134340號小行星

134340號小行星

冥王星(Pluto),是太陽系中較大的矮行星,位于海王星以外的柯伊伯帶內側,屬于外海王星天體。

1930年2月18日由克萊德·湯博(Clyde Tombaugh)根據美國天文學家洛韋爾的計算發現,它是太陽系邊緣的柯伊伯帶中已知的最大天體,與太陽平均距離59億千米。直徑約為2370千米(小于月球),誤差值為上下20公裏,平均密度2.0克左右/立方釐米,質量1.290×10²² 千克。公轉周期約248年,自轉周期6.387天。表面溫度在-220℃以下。

2006年8月24日國際天文學聯合大會上,以絕對多數通過決議行星5A-行星的定義,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",編號為134340。

2015年7月14日,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"。

  • 中文名稱
    冥王星
  • 外文名稱
    Pluto
  • 軌道傾角
    17.1449° 
  • 逃逸速度
    1.229km/s
  • 已知衛星數量
    5
  • 發現時間
    1930年2月18日
  • 北極赤緯
    −6.163°
  • 離心率
    0.244671664(J2000)0.248 807 66(平均值)
  • 表面重力
    0.655m/s²
  • 表面溫度
    平均零下229 ℃
  • 公轉平均速度
    4.7 km/s
  • 命名者
    威尼斯•伯妮
  • 遠日點
    48.871天文單位(7.311×10⁹km)
  • 公轉周期
    247.68年(90465天)
  • 升交點經度
    110.28683°
  • 絕對星等
    -0.8
  • 別稱
    閻王星,冥神星
  • 質量
    1.305±0.007×10²²kg
  • 平均密度
    2.03±0.06g/cm³
  • 近日點
    29.657天文單位(4.437×10⁹km)
  • 平近點角
    14.85度
  • 自轉周期
    6日9小時17分36秒
  • 反照率
    0.49到0.66(幾何,有35%浮動)
  • 距地距離
    5.9×10⁹km
  • 發現者
  • 半長軸
    39.264天文單位(5.874×10⁹km)
  • 直徑
    2370±20千米
  • 大氣層構成
    甲烷、氮氣、一氧化碳
  • 會合周期
    366.73日
  • 表面積
    1.665×10⁷km²
  • 分類
    矮行星
  • 視星等
    13.65~16.3(平均15.1)
  • 北極赤經
    132.993°
  • 體積
    6.39×10⁹km³

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。

望遠鏡裏的冥王星模糊圖像望遠鏡裏的冥王星模糊圖像

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。

134340號小行星

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。

星體特征

冥王星是太陽系中第二個反差極大的天體(次于土衛八)。探索這些差異的起因是計畫中的冥王星特快計畫中首要目標之一。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,即冥王星的公轉周期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠離于其他行星。因此盡管冥王星的軌道好像要穿越海王星的軌道,實際上並沒有。所以他們永遠也不會碰撞。

假想冥王星上的景色假想冥王星上的景色

冥王星圍繞太陽公轉一個周期大約需要248年,它的橢圓形軌道位于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,當它處于較近位置時,距離太陽大約44億公裏,而在最遠位置時,距離太陽約為73億公裏。

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。

冥王星與卡戎的地形繪圖(非本色)冥王星與卡戎的地形繪圖(非本色)

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。

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系。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。

高約3.5千米的冰山高約3.5千米的冰山

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,但對于我們來說,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。

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"任務團隊宣布以冥王星的發現者克萊德·威廉·湯博將其命名為"湯博區" ,而在這片心形區域中,新地平線號探測器發現了冰原。 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。

134340號小行星

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。

星體運動

軌道參數

冥王星運行軌道示意圖冥王星運行軌道示意圖

冥王星在發現之初曾被認為是一顆位于海王星軌道外的行星,但後來的事實證明並非完全如此。譬如,在1979年1月21日~1999年3月14日這段時間,冥王星就比海王星更靠近太陽。這是由于冥王星軌道的偏心率、軌道面對黃道面的傾角都比其它行星大。冥王星在近日點附近時比海王星離太陽還近,這時海王星成了離太陽最遠的行星。每隔一段時間,冥王星和海王星會彼此接近,在黃道投影圖上兩顆行星的軌道交叉。但不必擔心它們會碰撞,因為它們的軌道平面並不重合,即使在交叉點附近,它們之間的距離仍然是很大的。它們會像運行于立體交叉公路上的車輛一樣,各自飛馳而過。1978年7月,美國海軍天文台的克裏斯蒂在研究冥王星的照片時,偶然發現冥王星小小的圓面略有拉長。他把1970年以來所有的冥王星照片都找出來,結果發現這一現象是有規律地出現的,于是他斷定冥王星有一顆衛星。由于冥王星離我們實在太遠了,以致在大望遠鏡裏也不能把冥王星和它的衛星分開。這好比氣象站的風速計,一根橫桿連著兩個圓球,在疾風中旋轉。從遠處看去,兩個圓球融成一體,隻能察覺出它時圓時扁的變化。冥王星的衛星被命名為卡戎(Charon)。在希臘神話中卡戎是普魯托的一個役卒,專在冥海上渡亡靈。卡戎的公轉周期與冥王星的自轉周期一樣都是6.39日。

平均半徑:5.91352×10⁹ km(39.956天文單位)

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°

升交點經度:110.28683°

近日點幅角:113.76349°

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

表面積:1700萬平方千米

軸傾角:119.61°

星體反照率:0.30

表面溫度:一般為44K,最低33K,最高55K

冥逆

冥王星是繞太陽轉的,所以從地球上看,也會逆行。

冥王星公轉一圈要花90465個地球天,或者247.68個地球年。自人類發現冥王星以來,它才轉了三分之一圈。因為它慢,所以不管佔星術怎麽說"冥王星是最不可被預知的行星",天文學上冥逆其實是最容易預知的了:每年逆一次,每次逆半年。

大氣參數

氣壓:0-0.01 kPa

氮:90%

甲烷:10%

軌道自轉

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,隻有很窄部分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。

冥王星照片(由哈勃望遠鏡于2005年拍攝)冥王星照片(由哈勃望遠鏡于2005年拍攝)

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,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星直徑之比最小的。所以,有人說冥王星和它的衛星更像一個雙行星系統。

2015年7月14日,新地平線號探測器飛掠冥王星,並測得冥王星直徑約2370km,誤差值為上下20公裏,這一資料略大于鬩神星,使得冥王星再一次成為矮行星之王。

"消失"之謎

天文學家每次估計它的大小,結果都比以前更小。

冥王星冥王星

1980年,兩位天文學家發了一篇半開玩笑的文章,說照此下去,到了1984年冥王星就要消失了。但還沒完,他們根據過去的觀測擬合出了一條餘弦曲線,餘弦是個周期函式,這意味著它會在2256年重新出現,2392年會變成12個地球大!

衛星系統

134340號小行星
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

冥王星有五個已知的天然衛星:1978年詹姆斯·克裏斯蒂發現的冥衛一、2005年發現的冥衛二和冥衛三、2011年發現的冥衛四、2012年發現的冥衛五。冥王星的衛星軌道都為圓形(離心率小于0.006)、與冥王星赤道共面(傾角小于1°)。

冥王星的衛星與冥王星軌道平面的夾角為120°。冥王星系統非常緊湊,五顆衛星都處于穩定順行軌道可能存在區域中最靠內的部分。冥王星-冥衛一系統的質心在冥王星外。剩下的四顆衛星都位于冥衛一軌道外。

冥王星衛星的軌道都處于或接近軌道共振。冥衛二、冥衛三、冥衛五的軌道周期比例在計入進動作用後為18:22:33。冥衛一、冥衛二、冥衛三、冥衛四、冥衛五的軌道周期之比也接近1:3:4:5:6。

冥王星-冥衛一系統的質心在中心星體外,此類系統在太陽系內部不多。一些天文學家據此將冥王星-冥衛一系統稱為雙矮行星。冥王星與冥衛一相互潮汐鎖定。兩天體沿質心公轉的周期與各自自轉周期相同。2007年雙子星天文台在冥衛一表面觀察到氨水和水的晶體,暗示了活躍冰火山的存在。

冥王星和它的衛星系統冥王星和它的衛星系統

一般認為冥王星的衛星由太陽系早期冥王星與較小天體碰撞產生的碎片聚集而成。然而冥衛四的反照度比其他衛星都低,無法用撞擊說解釋。

研究探測

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。

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。

鬩神星(Eris)和冥王星(Pluto)對比圖鬩神星(Eris)和冥王星(Pluto)對比圖

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"。對冥王星及柯伊伯帶進行探索任務。

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。

冥王星龐大的衛星群冥王星龐大的衛星群

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。天文學家對這批圖像進行分析後認為,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造成的,顯示表面季節急速變化。

2015年4月29日,美國國家航空暨太空總署的"新地平線"號宇宙飛船捕捉到當時最清晰的冥王星影像,照片可以觀察到星球表面特征,其中包括疑似極區冰帽。

冥王星甲烷-紅外光譜圖冥王星甲烷-紅外光譜圖

2015年7月14日,美國宇航局的新地平線號探測器飛越冥王星,測得冥王星直徑約2370km,其衛星卡戎直徑約1208km。通過這次探測得知冥王星比之前預想的稍大一些,這也標志著人類首次冥王星飛掠探測任務成功。

美國"新地平線"號太空飛船向地球發回照片,根據收到的照片,科學家們在冥王星的心髒中心發現了一片廣漠的冰凍平原,並以人類發射的第一顆人造衛星的名字"斯普特尼克"來命名這片平原。

美國科學家稱,從照片上的凹地來看,斯普特尼克平原年齡不超過1億年,而且很有可能仍處在地質形成過程中。能發現這樣廣袤,沒有任何隕石坑而且地質年齡十分年老的平原大大超出了科學家們的預期。但是,傳輸到地面上的照片大約隻佔照片總數的1%到2%,這些令人驚嘆的發現僅僅隻是人類探索冥王星的開端。

2015年9月18號,美國宇航局(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星命名的"史潑尼克平原"(SputnikPlanum)、諾蓋山脈(NorgayMontes)和希拉裏山脈。

新聞動態

冥王星低溫火山曝光 直徑巨大或創系外紀錄

據外媒2016年1月17日報道,美國宇航局稱,"新視野"號太空探測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 。

據稱,這張圖像是2015年7月,探測器從距離冥王星4.8萬公裏的地方拍攝的。

疑似低溫火山的高度為4000米,直徑達到150公裏。

如果這個訊息得到證實,那麽在冥王星上發現的低溫火山將成為外太陽系已知的最大火山。


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