Ý niệm về các hành tinh đã gắn liền với lịch sử của nó, từ những ngôi sao lang thang tượng trưng cho các vị thần của người xưa cho đến các thiên thể giống Trái Đất của thời đại khoa học. Khái niệm hành tinh đã được mở rộng cho các thiên thể không chỉ ở trong hệ Mặt Trời, mà cho hàng trăm hành tinh khác nằm ngoài hệ Mặt Trời. Nhiều sự mơ hồ xuất phát từ việc định nghĩa hành tinh đã gây ra rất nhiều tranh cãi khoa học.

Trong thời kì cổ đại, các nhà thiên văn học đã chú ý tới những điểm sáng xác định di chuyển băng qua bầu trời như thế nào so với các ngôi sao khác. Người Hy Lạp cổ đại gọi những đốm sáng này là "πλάνητες ἀστέρες" (planetes asteres: những ngôi sao lang thang) hay đơn giản là "πλανήτοι" (planētoi: những người đi lang thang),[5] do đó mà có từ "planet" được sử dụng ngày nay.[6][7] Thời Hy Lạp cổ đại, Trung Hoa cổ đại, Babylon và hầu hết các nền văn minh trung cổ,[8][9] đều tin tưởng một cách tuyệt đối rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ và mọi "hành tinh" quay xung quanh Trái Đất. Lý do cho sự nhận thức này là các ngôi sao và các hành tinh hiện lên và di chuyển quanh một vòng tròn quanh Trái Đất mỗi ngày,[10] và sự nhận thức này dựa trên cảm nhận chung là Trái Đất là một vật thể rắn và ổn định, nó không di chuyển mà đứng im.

Babylon

Nền văn minh đầu tiên được biết đến rằng có một lý thuyết về các hành tinh là nền văn minh Babylon, thuộc vùng Mesopotamia ở thiên niên kỷ một và hai trước Công nguyên. Tài liệu thiên văn học hành tinh cổ nhất được tìm thấy của người Babylon là Bản ghi Kim Tinh của Ammisaduqa, một bản sao chép ở thế kỷ VII trước Công nguyên về các quan sát của chuyển động của Sao Kim có lẽ đã được ghi lại từ đầu thiên niên kỷ thứ hai trước Công nguyên.[11] Các nhà chiêm tinh học Babylon cũng là những người đặt nền tảng cho sự hình thành chiêm tinh học phương Tây.[12] Các bản ghi Enuma anu enlil được viết trong thời Tân Assyria ở thế kỷ VII trước Công nguyên,[13] kết hợp một danh sách các điềm và sự liên hệ của chúng với nhiều hiện tượng thiên văn bao gồm chuyển động của các hành tinh.[14]

Người Sumer, tổ tiên của người Babylon, được coi là một trong những nền văn minh đầu tiên và được công nhận là đã phát minh ra chữ viết, ít nhất cũng đã nhận ra Sao Kim vào khoảng năm 1500 TCN.[15] Ngay sau đó, hành tinh bên trong khác là Sao Thủy và các hành tinh bên ngoài như Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ đã được các nhà thiên văn Babylon nhận ra. Chúng là những hành tinh được biết đến trước khi phát minh ra kính viễn vọng.[16]

Thế giới Hy Lạp cổ đại

Thuật ngữ "planet" bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp πλανήτης, có nghĩa là "kẻ đi lang thang", ám chỉ các thiên thể có vị trí thay đổi so với các ngôi sao. Bởi vì chúng không có vai trò trong sự tiên tri của người Babylon, ban đầu người Hy Lạp đã không gắn các sự linh thiêng cho chúng. Trường phái Pytagor, ở thế kỷ V và VI TCN đã tự phát triển một lý thuyết hành tinh riêng của họ, theo đó Trái Đất, Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh quay quanh một "Ngọn lửa Trung tâm" tại tâm vũ trụ. Pythagoras hoặc Parmenides đã lần đầu tiên đồng nhất sao hôm và sao mai (Sao Kim) với nhau.[18]

Trong thế kỷ III trước Công nguyên, Aristarchus của Samos đề xuất một hệ nhật tâm, theo đó Trái Đất và các hành tinh khác quanh xung quanh Mặt Trời. Tuy nhiên, thuyết địa tâm vẫn thống trị cho đến tận cuộc Cách mạng Khoa học. "Cơ chế Antikythera" là một dạng máy tính tương tự được đưa ra để tính toán vị trí tương đối của Mặt Trời, Mặt Trăng, và các hành tinh khác khi cho một ngày xác định.

Đến thế kỷ I trước Công nguyên, trong thời kỳ đỉnh cao của Hy Lạp cổ đại, những người Hy Lạp đã tự phát triển cho họ các sơ đồ toán học để tiên đoán vị trí của các hành tinh. Những sơ đồ này, trên cơ sở hình học hơn là các thuật toán của người Babylon, thậm chí đã trội hơn hẳn những lý thuyết của người Babylon về sự phức tạp và tính hoàn thiện, đã tính đến hầu hết các quan sát về chuyển động thiên văn từ Trái Đất bằng mắt thường. Các lý thuyết này đạt đến sự miêu tả đầy đủ nhất trong tác phẩm Almagest (Sưu tập lớn) do Ptolemy viết vào thế kỷ II. Sự hoàn thiện của mô hình Ptolemy đã thay thế mọi nghiên cứu thiên văn học trước đó và đã thống trị trong các văn bản thiên văn của phương Tây trong 13 thế kỷ sau.[11][19] Đối với người Hy Lạp và La Mã, có bảy hành tinh được biết đến, và mỗi hành tinh phải quay quanh Trái Đất tuân theo những định luật tổ hợp dựa trên mô hình của Ptolemy. Xếp theo thứ tự tăng dần từ Trái Đất (thứ tự Ptolemy): Mặt Trăng, Sao Thủy, Sao Kim, Mặt Trời, Sao Hỏa, Sao Mộc, và Sao Thổ[7][19][20]

Ấn Độ cổ đại

Năm 499, nhà thiên văn Ấn Độ Aryabhata đã đề xuất một mô hình hành tinh trong đó chuyển động của các hành tinh tuân theo quỹ đạo elip hơn là quỹ đạo tròn. Mô hình của Aryabhata cũng kết hợp miêu tả rõ ràng sự quay của Trái Đất quanh trục của nó, và dựa vào điều này ông đã giải thích sự nhìn thấy các ngôi sao di chuyển về phía tây trên bầu trời.[21] Mô hình này đã được các nhà thiên văn học Ấn Độ thế hệ sau chấp nhận rộng rãi. Những người đi theo tư tưởng của Aryabhata tập trung rất nhiều ở miền nam Ấn Độ, tại đây các nguyên lý của ông về hiện tượng ngày và đêm trên Trái Đất, đã được nối tiếp và phát triển thành các mô hình thứ cấp về Trái Đất.[22]

Năm 1500, Nilakantha Somayaji ở trường toán học và thiên văn học Kerala, đã sửa đổi mô hình của Aryabhata trong tác phẩm Tantrasangraha của ông.[23] Trong một tác phẩm khác của ông, Aryabhatiyabhasya, một bài bình luận về tác phẩm Aryabhatiya của Aryabhata, ông đã phát triển một mô hình hệ hành tinh theo đó Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ quay quanh Mặt Trời, và Mặt Trời lại quanh quay Trái Đất, tương tự như hệ thống Tycho được Tycho Brahe đề xuất sau đó vào cuối thế kỷ XVI. Mọi nhà thiên văn học ở trường Kerala đã đi theo mô hình hệ hành tinh của Nilakantha Somayaji.[23][24]

Thế giới Hồi Giáo

Ở thế kỷ XI, sự kiện Sao Kim đi ngang qua Mặt Trời đã được Avicenna quan sát, và ông khẳng định rằng: ít nhất một vài lần Sao Kim ở phía dưới Mặt Trời.[25] Vào thế kỷ XII, Ibn Bajjah đã quan sát thấy "hai hành tinh như là hai điểm đen trên bề mặt Mặt Trời", mà sau đó vào thế kỷ XIII được nhà thiên văn Qotb al-Din Shirazi ở đài quan sát Maragheh vùng Maragha nhận ra là Sao Thủy và Sao Kim đi ngang qua Mặt Trời.[26]

Thời kỳ Phục Hưng

Năm hành tinh có từ thời cổ đại, được nhìn thấy bằng mắt thường, đã có một tác động quan trọng trong thần thoại, vũ trụ tôn giáo, và thiên văn học cổ. Tuy nhiên, theo tiến trình về sự hiểu biết khoa học, việc hiểu thuật ngữ "hành tinh" đã thay đổi từ một vật gì đó di chuyển trên bầu trời (so với các ngôi sao cố định) đến một thiên thể quay quanh Trái Đất (hoặc được tin là như vậy tại thời điểm đó), và vào thế kỷ XVI là những thiên thể quay quanh Mặt Trời khi thuyết Nhật tâm của Copernicus, cùng những người ủng hộ Galileo và Kepler đã có những ảnh hưởng lớn.

Từ đó Trái Đất được liệt kê vào danh sách các hành tinh,[27] Trong khi Mặt Trời và Mặt Trăng bị loại ra. Ban đầu, khi các vệ tinh đầu tiên của Sao Mộc và Sao Thổ được khám phá ra vào thế kỷ XVII, các thuật ngữ "hành tinh" và "vệ tinh" đã được sử dụng thay thế lẫn nhau được - nhưng sau đó việc sử dụng thuật ngữ thứ hai (để chỉ chúng) đã trở nên thịnh hành ở những thế kỷ sau.[28] Cho đến tận giữa thế kỷ XIX, số lượng các "hành tinh" tăng lên nhanh chóng do việc khám phá ra một thiên thể bất kì quay quanh Mặt Trời đã được cộng đồng các nhà khoa học thêm vào danh sách các hành tinh.

Thế kỷ XIX

Trong thế kỷ XIX các nhà thiên văn bắt đầu nhận ra rằng các thiên thể được khám phá thời đó đã được phân loại như là các hành tinh trong hơn một nửa thế kỷ (như Ceres, Pallas, và Vesta), chúng rất khác so với các hành tinh truyền thống khác. Những thiên thể này nằm trong cùng một vùng không gian giữa Sao Hỏa và Sao Mộc (vành đai tiểu hành tinh), và có khối lượng rất nhỏ; do đó chúng được phân loại lại thành "các tiểu hành tinh". Cũng do thiếu những định nghĩa chính thức về hành tinh, một "hành tinh" có thể hiểu là bất kì một thiên thể "lớn" nào quay quanh Mặt Trời. Mặt khác có một khoảng cách kích thước kinh ngạc giữa các tiểu hành tinh và các hành tinh, và sự gia tăng số lượng các "hành tinh mới" dường như đã kết thúc khi Herschel khám phá ra Sao Thiên Vương vào năm 1846, và các nhà thiên văn cảm thấy cần một định nghĩa rõ ràng hình thức về hành tinh.[29]

Thế kỷ XX

Tuy nhiên, vào thế kỷ XX, Sao Diêm Vương (Pluto) đã được khám phá ra. Sau những quan sát ban đầu dẫn đến sự tin tưởng nó lớn hơn Trái Đất,[30] thiên thể này ngay lập tức được coi là hành tinh thứ chín. Những quan sát kĩ lưỡng về sau cho thấy nó có kích thước thực sự là nhỏ hơn: năm 1936, Raymond Lyttleton đề xuất là Sao Diêm Vương có thể là một vệ tinh đã thoát ra từ Sao Hải Vương,[31] và Fred Whipple đã đề xuất vào năm 1964 rằng Sao Diêm Vương là một sao chổi.[32] Tuy thế, Sao Diêm Vương vẫn lớn hơn mọi tiểu hành tinh đã được biết đến và dường như không tồn tại một thiên thể nào lớn hơn nó nữa,[33] nên Sao Diêm Vương vẫn được coi là một hành tinh cho đến tận năm 2006.

Năm 1992, các nhà thiên văn học Aleksander Wolszczan và Dale Frail loan báo đã tìm thấy hai hành tinh quay xung quanh một sao xung, đó là PSR B1257+12 B và C.[34] Khám phá này được công nhận rộng rãi về sự xác định chính xác đầu tiên về một hệ hành tinh quay xung quanh một ngôi sao khác. Sau đó, vào ngày 6 tháng 10 năm 1995, Michel Mayor và Didier Queloz ở đại học Geneva công bố xác định được một hành tinh ngoài hệ Mặt Trời quay quanh một ngôi sao thông thường ở dải chính (51 Pegasi).[35]

Sự khám phá ra các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời đã dẫn đến sự nhập nhằng trong việc định nghĩa một hành tinh, ở điểm mà một hành tinh có thể trở thành một ngôi sao. Rất nhiều hành tinh ngoài hệ Mặt Trời có khối lượng gấp nhiều lần khối lượng Sao Mộc, gần bằng với một thiên thể sao gọi là "sao lùn lâu".[36] Các sao lùn nâu được công nhận rộng rãi là các ngôi sao do có khả năng đốt cháy nhiên liệu deuterium, một đồng vị nặng hơn của hidro. Trong khi các ngôi sao nặng hơn 75 lần Sao Mộc có thế đốt cháy hidro, thì các ngôi sao chỉ bằng 13 lần khối lượng Sao Mộc có thể đốt cháy deuterium. Tuy nhiên, deuterium khá hiếm, và mọi sao lùn nâu có thể đã đốt hết deuterium từ rất lâu trước khi chúng được phát hiện ra, làm cho chúng khó có thể phân biệt được với các hành tinh siêu nặng.[37]

Thế kỷ XXI

Trong suốt nửa cuối thế kỷ XX, sự khám phá ra nhiều thiên thể bên trong Hệ Mặt Trời và các thiên thể lớn khác xung quanh các ngôi sao khác, đã nảy sinh tranh cãi về bản chất của một hành tinh. Đã có sự bác bỏ đặc biệt về việc liệu một thiên thể có thể xem là một hành tinh nếu nó là một thành viên phân biệt được trong số khác của vành đai tiểu hành tinh, hoặc nếu nó đủ lớn để tạo ra năng lượng nhờ phản ứng đốt cháy nhiệt hạt nhân của deuterium.

Số lượng các nhà thiên văn đề nghị rút Sao Diêm Vương ra khỏi danh sách hành tinh đã tăng lên đáng kể, từ khi có rất nhiều thiên thể có kích thước gần bằng với nó được tìm thấy trong cùng một vùng của Hệ Mặt Trời (vành đai Kuiper) từ thập niên 1990 đến đầu thập niên 2000. Sao Diêm Vương chỉ là một thiên thể nhỏ trong tập hợp hàng nghìn thiên thể trong vành đai này.

Một trong số chúng bao gồm Quaoar, Sedna, và Eris đã từng được công bố trước đại chúng như là hành tinh thứ mười, tuy vậy đã không nhận được sự công nhận rộng rãi của cộng đồng khoa học. Sự kiện khám phá ra Eris, một thiên thể nặng hơn 27% so với khối lượng Sao Diêm Vương, là một ví dụ điển hình.

Đối mặt với vấn đề này, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) đã có kế hoạch đặt ra định nghĩa hành tinh, và điều này đã được đưa ra năm 2006. Số lượng các hành tinh giảm xuống còn tám thiên thể rất lớn mà có quỹ đạo sạch (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương), và một lớp mới các hành tinh lùn được đưa ra, ban đầu gồm ba thiên thể (Ceres, Pluto và Eris).[38]

Định nghĩa hành tinh ngoài hệ Mặt Trời

Năm 2003, nhóm công tác về các Hành tinh ngoài hệ Mặt Trời của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) đã công bố một định nghĩa về các hành tinh được kết hợp với định nghĩa sau, hầu hết tập trung vào các thiên thể có ranh giới nằm giữa các hành tinh và các sao lùn nâu:[39]

1. Các thiên thể với khối lượng thật sự dưới khối lượng giới hạn để xảy ra phản ứng hợp hạch deuterium (tính toán hiện tại là với khối lượng 13 lần khối lượng Sao Mộc cho các thiên thể có cùng phổ biến đồng vị như Mặt Trời[40]) mà quay quanh một ngôi sao hay tàn tích của ngôi sao là "hành tinh" (cho dù chúng được hình thành như thế nào). Khối lượng và kích thước nhỏ nhất cho các thiên thể ngoài hệ Mặt Trời được coi là một hành tinh có thể giống như với các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
2. Các thiên thể cận sao với khối lượng thật sự nằm trên khối lượng giới hạn cho phản ứng hợp hạch của deuterium là các "sao lùn nâu", không liên quan gì đến sự hình thành hay vị trí của chúng.
3. Các thiên thể trôi tự do trong các cụm sao trẻ với khối lượng dưới khối lượng cho phản ứng hợp hạch của deuterium không là "các hành tinh", nhưng là các "sao cận lùn nâu" (hoặc một tên gọi gần giống nhất gì đó).

Định nghĩa này từ đó đã được các nhà thiên văn sử dụng rộng rãi khi công bố các khám phá ra các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời trong các tạp chí chuyên ngành.[41] Mặc dù mang tính tạm thời, nó vẫn là một định nghĩa có hiệu quả cho nghiên cứu cho đến khi có một định nghĩa lâu bền hơn được chính thức công nhận. Tuy nhiên, nó không giải quyết được các tranh cãi về giới hạn dưới cho khối lượng,[42] và do đó nó định hướng một cách rõ ràng cho những tranh luận về các thiên thể bên trong Hệ Mặt Trời. Định nghĩa này cũng không bình luận về trạng thái của các hành tinh quay quanh sao lùn nâu như 2M1207b. Một sao cận lùn nâu là một thiên thể với khối lượng hành tinh được hình thành thông qua sự suy sụp của đám mây hơn là sự bồi tụ. Sự phân biệt giữa một sao cận lùn nâu và một hành tinh là chưa rõ ràng; các nhà thiên văn được chia ra làm hai phe để xem xét liệu tiến trình hình thành của một hành tinh có liên quan đến sự phân loại và định nghĩa hành tinh hay không.[43][44]

Định nghĩa năm 2006

Trở ngại về giới hạn dưới đã được đưa ra thảo luận trong suốt đại hội năm 2006 của Đại hội đồng IAU. Sau nhiều tranh cãi và đã có một đề nghị bị bác bỏ, hội đồng đã bỏ phiếu thông qua một nghị quyết về định nghĩa hành tinh trong Hệ Mặt Trời như sau:[45]

Một thiên thể mà
(a) quay xung quanh Mặt Trời,
(b) có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn của chính nó vượt qua các lực vật thể rắn sao cho nó có dạng cân bằng thủy tĩnh (gần hình cầu),
(c) đã dọn sạch miền lân cận quanh quỹ đạo của nó.

Theo định nghĩa này, Hệ Mặt Trời được coi là có tám hành tinh. Các thiên thể thỏa mãn đầy đủ hai điều kiện đầu nhưng không thỏa mãn điều kiện thứ ba (như Pluto, Makemake và Eris) được phân loại thành các hành tinh lùn, và cho thấy chúng cũng không phải là các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác. Ban đầu một ủy ban của IAU đã đề xuất một định nghĩa có kể đến một số lớn các hành tinh mà không đề cập đến điều kiện (c).[46] Sau nhiều thảo luận, hội đồng đã quyết định thông qua đề cử cho những thiên thể này được phân loại thành các hành tinh lùn.[47]

Định nghĩa này có cơ sở trên các lý thuyết hình thành hành tinh, trong đó ban đầu các phôi hành tinh đã dọn sạch miền lân cận quanh quỹ đạo của chúng khỏi các thiên thể nhỏ hơn. Nhà thiên văn học Steven Soter miêu tả:[48]

Sản phẩm cuối cùng của một đĩa bồi tụ thứ cấp là một lượng nhỏ các thiên thể tương đối lớn (các hành tinh) trong các quỹ đạo không cắt nhau hoặc cộng hưởng, khiến cho chúng không thể va chạm với nhau. Các tiểu hành tinh và các sao chổi, bao gồm các KBO [các thiên thể vành đai Kuiper], khác với các hành tinh vì chúng có thể va chạm với nhau và với các hành tinh.

Sau khi kết thúc cuộc bỏ phiếu của IAU 2006, đã có một tranh cãi và tranh luận về định nghĩa này,[49][50] và nhiều nhà thiên văn học đã tuyên bố rằng họ sẽ không sử dụng định nghĩa này.[51] Một phần chủ yếu trong những tranh cãi này là về điều kiện (c) (quỹ đạo sạch) không nên đưa vào định nghĩa, và các thiên thể được phân loại thành các hành tinh lùn có thể là một phần trong một định nghĩa rộng hơn về hành tinh.

Bên ngoài cộng đồng khoa học, Sao Diêm Vương đã có một ý nghĩa văn hóa quan trọng trong nhiều thế hệ công chúng khi xem nó là một hành tinh kể từ khi phát hiện ra nó năm 1930. Sự khám phá ra Eris đã được thông báo rộng rãi trên các phương tiện truyền thông như nó là một hành tinh thứ mười và do đó sự phân loại lại ba thiên thể thành các hành tinh lùn đã thu hút rất nhiều sự chú ý của truyền thông và công chúng.[52]

Các phân loại cũ

Bảng dưới liệt kê Các thiên thể trong Hệ Mặt Trời đã từng được xem là các hành tinh: