行星的地球物理定义

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国际地质科学联盟（英语：International Union of Geological Sciences，IUGS）是国际公认的机构，负责促进跨地球科学学科的命名和分类协定。然而，他们还没有对“行星”一词做出正式定义[1]。因此，专业的地球物理学家、行星科学家和其它地球科学专业人士使用各种地球物理定义。许多专业人士选择使用这些地球物理定义之一，而不是国际天文学联合会投票通过的定义，但国际天文学联合会是天文学家在命名方面认可的管理机构。

定义[编辑]

一些地球科学家坚持国际天文学联合会（IAU）在2006年8月提出的行星的正式定义[2]。根据国际天文学联合会的行星定义，行星是轨道环绕着太阳运动，有足够的质量能维持流体静力平衡（接近球体的形状），并且能清除“相似轨道上”的其它天体[3]。

另一个被广泛接受的行星地球物理定义包括行星科学家阿兰·斯特恩和哈罗德·利维森在2002年提出的定义。两人提出了以下规则来确定太空中的天体是否满足行星体的定义[4]。

“行星体”是指空间中质量满足以下可测试上限和下限标准的任何天体：如果与外部扰动隔离（例如，动力和热力），机构必须：

  1. 质量足够低，以至于“在任何时候”（过去或现在），它都不能因任何自我维持的核聚变连锁反应而在内部产生能量（否则它将是一颗“棕矮星”或“恒星”）。而且，
  2. 质量足够大，使其形状主要由重力而非机械强度或其他因素决定（例如表面张力、转速）在不到哈伯时间的时间内，因此天体将在这个时间尺度或更短的时间内在其内部达到流体静力平衡的状态。

他们指出通过这一定义更清楚地描述了行星的进化阶段和主要特征，来解释他们的推理。具体而言，他们声称行星的标志是，“天体质量的集体行为，以压倒机械强度，并流入一个形状由其自身重力主导的平衡椭球体”，该定义允许“重力可能尚未完全表现为主导力的早期时期”。

他们将行星体细分为，

  • 行星：轨道直接围绕恒星运行
  • 行星级卫星：最大的是月球、伽利略卫星、泰坦和海卫一，最后一个显然“以前是一颗独立的天体”。
  • 未绑定的行星：位于恒星之间的星际行星
  • 双行星：一颗行星和一颗大质量卫星围绕两个天体之间的一点运行（太阳系中唯一已知的例子是冥王星-冥卫一）

此外，还有一些重要的动力学类别：

  • über行星：围绕恒星运行，在哈伯时间内具有足够的动力学优势，可以清除邻近的星子
  • 非行星：例如，无法清除其邻域的行星，其轨道不稳定，或与质量更大的天体共振或绕其轨道运行。他们将边界设定为∧=1。

2018年对上述定义概括的将所有行星体定义为行星。它的措辞面向更广泛的受众，旨在取代国际天文学联合会的行星定义。它指出，行星科学家发现对“行星”的不同定义对他们的领域更有用，就像不同的领域对“金属”的定义不同一样。对他们来说，一颗行星是[5]：

一种从未经历过核聚变的次恒星质量体，由于流体静力平衡，无论其轨道参数如何，都有足够的引力使其成为圆形。

行星科学家对边界天体的分类管道存在一些差异，如小行星智神星和灶神星。这两颗可能是幸存的原行星，明显的比一些椭球体更大，但现时不是很圆（尽管灶神星过去可能是圆的）。一些定义包括它们[6]而其他人则不然[7]。

地球物理行星的其他名称[编辑]

2009年，让-吕克·马戈（他提出了一个清除邻域的数学标准）和莱维森（英语：Levison）建议，“圆度”应该指引力超过其物质强度的物体，圆形物体可以被称为“世界”。他们指出，这样的地球物理分类是合理的，不一定与行星的动力学概念相冲突：对他们来说，“行星”是动态定义的，是“世界”的一个子集（也包括矮行星、圆的卫星和自由漂浮物）。然而，他们指出，基于圆度的分类法是非常有问题的，因为圆度很少能直接观察到，是一个连续体，因为行星资料的强度取决于温度、成分和混合比，因而基于大小或质量来推导会导致圆度的不一致。例如，冰冷的米玛斯是圆的，直径为396-千米（246-英里），但岩石的灶神星不是圆的，直径为525千米（326英里）[8]（在低得多的温度下，古柏带中结冰的萨拉西亚，即使在直径850-千米（530-英里）}处也可能没有完全因重力而坍塌。）[9]。因此，他们指出，在将物体归类为世界时，可以容忍一些不确定性，而其动力学分类可以简单地根据质量和轨道周期来确定[8]。

太阳系中的地球物理行星[编辑]

根据地球物理对行星的定义，太阳系中的卫星行星和矮行星比经典行星多。
参见：太阳系流体静力平衡天体列表

太阳系中地球物理行星的数量无法客观列出，因为它受限（取决）于对一些观测不佳天体的精确定义和详细了解，并且存在一些临界情况。在国际天文学联合会于2006年定义时，人们认为结冰的天体可能处于流体静力平衡的极限直径约为400千米（250英里），这表明古柏带和离散盘中有大量的矮行星[10]。然而，到了2010年，人们已经知道直径达到1,500千米（930英里）的一些冰卫星（例如伊阿珀托斯）不处于平衡状态。伊阿珀托斯是圆形的，但对于现时的自转来说太扁了：它在16小时的自转周期内具有平衡形状，而不是实际上79天的自转[11]。这可能是因为伊阿珀托斯的形状在形成后不久就因厚地壳的形成而冻结，而之后由于潮汐消散，使其自转继续放缓，直到它变成潮汐锁定[12]。无论如何，大多数地球物理定义都列出了这样的天体[4][5][6]。（事实上，国际天文学联合会的定义已经是这样了；水星现在被认为不处于流体静力平衡，但它普遍被认为是一颗行星。）[13]。

2019年，格伦迪（英语：Grundy）等人认为海王星外天体的直径高达900至1,000千米（560至620英里）（例如(55637) 2002 UX25和雹神星）从未压缩出其内部孔隙[9][14]，因此不是行星体。2023年，埃梅里（英语：Emery）等人提出了海王星区域化学进化的类似阈值[15]。如此高的阈值表明，最多有八个已知的海王星外天体可能是地球物理行星：冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、共工星、冥卫一、创神星和赛德娜通过900-千米（560-英里）的门槛[15]。

普遍认为是地球物理行星的天体包括八大行星：

  1. ☿ 水星
  2. ♀ 金星
  3. 🜨 地球
  4. ♂ 火星
  5. ♃ 木星
  6. ♄ 土星
  7. ⛢ 天王星
  8. ♆ 海王星

地球物理学家普遍认为有八颗矮行星是行星：

  1. 谷神星
  2. 冥王星
  3. 妊神星
  4. 创神星
  5. 鸟神星
  6. 共工星
  7. 阋神星
  8. 赛德娜

和十九颗行星质量卫星（英语：Planetary-mass moon）：

其它一些在边界线上天体有时也包括，如小行星智神星、灶神星和健神星（比米玛斯大，但智神星灶神星明显不圆）；海王星第二大卫星普罗特斯（比米玛斯大，但仍然不圆）；或者其它一些海王星外天体，如亡神星和萨拉西亚，它们可能是也可能不是矮行星[6]。

对太空探测器影像的检查表明，一个物体大到足以被自身重力（无论是由于纯粹的引力，如冥王星和泰坦，还是由于潮汐加热，如埃欧和欧罗巴所增强）所达到的阈值大约是地质活动的阈值[16]。然而，也有例外，如卡利斯多和米玛斯，它们具有平衡形状（在米玛斯的情况下为历史形状），但没有显示出过去或现在内源性地质活动的迹象[17][18]，和恩克拉多斯，其由于潮汐加热而在地质上活跃，但现时显然不处于平衡状态[11]。

与国际天文学联合会行星定义的比较[编辑]

一些地球物理定义与国际天文学联合会的定义相同，而其他地球物理定义往往或多或少等同于国际天文学联合会对行星定义的第二条。

斯特恩在2018年的定义，而不是他在2002年的定义中，排除了国际天文学联合会定义的第一条（行星围绕着恒星运行）和第三条（行星绕其轨道有清除邻域）。因此，它将矮行星和{{link-en|行星质量卫星| Planetary-mass moon]]视为行星。

目前有五个天体被国际天文学联合会认定为矮行星：谷神星、冥王星 （已知半径最大的矮行星）[19]、阋神星（已知质量最大的矮行星）[20]、妊神星、和鸟神星，然而最后三颗实际上并没有被证明是矮行星[21]。通常矮行星除了天文学家认可的这五颗，还有另外四颗：创神星、赛德娜、亡神星和共工星。

对国际天文学联合会定义的反应[编辑]

许多对国际天文学联合会决定持评论态度的人专门关注将冥王星保留为一颗行星，而对在地球科学中如何定义“行星”一词不感兴趣[22][23]。尽管并非所有评论者都支持替代定义，一份反对国际天文学联合会定义的早期请愿书吸引了300多人签名[24][25][26]。其他评论者对定义本身表示抗告，并希望创建可用于不同学科的替代定义。

斯特恩和莱维森提出行星的地球物理定义是国际天文学联合会什么是行星和什么不是行星的定义的替代方案，旨在作为“地球物理定义”，而国际天文学联合国的定义，他们认为，更多的是为天文学家定义[2][27][28][5]。支持斯特恩和莱维森的地球物理定义者表明，行星科学家几十年来一直在使用这种行星概念，并在国际天文学联合会定义成立后仍继续使用；尽管使用情况差异很大，小行星通常被视为“小”行星[29][30]。

对系外行星的适用性[编辑]

地球物理定义已被用来定义系外行星。尽管在2003年国际天文学联合会宣布“将太阳系外物体视为行星所需的最小质量应与太阳系中使用的质量相同”，2006年国际天文学联合会的定义故意没有解决系外行星的复杂性[31]。虽然一些与国际天文学联合会定义不同的地球物理定义在理论上适用于系外行星和星际行星[28]，但由于对大多数系外行星的地球物理性质一无所知，它们没有在实务上使用。地球物理定义通常排除经历过核聚变的天体，因此可能排除系外行星目录中包含的质量较高的天体以及质量较低的天体。太阳系外行星百科、外行星数据探索者（英语：Exoplanet Data Explorer）和美国国家航空航天局外行星档案（英语：NASA Exoplanet Archive）都包括质量远超过理论的13-木星质量阈值的天体，在该阈值下，氘融合被认为是得到支持的[32]，原因包括：这一极限如何适用于岩石核心天体的不确定性，系外行星质量的不确定性，以及氘融合或形成机制是否是区分行星和恒星的最合适标准的争论。这些不确定性同样适用于国际天文学联合会关于行星的概念[33][34][35]。

国际天文学联合会的定义和与其不同的地球物理定义都考虑了物体的形状，并考虑了流体静力平衡。确定天体的圆度需要在多个弦上进行量测（即使这样也不足以确定它是否真的处于平衡状态），但系外行星探测科技只提供行星的质量、其横截面积与宿主恒星的横截面积之比或其相对亮度。一颗小型系外行星开普勒-1520b（英语：Kepler-1520b）的质量不到地球的0.02倍，与天体太阳系流体静力平衡天体列表的类比表明，这可能不足以使岩石体成为行星。 此外，WD 1145+017 b，只有0.0007地球质量，而SDSS J1228+1040 b的大小可能只有地球半径的0.01倍，远低于太阳系中冰冷天体的平衡上限（参见最小的系外行星列表）。

相关条目[编辑]

进阶读物[编辑]

参考资料[编辑]

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