行星

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按比例縮放的行星尺寸的星球:
第一行:土星、OGLE-TR-122和木星
第二行(被放大在第二張圖裡):天王星海王星
第三行:地球白矮星天狼星B金星
第四行(被放大在第三張圖裡)——
上:火星水星
下:月球矮行星冥王星妊神星

行星(英語:Planet、拉丁語:Planeta),通常指自身不發光,環繞著恆星天體。其公轉方向常與所繞恆星的自轉方向相同[1](由西向東)。一般來說行星需具有一定質量,行星的質量要足夠的大(相對於月球)且近似於圓球狀,自身不能像恆星那樣發生核聚變反應。2007年5月,麻省理工學院一組太空科學研究隊發現了已知最熱的行星(攝氏2040度)[2]

隨著一些具有冥王星大小的天體被發現,「行星」一詞的科學定義似乎更形逼切。歷史上行星名字來自於它們的位置(與恆星的相對位置)在天空中不固定,就好像它們在星空中行走一般。太陽系肉眼可見的5顆行星水星金星火星木星土星早在史前就已經被人類發現了。16世紀後日心說取代了地心說,人類瞭解到地球本身也是一顆行星望遠鏡被發明和萬有引力被發現後,人類又發現了天王星海王星冥王星(2006年後被排除出行星行列,2008年被重分類為類冥天體)還有為數不少的小行星。20世紀末人類在太陽系外的恆星系統中也發現了行星,截至2013年7月12日,人類已發現910顆太陽系外的行星。

歷史[編輯]

一個摘錄自《宇宙誌》(安特衛普,1539)的以地球為中心的宇宙模型

從古典時代的神聖的遊星演化到科學時代的實在的實體,人們對行星的認識是隨著歷史在不停地進化的。行星的概念已經不僅延伸到太陽系,而且還到達了其他太陽系外系統。對行星定義的內在的模糊性已經導致了不少科學爭論。

古典時代[編輯]

古人觀察星空,發現天體分作兩類:一類固定在天球上,組成各個星座,形成一幅永恆的天空背景,稱之為恆星;另一類天體在黃道附近運行,不斷穿過黃道上的十二個星座,稱之為行星。這些行星包括七顆,分別是陰陽——太陽和太陰(月球),以及五行——金木水火土五個肉眼可見的經典行星。它們在天空中極為特殊:一方面,它們不斷運行,不斷進入不同的星座;另一方面,它們極為明亮,全天成千上萬顆星體中,七顆行星亮度分別排行第1,2,3,4,5,6,9。他們對神學宗教宇宙學英語religious cosmology和古代天文學都有重要的影響。在古代,天文學家記錄了一些特定的光點是相對於其他星星如何移動跨越天空。古希臘人把這些光點叫做「πλάνητες ἀστέρες」(即planetes asteres,遊星)或簡單的稱為「πλανήτοι」(planētoi,漫遊者),[3]今天的英文名稱行星(planet)就是由此演化出來的。[4][5]在古代希臘中國巴比倫和實際上所有前現代文明中,是[6][7]人們幾乎普遍的相信,地球是宇宙的中心,並且所有的「行星」都圍繞著地球旋轉。會有這種認識的原因是,人們每天都看到星星圍繞著地球旋轉,[8]而且看起來好像是常識的認為,地球是堅實且穩定的,應該是靜止的而不是會移動的。

各個文明對星座的劃分方法與行星軌跡密切相關:太陽在黃道上一年運行一圈,太陰在黃道上一個月運行一圈。西方文明中,太陽的軌跡把黃道分作十二段,每月一段,每段一個星座組成黃道十二宮。中國文明中,太陽的軌跡把黃道分作四段,每個季度一段,即天空的四象青龍白虎朱雀玄武;而太陰的軌跡把黃道分作28段,每天一段,即天空的28個星宿;然後結合太陽和太陰的劃分,四象=28宿,每一象被分作七宿,這七宿分別對應陰陽金木水火土七大行星,組成一個星期七天,因此每個月被四象分成四個星期。

日心說時代[編輯]

  • 日心說確立了太陽在天空中心的地位,太陽不動而地球在運行,因此地球就取代了太陽的地位成為行星,太陽則被歸入恆星。
  • 衛星的概念在稍後也隨著伽利略衛星的發現逐漸被接受,有一個短暫時期,這些衛星都被認為是行星,很快行星被限定必須直接圍繞太陽運行,因此月球也被排除在行星行列之外。
  • 最終,日月金木水火土七大行星變為地金木水火土六大行星。

新發現時代[編輯]

  • 1781年,第七顆行星天王星被發現;
  • 1801年,穀神星被發現,有長達49年之久的時間被稱為第8顆行星;
  • 1846年,第八顆行星海王星被發現;
  • 1930年,冥王星被發現,有長達76年之久的時間被稱為第9顆行星;

新時代發現新的大行星,同時也發現新的繞日運行的較小天體。1850年,穀神星因尺寸太小,且發現一系列更小的同類型星體,其行星地位被免除,同時行星的定義出現一個不成文的概念:並非所有直接繞太陽公轉的天體都是行星,行星必須足夠大且卓爾不群。20世紀發現的冥王星與穀神星的地位非常相似,它也因尺寸太小,且發現一系列更小的同類型星體(還包括一顆較大的同類型星體鬩神星),而於2006年被降格為矮行星。冥王星的行星地位之爭,把原有不成文的概念確立成準確定義:直接繞太陽公轉、流體靜力平衡(足夠大)、清空其軌道(卓爾不群)。

太陽系外時代[編輯]

雖然我們無法通過天文望遠鏡直接觀測系外行星,但通過間接手段,包括觀測恆星運動、掩星等等,天文學家已發現數百顆太陽系外的行星。

定義[編輯]

在2006年8月24日在捷克首都布拉格舉行星第26屆國際天文聯會上,表決了該會第5、6號共四份決議草案,分別把行星同時符合以下三點:

  • 圍繞於恆星運轉(即公轉)
  • 有足夠大的質量來克服固體應力,以達到流體靜力平衡的形狀(即近於球形)
  • 已清空其軌道附近區域(即是該區域內最大天體,即以其自身引力把軌道兩側附近的小天體「吸引」成為自己的衛星)

名稱及來歷[編輯]

  • 在中國,根據西漢史記曆書》記載「黃帝考定星曆,建立五行,起消息(修正曆法,訂出正月起始)。」
  • 《尚書。舜典》:「在璇璣玉衡以齊七政。」孔穎達疏:「七政,其政有七,於璣衡察之,必在天者,知七政謂日月與五星也。木曰歲星,火曰熒惑星,土曰鎮星,金曰太白星,水曰辰星。
  • 英文行星一詞planet源於古希臘文「πλανήτης(planētēs)」,意為「遊走者」(wanderer)。
  • 1792年日本學者本木良永在翻譯哥白尼地動說時將「行星」譯作「惑星」,取其位置游移不定讓人迷惑之意。明治時代亦有京都大學的學者使用「遊星」一詞來指「行星」。
  • 1859年偉烈亞力李善蘭合作翻譯的《談天》是中文文獻中第一次介紹哥白尼地動說,也是中文「行星」一詞第一次出現。

發現時的分類[編輯]

下面的表格中列出的是在發現時被歸類為行星的太陽系天體:

天體(目前的分類) 註解
恆星 矮行星 小行星 衛星
太陽 月球 歷史上曾經是行星,然後依照定義被排除。
埃歐歐羅巴蓋尼米德,和卡里斯多 木星的四大衛星,在被伽利略發現之後也稱為伽利略衛星。他提到為了尊崇贊助他的美第奇家族,稱它們為"美第奇行星(Medicean Planets)"。
泰坦[b] Iapetus[c] Rhea[c] Tethys[d]Dione[d] 土星最大的5顆衛星,分別由惠更斯卡西尼發現。
穀神星[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年間發現的。但直到1850年代才被分類為小行星[9]

之後,穀神星在2006年又被歸類為矮行星

義神星韶神星虹神星花神星穎神星健神星海妖星凱神星芙女星司寧星司法星 在1845年至1851年發現了更多的小行星,行星清單中的數量的迅速增加,使天文學家增加小行星的分類,並且在1845年獲得認可[10]
冥王星[f] 第一顆被觀測到的海王星外天體。2006年,冥王星被重分類為矮行星

太陽系以內的行星[編輯]

沿革[編輯]

由於1801年元旦被義大利天文學家皮亞齊發現穀神星時,曾依據「提丟斯-波得定則」來定義它為行星,但後來以望遠鏡觀測看不到視圓面,以此定其直徑比月球還小,在1802年起短短六年間,相繼發現類似軌道之三顆小行星,在18世紀的首數十年間曾同時並列在行星之列(在1850年曾出現18顆行星的紀錄),至1847年發現5號小行星「義神星」後,歐洲天文學家始為該組陸續發現之小天體另外歸類為「小行星」,以「行星爆炸論」為由把該組小天體降格為與彗星、行星衛星的一類,統稱為「小行星」(minor planets)並沿用至今。

而1930年發現冥王星後,太陽系的行星被約定俗成為9顆(亦即九大行星),但經測定,其質量、直徑、偏心率均其它八顆相距甚遠,根本不能稱為「大行星」,而自1992年起陸續發現冥王星外與冥王星相若的天體;1999年初,有傳媒報導部分天文學家曾提倡把體積與其他行星相比較懸殊的冥王星剔除太陽系之列,IAU曾為此於該年2月5日澄清並無此事,但社會與科學界亦開始討論冥王星應否列入行星與一直只被約定俗成的行星定義。而此時亦開始陸續發現多顆在庫伯帶內繞太陽公轉的天體。

自2005年7月公佈發現冥外天體鬩神星(當時暫稱「齊娜」)以後,因其比冥王星直徑還大,以往曾鬧得沸沸揚揚的「十大行星」的話題亦甚囂塵上,為此IAU在2006年初組織「行星定義委員會」,因為更動名字將會影響至所有相關科學書籍、百科全書、中小學教科書以至相關設備帶來更動,因而社會十分重視。

決議[編輯]

2006年8月24日在捷克首都布拉格舉行之第26屆國際天文學聯會上的定義,初時曾提出包括鬩神星冥衛一穀神星的十二行星,但爭議與反響頗大,亦引起天文愛好者與民間熱烈討論;至8月24日下午第26屆國際天文學聯會上的定義:太陽系有八顆行星(決議時曾出現「經典行星」一詞,指的也是這八顆),分別為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星與海王星。質量不夠的將會被IAU會議決議歸類為矮行星(如冥王星)或太陽系內小天體(如小行星彗星等)。

類地行星
類木行星

以行星表面岩質劃分[編輯]

以行星視運動規律劃分[編輯]

(此分類方法因以地球為界,故必會忽略地球)

  • 內側行星:太陽系中地球軌道內側的行星,包括水星與金星。
  • 外側行星:太陽系中地球軌道外側的行星,包括火星、木星、土星、天王星、海王星。

其它恆星系的行星[編輯]

至2009年2月,人們在其他恆星身上一共發現了339顆系外行星,不少均擁有比木星高的質量。

也有一些行星,其體積比較小,例如脈衝星PSR B1257+12、天琴座μ星、巨蟹座55及GJ 436均各自擁有與地球差不多質量的小型行星,而Gliese 876一顆達地球質量6至8倍的行星,可能擁有岩石結構。

人們對新發現的大型系外行星仍未完全了解,大多估計其物質構成與太陽系的大型行星類似,又或是從未見過的大型氨行星碳行星。值得注意的是,一些大型行星在極接近恆星的地方公轉,擁有近乎完美的圓形軌道,這些行星被稱為「熱木星」,它們比太陽系的大型行星接受更大量的太陽輻射,造成其表面溫度極高。也有一種熱木星,其大氣會被恆星的熱力逐步蒸發併流失,並以彗尾形態釋出,它們被分為Chthonian型行星。

太陽系外行星(Extrasolar planet)是環繞其他恆星公轉的行星,長久以來,人們認為其他恆星和太陽一樣,均有行星環繞其恆星公轉,但一直未能證實。直至1992年PSR B1257+12被證實以來,至今已有百多個太陽系外行星被發現。這些發現增加了對外星人存在與否的問題提出了支持的觀點。

現時在其他恆星發現的行星大多是類似木星的氣體行星,有的質量甚至比木星還要大。質量較小的行星有脈衝星PSR B1257+12的三顆與類地行星相若的天體,以及位於天壇座μ星的一顆有14個地球質量的行星。

也有一種行星,沒有圍繞特定的恆星公轉,它們像是宇宙的流浪客,稱為星際行星(Interstellar planet)。2011年科學家利用重力微透鏡法首度發現了星際行星,並推測銀河系中木星大小的星際行星數量有恆星的兩倍之多。[11]

一顆太陽系外行星想像圖

現時人類的科技僅能偵測質量較大、公轉週期較短的行星。但隨著科技的進步,更強的望遠鏡得以建造,在未來可望能發現更多質量較小及公轉週期較長的行星。

搜尋太陽系外行星的方法[編輯]

由於用天文儀器搜尋太陽系外行星的難度極大,天文學家一般採用間接的方法。下面介紹幾種主要的方法:

  • 天體測量法(Astrometry)

天體測量法是搜尋太陽系外行星最古老的方法。這個方法是精確地測量恆星在天空的位置及觀察那個位置如何隨著時間的改變而改變。如果恆星有一顆行星,則行星的重力將造成恆星在一條微小的圓形軌道上移動。這樣一來,恆星和行星圍繞著它們共同的質心旋轉。由於恆星的質量比行星大得多,它的運行軌道比行星小得多。

  • 視向速度法(Radial Velocity)

視向速度法利用了恆星在行星重力的作用下在一條微小的圓形軌道上移動這個事實,目標現在是測量恆星向著地球或離開地球的運動速度。根據都卜勒效應,恆星的視向速度可以從恆星光譜線的移動推導出來。

凌日法
  • 凌日法(Transit Method)

當行星運行到恆星前方的時候,恆星的光芒會相應減弱。光芒減弱的程度取決於恆星和行星的體積。在恆星HD 209458的例子中,它的光芒減弱了1.7%。天文學家用凌日法發現了恆星HD 209458的行星HD 209458b

  • 脈衝星計時法(Pulsar Timing)

通過觀察脈衝星的信號週期以推斷行星是否存在。一般來說,脈衝星的自轉週期,也就是它的信號週期是穩定的。如果脈衝星有一顆行星,脈衝星信號週期會發生變化。

重力透鏡效應來發現行星的方法。比如行星OGLE-2005-BLG-390Lb就是用這種方法發現的。

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  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].  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