矮行星

**矮行星**（英語：Dwarf planet），又稱**中行星**、**準行星**、**侏儒行星**，是具有行星級質量，但既不是行星，也不是衛星的天體。也就是說，它是直接環繞著恆星，並且自身的重力足以達成流體靜力平衡的形狀（通常是球體），但未能清除鄰近軌道上的其它小天體和物質。

就太陽系而言，矮行星是國際天文學聯合會在 2006 年 8 月通過環繞太陽天體的三種分類定義的一部分，導致新增加了發現的比海王星離太陽更遠的天體，其大小足以和冥王星匹敵，並且最後質量超過冥王星的天體，例如鬩神星。2006 年，在國際天文學聯合會的行星定義上決議將矮行星排除在外，對此學界評價兩極。天文學家麥克・布朗認為這是正確的決定，而他是鬩神星和其它新矮行星的發現者。但拒絕接受這樣定義的阿蘭・斯特恩（Alan Stern），卻是在 1991 年 4 月創造**矮行星**這個名詞的天文學家。

國際天文學聯合會（IAU）目前承認的矮行星有 5 顆：穀神星、冥王星、妊神星、鳥神星、鬩神星。布朗批評官方的認可：「一個理性的人可能會認為，太陽系裡面只有 5 顆符合 IAU 定義的已知矮行星，但這些理性的人將無從修正。」

在另一份有數百顆已知的天體列在其中的清單，被懷疑都是太陽系的矮行星，估計在完整的探索過整個古柏帶之後，可能會發現 200 顆矮行星，而在探索過古柏帶以外的區域後，矮行星的總數可能超過 10,000 顆。個別的科學家認定的還有一些，麥克 - 布朗在 2011 年 8 月發表的清單中，從幾乎可以肯定到有可能是矮行星，就有 390 顆候選天體。布朗目前標示的 11 顆已知天體 －除 5 顆是已經被 IAU 認可的之外，還有共工星、創神星、塞德娜、亡神星、(307261) 2002 MS4 和小行星 120347— 是「幾乎可以確定」的，另外還有 12 顆是極有可能的。斯特恩也指出還有十多顆已知的矮行星。

然而，只有兩顆天體 —— 穀神星和冥王星有足夠詳細的觀測資料可以確定它們符合國際天文學聯合會的定義。國際天文學聯合會亦接受鬩神星是矮行星，因為它比冥王星更大。他們附帶決議尚未命名的海王星外天體，它們的絕對星等必須大於 +1（這意味著假設幾何反照率 ≤ 1，直徑就必須≥838 公里），就會據以假設是矮行星來命名。目前，只有鳥神星和妊神星是依據這個程序被承認是矮行星。國際天文學聯合會還沒有討論其它可能是矮行星天體的相關問題。在其它行星系統的分類中，並未列出矮行星的特徵。

## 歷史的概念

發現穀神星和其它天體，幾十年間它們都被認為是行星。大約在 1851 年間，這些天體的數量達到 23 顆，天文學家開始改用小行星這個字眼來稱呼這些體積較小的天體，並且不再以行星命名與將它們歸類為行星。

在 1930 年發現了冥王星，多數的科學家都認為太陽系有 9 顆行星，再加上數以千計值得注意的小天體（小行星和彗星）。大約有 50 年的時間，冥王星被認為比水星大。但是，在 1978 年發現冥王星的衛星夏戎，使冥王星的質量可以精確地被測量出來，確定它遠遠的比最初估計的小。它的質量只有水星的廿分之一，使得冥王星成為最小的行星。然而，它的質量依然超過主小行星帶最大的天體，穀神星的 10 倍，大約是地球的衛星 —— 月球 —— 的六分之一。此外，它還有一些不尋常的特性，如大的軌道離心率和軌道傾角，這很明顯地使它完全不同於其它的行星。

在 1990 年代，天文學家開始在冥王星所在的空間區域（現在所知的古柏帶）內，以及更遙遠處發現一些天體。其中有許多共用冥王星的軌道特徵，而冥王星開始被認為是一個新族群的天體，冥族小天體的成員。這使得一些天文學家不再認為冥王星是一顆行星；一些名詞，包括**次行星**和**微型行星**（_planetoid_），開始被用來稱呼現在所認定的**矮行星**。到了 2005 年，三顆大小與冥王星相匹敵的海王星外天體（創神星、塞德娜、和鬩神星）被提出來。顯然，如果不重新分類冥王星，它們也將被歸類為行星。天文學家也發現有更多和冥王星一樣大的天體，如果冥王星還是一顆行星，那麼行星的數量將會大幅增長。

鬩神星（發現時稱為 2003 UB313）在 2005 年 1 月發現，被認為略大於冥王星，一些報告也非正式的稱它為第 10 行星。此一結果，成為 2006 年 8 月在捷克的布拉格召開的國際天文學聯合會第 26 屆會員大會最具爭議的議題。國際天文學聯合會的初步草案建議包括夏戎、鬩神星和穀神星都列在行星的名單。許多天文學家都反對這項建議，替代方案是烏拉圭的天文學家胡里奧・安赫爾・費爾南德（Julio Ángel Fernández）所提出，他提出一個折衷的分類方案，將那些夠大可以成為球體，但不能清空軌道附近其他物質的天體，分類為微行星。先從清單中刪除了冥衛一，新的提案也刪除了冥王星、穀神星和鬩神星，因為它們都未能清除軌道附近的其他天體。

國際天文學聯合會最後的決議是在保留 5A 提案軌道環繞太陽的三類天體系統。他們是：

> 國際天文學聯合會 ... 決定行星和其它天體，除了衛星，在我們的太陽系以下列方式的定義分為三類： 
> 
> (1) 行星 1 是符合以下條件的天體：（a）軌道環繞著太陽，（b）有足夠的質量足以克服剛體力，達到流體靜力平衡的形狀（接近球體），和（c）能夠清除在軌道附近的小天體。 
> 
> (2) 「**矮行星**」是符合以下條件的天體：（a）軌道環繞著太陽，（b）有足夠的質量足以克服剛體力，達到流體靜力平衡的形狀（接近球體），和（c）未能夠清除在軌道附近的小天體。此外（d）不是一顆衛星。 
> (3) 除衛星之外，所有軌道環繞著太陽的其它天體 3 都屬「太陽系小天體」。 
> 
> 　
> : 註腳：
> 
> 　
> : 1 8 顆行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
> 
> 　
> : 2 IAU 會設立程序，確定臨界天體屬於矮行星還是某個其他類別。
> 
> 　
> : 3 包括絕大部分的太陽系小天體，也就是小行星、大多數的海王星外天體、彗星和其它的小天體。
> 
> 

雖然關係到其它恆星的行星分類，這個議案未解決問題；取代的是等到觀察到這類天體時再研議。

在矮行星的探測方面，截至目前，共有兩具探測器成功近距離的觀察並研究矮行星：2015 年 3 月 6 日，曙光號探測器進入了環繞穀神星的軌道，成為第一艘環繞矮行星的太空飛行器。同年 7 月 14 日，新視野號探測器飛掠冥王星系統。

## 名稱

**矮行星**這個名詞本身就有些爭議，它意味著這些天體就像矮星是恆星一樣，骨子裡還是一顆行星；這是提升了斯特恩當初為太陽系創造這個名詞的概念。更早的名詞 planetoid（類行星）在英文當中就沒有這樣的涵義，並且也合於天文學家用在國際天文學聯合會的定義。布朗就表示「planetoid（類行星）」是一個較理想的字眼，並且幾年來也都是使用這個名詞，而使用矮行星似乎也暗示這類非行星的天體有些愚蠢，但它卻出自於國際天文學聯合會試圖恢復冥王星地位所鋪陳的第三次會議第二項決議案中。事實上，在草案 5A 的決議中，是稱這些中間的天體為類行星。但是在全體會議投票時，一致同意改稱為「矮行星」。第二項的 5B 決議案，定義矮行星是行星的子分類，斯特恩本來很希望能將原本的行星稱為**古典行星**（_classical planets_，或稱**古典天體**）。在這樣的安排下，被駁回的 12 顆行星提案，將有 8 顆是「古典行星」，和 4 顆是矮行星。然而，5B 案被否決而 5A 案卻獲得通過。因為矮行星這個名詞在語意學上不一致的前後矛盾性，也討論了**奈行星**（_nanoplanet_）和**次行星**（_subplanet_），但沒有取得共識而未能做出改變。

在多數的語言中，都以等效的術語來翻譯英文 dwarf planet 中的「dwarf」：如法文 planète naine、西班牙文 planeta enano、德文 Zwergplanet、俄文карликовая планета（羅馬化：karlikovaya planeta）、阿拉伯文كوكب قزم‎（羅馬化：kaukab qazm）、中文矮行星、韓文왜소행성（矮小行星）、越南文 Hành tinh lùn（行星侏儒）等等。例外的則有日文的準惑星（じゅんわくせい；羅馬化：jun'wakusei）和拉丁文的 planetula（或取希臘文詞尾的 planetion），後者是 planeta（行星）的小稱，也暗喻比行星少了一些東西。

國際天文學聯合會在 2006 年的 6A 決議案中，認可冥王星是海王星外天體新的一族的原型。此類型的確切名稱與性質當時沒有指定，但留給國際天文學聯合會在稍後依據先前辯論達成的決議去討論，對這個類別的建議有類冥天體（plutonian objects）、和 _plutons_，但這兩個名詞都沒有獲得採用。或許是來自地質學界的反對，因為 _plutons_ 在地質學上的意思是深成岩，會造成混淆。在 2008 年 6 月 11 日，國際天文學聯合會的執行委員會宣布採用類冥矮行星（**plutoid**），並且定義為：所有在海王星外的矮行星都是**類冥矮行星**。部分原因是電子郵件的溝通不順暢，行星系統命名工作小組並未參與此一名稱的選擇。事實上，行星系統命名工作小組後來表決拒絕使用這個特定的名詞，並且這個名詞在天文學家之間也很少被使用。

## 特性

### 軌道優勢

阿蘭・斯特恩和哈羅德・利維森（Harold F. Levison）介紹了參數 Λ，表示天體在給定的軌道偏移下，造成與臨近天體遭遇的可能性（機率）。在斯特恩的模型中，此參數的值與質量的平方成正比，與週期成反比。這個值可以用來估計天體清除鄰近軌道天體的能力。若 Λ > 1，最終就能清除。在最小的類地行星和最大的古柏帶天體之間，Λ 的數值差距達到 5 個數量級 。

使用這個參數，史蒂芬・索特（Steven Soter）和其他的天文學家爭辯行星和矮行星的差別在於後者不能 "清除其軌道附近的鄰居"：行星能夠經由碰撞、捕獲、或是引力擾動（或是建立軌道共振來避免碰撞）移除鄰近軌道的小天體；而矮行星缺乏這樣做所需要的的質量。索特提出他的「行星判別式」參數（_planetary discriminant_），用符號 µ（繆）來表示，它描述一個軌道區域被清除程度的實驗數值，µ 的計算是以候選天體的質量除以共享其軌道的其它天體的總質量。µ 的值大於 100，就認為軌道能夠被清除。還有幾種其它方案試圖區分行星和矮行星，但是 2006 年的定義使用的是索特的觀念。

### 流體靜力平衡

當天體有足夠的質量，由本身的萬有引力，造成足夠的內部壓力，使天體因塑性變形有足夠的可塑性而將表面撫平（高處沉陷與將凹處填滿），這個過程稱為引力弛緩。小於幾公里的物體不是由萬有引力主導往往有不規則的形狀。較大的物體，萬有引力較顯著，但尚未達到主導的地位，會呈現馬鈴薯般的形狀；隨著質量越來越大，它的內部壓力逐漸升高，而外型也就越來越渾圓；直到壓力足以克服其內部的抗壓強度，他就達到流體靜力平衡。在這一點上，天體的形狀會儘可能地趨近球體，但是受到自轉和潮汐的影響，他的形狀會是橢球體。這是一顆矮行星最起碼的定義。

當一個天體處於流體靜力平衡時，覆蓋其全球的液體會形成一致的液體表面，僅有局部會有像是坑洞或裂縫等小規模的表面特徵。如果天體沒有轉動，它會是一個球體；而它轉動得越快，它就變得越扁圓形，或是橢球體。然而，如果這種旋轉的天體是被加熱直到它融化，它整體的形狀也會如同液體，不會有其它變化。處在流體靜力平衡但不是球體的極端例子就是妊神星，它的長軸是其極軸（短軸）的兩倍長。如果天體有質量接近的伴星，潮汐力就會產生影響，將它扭曲成長橢球體。一個例子就是木星的衛星艾歐，潮汐加熱的效應使它成為太陽系內有著最活耀的火山。潮汐力也會造成天體的旋轉逐漸成為潮汐鎖定的狀態，會永遠以相同的一面朝向它的伴星。一個極端的例子就是冥王星和夏戎的系統，這兩個天體是相互潮汐鎖定的。地球的衛星，月球也是潮汐鎖定的，許多氣態巨行星的小衛星也都被潮汐鎖定。

國際天文學聯合會沒有限定矮行星質量和大小的上限和下限，因此一個天體的質量和大小即使都超過水星，若無法**清除鄰近的小天體**，那麼仍會被歸類為矮行星。下限是要求達到流體靜力平衡的形狀，但達到此一形狀的大小和質量取決於其組成和熱歷史。國際天文學聯合會 2006 年決議的原草案有將流體靜力學平衡重新定義，限制「適用於質量高於 5×1020kg 且直徑大於 800 km 的天體」，但在最終定稿時未被保留。

依觀測的經驗顯示，下限取決於天體的組成和熱歷史。對一個固體的矽酸鹽，像是石質小行星，要轉換成流體靜力平衡的直徑大約為 600 公里，並且質量大約是 3.4×1020kg。若是一個剛性較弱的冰質小行星，其下限大約在直徑 320 公里和質量 1019kg。在小行星帶，穀神星是唯一明顯超越此一石質下限的（然而它實質上是岩石和冰組成的），並且它的形狀是平衡的球體。然而，岩石的智神星和灶神星剛好都低於下限。智神星的直徑在 525-560 公里，質量在 1.85–2.4×1020kg，形狀 "近似球形" 但還是有些不規則。灶神星的直徑是 530 公里，質量 2.6×1020kg，主要是由於其極大的撞擊盆地，使其偏離了橢球體的形狀。

#### 大小與形狀

在對矮行星這一概念進行辯論時，被認為達到流體靜力學平衡的最小冰質天體是土衛一（直徑 396 km，質量 3.75×1019kg）。位於外太陽系的最大不規則天體為海衛八（直徑 405–435 km，假設的質量約為 4.4×1019kg）。土衛一比海衛八形狀更為規則，可能是因為它有著更高溫的熱歷史，或者是一次撞擊事件使它的形狀變得更規則的。這兩個天體都不是由純冰組成，所以布朗認為冰質矮行星的實際直徑下限可能在 400 km 以下。目前位於這一數值以上的海王星外天體共有一百個左右。然而，後來科學家發現土衛一並不處於流體靜力學平衡，其橢球形是演變歷史所致，這和更極端的土衛九相似。經過確認，在土星的衛星當中，達到流體靜力學平衡的最小者為土衛五，直徑為 1,530 km，而不處於流體靜力學平衡的最大者為土衛八，直徑為 1,470 km。土衛八比鳥神星（1,415–1,445 km）稍大，又比妊神星（1,180–1,310 km）大得多，但這些研究結果並沒有被納入針對矮行星定義的討論當中。

## 矮行星和可能的矮行星

許多海王星外天體被認為有冰的核心，因此只要達到 400 公里的直徑 －質量大約也只是地球的 3% s－ 就能輕易的達到重力平衡的狀態 在 2015 年 1 月，大約有 150 顆已知的海王星外天體被認為可能是矮行星，不過都只是用這些天體粗略估計的直徑為依據。一個團隊研究了其中的 30 顆，認為在最終古柏帶將會有約 200 顆的矮行星，而在這之外的數量會數以千計。

國際天文學聯合會迄今只認證了 5 顆矮行星：穀神星、冥王星、鬩神星、妊神星和鳥神星。穀神星和冥王星是直接透過觀測認證的。鬩神星是因為它的質量比冥王星更多（經由_新視野號_的測量，顯示冥王星的直徑比鬩神星大），而妊神星和鳥神星是因為它們的絕對星等而獲得認證。距離太陽從近至遠排列，這 5 顆分別是：

1. 穀神星 ⚳ – 在 1801 年 1 月 1 日發現，比海王星早了 45 年。在被分類為小行星之前，有半個世紀之久它被當成行星。後來它被指定為第 1 號小行星。在 2006 年 9 月 13 日，國際天文學聯合會重新認定它是一顆矮行星。
2. 冥王星 ♇ – 在 1930 年 2 月 18 日發現，長達 76 年的時間被視為一顆行星。在 2006 年 8 月 24 日被國際天文學聯合會重分類為矮行星。
3. 妊神星 在 2004 年 12 月 28 日發現，國際天文學聯合會在 2008 年 9 月 17 日認可它是一顆矮行星。
4. 鳥神星 在 2005 年 3 月 31 日發現，國際天文學聯合會在 2008 年 7 月 11 日認可它是一顆矮行星。
5. 鬩神星 在 2005 年 1 月 5 日發現，在媒體報導中被稱為_第 10 顆行星_。國際天文學聯合會在 2006 年 9 月 13 日認可它是一顆矮行星。

邁克・布朗認為另外還有 6 顆海王星外天體幾乎肯定將是矮行星，它們的直徑接近或是超過 900 公里。這些天體是：

1. 亡神星 –2004 年 2 月 17 日發現。
2. 2002 MS4 – 2002 年 6 月 18 日發現。
3. 小行星 120347 – 2004 年 9 月 22 日發現。
4. 創神星 – 2002 年 6 月 5 日發現。
5. 共工星 – 2007 年 7 月 17 日發現。
6. 塞德娜 – 2003 年 11 月 14 日發現。

貢薩洛・坦克雷迪（Gonzalo Tancredi）等人已建議 IAU 接受亡神星、塞德娜和創神星為矮行星。另外，坦克雷迪還把 (20000) 伐羅那、(28978) 伊克西翁、2003 AZ84、2004 GV9 及 2002 AW197 歸類為矮行星。布朗的清單中也列入了這些天體，但判斷為_非常可能_。延伸的矮行星候選表詳細的列出這兩位天文學家推薦的矮行星。

灶神星，看似接近球體，在小行星帶中是繼穀神星之後質量最大的小行星。偏離球體的原因是在凝固之後大規模的撞擊，形成了雷亞希爾維亞盆地和維納尼亞盆地兩個撞擊坑；此外，它三軸的尺寸也不符合流體靜力平衡。崔頓被認為是遭到海王星捕獲的矮行星。菲比也是被捕獲的天體，像灶神星一樣，也沒有達到流體靜力平衡，但在其發展早期可能曾經處於流體靜力平衡狀態。

## 探測

在 2015 年 3 月 6 日，曙光號成為第一艘環繞穀神星的太空船，開始在軌道上探測這顆矮行星。在 2015 年 7 月 14 日，新視野號太空船飛掠過冥王星和它的五顆衛星。曙光號之前還先探測了灶神星；卡西尼號不久前也探測了菲比；航海家 2 號也探測過崔頓。這三顆都被認為以前可能是矮行星，對它們的探測有助於研究矮行星的演變。

## 爭議

IAU 在定義矮行星之後，一些科學家發聲對此決議案表示反對。表示方法包括汽車保險槓貼紙和 T 恤等。鬩神星的發現者米高・E・布朗認同把行星數目降至八的做法。

美國國家航空暨太空總署宣佈將會採用 IAU 所設下的新指引。不過，冥王星探測飛船新視野號的任務總監阿蘭・斯特恩卻反對 IAU 對行星的新定義。他認為，不應該把非行星天體稱為矮行星，也不應該用軌道屬性（而非內在屬性）來定義一種天體。所以，時至 2011 年，他仍然把冥王星稱作行星，並把穀神星、鬩神星等矮行星以及較大的衛星都當做額外的行星。在 IAU 重新定義行星的幾年前，他曾用軌道屬性區分「高等行星」（überplanet，即八大行星）和「低等行星」（unterplanet，即矮行星），並把兩者都視為行星。

## 行星質量的衛星

已知有 19 顆衛星有足夠的質量可以自身的引力弛豫成為球體，而且其中有 7 顆比鬩神星或冥王星還要大。它們在體態上與矮行星相同，但因為它們的軌道不是繞著太陽，所以它們不是矮行星。這 7 顆比鬩神星還要大的衛星是月球、木星的 4 顆伽利略衛星（埃歐、歐羅巴、蓋尼米德和卡利斯多）、土星的衛星泰坦和海王星的衛星崔頓。其餘的還有土星的 6 顆衛星（米瑪斯、恩克拉多斯、特提斯、狄俄涅、瑞亞、伊阿珀托斯），天王星的 5 顆衛星（愛麗兒、烏姆柏里厄爾、泰坦妮亞、奧伯龍和米蘭達），還有冥王星的夏戎。在海王星外天體還有更多的可能，包括軌道繞行鬩神星的迪絲諾美亞。阿蘭・斯特恩稱這些衛星為 "衛星行星"，與傳統行星和矮行星均為行星的三種類別之一。名詞 _planemo_（"planetary-mass object"）就是行星、質量和天體三個單字的複合詞。

在 IAU 的行星定義的決議草案，考慮到冥王星和夏戎既滿足了矮行星的質量和形狀的要求，又圍繞著一個介於兩者之間（不在兩者中任何一顆的內部）的共同質心運轉，因此被視為矮行星的聯星系。國際天文學聯合會目前認定夏戎不是矮行星，只是冥王星的衛星。但是依據這種想法，在稍後的日子，夏戎有可能為自身的條件而成為一顆矮行星。質心的位置不只是取決於天體相對的大小，也與它們之間的距離有關；例如，木星和太陽軌道的質心就在太陽之外。

## 相關條目

## 註解

## 參考資料

## 外部連結

* NPR: 矮行星或許是最後的尊榮 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (David Kestenbaum)
* 問與答：國際天文聯合會提出的行星定義 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），2006 年 8 月 16 日
* BBC 新聞：問與答：新行星提案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），2006 年 8 月 16 日
* Ottawa Citizen: The case against Pluto (P. Surdas Mohit) August 24, 2006
* James L. Hilton, When Did the asteroids Become Minor Planets?
* NASA: IYA 2009 Dwarf Planets