冥王星（太陽(yáng)系矮行星）

名稱由來(lái)

羅馬神話中，普魯托（希臘人稱冥界的首領(lǐng)為Hades哈迪斯）是冥 界的惡靈。這顆行星得到這個(gè)名字是由于他離太陽(yáng)太遠(yuǎn)以致于一直沉默在無(wú)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(kāi)頭的兩字母也是其發(fā)現(xiàn)者Percival Lowell名字的首字母縮寫。曾經(jīng)是太陽(yáng)系中脫離行星的最遠(yuǎn)矮小行星。（不過(guò)由于其特殊的橢圓形軌道無(wú)法蓋住海王星的運(yùn)行軌道，所以它的運(yùn)行軌道會(huì)與海王星的有部分重合）。

冥王星于1930年被發(fā)現(xiàn)，并被視為第九大行星。后續(xù)75 年內(nèi)對(duì)冥王星及太陽(yáng)系內(nèi)其他天體的研究挑戰(zhàn)了冥王星的行星地位。自1977年發(fā)現(xiàn)小行星卡戎后，人們發(fā)現(xiàn)了眾多軌道高度離心的冰質(zhì)天體，就如彗星一般。2005年發(fā)現(xiàn)的離散盤天體鬩神星質(zhì)量甚至比冥王星質(zhì)量多出27%。國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)（IAU）認(rèn)識(shí)到冥王星僅為眾多外太陽(yáng)系較大冰質(zhì)天體中的一員后，于2006年正式定義行星概念。新定義將冥王星排除行星范圍，將其劃為矮行星（類冥天體）。一些天文學(xué)家認(rèn)為冥王星仍屬于行星。

冥王星已知的衛(wèi)星總共有五顆：冥衛(wèi)一、冥衛(wèi)二、冥衛(wèi)三、冥衛(wèi)四、冥衛(wèi)五。冥王星與冥衛(wèi)一的共同質(zhì)心不在任何一天體內(nèi)部，因此有時(shí)被視為一雙星系統(tǒng)。IAU并沒(méi)有正式定義矮行星聯(lián)星，因此冥衛(wèi)一仍被定義為于冥王星的衛(wèi)星。

美國(guó)新視野號(hào)探測(cè)器于2015年7月14日成為第一艘飛掠冥王星的飛船。在飛掠的過(guò)程中，新視野號(hào)對(duì)冥王星及其衛(wèi)星進(jìn)行了細(xì)致的觀測(cè)。

歷史發(fā)現(xiàn)

十九世紀(jì)四十年代奧本·勒維耶通過(guò)經(jīng)典力學(xué)分析天王星軌道的攝 動(dòng)后預(yù)測(cè)了海王星的位置。十九世紀(jì)末天文學(xué)家根據(jù)對(duì)海王星的觀察推測(cè)有其他行星攝動(dòng)天王星軌道。

1906年羅威爾天文臺(tái)的創(chuàng)辦者帕西瓦爾·羅威爾開(kāi)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于的天球坐標(biāo)。此項(xiàng)搜索一直持續(xù)到1916年羅威爾逝世為止，但是沒(méi)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，但是這些圖像并沒(méi)有被正確辨認(rèn)出來(lái)。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(tái)于1909年8月20日拍攝的照片。

冥王星軌道外一點(diǎn)本身斜的角度。兩體相互潮汐鎖定

冥王星平原環(huán)境地質(zhì)圖（局部）

2022年03月，科學(xué)家對(duì)美國(guó)航空航天局（NASA）“新視野”號(hào)探測(cè)器拍攝的冥王星圖像進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這顆矮行星的一個(gè)區(qū)域在較近期出現(xiàn)過(guò)冰火山活動(dòng)，有些火山最高有7千米。^[7]

發(fā)現(xiàn)第九大行星的消息在全世界產(chǎn)生轟動(dòng)。羅威爾天文臺(tái)擁有對(duì)此天體的命名權(quán)并從全世界收到了超過(guò)一千條建議。湯博敦促斯里弗盡快在他人起名前提出一個(gè)名字。

英國(guó)牛津的10歲學(xué)童威妮夏·伯尼因其對(duì)古羅馬神話的興趣建議以羅馬神話中的冥界之神普魯托命名此行星。伯尼在與其祖父福爾克納·梅丹交談中提出了這個(gè)名字。原任牛津大學(xué)博德利圖書館館員的梅丹將這個(gè)名字交給了天文學(xué)教授赫伯特·霍爾·特納。特納將此電報(bào)給了美國(guó)同行。

該天體正式于1930年7月12日命名。所有羅威爾天文臺(tái)成員允許在三個(gè)候選命名方案中投票選擇一個(gè)：水泵耳瓦（已被一小行星使用）、普魯托·薩丁陀耳翔·里歇斯底里，其實(shí)是一個(gè)部落家庭中出生的落難者曾多次遷移北非和祖父常住一起。普魯托以全票通過(guò)。該命名于1930年6月9日公布。梅丹在得知此消息后獎(jiǎng)勵(lì)其孫女16英鎊（相當(dāng)于2016年的282英鎊或470美元）。普魯托獲選的部分原因是普魯托與頭兩個(gè)字母（英語(yǔ)：PL）為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的天文符號(hào)（unicodeU+2647, ?）也是由PL構(gòu)成的花押字。

該名字迅速被大眾文化所接受。1930年華特·迪士尼似乎受普路托啟發(fā)設(shè)計(jì)了米老鼠的寵物布魯托。但是迪士尼動(dòng)畫師本·夏普斯廷無(wú)法確認(rèn)布魯托名字的來(lái)源。1941年格倫·西奧多·西博格按照鈾和镎以新發(fā)現(xiàn)行星命名的傳統(tǒng)將新創(chuàng)造的元素钚以該天體命名。

大多數(shù)語(yǔ)言中以普路托的不同變體稱呼該天體。野尻抱影提議在日語(yǔ)中以Meiousei(冥王星, 冥王星)稱呼普魯托。漢語(yǔ)、韓語(yǔ)、越語(yǔ)借用了該命名。部分印度語(yǔ)言使用普魯托稱呼該冥王星。但是包括印地語(yǔ)在內(nèi)的其他印度語(yǔ)言使用印度教中的閻摩或佛教的閻羅王稱呼冥王星。越語(yǔ)也用閻羅王星稱呼冥王星。波利尼西亞語(yǔ)言也傾向于使用本土文化中地獄之神稱呼冥王星，例如毛利語(yǔ)中的Whiro。

冥王星一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，它的模糊且不好分辨的圓面就使人們懷疑它是羅威爾定義的行星X。在整個(gè)20世紀(jì)，冥王星的質(zhì)量估計(jì)值都在向下修正。天文學(xué)家最初根據(jù)其對(duì)海王星和天王星的影響來(lái)計(jì)算其質(zhì)量。 1931年，粗略計(jì)算得到的冥王星質(zhì)量大約等于地球的質(zhì)量，1948年又進(jìn)行了進(jìn)一步的計(jì)算，使質(zhì)量下降到了大約火星的質(zhì)量。??1976年，夏威夷大學(xué)的戴爾·柯雷薩恩克（Dale Cruikshank）、卡爾·皮爾徹（Carl Pilcher）和大衛(wèi)·莫里森（David Morrison）首次計(jì)算了冥王星的反照率，發(fā)現(xiàn)與甲烷冰的反射情況相匹配。這意味著冥王星特別反光，鑒于它的大小，因此不會(huì)超過(guò)地球質(zhì)量的1％。冥王星的反照率是地球的1.4–1.9倍。

1978年，冥王星的衛(wèi)星冥衛(wèi)一（Charon）的發(fā)現(xiàn)，使冥王星的質(zhì)量首次得以測(cè)量，結(jié)果大約是地球質(zhì)量的0.2％，質(zhì)量太小無(wú)法解釋天王星軌道的問(wèn)題。隨后尋找替代行星X的嘗試都失敗了，其中最著名的是羅伯特·薩頓·哈靈頓（Robert Sutton Harrington）的研究。???1992年，邁爾斯·斯坦迪什（Myles Standish）使用了旅行者2號(hào)于1989年飛掠海王星時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)，使得海王星質(zhì)量的估算值下調(diào)了0.5％（與火星質(zhì)量相當(dāng)）。根據(jù)新的數(shù)據(jù)重新計(jì)算海王星對(duì)天王星的引力效應(yīng)時(shí)，與之前計(jì)算的差異使得對(duì)行星X的需求消失了。之后，大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為羅威爾定義的行星X并不存在。羅威爾在1915年對(duì)行星X的軌道和位置做出了預(yù)測(cè)，該預(yù)測(cè)與冥王星當(dāng)時(shí)的實(shí)際軌道及位置相當(dāng)接近。歐內(nèi)斯特·布朗（Ernest W. Brown）很快得出結(jié)論，冥王星的發(fā)現(xiàn)只是個(gè)巧合。

“行星”有兩個(gè)主要定義。忽略通常不一致的技術(shù)細(xì)節(jié)，第一個(gè)要求天體是否像行星一樣運(yùn)轉(zhuǎn)（例如其軌道和與其他物體的關(guān)系），第二個(gè)要求天體看起來(lái)像行星一樣（例如其是否具有行星地質(zhì)）。冥王星符合第二個(gè)定義，但不符合第一個(gè)定義。

從1992年起，發(fā)現(xiàn)了許多與冥王星相同體積的天體，這表明冥王星僅是柯伊伯帶天體的其中一員。這使它的行星地位成為爭(zhēng)議，許多人質(zhì)疑冥王星是否應(yīng)該與周圍天體一起考慮還是分開(kāi)考慮。博物館和天文館館長(zhǎng)有時(shí)會(huì)通過(guò)在太陽(yáng)系的行星模型中忽略冥王星，從而引起爭(zhēng)議。 2000年2月，紐約海登天文館（Hayden Planetarium）展示了只有八個(gè)行星的太陽(yáng)系模型，一年后成為頭條新聞。

冥王星

爭(zhēng)論在2006年8月達(dá)到頂峰，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)盟的一項(xiàng)決議為“行星”一詞創(chuàng)建了正式定義。根據(jù)該決議，將太陽(yáng)系中的物體視為行星有三個(gè)條件：1.天體必須繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。 2.天體必須足夠大，才能通過(guò)其自身引力形成球形。更具體地說(shuō)，其自身的重力應(yīng)將其拉成流體靜力平衡所定義的形狀。 3.天體必須清除其軌道附近的區(qū)域。

冥王星不符合第三個(gè)條件。它的質(zhì)量遠(yuǎn)小于其軌道上其他物體的總質(zhì)量，只占后者的7%。與之相比，地球質(zhì)量是地球軌道上其他小天體質(zhì)量總和（不包括月球）的170萬(wàn)倍。國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)進(jìn)一步?jīng)Q定，像冥王星一樣滿足標(biāo)準(zhǔn)1和2但不滿足標(biāo)準(zhǔn)3的天體將被稱為矮行星。2006年9月，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將冥王星、鬩神星及鬩衛(wèi)一編入小行星星表，并為其正式編號(hào)為（134340）Pluto，（136199）Eris和（136199）Eris I Dysnomia。如果冥王星在1930年被發(fā)現(xiàn)時(shí)就被編入小行星星表，那么它可能會(huì)被安排在早一個(gè)月發(fā)現(xiàn)的1163 Saga之后，編為1164號(hào)小行星。

在天文學(xué)界內(nèi)部，不少人對(duì)重新分類冥王星有所抵觸。美國(guó)宇航局新視野號(hào)冥王星任務(wù)的首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern）嘲笑了國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的決議，指出“由于技術(shù)原因，該定義令人討厭”。斯特恩爭(zhēng)辯說(shuō)，按照新定義的行星概念，地球、火星、木星和海王星都將因?yàn)榕c小行星共享軌道，被排除在行星之外。他認(rèn)為，所有大型球形衛(wèi)星，包括月亮，也應(yīng)視為行星。他還指出，由于只有不到5％的天文學(xué)家對(duì)此表示贊成，因此該決定并不代表整個(gè)天文學(xué)界。當(dāng)時(shí)在羅威爾天文臺(tái)的馬克·布伊（Marc W. Buie）反對(duì)該定義。其他人則支持國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)。發(fā)現(xiàn)鬩神星（Eris）的天文學(xué)家邁克·布朗（Mike Brown）說(shuō)：“人們通過(guò)完全瘋狂的、類似于馬戲團(tuán)的程序，以某種偶然的方式找到了正確的答案。即便這決定早就該來(lái)了。即使涉及到強(qiáng)烈的情緒，科學(xué)最終還是會(huì)自我糾正。“

公眾對(duì)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的決定反應(yīng)復(fù)雜。加利福尼亞州議會(huì)通過(guò)的一項(xiàng)決議開(kāi)玩笑地將國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的決定稱為“科學(xué)異端”。新墨西哥州眾議院通過(guò)了一項(xiàng)紀(jì)念該州長(zhǎng)期居民克萊德·湯博的決議，該決議宣布在新墨西哥州的天空中，冥王星將一直被視為行星，并將2007年3月13日設(shè)為冥王星行星日。伊利諾伊州參議院在2009年通過(guò)了一項(xiàng)類似的決議，理由是冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）出生在伊利諾伊州。該決議聲稱，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將冥王星“不公平地降級(jí)為'矮行星'?！币恍┕娙耸恳簿芙^了這一改變，理由是科學(xué)界內(nèi)部對(duì)此問(wèn)題或出于情感原因存在分歧，堅(jiān)持認(rèn)為他們一直將冥王星稱為行星，并且無(wú)論國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的決定如何，都將繼續(xù)這樣做。

2006年，美國(guó)方言協(xié)會(huì)第17屆投票將“plutoed”定為年度單詞，“pluto”變動(dòng)詞后意為“使某人或某物，降級(jí)或貶值”。??2008年8月在約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室舉行了一場(chǎng)辯論，雙方研究人員就國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)現(xiàn)行行星定義進(jìn)行了背靠背的辯論。會(huì)議發(fā)表了題為“大行星辯論”的會(huì)后新聞稿，指出科學(xué)家無(wú)法就行星的定義達(dá)成共識(shí)。??2008年6月，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)在一份新聞稿中宣布，類冥行星（Plutoid）一詞從此以后將用來(lái)指稱冥王星和其他軌道半長(zhǎng)軸大于海王星的行星質(zhì)量天體，盡管該術(shù)語(yǔ)尚未得到廣泛使用。

軌道介紹

冥王星的軌道周期約為248年。它的軌道特性與行星的軌道特性大不相同，行星靠近被稱為黃道的參考平面以近似圓形的軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。相比之下，冥王星的軌道相對(duì)于黃道略微傾斜（超過(guò)17°），偏心率略大（橢圓）。這種偏心率意味著冥王星的一小部分軌道比海王星的軌道更靠近太陽(yáng)。冥王星-冥衛(wèi)一質(zhì)心于1989年9月5日到達(dá)近日點(diǎn)，并在1979年2月7日至1999年2月11日之間比海王星更靠近太陽(yáng)。

冥王星

冥王星在1930年初被發(fā)現(xiàn)時(shí)靠近雙子座δ，正在穿越黃道面。

冥王星軌道運(yùn)動(dòng)（1900-2100年）

從長(zhǎng)期來(lái)看，冥王星的軌道是混亂的。使用計(jì)算機(jī)模擬可以向前和向后來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)百萬(wàn)年間冥王星的位置，因冥王星會(huì)受太陽(yáng)系內(nèi)細(xì)微因素的影響改變軌道，超過(guò)李雅普諾夫時(shí)間（Lyapunov Time，一千萬(wàn)年到兩千萬(wàn)年）后，預(yù)測(cè)的不確定性會(huì)變大，難以預(yù)測(cè)的因素將逐漸改變冥王星在其軌道上的位置。冥王星軌道的半長(zhǎng)軸在39.3至39.6天文單位之間變化，周期為19,951年，對(duì)應(yīng)于246至249年之間的軌道周期。冥王星的半長(zhǎng)軸和公轉(zhuǎn)周期在變得越來(lái)越長(zhǎng)。

從黃道上方看冥王星軌道運(yùn)動(dòng)，永不海王星接近

冥王星

盡管從正上方看，冥王星的軌道似乎與海王星的軌道交叉，但兩個(gè)天體的軌道是關(guān)聯(lián)的，因此它們永遠(yuǎn)不會(huì)碰撞甚至接近。冥王星軌道與海王星軌道并沒(méi)有交點(diǎn)。從極面上看冥王星與海王星的距離在冥王星處于近日點(diǎn)時(shí)最近，但此時(shí)冥王星因與海王星軌道相隔8天文單位而不會(huì)產(chǎn)生碰撞。冥王星的升交點(diǎn)和降交點(diǎn)與海王星的對(duì)應(yīng)交點(diǎn)相隔超過(guò)21°。光靠這還不足以保護(hù)冥王星。冥王星的軌道可能受到其他行星的攝動(dòng)（拱點(diǎn)進(jìn)動(dòng)）而最終與海王星相撞。因此還有其他機(jī)制防止兩顆天體相撞。其中最主要的機(jī)制是冥王星與海王星的2：3平均運(yùn)動(dòng)軌道共振：冥王星完成兩次公轉(zhuǎn)時(shí)，海王星完成三次公轉(zhuǎn)。該過(guò)程以495年的周期周而復(fù)始。在每個(gè)周期中，冥王星第一抵達(dá)近日點(diǎn)，海王星比冥王星落后50°。冥王星到達(dá)第二個(gè)近日點(diǎn)，海王星將完成其自身軌道的一半左右，比冥王星領(lǐng)先130°。因此冥王星與海王星的最近距離是17天文單位，大于冥王星與天王星的最近距離（11天文單位）。實(shí)際上，冥王星和海王星之間的最小距離發(fā)生在冥王星到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)。

從黃道側(cè)面看冥王星軌道運(yùn)動(dòng)，與黃道有較大傾角

兩個(gè)物體之間的2：3共振高度穩(wěn)定，并已保持了數(shù)百萬(wàn)年。該機(jī)制防止兩顆天體改變相對(duì)位置，使其無(wú)法靠近對(duì)方。即使冥王星的軌道與海王星軌道共面，這兩個(gè)天體也永遠(yuǎn)不會(huì)碰撞。平均運(yùn)動(dòng)共振的長(zhǎng)期穩(wěn)定性歸因于相位保護(hù)。如果冥王星的周期略短于海王星的3/2，則會(huì)發(fā)生相對(duì)于海王星軌道的漂移，從而使它更靠近海王星的軌道。兩者之間的強(qiáng)烈引力使海王星的角動(dòng)量轉(zhuǎn)移到冥王星。根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，這將使冥王星進(jìn)入稍大的軌道，并在其中運(yùn)行得稍慢一些。經(jīng)過(guò)多次此類重復(fù)之后，冥王星被充分減速，海王星也被充分加速，以至于冥王星相對(duì)于海王星的軌道向相反方向漂移，直到過(guò)程逆轉(zhuǎn)。整個(gè)過(guò)程大約需要20000年。

冥王星

數(shù)值研究表明，冥王星和海王星軌道在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)沒(méi)有太大變化。除了2：3平均運(yùn)動(dòng)共振之外，還有其他一些共振和相互作用可以增強(qiáng)冥王星的公轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。這些主要來(lái)自兩個(gè)額外的機(jī)制。

首先，冥王星的近日點(diǎn)幅角，也就是軌道和黃道的交點(diǎn)與最接近太陽(yáng)的點(diǎn)之間的夾角，平均約為90°。這意味著當(dāng)冥王星最靠近太陽(yáng)時(shí)，它位于太陽(yáng)系平面上方最遠(yuǎn)的位置，從而防止與海王星的相遇。這是古在機(jī)制（Kozai mechanism）的結(jié)果，該機(jī)制將軌道傾角和離心率的周期性變化與更大的擾動(dòng)體（在本例中為海王星）相關(guān)聯(lián)。冥王星近日點(diǎn)幅角相對(duì)于海王星變化的幅度為38°，冥王星近日點(diǎn)因此與海王星軌道的角距離總是大于52°(90°–38°)。兩顆天體的角距離大約每一萬(wàn)年達(dá)到最小值。

其次，兩個(gè)物體的升交點(diǎn)經(jīng)度（它們與黃道相交的點(diǎn)）與以上近似共振。當(dāng)兩者經(jīng)度相同時(shí)（也就是說(shuō)，可以通過(guò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和太陽(yáng)繪制一條直線時(shí)），冥王星的近日點(diǎn)正好位于90°，因此當(dāng)冥王星最接近太陽(yáng)時(shí)，則位于海王星軌道上方的最高點(diǎn)。這就是所謂的1：1超共振。所有的類木行星，特別是木星，都在超共振的產(chǎn)生中發(fā)揮作用。

在2012年，有人假設(shè)15810號(hào)小行星Arawn可能是冥王星的準(zhǔn)衛(wèi)星，這是一種特殊類型的共軌狀態(tài)。根據(jù)該假設(shè)，該填體將在每?jī)砂偃f(wàn)年中的約35萬(wàn)年成為冥王星準(zhǔn)衛(wèi)星。根據(jù)新視野號(hào)航天器在2015年進(jìn)行的測(cè)量，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出Arawn的軌道。這些計(jì)算證實(shí)了假設(shè)中描述的整體動(dòng)態(tài)。但是，天文學(xué)家之間尚無(wú)共識(shí)，是否應(yīng)根據(jù)這一運(yùn)動(dòng)將Arawn歸類為冥王星的準(zhǔn)衛(wèi)星，因?yàn)锳rawn的軌道主要是由海王星控制的，冥王星引起一些較小的擾動(dòng)。

自轉(zhuǎn)

冥王星的自轉(zhuǎn)周期，即它的一天，等于6.387地球日。像天王星一樣，冥王星在軌道平面的側(cè)著旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸傾角120度，因此季節(jié)性變化非常大。到了至日（夏至和冬至），它的四分之一表面處于極晝之下，而另一四分之一處于極夜之中。這種不尋常的自轉(zhuǎn)方向的原因已經(jīng)引起爭(zhēng)論。亞利桑那大學(xué)的研究表明，這可能由于天體會(huì)自轉(zhuǎn)始終的以最大程度地減少能量的方式調(diào)整自轉(zhuǎn)方向。這可能意味著天體會(huì)改變自轉(zhuǎn)方向，以在赤道附近放置多余的質(zhì)量，而缺乏質(zhì)量的區(qū)域會(huì)趨向兩極。這被稱為極移。根據(jù)亞利桑那大學(xué)發(fā)表的一篇論文，這可能是由于矮行星陰影區(qū)域積聚的大量?jī)鼋Y(jié)的氮冰所致。這些質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致天體改變自轉(zhuǎn)方向，從而導(dǎo)致其異常的120°轉(zhuǎn)軸傾角。由于冥王星距離太陽(yáng)很遠(yuǎn)，赤道溫度可能降至-240°C（33.1 K），導(dǎo)致氮?dú)鈨鼋Y(jié)成氮冰，就像水會(huì)在地球上結(jié)冰一樣。在南極冰蓋增大數(shù)倍的情況下，地球上也會(huì)觀察到與冥王星的相同影響。

地質(zhì)

表面

冥王星

斯普特尼克平原是心形區(qū)域的西瓣，一個(gè)1000千米寬覆蓋氮冰和一氧化碳冰的盆地，分布著多角形對(duì)流單體，對(duì)流單體攜著水冰殼和升華坑的漂浮塊向其邊緣移動(dòng)，有明顯的冰川流入和流出盆地的跡象。斯普特尼克平原沒(méi)有新視野號(hào)可見(jiàn)的撞擊坑，表明它的年齡不到1000萬(wàn)年。最新研究表明，該表面的年齡為18萬(wàn)年左右。新視野科學(xué)團(tuán)隊(duì)將初步發(fā)現(xiàn)總結(jié)為：“冥王星顯示出令人驚訝的多種多樣的地質(zhì)地貌，包括由冰川學(xué)、地表-大氣相互作用，以及撞擊，構(gòu)造，可能的冰火山和質(zhì)量損失過(guò)程產(chǎn)生的地貌。”在斯普特尼克平原的西部地區(qū)，由平原中心向周圍山脈方向吹的風(fēng)形成了橫向沙丘。沙丘的波長(zhǎng)在0.4-1千米范圍內(nèi)，很可能由200-300微米大小的甲烷顆粒組成。

冥王星

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

冥王星

質(zhì)量與大小

冥王星的直徑為2376.6±3.2 千米，其質(zhì)量為（1.303±0.003）×10kg，是月球的17.7％（地球的0.22％）。其表面積為1.779×10?km，與俄羅斯面積大致相同。它的表面重力為0.063 g（地球?yàn)? g，月亮為0.17 g）。由于冥王星太暗太小，發(fā)現(xiàn)后很長(zhǎng)時(shí)間不能確定它的大小。最早估計(jì)它的直徑是6600千米，1949年改為10000千米。1950年杰拉德·柯伊伯用新建的5米望遠(yuǎn)鏡將其直徑修正為6000千米。1965年杰拉德·柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直徑的上限為5500千米。1977年發(fā)現(xiàn)冥王星表面存在冰凍甲烷，按其反照率測(cè)算，冥王星的直徑縮小到2700千米。

冥王星

冥王星大小的確定因其大氣??和碳?xì)浠衔锉§F??而變得復(fù)雜。 2014年3月，Lellouch，de Bergh等人發(fā)表的論文發(fā)現(xiàn)了冥王星大氣中甲烷混合比，因此得出冥王星直徑大于2360千米的結(jié)論，“最佳猜測(cè)”值為2368千米。???2015年7月13日，來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的新視野號(hào)遠(yuǎn)程偵察成像儀（LORRI）的圖像以及其他儀器的數(shù)據(jù)確定了冥王星的直徑為2370千米（1,470英里）。????7月24日更新為2372千米（1,474英里），后來(lái)又更新為2374±8千米。根據(jù)新視野號(hào)無(wú)線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置（REX）的無(wú)線電掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果為直徑為2376.6±3.2千米。

大氣

冥王星擁有由氮?dú)猓∟2），甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）組成的薄弱大氣，

冥王星

右側(cè)為冥王星X波段照片，可能因其大氣與太陽(yáng)風(fēng)的作用

新視野號(hào)的觀測(cè)表明，大氣中氮?dú)獾囊莩隽勘阮A(yù)期的少10,000倍。艾倫·斯特恩（Alan Stern）爭(zhēng)辯說(shuō)，即使冥王星的表面溫度略有升高，也可能導(dǎo)致冥王星的大氣密度呈指數(shù)增長(zhǎng)。從18 hPa到280 hPa（百帕，從火星的三倍到地球的四分之一）。在這樣的大氣密度下，氮?dú)鈺?huì)以液體形式流過(guò)整個(gè)表面。就像汗水從皮膚上蒸發(fā)時(shí)會(huì)冷卻身體一樣，冥王星的大氣升華也會(huì)使其表面冷卻。大氣氣體的存在可以追溯至1670千米高度，沒(méi)有明確的上邊界。

冥王星大氣中甲烷（一種強(qiáng)大的溫室氣體）的存在會(huì)引起溫度反轉(zhuǎn)，其大氣的平均溫度比其表面高幾十度，盡管新視野號(hào)的觀測(cè)表明冥王星的高層大氣要冷得多（70 K，而不是大約100 K）。冥王星的大氣層被分成大約20個(gè)規(guī)則間隔的薄霧層，最高可達(dá)150千米，這被認(rèn)為是冥王山脈上的氣流產(chǎn)生壓力波的結(jié)果。

冥王星

2015年7月，新視野號(hào)探測(cè)器陸續(xù)發(fā)送冥王星冰山、冰塊、隕坑，甚至積雪的圖像，顯示冥王星有存在云層的證據(jù)。左側(cè)圖片顯示斯普特尼克平原東南部上空有一道非常明亮的低空煙霧，圖片右側(cè)Krun Macula區(qū)域陽(yáng)光照射表面存在一個(gè)離散模糊云層，但是新視野號(hào)研究團(tuán)隊(duì)無(wú)法證實(shí)云層的真實(shí)存在。約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人稱，研究小組認(rèn)為這是冥王星大氣層存在的證據(jù)，其中包括復(fù)雜的霧霾，科學(xué)家繼續(xù)分析和討論輸入數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)研究產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)——是否冥王星應(yīng)當(dāng)恢復(fù)行星地位。如果冥王星存在云層，則意味著它存在著一個(gè)活躍的表面物質(zhì)循環(huán)，像地球的水循環(huán)或者土衛(wèi)六的甲烷循環(huán)。這項(xiàng)研究產(chǎn)生了關(guān)于冥王星表面和大氣層的新疑問(wèn)，英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)主席馬丁·巴斯托（Martin Barstow）教授說(shuō)：“這是新視野號(hào)探測(cè)器飛越冥王星時(shí)令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，雖然我認(rèn)為需要一些時(shí)間來(lái)理解我們所觀測(cè)到的信息。

星體特征

冥王星是太陽(yáng)系中第二個(gè)反差極大的天體（次于土衛(wèi)八）。探索這些差異的起因是計(jì)劃中的冥王星特快計(jì)劃中首要目標(biāo)之一。冥王星的軌道十分地反常，有時(shí)候比海王星離太陽(yáng)更近（從1979年1月開(kāi)始持續(xù)到1999年2月）。冥王星與海王星的共同運(yùn)動(dòng)比為3:2，即冥王星的公轉(zhuǎn)周期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠(yuǎn)離于其他行星。因此盡管冥王星的軌道好像要穿越海王星的軌道，實(shí)際上并沒(méi)有。所以他們永遠(yuǎn)也不會(huì)碰撞。

冥王星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一個(gè)周期大約需要248年，它的橢圓形軌道位于太陽(yáng)系中被稱為柯伊伯帶的區(qū)域。冥王星的橢圓形軌道意味著，當(dāng)它處于較近位置時(shí)，距離太陽(yáng)大約44億公里，而在最遠(yuǎn)位置時(shí)，距離太陽(yáng)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。

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(wèi)一一樣是由70%巖石和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，冥王星表面黑暗部分的組成還不知道，但可能是一些基本的有機(jī)物質(zhì)（如托林等）或是由宇宙射線引發(fā)的光化學(xué)反應(yīng)。

有關(guān)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(qiáng)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(diǎn)時(shí)才是氣體；在其余的冥王星的年份中，大氣層的氣體凝華成固體。靠近近日點(diǎn)時(shí)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(wèi)一上去。冥王星特快任務(wù)的計(jì)劃人想在大氣滑凝固時(shí)到達(dá)冥王星。

冥王星和海王星的不尋常的運(yùn)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(guān)系。有人曾認(rèn)為冥王星過(guò)去是海王星的一顆衛(wèi)星，但是認(rèn)為并不是這樣。一個(gè)更為普遍的學(xué)說(shuō)認(rèn)為海衛(wèi)一原本與冥王星一樣，自由地運(yùn)行在環(huán)繞太陽(yáng)的獨(dú)立軌道上，后來(lái)被海王星吸引過(guò)去了。海衛(wèi)一，冥王星和冥衛(wèi)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(jìn)了Oort奧爾特云（Kuiper柯伊伯帶外的物質(zhì)）。冥衛(wèi)一可能是像地球與月球一樣，是冥王星與另外一個(gè)天體碰撞的產(chǎn)物。

2009年有科學(xué)家確定，冥王星的大氣比以前認(rèn)為的相對(duì)更加溫暖，但對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，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(dá)約零下220攝氏度。

有趣的是，在冥王星表面有一個(gè)心形區(qū)域，被稱為“冥王之心”，在2015年7月15日，美國(guó)航天局“新地平線”任務(wù)團(tuán)隊(duì)宣布以冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德·威廉·湯博將其命名為“湯博區(qū)”^[1]，而在這片心形區(qū)域中，新地平線號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了冰原。^[2]這片冰原以人類發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星的名字“斯普特尼克”來(lái)命名。^[1]

2015年9月新視野號(hào)傳回冥王星最新照：隕石坑環(huán)繞巨大冰原。

行星之辯

冥王星自1930年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，長(zhǎng)期被列入太陽(yáng)系九大行星之列。但是從2000年起，在太陽(yáng)系邊緣、海王星外側(cè)的柯伊伯帶中不斷發(fā)現(xiàn)新天體，其個(gè)頭越來(lái)越大，特別是2005年發(fā)現(xiàn)的鬩神星，當(dāng)時(shí)被認(rèn)為比冥王星更大，因?yàn)楫?dāng)時(shí)估測(cè)的冥王星直徑只有約2300公里。

近千年來(lái)，人們一直認(rèn)為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽(yáng)系中的標(biāo)準(zhǔn)行星。19世紀(jì)后，天文學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了天王星、海王星和冥王星，使太陽(yáng)系的“行星”變成了9顆。此后，“九大行星”成為家喻戶曉的說(shuō)法。

自從80多年前被發(fā)現(xiàn)的那天起，冥王星便與“爭(zhēng)議”二字聯(lián)系在了一起。一是由于其發(fā)現(xiàn)的過(guò)程是基于一個(gè)錯(cuò)誤的理論；二是由于當(dāng)初將其質(zhì)量估算錯(cuò)了，誤將其納入到了大行星的行列。不過(guò)，新的天文發(fā)現(xiàn)不斷使“九大行星”的傳統(tǒng)觀念受到質(zhì)疑。天文學(xué)家先后發(fā)現(xiàn)冥王星與太陽(yáng)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，屬于太陽(yáng)系外圍的柯伊伯帶，這個(gè)區(qū)域一直是太陽(yáng)系小行星和彗星誕生的地方。^[3]

1930年美國(guó)天文學(xué)家湯博發(fā)現(xiàn)冥王星，當(dāng)時(shí)錯(cuò)估了冥王星的質(zhì)量，以為冥王星比地球還大，所以命名為大行星。然而，經(jīng)過(guò)近30年的進(jìn)一步觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)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(rèn)，“冥王星是大行星”早已被寫入教科書，以后也就將錯(cuò)就錯(cuò)了。

1998年，曾有建議把冥王星剔除太陽(yáng)系行星之列，但當(dāng)年國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）否決。

2006年8月24日下午，在第26屆國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)通過(guò)決議，由天文學(xué)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(guó)際小行星中心把已知或即將成為矮行星的天體賦與編號(hào)，冥王星編號(hào)為小行星134340號(hào)。

2008年，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)再次將冥王星劃為類冥天體的原型，為矮行星項(xiàng)下的子分類。

2015年，“新視野”號(hào)首次飛掠冥王星，經(jīng)此次近距離重新測(cè)量冥王星直徑確定為2370km。

除名內(nèi)幕

不過(guò)科學(xué)家明確表態(tài)，重回行星家族是不可能的，因?yàn)橼ね跣歉静皇切行?。那么這個(gè)冥王星到底有什么特殊呢，又為什么被除名?

1、冥王星非常?。涸S多人認(rèn)為冥王星體積非常小，像普通的小行星一樣，事實(shí)上這顆矮行星直徑2360公里，是月球直徑的三分之二，木衛(wèi)二直徑的四分之三。冥王星最大的衛(wèi)星冥衛(wèi)一直徑大約1207公里。

2、冥王星曾是海王星的“衛(wèi)星”：1965年，研究人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)軌道共振——冥王星和海王星之間軌道存在一個(gè)最佳引力點(diǎn)，這個(gè)軌道共振能夠避免兩顆星球過(guò)于彼此接近。

3、冥王星是一顆冰冷星球：冥王星表面覆蓋著大量冰層，其中包括冰凍氮和甲烷，但是冥王星密度整體上是冰水的兩倍，這顆矮行星質(zhì)量是由三分之二巖石和三分之一冰水構(gòu)成，因此，冥王星精確地講是一顆帶有冰殼的巖石星球。

4、冥王星總是處于“黑暗”：冥王星運(yùn)行軌道距離太陽(yáng)大約48億公里，因此許多人猜測(cè)這顆星球表面一直處于黑暗。美國(guó)科羅拉多州西南研究所“新視野號(hào)”探測(cè)器項(xiàng)目負(fù)責(zé)人阿蘭-斯特恩(Alan Stern)說(shuō)：“情況并非如此，即使在中午照射至冥王星的陽(yáng)光也低于人們的預(yù)期，它可能像地球非常陰暗的天氣或者黃昏落薄暮。”

5、冥王星缺少空氣：上世紀(jì)80年代，研究人員發(fā)現(xiàn)冥王星存在大氣層，主要包含氮?dú)猓拖竦厍虼髿鈱右粯?。但是冥王星的空氣還包含一氧化碳和甲烷，比地球大氣層更稀薄，更多地延伸至太空環(huán)境。

6、冥王星的軌道太扁：冥王星的軌道呈橢圓狀，與太陽(yáng)的最近距離是44.3億公里，最遠(yuǎn)距離是73.1億公里。這顆矮行星軌道相對(duì)于黃道(地球環(huán)繞太陽(yáng)的軌道平面)的傾角為17度，此外，冥王星軌道參數(shù)與其它8顆太陽(yáng)系行星完全不同。

星體運(yùn)動(dòng)

冥王星在發(fā)現(xiàn)之初曾被認(rèn)為是一顆位于海王星軌道外的行星，但后來(lái)的事實(shí)證明并非完全如此。譬如，在1979年1月21日～1999年3月14日這段時(shí)間，冥王星就比海王星更靠近太陽(yáng)。這是由于冥王星軌道的偏心率、軌道面對(duì)黃道面的傾角都比其它行星大。冥王星在近日點(diǎn)附近時(shí)比海王星離太陽(yáng)還近，這時(shí)海王星成了離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星。每隔一段時(shí)間，冥王星和海王星會(huì)彼此接近，在黃道投影圖上兩顆行星的軌道交叉。但不必?fù)?dān)心它們會(huì)碰撞，因?yàn)樗鼈兊能壍榔矫娌⒉恢睾?，即使在交叉點(diǎn)附近，它們之間的距離仍然是很大的。它們會(huì)像運(yùn)行于立體交叉公路上的車輛一樣，各自飛馳而過(guò)。1978年7月，美國(guó)海軍天文臺(tái)的克里斯蒂在研究冥王星的照片時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)冥王星小小的圓面略有拉長(zhǎng)。他把1970年以來(lái)所有的冥王星照片都找出來(lái)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象是有規(guī)律地出現(xiàn)的，于是他斷定冥王星有一顆衛(wèi)星。由于冥王星離我們實(shí)在太遠(yuǎn)了，以致在大望遠(yuǎn)鏡里也不能把冥王星和它的衛(wèi)星分開(kāi)。這好比氣象站的風(fēng)速計(jì)，一根橫桿連著兩個(gè)圓球，在疾風(fēng)中旋轉(zhuǎn)。從遠(yuǎn)處看去，兩個(gè)圓球融成一體，只能察覺(jué)出它時(shí)圓時(shí)扁的變化。冥王星的衛(wèi)星被命名為卡戎(Charon)。在希臘神話中卡戎是普魯托的一個(gè)役卒，專在冥海上渡亡靈?？ㄈ值墓D(zhuǎn)周期與冥王星的自轉(zhuǎn)周期一樣都是6.39日。

平均半徑：5.91352×10? km(39.956天文單位)

偏心率：0.24901 公轉(zhuǎn)周期248年197天5.5小時(shí)

會(huì)合周期：366.74天

平均軌道速度：4.7490 km/s

軌道傾角：17.1449°

近日點(diǎn)：4,436,824,613 千米（29.658 340 67天文單位）

遠(yuǎn)日點(diǎn)：7,375,927,931 千米（49.305 032 87 天文單位）

公轉(zhuǎn)周期：248年

表面積：1700萬(wàn)平方千米

軸傾角：119.61°

星體反照率：0.3

表面溫度：一般為44K，最低33K，最高55K

冥王星是繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)的，所以從地球上看，也會(huì)逆行。

冥王星公轉(zhuǎn)一圈要花90465個(gè)地球天，或者247.68個(gè)地球年。自人類發(fā)現(xiàn)冥王星以來(lái)，它才轉(zhuǎn)了三分之一圈。因?yàn)樗?，所以不管占星術(shù)怎么說(shuō)“冥王星是最不可被預(yù)知的行星”，天文學(xué)上冥逆其實(shí)是最容易預(yù)知的了：每年逆一次，每次逆半年。

氣壓：0-0.01 kPa

氮：90%

甲烷：10%

冥王星的軌道周期是248地球年。它的軌道特 征明顯的與其它行星不一樣，遵循接近圓形軌道，只有很窄部分靠近被稱為黃道的其它行星運(yùn)行平面。相較之下，冥王星的軌道是高度傾斜的（超過(guò)17°），并且有著高離心率（橢圓形）。這樣高的離心率意味著在某些區(qū)域，冥王星會(huì)比海王星更靠近太陽(yáng)。在1989年9月5日，冥王星-卡戎的質(zhì)心來(lái)到近日點(diǎn)，而在1979年2月7日至1999年2月11日之間比海王星更靠近太陽(yáng)。在這段時(shí)間，冥王星和海王星最接近的距離是27.960天文單位。

就長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，冥王星的軌道其實(shí)是混沌的。盡管電腦模擬可以預(yù)測(cè)數(shù)百萬(wàn)年的位置（在時(shí)間上向前和向后），但超過(guò)李雅普諾夫時(shí)間，長(zhǎng)達(dá)一千萬(wàn)至二千萬(wàn)年的計(jì)算是不切實(shí)際的：冥王星有著極難預(yù)測(cè)的因素，在太陽(yáng)系中對(duì)微小細(xì)節(jié)也很敏感的不可測(cè)量性，會(huì)逐漸破壞它的軌道。迄今開(kāi)始的數(shù)百萬(wàn)年，冥王星可能在遠(yuǎn)日點(diǎn)、近日點(diǎn)，或任何的地點(diǎn)上，而我們是無(wú)從預(yù)測(cè)的。但這并非意味著冥王星本身的軌道是不穩(wěn)定的，只是以它如今在軌道上的位置，不可能事先預(yù)知和確定未來(lái)的位置。一些共振和其它的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)維系著冥王星軌道的穩(wěn)定，得以在行星的碰撞或散射中獲得安全。

由于冥王星太暗太小，發(fā)現(xiàn)后很長(zhǎng)時(shí)間不 能確定它的大小。

最早估計(jì)它的直徑是6600千米，1949年改為10000千米。

1950年柯伊伯用新建的5米望遠(yuǎn)鏡將其修正為6000千米

1965年柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直徑的上限為5500千米。

1977年發(fā)現(xiàn)冥王星表面是冰凍的甲烷，按其反照率測(cè)算，冥王星的直徑縮小到2700千米。

1980年用夏威夷莫納克亞山上的3.6米紅外望遠(yuǎn)鏡測(cè)出的冥王星直徑在2600～4000千米之間，一些天文學(xué)家觀測(cè)指出，冥王星的直徑約為2400千米，比月球（3475千米）還小，而卡戎直徑為1180千米，它與冥王星直徑之比是2:1，是九大行星中行星與衛(wèi)星直徑之比最小的。所以，有人說(shuō)冥王星和它的衛(wèi)星更像一個(gè)雙行星系統(tǒng)。

2015年7月14日，新地平線號(hào)探測(cè)器飛掠冥王星，并測(cè)得冥王星直徑約2370km，誤差值為上下20公里，這一數(shù)據(jù)略大于鬩神星，使得冥王星再一次成為矮行星之王。

冥王星“消失”之謎示意圖

1980年，兩位天文學(xué)家發(fā)了一篇半開(kāi)玩笑的文章，說(shuō)照此下去，到了1984年冥王星就要消失了。但還沒(méi)完，他們根據(jù)過(guò)去的觀測(cè)擬合出了一條余弦曲線，余弦是個(gè)周期函數(shù)，這意味著它會(huì)在2256年重新出現(xiàn)，2392年會(huì)變成12個(gè)地球大！

起源

冥王星

冥王星是最大的柯伊伯帶天體。海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一，稍大于冥王星，在地質(zhì)和大氣上都與它相似，被認(rèn)為是海王星捕獲的柯伊伯帶天體。鬩神星也與冥王星不相上下，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是柯伊伯帶的成員，一般被視為離散盤天體的成員。冥王星等大量柯伊伯帶天體與海王星處于2：3的軌道共振中。因冥王星最先被發(fā)現(xiàn)，具有這種軌道共振的柯伊伯帶天體稱為“類冥天體”（plutinos）。

與柯伊伯帶的其他成員一樣，冥王星被認(rèn)為是行星形成后剩余的微行星（Planetesimal）。這些微小天體屬于太陽(yáng)周圍的原行星盤的一部分，但未能完全融合成一個(gè)完整的行星。大多數(shù)天文學(xué)家都認(rèn)為冥王星處于當(dāng)前位置，是由于海王星在太陽(yáng)系形成初期突然發(fā)生行星遷移所致。當(dāng)海王星向外遷移時(shí)，靠近原始柯伊伯帶中的天體，俘獲其中的一個(gè)繞其旋轉(zhuǎn)（海衛(wèi)一），將部分天體鎖定為共振狀態(tài)，并將其他天體推入混沌軌道。離散盤是一個(gè)與柯伊伯帶重疊的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定區(qū)域，離散盤天體被認(rèn)為是通過(guò)與海王星遷移的共振相互作用而被推至當(dāng)前位置的。??2004年，位于法國(guó)尼斯的蔚藍(lán)海岸天文臺(tái)的亞歷山德羅·莫比德利（Alessandro Morbidelli）創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，海王星向柯伊伯帶的遷移可能是由木星與土星之間的1：2共振形成觸發(fā)的。引力推動(dòng)天王星和海王星進(jìn)入更高的軌道，并導(dǎo)致它們互換軌道位置，最終使海王星到太陽(yáng)的距離增加了一倍。由此產(chǎn)生的物體從原始柯伊伯帶被逐出，也可以解釋太陽(yáng)系形成六億年后的后期重轟炸期和木星特洛伊小行星的起源。在海王星遷移之前，冥王星在一個(gè)離太陽(yáng)大約33天文單位的近圓形軌道上運(yùn)行，之后海王星遷移干擾了冥王星的初始軌道并將其共振捕獲。尼斯模型計(jì)算時(shí)需要在原始微行星盤中包含約1000個(gè)冥王星大小的天體，其中包括海衛(wèi)一和鬩神星。

衛(wèi)星系統(tǒng)

冥王星有五個(gè)已知的天然衛(wèi)星：1978年詹姆斯·克里斯蒂發(fā)現(xiàn)的冥衛(wèi)一、2005年發(fā)現(xiàn)的冥衛(wèi)二和冥衛(wèi)三、2011年發(fā)現(xiàn)的冥衛(wèi)四、2012年發(fā)現(xiàn)的冥衛(wèi)五。冥王星的衛(wèi)星軌道都為圓形（離心率小于0.006）、與冥王星赤道共面（傾角小于1°）。

冥王星的衛(wèi)星與冥王星軌道平面的夾角為120°。冥王星系統(tǒng)非常緊湊，五顆衛(wèi)星都處于穩(wěn)定順行軌道可能存在區(qū)域中最靠?jī)?nèi)的部分。冥王星-冥衛(wèi)一系統(tǒng)的質(zhì)心在冥王星外。剩下的四顆衛(wèi)星都位于冥衛(wèi)一軌道外。

冥王星衛(wèi)星的軌道都處于或接近軌道共振。冥衛(wèi)二、冥衛(wèi)三、冥衛(wèi)五的軌道周期比例在計(jì)入進(jìn)動(dòng)作用后為18：22：33。冥衛(wèi)一、冥衛(wèi)二、冥衛(wèi)三、冥衛(wèi)四、冥衛(wèi)五的軌道周期之比也接近——1：3：4：5：6。

冥王星-冥衛(wèi)一系統(tǒng)的質(zhì)心在中心星體外，此類系統(tǒng)在太陽(yáng)系內(nèi)部不多。一些天文學(xué)家據(jù)此將冥王星-冥衛(wèi)一系統(tǒng)稱為雙矮行星。冥王星與冥衛(wèi)一相互潮汐鎖定。兩天體沿質(zhì)心公轉(zhuǎn)的周期與各自自轉(zhuǎn)周期相同。2007年雙子星天文臺(tái)在冥衛(wèi)一表面觀察到氨水和水的晶體，暗示了活躍冰火山的存在。

一般認(rèn)為冥王星的衛(wèi)星由太陽(yáng)系早期冥王星與較小天體碰撞產(chǎn)生的碎片聚集而成。然而冥衛(wèi)四的反照度比其他衛(wèi)星都低，無(wú)法用撞擊說(shuō)解釋。

2007年，雙子星天文臺(tái)觀察到冥衛(wèi)一表面有氨水合物和水晶體的斑塊，表明存在活躍的低溫間歇泉。據(jù)推測(cè)，在太陽(yáng)系歷史早期，冥王星與類似大小的天體碰撞形成了冥王星的衛(wèi)星。碰撞釋放了大量物質(zhì)，這些物質(zhì)聚集形成冥王星周圍的衛(wèi)星。

研究探測(cè)

1930年，美國(guó)天文學(xué)家湯博發(fā)現(xiàn)冥王星，當(dāng)時(shí)錯(cuò)估了質(zhì)量，以為冥王星比地球還大，于是命名為大行星。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的大天體。比如，美國(guó)天文學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)的“2003UB313”，就是一個(gè)直徑和質(zhì)量都超過(guò)冥王星的天體。

進(jìn)入21世紀(jì)，天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的改進(jìn)，使人們能夠進(jìn)一步對(duì)海王星外天體（trans-Neptunian objects）有更深了解。

2002年，被命名為50000 Quaoar（夸歐爾）的小行星被發(fā)現(xiàn)，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的小行星的直徑（1280公里）要長(zhǎng)于冥王星的直徑的一半。

2004年，被命名為90377 Sedna（塞德娜）的小行星的最大直徑也達(dá)到了1800公里，而冥王星的直徑也只不過(guò)2320公里左右。就連冥王星的顯著特征——它的衛(wèi)星和大氣，也并不是唯一的，海王星外天體帶中的一些小行星也有自己的衛(wèi)星。

2005年7月9日，新發(fā)現(xiàn)了鬩神星（厄里斯），是一個(gè)已知最大的屬于柯伊伯帶及海王星外天體的矮行星，因觀測(cè)估算比冥王星大，在公布發(fā)現(xiàn)時(shí)曾被其發(fā)現(xiàn)者和NASA等組織稱為“第十大行星”。并曾被傳為第十大行星“齊娜”。鬩神星的發(fā)現(xiàn)更使國(guó)際天文學(xué)同盟會(huì)覺(jué)得冥王星應(yīng)該歸入矮行星。

2006年1月17日，美國(guó)國(guó)家航空暨太空總署發(fā)射無(wú)人探測(cè)船“新地平線號(hào)”。對(duì)冥王星及柯伊伯帶進(jìn)行探索任務(wù)。

2009年3月，美國(guó)伊利諾斯州議會(huì)曾經(jīng)專門就重新恢復(fù)冥王星行星資格的議案進(jìn)行表決，以表示對(duì)伊利諾斯人、冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德-湯博的紀(jì)念。克萊德-湯博于1930年3月13日發(fā)現(xiàn)了這顆冰質(zhì)天體。其實(shí)，關(guān)于冥王星地位的爭(zhēng)議就一直沒(méi)有停止過(guò)。

2010年2月4日，美國(guó)航天局公布了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡2002年到2003年間拍攝的部分冥王星圖像。天文學(xué)家對(duì)這批圖像進(jìn)行分析后認(rèn)為，冥王星正逐漸變紅，這有可能是冥王星上受日光照射一極的冰融化而在另一極重新凍結(jié)造成的，顯示表面季節(jié)急速變化。

2015年4月29日，美國(guó)國(guó)家航空暨太空總署的“新地平線”號(hào)宇宙飛船捕捉到當(dāng)時(shí)最清晰的冥王星影像，照片可以觀察到星球表面特征，其中包括疑似極區(qū)冰帽。

2015年7月14日，美國(guó)宇航局的新地平線號(hào)探測(cè)器飛越冥王星，測(cè)得冥王星直徑約2370km，其衛(wèi)星卡戎直徑約1208km。通過(guò)這次探測(cè)得知冥王星比之前預(yù)想的稍大一些，這也標(biāo)志著人類首次冥王星飛掠探測(cè)任務(wù)成功。

2015年9月18號(hào)，美國(guó)宇航局（NASA）公布冥王星新圖，從圖片中可以非常清晰以第一顆人造衛(wèi)星命名的“史潑尼克平原”（SputnikPlanum）、諾蓋山脈(NorgayMontes)和希拉里山脈。

2016年2月4日，美國(guó)國(guó)家航空航天局表示，透過(guò)“新視野號(hào)”太 空船所傳回的照片和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，科學(xué)家們已證實(shí)冥王星上存在冰山，不僅橫跨距離達(dá)幾公里，還穿越了尚未正式命名的“Sputnik Planum”冰冷平原地區(qū)，整體面積占到人類熟悉的巨大“心形”陰影部分的一半左右。

2015年飛越冥王星與其最大衛(wèi)星卡戎（Charon）時(shí)，拍下了一組珍貴照片，科學(xué)家研究這批照片，認(rèn)為卡戎很可能曾經(jīng)有過(guò)地下海洋，不過(guò)已經(jīng)結(jié)冰。

研究發(fā)現(xiàn)

冥王星低溫火山曝光

2016年1月17日，美國(guó)宇航局稱，“新視野”號(hào)太空探測(cè)器拍到了冥王星上可能存在的兩座低溫火山中的一座火山的高清圖像。

2015年7月，探測(cè)器從距離冥王星4.8萬(wàn)公里的地方拍攝的，疑似低溫火山的高度為4000米，直徑達(dá)到150公里。

冥王星上發(fā)現(xiàn)“雪山”

2016年3月4日，冥王星上一些高山的頂部就像地球一樣，也覆蓋著皚皚“白雪”，這是美國(guó)航天局“新視野”號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在冥王星一塊被非正式命名為“克蘇魯”的深色區(qū)域中，有一條長(zhǎng)約420公里的山脈，山頂被“有著異星情調(diào)的冰雪”覆蓋。

科學(xué)家認(rèn)為，這些冰雪的主要成分是冥王星大氣中的甲烷，冷凝后降到山頂上?！靶乱曇啊碧?hào)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)科學(xué)家約翰·斯坦斯伯里在一份聲明中說(shuō)，這種物質(zhì)只覆蓋在山峰頂部，這意味著甲烷就像地球大氣中的水那樣，會(huì)在高緯度凝結(jié)成“冰雪”。

冥王星存在云層

據(jù)英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道，自2005年美國(guó)宇航局“新視野號(hào)”探測(cè)器首次抵達(dá)冥王星，2015年7月，該探測(cè)器再次接近冥王星軌道。新視野號(hào)探測(cè)器陸續(xù)發(fā)送冥王星冰山、冰塊、隕坑，甚至積雪的圖像，近期，最新圖片顯示冥王星有存在云層的證據(jù)。

這項(xiàng)研究產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)——是否冥王星應(yīng)當(dāng)恢復(fù)行星地位？但是物理學(xué)家表示，這是不太可能的。美國(guó)科羅拉多州西南研究院的約翰-斯賓塞(John Spencer)指出，這些云層似乎從冥王星表面“脫穎而出”。

該圖片左側(cè)斯普特尼克平原東南部上空有一道非常明亮的低空煙霧，圖片右側(cè)Krun Macula區(qū)域陽(yáng)光照射表面存在一個(gè)離散模糊云層，但是新視野號(hào)研究小組無(wú)法證實(shí)云層的真實(shí)存在。約翰-霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室發(fā) 言人稱，研究小組認(rèn)為這是冥王星大氣層存在的證據(jù)，其中包括復(fù)雜的陰霾，科學(xué)家繼續(xù)分析和討論輸入數(shù)據(jù)，這將作為規(guī)范科學(xué)進(jìn)程的一部分。

如果冥王星存在云層，則意味著它存在著一個(gè)活躍周期，像地球水循環(huán)或者土衛(wèi)六甲烷循環(huán)。這項(xiàng)研究產(chǎn)生了關(guān)于冥王星表面和大氣層的新疑問(wèn)，英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)主席馬丁-巴斯托(Martin Barstow)教授說(shuō)：“這是新視野號(hào)探測(cè)器飛越冥王星時(shí)令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，雖然我認(rèn)為需要一些時(shí)間來(lái)理解我們所觀測(cè)到的信息?！?/p>

與地球相比，冥王星大氣層更稀薄，因此是否有云層存在較大的不確定性。巴斯托說(shuō)：“地球大氣云層是大氣層中懸浮水滴形成的，我們可能看到一個(gè)類似效應(yīng)，但不一定是水，尤其當(dāng)溫度非常低時(shí)，或者表面釋放物質(zhì)形成云層，因此我們看到的區(qū)域存在更多氣體，看上去比周圍區(qū)域更加不透明?！?/p>

但是物理學(xué)家強(qiáng)調(diào)稱，即使冥王星存在某種類型的活躍周期，它并不會(huì)恢復(fù)行星身份。據(jù)悉，2006年，冥王星失去了行星身份。巴斯托指出，太陽(yáng)系其它星球也存在著活躍周期，例如：土衛(wèi)六(土星最大的衛(wèi)星)，我并不認(rèn)為這項(xiàng)最新研究會(huì)成為恢復(fù)冥王星行星身份的有力證據(jù)。^[4]

冥王星存在地下深海

2020年3月30日，據(jù)美國(guó)《新聞周刊》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，美科學(xué)家對(duì)其國(guó)家航空航天局（NASA）的“新視野”號(hào)傳回圖像進(jìn)行分析后得出結(jié)論，冥王星表面下潛藏的海洋或許與冥王星自身一樣古老，且厚達(dá)150公里以上。這一研究表明，液態(tài)水在太陽(yáng)系邊緣可能很常見(jiàn)。^[5]

冥王星及其衛(wèi)星系統(tǒng)最重要的十項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)

1、冥王星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的復(fù)雜性大大超出了天文學(xué)家之前的預(yù)測(cè)。

2、冥王星地表活動(dòng)的劇烈程度，以及某些地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)成年代之新，令科學(xué)家震驚。

3、冥王星的大氣結(jié)構(gòu)比預(yù)想的更低更朦朧，其逃逸比率和之前預(yù)測(cè)的模型都不一樣。

4、卡戎赤道地區(qū)存在明顯外延地質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯示在遠(yuǎn)古時(shí)期，這里有可能存在過(guò)冰海洋。新視野號(hào)傳回的其他證據(jù)顯示冥王星地表之下有可能存在內(nèi)部海洋。

5、冥王星的衛(wèi)星中，能夠由隕石坑確定年齡的那些均是同時(shí)誕生的，這驗(yàn)證了科學(xué)家的一個(gè)設(shè)想：這些衛(wèi)星是在遠(yuǎn)古時(shí)期由冥王星和另一顆柯伊伯帶天體發(fā)生的一次猛烈撞擊中形成的。

6、卡戎擁有一個(gè)陰暗紅色的北極，這在太陽(yáng)系其他已知天體中從未出現(xiàn)，科學(xué)家猜測(cè)這是從冥王星逃逸的大氣物質(zhì)重新聚集在卡戎地表形成的。

7、“冥王星之心”所在的史波尼克平原由氮冰強(qiáng)烈對(duì)流形成，寬達(dá)1000公里，這也是太陽(yáng)系中已知最大的冰川結(jié)構(gòu)。

8、“新視野”號(hào)證據(jù)顯示，冥王星的大氣存在巨大的壓力差，這意味著在冥王星表面可能曾有過(guò)液體揮發(fā)現(xiàn)象，我們只在地球、火星和土衛(wèi)六“泰坦”幾顆太陽(yáng)系星球上觀測(cè)到這個(gè)現(xiàn)象。

9、“新視野”號(hào)的拜訪大大豐富了科學(xué)家們關(guān)于冥王星其它幾顆小衛(wèi)星的認(rèn)識(shí)。

10、冥王星的大氣是藍(lán)色的。

“難以置信，僅僅在一年之前，我們對(duì)冥王星系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)竟是如此之少，”“新視野”號(hào)任務(wù)科學(xué)家赫·韋弗介紹說(shuō)，“然而今天，我們認(rèn)識(shí)到冥王星竟然是如此的特別，它推翻了我們之前的種種設(shè)想。更讓人激動(dòng)的是，它還在持續(xù)不斷給我們帶來(lái)驚喜的發(fā)現(xiàn)。”^[6]

觀測(cè)與探測(cè)

冥王星與地球的距離過(guò)于遙遠(yuǎn)，使其難以被深入研究和探索。 2015年7月14日，NASA的新視野號(hào)太空探測(cè)器飛越了冥王星系統(tǒng)，提供了許多信息。

冥王星的視星等平均為15.1，在近日點(diǎn)增亮至13.65。要想看到它，需要大約30厘米（12英寸）口徑的望遠(yuǎn)鏡。冥王星看起來(lái)像星星，即使在大型望遠(yuǎn)鏡中也看不到圓盤，它的角直徑只有0.11秒。冥王星最早的地圖是1980年代后期制作的，在冥衛(wèi)一對(duì)其近距離掩食期間，通過(guò)對(duì)冥王星-冥衛(wèi)一系統(tǒng)的總體平均亮度的變化進(jìn)行觀測(cè)。例如，掩蓋冥王星上表面的亮區(qū)比掩蓋暗區(qū)的總亮度變化更大。大量觀察結(jié)果數(shù)據(jù)交由計(jì)算機(jī)處理，創(chuàng)建亮度地圖。這種方法也可以跟蹤亮度隨時(shí)間的變化。更好的地圖是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（HST）拍攝的圖像生成的，有更高的分辨率并且顯示更多細(xì)節(jié)，亮度變化精確到數(shù)百千米范圍，包括極地地區(qū)和大的亮區(qū)。這些地圖是通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)處理生成的，通過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡提供的像素點(diǎn)找到了最合適的投影。直到2015年7月新視野號(hào)飛越冥王星系統(tǒng)之前，這些地圖仍然是冥王星最詳細(xì)的地圖，因?yàn)楣胀h(yuǎn)鏡上用于拍攝這些照片的兩個(gè)鏡頭已不再使用。

冥王星

新視野號(hào)飛船于2015年7月對(duì)冥王星進(jìn)行了飛掠觀測(cè)，這是首次也是僅有的一次直接探索冥王星的嘗試。新視野號(hào)于2006年發(fā)射，2006年9月下旬，在對(duì)其搭載的遠(yuǎn)程偵察成像儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)，拍攝了冥王星的第一張遙遠(yuǎn)圖像。這些圖像是從約42億千米的距離拍攝的，證實(shí)了該航天器能夠追蹤遠(yuǎn)距離目標(biāo)的能力，這對(duì)于向冥王星和其他柯伊伯帶天體的航行至關(guān)重要。 2007年初，飛船通過(guò)木星的引力彈弓效應(yīng)進(jìn)行加速。

冥王星

在經(jīng)過(guò)3462天的飛越太陽(yáng)系的旅行之后，新視野號(hào)于2015年7月14日完成對(duì)冥王星近距離的飛掠。對(duì)冥王星的科學(xué)觀測(cè)始于飛掠之前五個(gè)月，并且在飛掠之后持續(xù)了至少一個(gè)月。使用包括成像儀器和無(wú)線電測(cè)量工具在內(nèi)的遙感組件包進(jìn)行了觀察，也開(kāi)展了光譜分析及其他實(shí)驗(yàn)。新視野號(hào)的科學(xué)目標(biāo)是測(cè)量冥王星及冥衛(wèi)一的全球地質(zhì)和形態(tài)，繪制其表面組成，分析冥王星的中性大氣及其逃逸速率。在2016年10月25日，美國(guó)東部時(shí)間下午05:48，地面從新視野號(hào)收到了冥王星系統(tǒng)的最后數(shù)據(jù)（總共500億比特即6.25 GB數(shù)據(jù)）。

自新視野號(hào)飛掠冥王星以后，科學(xué)家一直倡導(dǎo)執(zhí)行一次新的軌道探測(cè)任務(wù)，發(fā)射新的軌道探測(cè)器到冥王星以實(shí)現(xiàn)新的科學(xué)目標(biāo)。其中包括以每像素9.1米的精度繪制表面，觀測(cè)冥王星的小衛(wèi)星，觀察冥王星自轉(zhuǎn)軸如何變化，以及繪制因軸向傾斜而長(zhǎng)期處于黑暗的區(qū)域的地形圖。最后一個(gè)目標(biāo)可以使用激光脈沖實(shí)現(xiàn)，生成冥王星的完整地形圖。新視野號(hào)首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern）提倡研制一種類似卡西尼號(hào)的軌道探測(cè)器，該軌道器將于2030年左右發(fā)射（發(fā)現(xiàn)冥王星100周年），到達(dá)冥王星系統(tǒng)后根據(jù)需要使用冥衛(wèi)一的引力來(lái)調(diào)整其軌道以實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)。在完成所有冥王星探測(cè)的科學(xué)目標(biāo)之后，軌道探測(cè)器可以利用冥衛(wèi)一的引力離開(kāi)冥王星系統(tǒng)，并研究更多的柯伊伯帶天體。由美國(guó)國(guó)家航空航天局創(chuàng)新先進(jìn)概念（NIAC）計(jì)劃資助的一項(xiàng)概念研究，該項(xiàng)目基于普林斯頓場(chǎng)反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的聚變反應(yīng)堆，包括冥王星軌道探測(cè)器和著陸器。

冥王星