳系肉眼可见的5颗行星水星金星火星木星土星早在史前就已经被人类发现了。16世纪后日心说取代了地心说,人类了解到地球本身也是一颗行星望远镜被发明和万有引力被发现后,人类又发现了天王星海王星冥王星(2006年后被排除出行星行列,2008年被重分类为类冥天体,属于矮行星的一种)还有为数不少的小行星。20世纪末人类在太阳系外的恒星系统中也发现了行星,截至2013年7月12日,人类已发现2000多颗太阳系外银河系中的行星。

名称及由来

  • 在中国,根据西汉史记历书》记载“黄帝考定星历,建立五行,起消息(修正历法,订出正月起始)。”
  • 《尚书。舜典》:“在璇玑玉衡以齐七政。”孔颖达疏:“七政,其政有七,于玑衡察之,必在天者,知七政谓日月与五星也。木曰岁星,火曰荧惑星,土曰镇星,金曰太白星,水曰辰星。
  • 英文行星一词planet源于古希腊文“πλανήτης(planētēs)”,意为“游走者”(wanderer)。
  • 1792年日本学者本木良永在翻译哥白尼地动说时将“行星”译作“惑星”,取其位置游移不定让人迷惑之意。明治时代亦有京都大学的学者使用“游星”一词来指“行星”。
  • 1859年伟烈亚力李善兰合作翻译的《谈天》是中文文献中第一次介绍哥白尼地动说,也是中文“行星”一词第一次出现。

历史

一个摘录自《宇宙志》(安特卫普,1539)的以地球为中心的宇宙模型

从古典时代的神圣的游星演化到科学时代的实在的实体,人们对行星的认识是随着历史在不停地进化的。行星的概念已经不仅延伸到太阳系,而且还到达了其他太阳系外系统。对行星定义的内在的模糊性已经导致了不少科学争论。

古典时代

古人观察星空,发现天体分作两类:一类固定在天球上,组成各个星座,形成一幅永恒的天空背景,称之为恒星;另一类天体在黄道附近运行,不断穿过黄道上的十二个星座,称之为行星。这些行星包括七颗,分别是阴阳——太阳和太阴(月球),以及五行——金木水火土五个肉眼可见的经典行星。它们在天空中极为特殊:一方面,它们不断运行,不断进入不同的星座;另一方面,它们极为明亮,全天成千上万颗星体中,七颗行星亮度分别排行第1,2,3,4,5,6,9。他们对神学宗教宇宙学英语religious cosmology和古代天文学都有重要的影响。在古代,天文学家记录了一些特定的光点是相对于其他星星如何移动跨越天空。古希腊人把这些光点叫做“πλάνητες ἀστέρες”(即planetes asteres,游星)或简单的称为“πλανήτοι”(planētoi,漫游者),[3]今天的英文名称行星(planet)就是由此演化出来的。[4][5]在古代希腊中国巴比伦和实际上所有前现代文明中,是[6][7]人们几乎普遍的相信,地球是宇宙的中心,并且所有的“行星”都围绕着地球旋转。会有这种认识的原因是,人们每天都看到星星围绕着地球旋转,[8]而且看起来好像是常识的认为,地球是坚实且稳定的,应该是静止的而不是会移动的。

各个文明对星座的划分方法与行星轨迹密切相关:太阳在黄道上一年运行一圈,太阴在黄道上一个月运行一圈。西方文明中,太阳的轨迹把黄道分作十二段,每月一段,每段一个星座组成黄道十二宫。中国文明中,太阳的轨迹把黄道分作四段,每个季度一段,即天空的四象青龙白虎朱雀玄武;而太阴的轨迹把黄道分作28段,每天一段,即天空的28个星宿;然后结合太阳和太阴的划分,四象=28宿,每一象被分作七宿,这七宿分别对应阴阳金木水火土七大行星,组成一个星期七天,因此每个月被四象分成四个星期。

日心说时代

  • 日心说确立了太阳在天空中心的地位,太阳不动而地球在运行,因此地球就取代了太阳的地位成为行星,太阳则被归入恒星。
  • 卫星的概念在稍后也随着伽利略卫星的发现逐渐被接受,有一个短暂时期,这些卫星都被认为是行星,很快行星被限定必须直接围绕太阳运行,因此月球也被排除在行星行列之外。
  • 最终,日月金木水火土七大行星变为地金木水火土六大行星。

新发现时代

  • 1781年,第七颗行星天王星被发现;
  • 1801年,谷神星被发现,有长达49年的时间被称为第8颗行星;
  • 1846年,第八颗行星海王星被发现;
  • 1930年,冥王星被发现,有长达76年的时间被称为第9颗行星;

新时代发现新的大行星,同时也发现新的绕日运行的较小天体。1850年,谷神星因尺寸太小,且发现一系列更小的同类型星体,其行星地位被免除,同时行星的定义出现一个不成文的概念:并非所有直接绕太阳公转的天体都是行星,行星必须足够大且卓尔不群。20世纪发现的冥王星与谷神星的地位非常相似,它也因尺寸太小,且发现一系列更小的同类型星体(还包括一颗较大的同类型星体阋神星),而于2006年被降格为矮行星。冥王星的行星地位之争,把原有不成文的概念确立成准确定义:直接绕太阳公转、流体静力平衡(足够大)、清空其轨道(卓尔不群)。

太阳系外时代

虽然人类无法通过天文望远镜直接观测系外行星,但通过间接手段,包括观测恒星运动、掩星等等,天文学家现已发现2000多颗太阳系外的行星。

定义

在2006年8月24日在捷克首都布拉格举行星第26届国际天文联会上,表决了该会第5、6号共四份决议草案,分别把行星同时符合以下三点:

  • 围绕于恒星运转(即公转)
  • 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(即近于球形)
  • 已清空其轨道附近区域(即是该区域内最大天体,即以其自身引力把轨道两侧附近的小天体“吸引”成为自己的卫星)

发现时的分类

下面的表格中列出的是在发现时被归类为行星的太阳系天体:

天体(目前的分类) 注解
恒星 矮行星 小行星 卫星
太阳 月球 历史上曾经是行星,然后依照定义被排除。
埃欧欧罗巴盖尼米德,和卡里斯多 木星的四大卫星,在被伽利略发现之后也称为伽利略卫星。他提到为了尊崇赞助他的美第奇家族,称它们为"美第奇行星(Medicean Planets)"。
泰坦[b] 土卫八[c] 土卫五[c] 土卫三[d]土卫四[d] 土星最大的5颗卫星,分别由惠更斯卡西尼发现。
谷神星[e] 智神星婚神星,和灶神星 最早知道的小行星,是在1801年至1807年间发现的。但直到1850年代才被分类为小行星[9]

之后,谷神星在2006年又被归类为矮行星

义神星韶神星虹神星花神星颖神星健神星海妖星凯神星芙女星司宁星司法星 在1845年至1851年发现了更多的小行星,行星清单中的数量的迅速增加,使天文学家增加小行星的分类,并且在1845年获得认可[10]
冥王星[f] 第一颗被观测到的海王星外天体。2006年,冥王星被重分类为矮行星

太阳系以内的行星

沿革

由于1801年元旦被意大利天文学家皮亚齐发现谷神星时,曾依据“提丢斯-波得定则”来定义它为行星,但后来以望远镜观测看不到视圆面,以此定其直径比月球还小,在1802年起短短六年间,相继发现类似轨道之三颗小行星,在18世纪的首数十年间曾同时并列在行星之列(在1850年曾出现18颗行星的纪录),至1847年发现5号小行星“义神星”后,欧洲天文学家始为该组陆续发现之小天体另外归类为“小行星”,以“行星爆炸论”为由把该组小天体降格为与彗星、行星卫星的一类,统称为“小行星”(minor planets)并沿用至今。

而1930年发现冥王星后,太阳系的行星被约定俗成为9颗(亦即九大行星),但经测定,其质量、直径、偏心率均其它八颗相距甚远,根本不能称为“大行星”,而自1992年起陆续发现冥王星外与冥王星相若的天体;1999年初,有传媒报道部分天文学家曾提倡把体积与其他行星相比较悬殊的冥王星剔除太阳系之列,IAU曾为此于该年2月5日澄清并无此事,但社会与科学界亦开始讨论冥王星应否列入行星与一直只被约定俗成的行星定义。而此时亦开始陆续发现多颗在库伯带内绕太阳公转的天体。

自2005年7月公布发现冥外天体阋神星以后,因其比冥王星直径还大,以往曾闹得沸沸扬扬的“十大行星”的话题亦甚嚣尘上,为此IAU在2006年初组织“行星定义委员会”,因为更动名字将会影响至所有相关科学书籍、百科全书、中小学教科书以至相关设备带来更动,因而社会十分重视。

决议

2006年8月24日在捷克首都布拉格举行之第26届国际天文学联会上的定义,初时曾提出包括阋神星冥卫一谷神星的十二行星,但争议与反响颇大,亦引起天文爱好者与民间热烈讨论;至8月24日下午第26届国际天文学联会上的定义:太阳系有八颗行星(决议时曾出现“经典行星”一词,指的也是这八颗),分别为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星与海王星。质量不够的将会被IAU会议决议归类为矮行星(如冥王星)或太阳系内小天体(如小行星彗星等)。

类地行星
类海行星和类木行星

以行星表面岩质划分

以行星视运动规律划分

(此分类方法因以地球为界,故必会忽略地球)

  • 内侧行星:太阳系中地球轨道内侧的行星,包括水星与金星。
  • 外侧行星:太阳系中地球轨道外侧的行星,包括火星、木星、土星、天王星、海王星。

其它恒星系的行星

至2009年2月,人们在其他恒星身上一共发现了339颗系外行星,不少均拥有比木星高的质量。

也有一些行星,其体积比较小,例如脉冲星PSR B1257+12、天琴座μ星、巨蟹座55及GJ 436均各自拥有与地球差不多质量的小型行星,而Gliese 876一颗达地球质量6至8倍的行星,可能拥有岩石结构。

人们对新发现的大型系外行星仍未完全了解,大多估计其物质构成与太阳系的大型行星类似,又或是从未见过的大型氨行星碳行星。值得注意的是,一些大型行星在极接近恒星的地方公转,拥有近乎完美的圆形轨道,这些行星被称为“热木星”,它们比太阳系的大型行星接受更大量的太阳辐射,造成其表面温度极高。也有一种热木星,其大气会被恒星的热力逐步蒸发并流失,并以彗尾形态释出,它们被分为Chthonian型行星。

太阳系外行星(Extrasolar planet)是环绕其他恒星公转的行星,长久以来,人们认为其他恒星和太阳一样,均有行星环绕其恒星公转,但一直未能证实。直至1992年PSR B1257+12被证实以来,至今已有百多个太阳系外行星被发现。这些发现增加了对外星人存在与否的问题提出了支持的观点。

现时在其他恒星发现的行星大多是类似木星的气体行星,有的质量甚至比木星还要大。质量较小的行星有脉冲星PSR B1257+12的三颗与类地行星相若的天体,以及位于天坛座μ星的一颗有14个地球质量的行星。

也有一种行星,没有围绕特定的恒星公转,它们像是宇宙的流浪客,称为星际行星(Interstellar planet)。2011年科学家利用重力微透镜法首度发现了星际行星,并推测银河系中木星大小的星际行星数量有恒星的两倍之多。[11]

一颗太阳系外行星想像图

现时人类的科技仅能侦测质量较大、公转周期较短的行星。但随着科技的进步,更强的望远镜得以建造,在未来可望能发现更多质量较小及公转周期较长的行星。

搜寻太阳系外行星的方法

由于用天文仪器搜寻太阳系外行星的难度极大,天文学家一般采用间接的方法。下面介绍几种主要的方法:

  • 天体测量法(Astrometry)

天体测量法是搜寻太阳系外行星最古老的方法。这个方法是精确地测量恒星在天空的位置及观察那个位置如何随着时间的改变而改变。如果恒星有一颗行星,则行星的重力将造成恒星在一条微小的圆形轨道上移动。这样一来,恒星和行星围绕着它们共同的质心旋转。由于恒星的质量比行星大得多,它的运行轨道比行星小得多。

  • 视向速度法(Radial Velocity)

视向速度法利用了恒星在行星重力的作用下在一条微小的圆形轨道上移动这个事实,目标现在是测量恒星向着地球或离开地球的运动速度。根据多普勒效应,恒星的视向速度可以从恒星光谱线的移动推导出来。

凌日法

当行星运行到恒星前方的时候,恒星的光芒会相应减弱。光芒减弱的程度取决于恒星和行星的体积。在恒星HD 209458的例子中,它的光芒减弱了1.7%。天文学家用凌日法发现了恒星HD 209458的行星HD 209458b

  • 脉冲星计时法(Pulsar Timing)

通过观察脉冲星的信号周期以推断行星是否存在。一般来说,脉冲星的自转周期,也就是它的信号周期是稳定的。如果脉冲星有一颗行星,脉冲星信号周期会发生变化。

重力透镜效应来发现行星的方法。比如行星OGLE-2005-BLG-390Lb就是用这种方法发现的。

参见

参考资料

  1. ^ BBC NEWS | Science & Environment | New exoplanet orbits 'backwards'
  2. ^ Team discovers hottest planet - MIT News Office
  3. ^ H. G. Liddell and R. Scott, A Greek–English Lexicon, ninth edition, (Oxford: Clarendon Press, 1940).
  4. ^ Definition of planet. Merriam-Webster OnLine. [2007-07-23]. 
  5. ^ planet, n.. Oxford English Dictionary. 2007 [2008-02-07]. (原始内容存档于2012-07-04).  Note: select the Etymology tab
  6. ^ Neugebauer, Otto E. The History of Ancient Astronomy Problems and Methods. Journal of Near Eastern Studies. 1945, 4 (1): 1–38. doi:10.1086/370729. 
  7. ^ Ronan, Colin. Astronomy Before the Telescope. Astronomy in China, Korea and Japan Walker. : 264–265. 
  8. ^ Kuhn, Thomas S. The Copernican Revolution. Harvard University Press. 1957: 5–20. ISBN 0-674-17103-9. 
  9. ^ The Planet Hygea. spaceweather.com. 1849 [2008-04-18]. 
  10. ^ Hilton, James L. When did asteroids become minor planets?. U.S. Naval Observatory. [2008-05-08]. 
  11. ^ Free-Floating Planets May be More Common Than Stars NASA JPL News Release, 2011-5-18
  • Jan Osterkamp: Transpluto will in den exklusiven Sonnensystem-Planetenklub. in: Die Zeit. vom 1. August 2005. (Online)(德文)
  • Peter Janle: Das Bild des Planetensystems im Wandel der Zeit. Teil 1. Vom Altertum bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts. in: Sterne und Weltraum. 45,2006,1, S.34–44. ISSN 0039-1263 (德文)
  • Peter Janle: Das Bild des Planetensystems im Wandel der Zeit. Teil 2. Vom 19. Jahrhundert bis heute. in: Sterne und Weltraum. 45,2006,4, S.22–33. ISSN 0039-1263 (德文)
  • Gibor Basri, Michael E. Brown: Planetesimals to Brown Dwarfs: What is a Planet? in: Annual Review of Earth and Planetary Sciences, vol. 34, p. 193-216 (05/2006) (英文)