سیاره شناسی در دوران باستان

قدیمی‌ترین نوشته‌های به دست آمده درباره‌ی سیارات مربوط به قرن هفتم پیش از میلاد در بابل است، کتیبه‌ی ونوس امی‌سادوکا (Ammisaduqa) یک رونوشت از رصد حرکت‌های سیاره‌ی ناهید در هزاره‌ی دوم پیش از میلاد است. اِنوما آنو اِنلیل (Enuma anu enlil) که در دوره‌ی نو آشوریان در قرن هفتم پیش از میلاد نوشته شده شامل یک فهرست از پیشگویی‌ها و روابط آن‌ها با پدیده‌های آسمانی شامل حرکت سیارات بود. سومریان که به عنوان یکی از اولین تمدن‌ها و مخترعین خط شناخته می‌شوند حداقل 1500 سال پیش از میلاد ناهید را شناخته بودند. بر عکس هیچ دانش قابل ملاحظه‌ای از سیارات در نوشته‌های قدیمی‌تر یونان چون ایلیاد و ادیسه نیست. و تنها یک قرن پیش از میلاد، یونانیان طرح‌های ریاضی خود را گسترش دادند تا جای سیارات را پیش‌گویی کنند. در این طرح‌ها به جای محاسبات عددی بابلیان از محاسبات هندسی بهره‌گیری شد که موجب از بین رفتن پیچیدگی و گستردگی نظریات بابلیان گردید و بسیاری از حرکت‌های نجومی که تا آن روز رصد شده بود، توجیه گشت.

بطلمیوس در قرن دوم پس از میلاد این نظریه‌ها را به شکل کامل و منسجم‌تری در کتاب المجسطی آورد. برتری مدل بطلمیوسی به آن حد بود که همه‌ی کارهای نجومی پیش از خود را از دور خارج کرد و به عنوان علم مسلّم و غیر قابل تغییر برای 13 قرن باقی ماند.
رومیان و یونانیان هفت سیاره‌ی شناخته شده داشتند؛ فرض این‌که سیارات زمین را دور می‌زنند باعث به وجود آمدن قوانین پیچیده‌ی حرکت سیارات توسط بطلمیوس شده بود. در مدل بطلمیوسی سیارات به ترتیب از زمین تا آسمان چیده شده بودند: ماه، تیر، ناهید، خورشید، بهرام، هرمز و کیوان.

سیاره در دوران جدید

پنج سیاره‌ای که با چشم غیر مسلح دیده می‌شوند از دوران باستان شناخته شده بودند و تأثیر بسیار مهمی در اسطوره‌ها و کیهان‌شناسی دینی و اخترشناسی باستانی داشته‌اند. با پیشرفت علم در آن زمان، مفهوم سیاره از چیزی که بین ستارگان جابه‌جا می‌شود به جسمی که دور زمین می‌چرخد تبدیل شد و در قرن شانزدهم میلادی، در زمان سلطه‌ی مدل خورشیدی مرکزی کپرینک، گالیله و کپلر، سیاره به چیزی که مستقیماً به دور خورشید می‌چرخد تغییر معنا یافت. بنابراین زمین نیز در فهرست سیارات قرار گرفت و خورشید و ماه دیگر سیاره نامیده نشدند. در اواخر قرن دهم شمسی که نخستین قمرهای کیوان کشف شد، مفاهیم سیاره و قمر به جای یکدیگر نیز استفاده می‌شدند اگر چه در قرن بعد به تدریج استفاده از آن‌ها در جای خود رایج شد.

در اواسط قرن سیزدهم شمسی تعداد سیارات به سرعت رشد کرد و هر جسم جدیدی که در حال چرخش مستقیم به دور خورشید بود توسط جامعه‌ی علمی به عنوان یک سیاره محسوب می‌شد. در این دوره منجمان متوجه شدند اجسامی که اخیراً به عنوان سیاره کشف شده‌اند با سیارات باستانی خیلی تفاوت دارند. این اجسام همگی در فضای بین بهرام و هرمز (کمربند سیارک‌ها) حرکت می‌کنند و جرمشان بسیار کمتر است. نتیجه این شد که این اجسام را به عنوان سیارک رده‌بندی کردند. سیاره به عنوان هر جسم بزرگ که دور خورشید می‌چرخد شناخته شد، در حالی که هنوز تعریف رسمی‌ای برای آن وجود نداشت. با وجود تفاوت زیاد در اندازه‌ی سیارات و سیارک‌ها و با وجود سیل کشفیات جدید احساس می‌شد که بعد از کشف نپتون در سال 1225 شمسی سیاره‌ی دیگری کشف نشود، و معلوم بود نیازی به تعریف رسمی از سیاره وجود ندارد.

در قرن چهاردهم شمسی پلوتو کشف شد. رصدهای اولیه این باور را به وجود آورد که پلوتو از زمین بزرگتر است و این شیء به سرعت به عنوان نهمین سیاره پذیرفته شد. رصدهای بیشتر نشان داد که این جسم در حقیقت بسیار کوچکتر است. در سال 1315 ریموند لیتلتون (Raymond Lyttleton) این فرضیه را مطرح کرد که شاید پلوتو یکی از اقمار نپتون بوده که از مدار خود خارج شده است. همچنین فِرِد ویپِل (Fred Whipple) در سال 1343 این احتمال را داد که شاید پلوتو یک دنباله‌دار باشد. هرچند پلوتو بزرگ‌تر از همه‌ی سیارک‌های شناخته شده بود و اما موقعیت خود را تا سال 1385 حفظ نمود.

در دهه‌ی هفتاد شمسی سیلی از کشفیات اجرام مشابه در همان منطقه از سامانه‌ی خورشیدی (کمربند کوئی‌پر) انجام شد. معلوم شد پلوتو نیز مانند سرس و سیارک‌های پیش از آن، یکی از هزاران جرم آن منطقه است. بسیاری از منجمان با این استدلال که تعداد زیادی جرم مشابه با اندازه‌ای نزدیک به اندازه‌ی پلوتو یافت شده است معتقد شدند که باید آن را از رده‌ی سیارات حذف کرد. کشف اریس با اندازه‌ی بزرگتر و تبلیغات گسترده در مورد کشف سیاره‌ی دهم همه چیز را برای عملی شدن این عقیده آماده کرد. اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم برای ایجاد یک تعریف از سیاره دست به کار شد و سرانجام آن را در سال 1385 ارائه کرد. پس از این تعریف تعداد سیارات به 8 جرم کاهش یافت.

تعریف جدید سیاره این چنین بود: اجسام بزرگی که مدار خالی از اجرام قابل توجه دارند (تیر، ناهید، زمین، بهرام، هرمز، کیوان اورانوس و نپتون) و یک رده‌ی جدید با نام سیاره‌ی کوتوله ایجاد شد که در ابتدا شامل سه جرم بود (سرس، پلوتو و اِریس).

در سال 1371 دو منجم به نام‌های Aleksander Wolszczan و Dale Frail کشف سیاراتی را در اطراف تپ اختر PSR B1257+12 اعلام کردند. این کشف اولین منظومه‌ی سیاره‌ای را دور ستاره‌ای دیگر به طور قطعی ثابت کرد. در 14 مهر 1374 Michel Mayor و Didier Queloz از دانشگاه ژنو اعلام کردند که اولین سیاره‌ی فراخورشیدی قطعی را دور یک ستاره‌ی رشته‌ی اصلی (51- فرس اعظم) پیدا کرده‌اند.

کشف سیارات فراخورشیدی باعث به وجود آمدن ابهاماتی در تعریف یک سیاره شد. مشکل در سیاراتی است که ممکن است ستاره باشند. بیشتر سیارات فراخورشیدی کشف شده چند برابر مشتری جرم دارند نزدیک به اجرام ستاره‌ای که به عنوان کوتوله قهوه‌ای شناخته می‌شوند. کوتوله‌های قهوه‌ای ستاره‌های نارسی هستند که فقط توانایی همجوشی دوتریوم را دارند. دوتریوم ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن است. همه‌ی ستاره‌های با جرم بالاتر 75 هرمز همجوشی هیدروژن و ستاره‌های با جرم بیش از 13 هرمز فقط همجوشی دوتریوم دارند. با این همه دوتریوم بسیار کمیاب است و همجوشی دوتریوم در کوتوله‌های قهوه‌ای مدت‌ها پیش از کشفشان متوقف شده است و این باعث شده که به سختی بتوان آن‌ها را از سیارات بسیار پرجرم تمیز داد.

کمربند کوئی‌پر و صفحه‌ی اجرام پراکنده در اواخر دهه‌ی هفتاد کشف شدند و تعدادی از آن‌ها شامل کواوار، سدنا و اریس در رسانه‌های عمومی به عنوان نامزد عنوان سیاره‌ی دهم مطرح شدند. اگر چه اطلاعات علمی زیادی از این اجرام به دست نیامده است، اما اکنون اریس به عنوان سیاره‌ی کوتوله رده‌بندی شده است.

دسته‌بندی‌های سابق سیارات

جدول زیر اجرامی را که اوایل فکر می‌کردند سیاره‌اند را نشان می‌دهد.

تعریف نوین سیاره

با کشف اجرام بیشتری در سامانه‌ی خورشیدی و اجرام بزرگ گرد ستارگان دیگر در طول نیمه‌ی دوم قرن چهاردهم بحث بر سر چیستی سیاره بالا گرفت. مخالفت ویژه‌ای روی این وجود داشت که آیا یک جرم می‌تواند یک سیاره به حساب آید در حالی که عضو یک جمعیت مشخص از اجرام مثل یک کمربند است و یا این‌که آن قدر بزرگ است که می‌تواند از طریق همجوشی هسته‌ای دوتریوم انرژی تولید کند.

در سال 1382 کارگروه سیارات فراخورشیدی اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم (IAU) یک تعریف مؤثر از «سیاره» ارائه کرد:

1.  اجرام با جرم ثابت کمتر از حد جرم لازم برای همجوشی هسته‌ای دوتریوم (طبق محاسبات 13 برابر جرم هرمز با همان فراوانی ایزوتوپی که در خورشید است.) که دور یک ستاره یا باقی‌مانده‌ی ستاره‌ای می‌چرخند سیاره نامیده می‌شوند. (نحوه‌ی تشکیل آن‌ها مهم نیست.) حداقل جرم و اندازه‌ی لازم برای یک جسم فراخورشیدی تا آن را یک سیاره گویند همان مقداری است که در سامانه‌ی خورشیدی استفاده می‌شود.
2. اجسام زیر ستاره‌ای با جرم ثابت بیشتر از حد لازم برای همجوشی هسته‌ای دوتریوم کوتوله‌ی قهوه‌ای هستند، مهم نیست که چگونه به وجود آمده‌اند و کجا قرار دارند.
3. اجسام مستقل که در خوشه‌های ستاره‌ای جوان آزادانه حرکت می‌کنند با جرم کمتر از حد همجوشی هسته‌ای دوتریوم سیاره نیستند، بلکه زیر کوتوله‌ی قهوه‌ای نام دارند.

این تعریف استفاده‌ی گسترده‌ای در میان منجمان دارد مخصوصاً وقتی می‌خواهند کشفیات را در نشریات علمی منتشر کنند، اگر چه فعلاً این تعریف مفید بوده است اما برای این‌که این تعریف مؤثر تثبیت شود باید رسماً پذیرفته شود. با این حال این تعریف نتوانست به اختلاف بر سر حد پایین جرم سیاره و اجرام داخل سامانه‌ی خورشیدی پایان دهد.
این مشکل بالاخره در جلسه‌ی سال 1385 در مجمع عمومی اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم (IAU) حل شد. بعد از بحث و مجادله‌ی فراوان و رأی‌گیری مجمع، تعریفی که سیارات سامانه‌ی خورشیدی را مشخص می‌کرد تصویب کرد:

جرمی سماوی که الف: در مداری بدور خورشید بگردد، ب: جرم کافی داشته باشد طوری که جاذبه‌ی خودش بر صلبی‌اش غلبه کرده و آن را به «تعادل هیدرو استاتیک» برسد (تقریباً گرد باشد) ج: مدارش از اجرام همسایه پاک باشد.
در نتیجه‌ی این تعریف سامانه‌ی خورشیدی 8 سیاره دارد. اجسامی که دو شرط اول سیاره بودن را داشتند ولی شرط سوم را نداشتند (مثل پلوتو، ماکی – ماکی و اریس) به عنوان سیاره‌ی کوتوله دسته‌بندی می‌شدند، مشروط بر این‌که خودشان قمر طبیعی سیاره‌ای دیگر نباشند.
پیش از این یکی از کمیته‌های IAU تعریفی را پیشنهاد داده بود که تعداد بیشتری سیاره را در بر گیرد، چون در آن شرط ج وجود نداشت. بعد از بحث‌های زیاد تصمیم بر این شد تا در مورد نامیدن آن اجرام (که شرط (ج) را ندارند) با نام «سیاره‌ی کوتوله» رأی‌گیری شود.

از عواقب رأی جلسه سال 1385 اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم (IAU) بعضی انتقادها از تعریف جدید بود و بعضی از منجمان نیز اعلام کردند که از آن استفاده نمی‌کنند. بخشی از مشاجرات حول محور بخش (ج) تعریف (پاک کردن مدار) می‌گشت و برخی افراد معتقد بودند آن اجرامی که به عنوان سیاره‌ی کوتوله معرفی شدند حقیقتاً باید جزو سیارات محسوب می‌شدند. کنفرانس بعدی اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) زودتر از سال 1388 نخواهد بود و در این فاصله زمان کافی وجود دارد که بتوان تعاریف جدیدتری ارائه کرد و شاید بتواند سیارات فراخورشیدی را نیز در تعریفی جامع بیان کرد.

بیرون از جامعه‌ی علمی به ملاحظه‌ی عوام مردم پلوتو در جایگاه سیاره‌ای خود که در طول حدود یک قرن در آن قرار داشت نگه‌داشته شده است، مثل سِرِس و همراهانش در دهه‌ی1180 شمسی. کشف اِریس موجی از اخبار مبنی بر کشف سیاره‌ی دهم را در رسانه‌ها به دنبال داشت و در نتیجه‌ی آن دسته‌بندی شدن سه جرم به عنوان سیاره‌ی کوتوله نیز توجه گسترده رسانه‌ها و افکار عمومی را به دنبال داشت.