07.11 冥王星太陽系中的一個天體 所屬類別:衛星|行星

冥王星(小行星序號:

134340 Pluto)是柯伊伯帶中的矮行星。冥王星是第一顆被發現的柯伊伯帶天體。冥王星是太陽系內已知體積最大、質量第二大的矮行星。在直接圍繞太陽運行的天體中,冥王星體積排名第九,質量排名第十。冥王星是體積最大的海外天體,其質量僅次於位於離散盤中的鬩神星。與其他柯伊伯帶天體一樣,冥王星主要由岩石和冰組成。冥王星相對較小,僅有月球質量的六分之一、月球體積的三分之一。冥王星的軌道離心率及傾角皆較高,近日點為30天文單位(44億公里),遠日點為49天文單位(74億公里)。冥王星因此週期性進入海王星軌道內側。海王星與冥王星因相互的軌道共振而不會碰撞。在冥王星距太陽的平均距離上光需要5.5小時到達冥王星。

1930年克萊德·湯博發現冥王星,並將其視為第九大行星。1992年後在柯伊伯帶發現的一些質量與冥王星相若的冰制天體挑戰冥王星的行星地位。2005年發現的鬩神星質量甚至比冥王星質量多出27%,國際天文聯合會(IAU)因此在翌年正式定義行星概念。新定義將冥王星排除行星範圍,將其劃為矮行星(類冥天體)。

2015年7月14日,美國宇航局發射的新視野號探測器飛掠冥王星,成為人類首顆造訪冥王星的探測器。

2016年3月4日,美國航天局"新視野"號探測器項目團隊最新發現冥王星的頂部也覆蓋著皚皚"白雪"

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名稱由來

羅馬神話中,普魯託(希臘人稱冥界的首領為Hades哈迪斯)是冥

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冥王星

界的首領。這顆行星得到這個名字(而不採納其他的建議)是由於他離太陽太遠以致於一直沉默在無盡的黑暗之中,與人們想象的冥境相似。另外,湊巧的是,冥王星(Pluto)開頭的兩字母也是其發現者Percival Lowell名字的首字母縮寫。曾經是太陽系中離太陽最遠的行星。(不過由於其特殊的橢圓形軌道無法蓋住海王星的運行軌道,所以它的運行軌道會與海王星的有部分重合)。

冥王星於1930年被發現,並被視為第九大行星。後續75年內對冥王星及太陽系內其他天體的研究挑戰了冥王星的行星地位。自1977年發現小行星凱龍後,人們發現了眾多軌道高度離心的冰質天體,就如彗星一般。2005年發現的離散盤天體鬩神星質量甚至比冥王星質量多出27%。國際天文聯合會(IAU)認識到冥王星僅為眾多外太陽系較大冰質天體中的一員後,於2006年正式定義行星概念。新定義將冥王星排除行星範圍,將其劃為矮行星(類冥天體)。一些天文學家認為冥王星仍屬於行星。

冥王星目前已知的衛星總共有五顆:冥衛一、冥衛二、冥衛三、冥衛四、冥衛五。冥王星與冥衛一的共同質心不在任何一天體內部,因此有時被視為一聯星系統。IAU並沒有正式定義矮行星聯星,因此冥衛一仍被定義為於冥王星的衛星。

美國新視野號探測器於2015年7月14日成為第一艘飛掠冥王星的飛船。在飛掠的過程中,新視野號對冥王星及其衛星進行了細緻的觀測。

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發現

十九世紀四十年代奧本·勒維耶通過經典力學分析天王星軌道的攝動後預測了海王星的位置。十九世紀末天文學家根據對海王星的觀察推測有其他行星攝動天王星軌道。

1906年羅威爾天文臺的創辦者帕西瓦爾·羅威爾開始搜索第九大行星--X行星。1909年羅威爾和威廉·亨利·皮克林提出了若干該天體可能處於的天球座標。此項搜索一直持續到1916年羅威爾逝世為止,但是沒有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍攝到了兩張帶有模糊的冥王星圖像的照片,但是這些圖像並沒有被正確辨認出來。已知的此類前向重建照片還有15張,最早可追溯至葉凱士天文臺於1909年8月20日拍攝的照片。

羅威爾的遺孀康斯坦斯·羅威爾企圖獲取天文臺中其夫所有的份額。對X行星的搜索因由此產生的法律糾紛直至1929年才恢復。時任天文臺主管維斯托·斯里弗在看到克萊德·湯博的天文繪圖樣品後將搜索X行星的任務交與湯博。

湯博的任務是系統地成對拍攝夜空照片、分析每對照片中位置變化的天體。湯博藉助閃爍比對器快速調換感光幹板搜索天體的位置變化或外觀變化。1930年2月18日湯博在經歷近一年的搜索後在當年1月23日與1月29日拍攝的照片中發現了一可能移動的天體。1月21日的一張質量不佳的照片確認了該天體的運動。在天文臺進一步拍攝了驗證照片後,發現第九大行星的消

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冥王星平原環境地質圖(局部)

息與1930年3月13日由電報發往哈佛大學天文臺。

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命名

發現第九大行星的消息在全世界產生轟動。羅威爾天文臺擁有對此天體的命名權並從全世界收到了超過一千條建議。湯博敦促斯里弗儘快在他人起名前提出一個名字。

英國牛津的11歲學童威妮夏·伯尼因其對古羅馬神話的興趣建議以冥王普路託命名此行星。伯尼在與其祖父福爾克納·梅丹交談中提出了這個名字。原任牛津大學博德利圖書館館員的梅丹將這個名字交給了天文學教授赫伯特·霍爾·特納。特納將此電報給了美國同行。

該天體正式於1930年3月24日命名。所有羅威爾天文臺成員允許在三個候選命名方案中投票選擇一個:彌涅耳瓦(已被一小行星使用)、克洛諾斯(因由托馬斯·傑佛遜·傑克遜·希提出而不受歡迎)、普魯託。普魯託以全票通過。該命名於1930年5月1日公佈。梅丹在得知此消息後獎勵其孫女5英鎊(相當於2016年的282英鎊或430美元)。

普魯託獲選的部分原因是普魯託與頭兩個字母(英語:PL)為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的天文符號(,unicodeU+2647, ♇)也是由PL構成的花押字。其占星符號則類似於海王星的占星符號(),但是在三叉戟中間的叉改為圓圈()。

該名字迅速被大眾文化所接受。1930年華特·迪士尼似乎受普路託啟發設計了米老鼠的寵物布魯托。但是迪士尼動畫師本·夏普斯廷無法確認布魯托名字的來源。1941年格倫·西奧多·西博格按照鈾和鎿以新發現行星命名的傳統將新創造的元素鈈以該天體命名。

大多數語言中以普路託的不同變體稱呼該天體。野尻抱影提議在日語中以Meiōsei(冥王星, 冥王星)稱呼普路託。漢語、韓語、越語借用了該命名。部分印度語言使用普路託稱呼該冥王星。但是包括印地語在內的其他印度語言使用印度教中的閻摩或佛教的閻羅王稱呼冥王星。越語也用閻羅王星稱呼冥王星。波利尼西亞語言也傾向於使用本土文化中地獄之神稱呼冥王星,例如毛利語中的Whiro。

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星體特徵

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假想冥王星上的景色

冥王星是太陽系中第二個反差極大的天體(次於土衛八)。探索這些差異的起因是計劃中的冥王星特快計劃中首要目標之一。冥王星的軌道十分地反常,有時候比海王星離太陽更近(從1979年1月開始持續到1999年2月)。冥王星與海王星的共同運動比為3:2,即冥王星的公轉週期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠離於其他行星。因此儘管冥王星的軌道好像要穿越海王星的軌道,實際上並沒有。所以他們永遠也不會碰撞。

冥王星圍繞太陽公轉一個週期大約需要248年,它的橢圓形軌道位於太陽系中被稱為柯伊伯帶的區域。冥王星的橢圓形軌道意味著,當它處於較近位置時,距離太陽大約44億公里,而在最遠位置時,距離太陽約為73億公里。

冥王星的表面溫度知道很不清楚,但大概在35到55K(-238到-218℃)之間。

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冥王星與卡戎的地形繪圖(非本色)

冥王星的成份還不知道,但它的密度(大約2克/立方厘米)表示:冥王星可能像海衛一一樣是由70%岩石和30%冰水混合而成的。地表上光亮的部分可能覆蓋著一些固體氮以及少量的固體甲烷和一氧化碳,冥王星表面的黑暗部分的組成還不知道但可能是一些基本的有機物質或是由宇宙射線引發的光化學反應。

有關冥王星的大氣層的情況知道得還很少,但可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷組成。大氣極其稀薄,地面壓強只有少量微帕。冥王星的大氣層可能只有在冥王星靠近近日點時才是氣體;在其餘的冥王星的年份中,大氣層的氣體凝華成固體。靠近近日點時一部分的大氣可能散逸到宇宙中去,甚至可能被吸引到冥衛一上去。冥王星特快任務的計劃人想在大氣滑凝固時到達冥王星。

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高約3.5千米的冰山

冥王星和海王星的不尋常的運行軌道以及相似的體積使人們感到在它們倆之間存在著某種歷史性的關係。有人曾認為冥王星過去是海王星的一顆衛星,但是認為並不是這樣。一個更為普遍的學說認為海衛一原本與冥王星一樣,自由地運行在環繞太陽的獨立軌道上,後來被海王星吸引過去了。海衛一,冥王星和冥衛一可能是一大類相似物體中還存在的成員,其他一些都被排斥進了Oort奧爾特雲(Kuiper柯伊伯帶外的物質)。冥衛一可能是像地球與月球一樣,是冥王星與另外一個天體碰撞的產物。[1]

2009年有科學家確定,冥王星的大氣比以前認為的相對更加溫暖,但對於我們來說,這顆矮行星周圍的大氣溫度非常低,一般約零下180攝氏度。而冥王星表面溫度低達約零下220攝氏度。

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有趣的是,在冥王星表面有一個心形區域,被稱為"冥王之心",在2015年7月15日,美國航天局"新地平線"任務團隊宣佈以冥王星的發現者克萊德·威廉·湯博將其命名為"湯博區"[3] ,而在這片心形區域中,新地平線號探測器發現了冰原。[2] 這片冰原以人類發射的第一顆人造衛星的名字"斯普特尼克"來命名。[3]

2015年9月新視野號傳回冥王星最新照:隕石坑環繞巨大冰原。

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行星之辯

冥王星自1930年被發現以來,長期被列入太陽系九大行星之列。但是從2000年起,在太陽系邊緣、海王星外側的柯伊伯帶中不斷髮現新天體,其個頭越來越大,特別是2005年發現的鬩神星,當時被認為比冥王星更大,因為當時估測的冥王星直徑只有約2300公里。

近千年來,人們一直認為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽系中的標準行星。19世紀後,天文學家陸續發現了天王星、海王星和冥王星,使太陽系的"行星"變成了9顆。此後,"九大行星"成為家喻戶曉的說法。

自從80多年前被發現的那天起,冥王星便與"爭議"二字聯繫在了一起。一是由於其發現的過程是基於一個錯誤的理論;二是由於當初將其質量估算錯了,誤將其納入到了大行星的行列。不過,新的天文發現不斷使"九大行星"的傳統觀念受到質疑。天文學家先後發現冥王星與太陽系其他行星的一些不同之處。冥王星所處的軌道在海王星之外,屬於太陽系外圍的柯伊伯帶,這個區域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方。[4]

1930年美國天文學家湯博發現冥王星,當時錯估了冥王星的質量,以為冥王星比地球還大,所以命名為大行星。然而,經過近30年的進一步觀測,發現它的直徑只有2300公里,比月球還要小,等到冥王星的大小被確認,"冥王星是大行星"早已被寫入教科書,以後也就將錯就錯了。

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1998年,曾有建議把冥王星剔除太陽系行星之列,但當年國際天文學聯合會(IAU)否決。

2006年8月24日下午,在第26屆國際天文聯合會通過決議,由天文學家以投票正式將冥王星劃為矮行星,自行星之列中除名。

2006年9月7日,國際小行星中心把已知或即將成為矮行星的天體賦與編號,冥王星編號為小行星134340號。

2008年,國際天文聯合會再次將冥王星劃為類冥天體的原型,為矮行星項下的子分類。[5]

2015年,"新視野"號首次飛掠冥王星,經此次近距離重新測量冥王星直徑確定為2370km。


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