冥王星 -太陽系中的一個天體

冥王星

太陽系中的一個天體
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冥王星(Pluto)于1930年2月18日由克萊德·湯博根據美國天文學家洛韋爾的計算發現。它曾經是太陽系九大行星之一,與太陽平均距離59億千米。直徑2300千米(小于月球),平均密度2.0克左右/立方釐米,質量1.290×10^22 千克。

公轉周期約248年,自轉周期6.387天。表面溫度在-220℃以下,表面可能有一層固態甲烷冰。 在2006年8月24日國際天文學聯合會大會上,以絕對多數通過決議5A-行星的定義,以237票對157票通過決議6A-冥王星級天體的定義冥王星從此被視為是太陽系的“矮行星”,不再被視為大行星。

美國國家航空航天局(NASA)發射的冥王星探測器新視野號,歷經9年多的長途跋涉,航程30億英裏,于台北時間2015年7月14日晚7:49分飛掠冥王星。

  • 中文名稱
    冥王星
  • 外文名稱
    Pluto
  • 別稱
    閻王星
  • 分類
    矮行星
  • 發現者
    克萊德·威廉·湯博
  • 發現時間
    1930年2月18日
  • 質量
    1.290×10^22 千克
  • 平均密度
    2.0克左右/立方釐米
  • 直徑
    2370千米 
  • 表面溫度
    -220℃以下
  • 逃逸速度
    100
  • 反照率
    50%~60%
  • 視星等
    14.19
  • 絕對星等
    38.15
  • 自轉周期
    6.387天
  • 公轉周期
    約248年
  • 軌道傾角
    17.1449° 
  • 升交點經度
    100
  • 大氣層構成
    甲烷、氮
  • 命名者
    威尼斯•伯妮
  • 已知衛星數量
    5

發現過程 

1894年,美國亞利桑那州的天文學家帕西瓦爾·羅威爾建造了以其名字命名的羅威爾天文台。他嘗試在那處搜尋一顆可能存在的新行星,一顆攝動海王星公轉的天體,稱之為“行星X”。羅威爾計算出了那顆行星的所在位置,然而在他有生之年卻未能找到這顆行星。

冥王星冥王星

1916年羅威爾去世後,天文學家克萊德·湯博繼續羅威爾天文台進行搜尋,把在同一天空、不同時間拍攝的照片底片,在背後燈光的照射下輪流先後顯示,就會看到所有的恆星都沒有變動,隻有被拍攝到的行星會有位置變化,這樣就能發現行星和小行星。

多次對冥王星的搜尋未能成功,原因是它比人們預計的要暗弱得多。在1919年,天文學家休姆遜曾以攝影方法紀錄到冥王星,但其中一張照片中的冥王星像在污點上,在另一張相片中冥王星則靠在明亮的恆星附近,結果沒有被發現。

1930年1月18日與23日,湯博在雙子座拍攝兩張照片,在這兩張照片上發現一個移動的小點,從而發現冥王星。他在同年2月18日公開這項發現。 

新地平線號探測器拍攝的卡戎與冥王星新地平線號探測器拍攝的卡戎與冥王星

2006年8月24日,該行星經在布拉格舉行的國際天文聯合會(IAU)的討論,從九大行星行列中排除,正式降格為矮行星,因為在太陽系邊緣發現了小行星帶,那裏許多小行星都比冥王星大。

2014年9月,美國的科學家們聚集到了哈佛·史密森天體物理中心,他們聽取了支持和反對恢復冥王星行星稱號的聲音,最後通過決議希望取消國際天文聯合會的決定。哈佛史密森天體物理中心是天文學界非常權威的機構,但是僅僅是美國科學家的一個願望不能讓冥王星重新成為“行星”。這需要在國際天文聯合會2015年舉行的會議上才能做出決定。

截止到2014年1月,已知冥王星有5顆衛星。冥王星的半徑還不是很清楚,JPL(Jet Propulsion Laboratory,噴氣推進實驗室)的數值1137千米被認為有±8的誤差幾乎近1%。盡管冥王星和冥衛一的總質量知道得很清楚(這可以通過對冥衛一運行軌道的周期及半徑精確測量和開普勒第三定律而確定),但是冥王星和冥衛一分別的質量卻很難確定。這是因為要分別求出質量,必須測得更為精確的有關冥王星與冥衛一系統運行時的質心才能確定測量出,但是它們太小而且離我們實在太遠,甚至哈勃太空望遠鏡對此也無能為力。這兩顆星質量比可能在0.084到0.157之間。更多的觀察正在進行,但是要得到真正精密的資料隻有送一艘太空飛行器去那裏。

冥王星表面冥王星表面

2015年7月14日19:49,“新視野”號探測器抵達冥王星,為人類探索冥王星邁出了新的一步。

星體特徵

軌道參數

平均半徑5.91352×10^9 km(39.956天文單位)

冥王星冥王星

偏心率0.24901 公轉周期248年197天5.5小時

會合周期366.74天

平均軌道速度4.7490 km/s

軌道傾角17.1449°

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

遠日點 7,375,927,931 千米(49.305 032 87 天文單位)

公轉一周:248年

物理特徵

赤道直徑2344 千米

表面積 1700萬平方千米

質量1.290×10^22 千克

平均密度 1.1 g/cm^3

表面重力加速度0.6 米/秒^2

自轉周期6天9小時17.6分

軸傾角119.61°

星體反照率0.30

逃逸速度1.22 km/s

表面溫度

最低 一般 最高

33K 44K 55K

大氣參數

氣壓0 - 0.01 kPa

氮90%

甲烷10%

衛星數量

目前已經發現了5顆

軌道和自轉

冥王星的軌道周期是248地球年。他的軌道特征明顯的與其它行星不一樣,遵循接近圓形軌道,隻有很窄部份靠近被稱為黃道的其它行星運行平面。相較之下,冥王星的軌道是高度傾斜的(超過17°),並且有著高離心率(橢圓形)。這樣高的離心率意味著在某些區域,冥王星會比海王星更靠近太陽。在1989年9月5日,冥王星-卡戎的質心來到近日點 ,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。在這段時間,冥王星和海王星最接近的距離是27.960天文單位。

就長遠來看,冥王星的軌道其實是混沌的。盡管電腦模擬可以預測數百萬年的位置(在時間上向前和向後),但超過李雅普諾夫時間,長達一千萬至二千萬年的計算是不切實際的: 冥王星有著極難預測的因素,在太陽系中對微小細節也很敏感的不可測量性,會逐漸破壞它的軌道。從現在開始的數百萬年,冥王星可能在遠日點、近日點,或任何的地點上,而我們是無從預測的。但這並非意味著冥王星本身的軌道是不穩定的,隻是以它如今在軌道上的位置,不可能事先預知和確定未來的位置。一些共振和其它的動力學效應維系著冥王星軌道的穩定,得以在行星的碰撞或散射中獲得安全

直徑

由于冥王星太暗太小,發現後很長時間不能確定它的大小。最早估計它的直徑是6600千米,1949年改為10000千米。1950年,柯伊伯用新增的5米望遠鏡將其修正為6000千米,1965年又用冥王星掩暗星的方法定出直徑的上限為5500千米。1977年發現冥王星表面是冰凍的甲烷,按其反照率測算,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米紅外望遠鏡測出的冥王星直徑在2600~4000千米之間,查龍直徑為2000千米,一些天文學家觀測指出,冥王星的直徑約為2400千米,比月球(3475千米)還小,而查龍直徑為1180千米它與冥王星直徑之比是2:1,是原九大行星中行星與衛星直徑之比最小的。

星體結構

冥王星主要可能是由冰所組成的,並且有一個由鐵鎳岩石混合成的小核,右圖為冥王星結構的示意圖,不過仍然需要更多的觀測資料確認。藉由冥王星的恆星蝕可得知冥王星也有非常稀薄的大氣。因為恆星被冥王星遮蔽時,恆星的光並非立刻消失,而是逐漸降低亮度,從降低亮度的情形得知,冥王星的大氣分為透明的上層大氣和相當不透明的下層大氣。據光譜觀測的結果,發現冥王星覆蓋著甲烷的冰或霜。凱倫則是覆蓋著水的霜。所以冥王星的反射能相當大,約達50%。由於距離太陽十分遙遠,在冥王星上遠望太陽,太陽已經變得像一顆亮星一樣了,使得冥王星的表面因為缺乏熱輻射源而十分寒冷,溫度大約為-240度-220度之間。

冥王星冥王星

冥王星相當黯淡,而且距離較遠,因此還沒有清晰的表面照片。 要探索冥王星的廬山真面目,隻有發射探測太空船接近冥王星才能得知。 

星體地貌

冥王星的成份還不知道,但它的密度(大約2克/立方釐米)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,地面壓強隻有少量微帕。冥王星的大氣層可能隻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,大氣層的氣體凝結成固體。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畫人想在大氣滑凝固時到達冥王星。

星體溫度

2009年有科學家確定,冥王星的大氣比以前認為的更加溫暖,不過這裏的溫暖是相對而言。這顆矮行星周圍的大氣溫度非常低,一般是零下292華氏度(-180℃。而冥王星表面溫度低達零下364華氏度(零下220攝氏度)2006年它被降級為矮行星,被劃歸為柯伊伯帶天體。柯伊伯帶延伸的距離,是太陽到地球的距離的100倍。

星體命名

在希臘神話中,冥王星(希臘文:哈迪斯Hades)是地底世界(冥界)之神。哈迪斯是宙斯的哥哥,在戰勝父親克洛斯後,負責掌管下界冥土,成為冥王。他的羅馬名字是普路同(Pluto)他是地獄和死人的統治者,審判死人給予懲罰。他的妻子是珀耳塞福涅(Persephone),在巡視大地時搶回來的妻子。哈迪斯同時是掌管財富的神,掌管地下埋藏的黃金寶石。

由于冥王星在遠離太陽59億千米的寒冷陰暗的太空中蹣跚前行。因此,人們稱其為普魯托(Pluto),在天文學中是普魯托英文名字前兩個字母PL,又是對冥王星發現有推動之功的美國天文學家洛韋爾(Percival Lowell)姓名的縮寫。

在該星體被發現之後,日本人野尻抱影于1930年以意譯建議命名“冥王星”,東亞多個使用漢字的國家大抵也以冥王星來命名。日本于1930年、東京天文台當初使用“プルートー”("Pluto"的音譯),至1943年採納漢字名稱“冥王星”。中國于1933年採用“冥王星”,越南則使用“閻王星”。

但是,國際天文學聯合會第26屆大會決議通過後,原冥王星的中文譯名問題浮出水面:該如何把決議的全部內容正確無誤地翻譯成中文,並將“矮行星”的信息準確無誤地用中文傳遞。有專家提出:冥王星應改名冥神星。這個名稱既保留了英文的Pluto原意,也與“谷神星”、“灶神星”、“鳥神星”等矮行星的命名規則達成了一致,相比之下更為科學,也更為貼切。不過,原冥王星的西文叫法不會改變,需要調整的僅僅是中文譯名的問題,這個中文譯名亟待中國的天文學名詞審定委員會來決定。

衛星系統

衛星名稱發現時間發現者
冥衛一卡戎1978詹姆斯·克裏斯蒂
冥衛二尼克斯2005

哈勃太空望遠鏡

冥王星伴侶搜尋隊

冥衛三許德拉2005

哈勃太空望遠鏡

冥王星伴侶搜尋隊

冥衛四Kerberos2011馬克·肖華特 等
冥衛五Styx2012Showalter, M. R. 等

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發現新天體,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隻有約2300公裏。

“行星”這個說法起源于希臘語,原意指太陽系中的“漫遊者”。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”二字聯系在了一起。一是由于其發現的過程是基于一個錯誤的理論;二是由于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,屬于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。

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,發現它的直徑隻有2300公裏,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。

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。

2015年,“新地平線”號首次飛掠冥王星,經此次近距離重新測量冥王星直徑,認為過去的估算小了,于是IAU在8月舉行大會,冥王星有望回歸九大行星。

星體探測

1930年,美國天文學家湯博發現冥王星,當時錯估了質量,以為冥王星比地球還大,于是命名為大行星。

近看冥王星,地表充滿變化。近看冥王星,地表充滿變化。 近距離看冥王星,可看見一些坑洞。近距離看冥王星,可看見一些坑洞。

20世紀90年代以來,天文學家發現柯伊伯帶有更多圍繞太陽運行的大天體。比如,美國天文學家布朗發現的“2003UB313”,就是一個直徑和質量都超過冥王星的天體。

進入21世紀,天文望遠鏡技術的改進,使人們能夠進一步對海王星外天體(trans-Neptunian objects)有更深了解。

2002年,被命名為50000 Quaoar(誇歐爾)的小行星被發現,這個新發現的小行星的直徑(1280公裏)要長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到了1800公裏,而冥王星的直徑也隻不過2320公裏左右。就連冥王星的顯著特征——它的衛星和大氣,也並不是獨一無二的,海王星外天體帶中的一些小行星也有自己的衛星。

2005年7月9日,新發現了鬩神星(厄裏斯),是一個已知最大的屬于柯伊伯帶及海王星外天體的矮行星,因觀測估算比冥王星大,在公布發現時曾被其發現者和NASA等組織稱為“第十大行星”。並曾被傳為第十大行星“齊娜”。鬩神星的發現更使國際天文學同盟會覺得冥王星應該歸入矮行星。

2006年1月17日,美國國家航空暨太空總署發射無人探測船“新地平線號”,預計2015年到達冥王星進行觀測。對冥王星及柯伊伯帶進行探索任務。在製定這探索計畫與發射探測器當時,冥王星是太陽系中唯一一個尚未有人造行星探測器到訪的行星,但有點諷刺的是當探測器經過漫長的旅行成功到達目的地前,冥王星已于2006年8月24日被列入為矮行星。

2009年3月,美國伊利諾斯州議會曾經專門就重新恢復冥王星行星資格的議案進行表決,以表示對伊利諾斯人、冥王星的發現者克萊德-湯博的紀念。克萊德-湯博于1930年3月13日發現了這顆冰質天體。其實,關于冥王星地位的爭議就一直沒有停止過。

2009年,煥然一新的“哈勃”擁有了最新的廣角相機三號,相信它能夠為科學家們帶來更詳細的冥王星照片。冥王星並不是那裏最大的天體,但它是最近的。

2010年2月4日,美國航天局公布了哈勃太空望遠鏡2002年到2003年間拍攝的部分冥王星圖像。

天文學家們能夠發現,冥王星曾經于2000年到2002年間部分區域明顯變暗、變紅,其中包括南半球,而北半球的某些區域則變得越來越亮。美國加州理工學院天文學家麥克-布朗認為,這些變化可能是由于冥王星上季節變化而引起冰融化和凍結所造成的。據了解,這批照片實際上是由“哈勃”上的老相機所拍攝的。

2015年7月14日,“新視野號”首次飛掠冥王星,讓科學家得以一窺冥王星的真面目。之前公布的照片可見冥王星的多元地貌,有高山、沙丘到結凍的浮冰。

2015年12月6日,NASA公布數十年來最清晰的冥王星照片,是由“新視野號”(New Horizon)以最接近冥王星的距離拍攝的。冥王星上有高聳起伏的山脈、沙丘,及結凍的坑洞,還有冰河蜿蜒。

大面積冰山

美國國家航空航天局2月4日表示,透過“新視野號”太空船所傳回的照片和資料進行分析後,科學家們已證實冥王星上存在冰山,不僅橫跨距離達幾公裏,還穿越了尚未正式命名的“Sputnik Planum”冰冷平原地區,整體面積佔到人類熟悉的巨大“心形”陰影部分的一半左右。

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