【撰文／索特（Steven Soter）；翻譯／邱淑慧】
王國裡的國王
2004年，美國加州理工學院的天文學家布朗（Michael Brown），提出了一個與這緊密相關的判斷標準。他定義行星為「在太陽系中，任何質量大於相似軌道上所有天體質量總和的天體」。為了使其更精確，我提出建議，將「相似軌道」改成軌道區域的概念。當兩個天體的軌道互相交錯、軌道週期相差不到10倍，並且不是處於穩定的共振狀態，那麼兩者就是共有一個軌道區域。為了實行這樣的定義，我開始著手調查所有已知環繞著太陽運行的小天體。
例如，據估計與地球共有軌道區域的，約有1000個直徑大於一公里的小行星，其中大多是相對較晚期才由火星與木星間的主要小行星帶而來。它們的質量總和不到地球質量的0.0001%。以符號μ表示天體的質量相對於其軌道區域上其他所有天體質量總和的比例。對地球來說，μ大約是170萬。事實上，在太陽系中，地球的μ值最大。木星質量雖然是地球的318倍，但是在其軌道區域上擠滿了更多的天體。在典型行星中，火星的μ值最低（5100），不過也遠比穀神星（0.33）和冥王星（0.07）大得多（參見《科學人雜誌》35頁左下圖表）。這樣的結果相當亮眼，顯示出行星迥異於小行星與KBO，是完全不同的等級，而冥王星顯然是KBO。
這論點說服了IAU，定義行星為清空其軌道區域的天體。不過IAU在修改定義時，需要更明確的說明，什麼樣的清除程度足以稱為行星。我曾提出以μ值100為界線，也就是說，在太陽系中如果一個天體的質量，佔其軌道區域總質量的99%，便稱為行星。但是確實的分界值並沒有那麼絕對，10~1000間的數值都適用。
因此，所謂的行星是指已掃除或是散射其軌道區域大多數物質的天體。這個清楚的界定，將天體區分為行星與非行星，也呈現出有關太陽系形成過程的重要觀點：所有的天體都是成長自一個環繞著原始太陽、由氣體與塵埃組成的平坦盤面。在搶奪有限原料的爭戰中，某些天體勝出，搶得較多原料的天體會有較好的自我增強能力，因此天體的大小並不是什麼尺寸都有，形成的局面是各軌道區域都有個單一大型天體主宰，較小的天體被大型天體掃出太陽系，或是被太陽吞噬；得以存留下來的就是我們今日所見的行星；小行星與彗星，包含KBO，則都是殘留的碎片。
太陽系目前正處於吸積作用的最後清除階段。小行星有著互相交錯的軌道，因此有可能與行星或其他小行星發生碰撞。庫伯帶就是原始吸積盤外圍區域的殘留物，這裡的物質因為太稀疏，沒能形成另一個行星。太陽系中行星的軌道並沒有互相交錯，因此不會發生行星間的碰撞，如同動力所支配的物體，它們數量必定相當少。如果另一個行星嘗試強行介入存在的行星之間，重力的擾動很快就會使其軌道不穩定。
相似的情況也發生在其他的行星系統中。目前為止，觀測家已經發現了約20個擁有超過一個行星的系統，其中大多數系統中，行星的軌道彼此沒有交錯，但有三個例外，其部份重疊的軌道是共振的，因此行星間僥倖的不會發生碰撞。針對類似太陽的恆星，所有已知的非恆星伴星，都足以使鄰近的小型物體轉向，因此以動力上具支配性為分類依據，都會歸類為行星。
成熟的行星系統
行星實際上是恆星周遭吸積盤的最後產物，這定義只能應用於成熟的系統，也就是已經有效完成吸積作用，例如太陽系。對於較年輕的系統，吸積作用仍然很重要，那麼最大的天體並不一定是行星，而是稱為行星胚胎，更小的物體則稱為小行星。
IAU對行星的定義，仍然將圓度列為條件之一，雖然嚴格說來，這其實不太必要，因為要清除軌道周遭物體的這個條件，已經把行星與小行星、彗星做了區隔。這定義也去除了質量上限這個要求，而它原本是用以區分行星與恆星、棕矮星。而數量相對較少的棕矮星伴星，以近距離環繞著恆星，可以歸類為行星；不像在較遠軌道上運行的棕矮星，它們的形成被認為是來自盤面的吸積作用。
簡而言之，行星與非行星的差別，在理論與觀測上都是可以計量的。太陽系中的所有行星，都具有足夠的質量，可以把軌道區域上原本存在的小行星體給掃除或撞開。目前每個行星所具有的質量，至少都超過附近所有殘骸碎片的5000倍。相對來說，小行星、彗星與包含冥王星在內的KBO，則是生活在一群大小相當的天體當中。
針對這類定義的最大反對意見就是，主張天體的分類應該只根據本身的性質，例如大小、形狀或成份，而不是位置或是動力狀況。這樣的爭辯忽視了一個既存的事實：繞行星運轉的稱為衛星，即使其中有兩個衛星的大小比水星這個行星還大，而且有許多衛星是遭重力捕捉的小行星與彗星。背景與位置顯然很重要。事實上，與太陽的距離決定了，比較靠近太陽的物體形成小型的石質行星，而較遠的則形成富含易揮發氣體與冰的巨大行星。新的定義界定出，行星在動力上支配了大範圍的軌道空間，但小行星、KBO以及遭逐出的行星胚胎則沒有。八大行星是盤面吸積作用的最終優勢產物，與數量龐大的小行星和KBO有著可辨識的明顯差異。
對於傳統的九大行星定義，無疑在情感上仍然有著很強的吸引力。但特別的是，沿用許久的冥王星定義，自1990年代早期，我們對於太陽系起源與結構的了解開始有了顯著改變之後，便一直潛藏著問題。
我們的學校已經教授了76年，說冥王星是個行星。有人主張文化與傳統足以做為維持原來說法的合理理由，但是科學不該受過去的誤解束縛，真正有用的科學定義，應該由自然世界的架構謹慎推敲出來。我們有權修訂之前的定義，因為我們有必要反映出新發現帶來的更多知識。關於行星定義的爭議是個機會教育，可以提供教育人員一個重要觀念：科學概念並不是刻在石頭上不可改變的箴言，而是持續在更新進步著。
常見問題集
●問：這項對行星的定義，不會太武斷了嗎？
●答：科學家需要明確的定義，方能有良好的溝通，小心仔細的定義，能反映出我們對於大自然基本關係脈絡的了解。如果有新發現告訴我們原有的定義是誤解或不合宜的，那麼便必須因應而修改。
●問：原來的定義指出，行星是環繞恆星運行、不會發光且大於小行星的天體。這有什麼錯嗎？
●答：這樣無法區分行星和KBO，但是它們是如此明顯的不同。
怎樣才算行星？
■2006年8月，國際天文聯合會的會員投票決定行星的定義。投票結果為：環繞恆星運行、質量足以使其成為圓球形，並且將周圍區域的其他天體掃除。原本希望這樣的定義能終止長久以來的爭議，不過看來好像是火上添油。
■批評的人認為，這樣的定義太獨斷也太不嚴密，但這指控是無的放矢。太陽系很明顯可以區分成兩個族群：有八個天體的質量足以支配著各自的軌道區域，以及許多成群而且軌道互相交錯的較小天體。這樣的圖像清楚反映著太陽系形成與演化的途徑。
●答：科學家需要明確的定義，方能有良好的溝通，小心仔細的定義，能反映出我們對於大自然基本關係脈絡的了解。如果有新發現告訴我們原有的定義是誤解或不合宜的，那麼便必須因應而修改。
【本文轉載自科學人2007年2月號】
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