冥王星是柯伊伯带中的矮行星。冥王星是第一颗被发现的柯伊伯带天体。冥王星是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星。在直接围绕太阳运行的天体中,冥王星体积排名第9,质量排名第10。冥王星是体积最大的海外天体,其质量仅次于位于离散盘中的阋神星。与其他柯伊伯带天体一样,冥王星主要由岩石和冰组成。冥王星相对较小,仅有月球质量的1/6、月球体积的1/3。冥王星的轨道离心率及倾角皆较高,近日点为30天文单位(44亿公里),远日点为49天文单位(74亿公里)。冥王星因此周期性进入海王星轨道内侧。海王星与冥王星因相互的轨道共振而不会碰撞。在冥王星距太阳的平均距离上太阳光需要5.5小时到达冥王星。
1930年克莱德·汤博发现冥王星,并将其视为第九大行星。1992年后在柯伊伯带发现的一些质量与冥王星相若的冰制天体挑战冥王星的行星地位。2005年发现的阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%,国际天文联合会(IAU)因此在翌年正式定义行星概念。新定义将冥王星排除行星范围,将其划为矮行星(类冥天体)。
2015年7月14日,美国宇航局发射的新视野号探测器飞掠冥王星,成为人类首颗造访冥王星的探测器。
2016年3月4日,美国航天局"新视野"号探测器项目团队最新发现冥王星的顶部也覆盖着皑皑"白雪"。
中文名称冥王星发现者克莱德·威廉·汤博发现时间1930年2月18日质量1.473×10^22千克平均密度2.32g/cm³直径2370km表面温度-223℃逃逸速度1.229km/s反照率0.49-0.66(几何,有35%浮动)视星等14.25自转周期6日9小时17分36秒(逆自转)赤经19h 29m 42s赤纬-22°19'46.91"距地距离33.12 A.U.半长轴5,915,099,807.478 km离心率0.24905
公转周期90,581 d平近点角14.53°轨道倾角17.1405°升交点经度110.28683°大气层构成甲烷、氮气、一氧化碳命名者威尼斯•伯妮已知卫星数量5转轴倾角119.591±0.014°角直径0.065″-0.115″远日点49.319 AU(7.311×10⁹km)近日点29.657 AU(4.437×10⁹km)会合周期366.73 d平均公转速度17096 km/h表面积1.665×10⁷km²体积6.39×10⁹km³表面重力0.655m/s²近日点幅角113.834°扁率<1%赤道自转速度47.18km/h
罗马神话中,普鲁托(希腊人称冥界的首领为Hades哈迪斯)是冥界的首领。这颗行星得到这个名字(而不采纳其他的建议)是由于他离太阳太远以致于一直沉默在无尽的黑暗之中,与人们想象的冥境相似。另外,凑巧的是,冥王星(Pluto)开头的两字母也是其发现者Percival Lowell名字的首字母缩写。曾经是太阳系中离太阳最远的行星。(不过由于其特殊的椭圆形轨道无法盖住海王星的运行轨道,所以它的运行轨道会与海王星的有部分重合)。
冥王星于1930年被发现,并被视为第九大行星。后续75年内对冥王星及太阳系内其他天体的研究挑战了冥王星的行星地位。自1977年发现小行星凯龙后,人们发现了众多轨道高度离心的冰质天体,就如彗星一般。2005年发现的离散盘天体阋神星质量甚至比冥王星质量多出27%。国际天文联合会(IAU)认识到冥王星仅为众多外太阳系较大冰质天体中的一员后,于2006年正式定义行星概念。新定义将冥王星排除行星范围,将其划为矮行星(类冥天体)。一些天文学家认为冥王星仍属于行星。
冥王星目前已知的卫星总共有五颗:冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五。冥王星与冥卫一的共同质心不在任何一天体内部,因此有时被视为一联星系统。IAU并没有正式定义矮行星联星,因此冥卫一仍被定义为于冥王星的卫星。
美国新视野号探测器于2015年7月14日成为第一艘飞掠冥王星的飞船。在飞掠的过程中,新视野号对冥王星及其卫星进行了细致的观测。
冥王星十九世纪四十年代奥本·勒维耶通过经典力学分析天王星轨道的摄动后预测了海王星的位置。十九世纪末天文学家根据对海王星的观察推测有其他行星摄动天王星轨道。
1906年罗威尔天文台的创办者帕西瓦尔·罗威尔开始搜索第九大行星–X行星。1909年罗威尔和威廉·亨利·皮克林提出了若干该天体可能处于的天球坐标。此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止,但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到了两张带有模糊的冥王星图像的照片,但是这些图像并没有被正确辨认出来。已知的此类前向重建照片还有15张,最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。
罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔企图获取天文台中其夫所有的份额。对X行星的搜索因由此产生的法律纠纷直至1929年才恢复。时任天文台主管维斯托·斯里弗在看到克莱德·汤博的天文绘图样品后将搜索X行星的任务交与汤博。
汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换感光干板搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现了一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认了该天体的运动。在天文台进一步拍摄了验证照片后,发现第九大行星的消息与1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台。
发现第九大行星的消息在全世界产生轰动。罗威尔天文台拥有对此天体的命名权并从全世界收到了超过一千条建议。汤博敦促斯里弗尽快在他人起名前提出一个名字。
英国牛津的11岁学童威妮夏·伯尼因其对古罗马神话的兴趣建议以冥王普路托命名此行星。伯尼在与其祖父福尔克纳·梅丹交谈中提出了这个名字。原任牛津大学博德利图书馆馆员的梅丹将这个名字交给了天文学教授赫伯特·霍尔·特纳。特纳将此电报给了美国同行。
该天体正式于1930年3月24日命名。所有罗威尔天文台成员允许在三个候选命名方案中投票选择一个:弥涅耳瓦(已被一小行星使用)、克洛诺斯(因由托马斯·杰佛逊·杰克逊·希提出而不受欢迎)、普鲁托。普鲁托以全票通过。该命名于1930年5月1日公布。梅丹在得知此消息后奖励其孙女5英镑(相当于2016年的282英镑或430美元)。
普鲁托获选的部分原因是普鲁托与头两个字母(英语:PL)为帕西瓦尔·罗威尔的首字母缩写。该天体的天文符号(,unicodeU+2647, ♇)也是由PL构成的花押字。其占星符号则类似于海王星的占星符号(),但是在三叉戟中间的叉改为圆圈()。
该名字迅速被大众文化所接受。1930年华特·迪士尼似乎受普路托启发设计了米老鼠的宠物布鲁托。但是迪士尼动画师本·夏普斯廷无法确认布鲁托名字的来源。1941年格伦·西奥多·西博格按照铀和镎以新发现行星命名的传统将新创造的元素钚以该天体命名。
大多数语言中以普路托的不同变体称呼该天体。野尻抱影提议在日语中以Meiōsei(冥王星, 冥王星)称呼普路托。汉语、韩语、越语借用了该命名。部分印度语言使用普路托称呼该冥王星。但是包括印地语在内的其他印度语言使用印度教中的阎摩或佛教的阎罗王称呼冥王星。越语也用阎罗王星称呼冥王星。波利尼西亚语言也倾向于使用本土文化中地狱之神称呼冥王星,例如毛利语中的Whiro。
假想冥王星上的景色冥王星是太阳系中第二个反差极大的天体(次于土卫八)。探索这些差异的起因是计划中的冥王星特快计划中首要目标之一。冥王星的轨道十分地反常,有时候比海王星离太阳更近(从1979年1月开始持续到1999年2月)。冥王星与海王星的共同运动比为3:2,即冥王星的公转周期刚好是海王星的1.5倍。它的轨道交角也远离于其他行星。因此尽管冥王星的轨道好像要穿越海王星的轨道,实际上并没有。所以他们永远也不会碰撞。
冥王星围绕太阳公转一个周期大约需要248年,它的椭圆形轨道位于太阳系中被称为柯伊伯带的区域。冥王星的椭圆形轨道意味着,当它处于较近位置时,距离太阳大约44亿公里,而在最远位置时,距离太阳约为73亿公里。
冥王星的表面温度知道很不清楚,但大概在35到55K(-238到-218℃)之间。
冥王星与卡戎的地形绘图(非本色)冥王星的成份还不知道,但它的密度(大约2克/立方厘米)表示:冥王星可能像海卫一一样是由70%岩石和30%冰水混合而成的。地表上光亮的部分可能覆盖着一些固体氮以及少量的固体甲烷和一氧化碳,冥王星表面的黑暗部分的组成还不知道但可能是一些基本的有机物质或是由宇宙射线引发的光化学反应。
有关冥王星的大气层的情况知道得还很少,但可能主要由氮和少量的一氧化碳及甲烷组成。大气极其稀薄,地面压强只有少量微帕。冥王星的大气层可能只有在冥王星靠近近日点时才是气体;在其余的冥王星的年份中,大气层的气体凝华成固体。靠近近日点时一部分的大气可能散逸到宇宙中去,甚至可能被吸引到冥卫一上去。冥王星特快任务的计划人想在大气滑凝固时到达冥王星。
高约3.5千米的冰山冥王星和海王星的不寻常的运行轨道以及相似的体积使人们感到在它们俩之间存在着某种历史性的关系。有人曾认为冥王星过去是海王星的一颗卫星,但是认为并不是这样。一个更为普遍的学说认为海卫一原本与冥王星一样,自由地运行在环绕太阳的独立轨道上,后来被海王星吸引过去了。海卫一,冥王星和冥卫一可能是一大类相似物体中还存在的成员,其他一些都被排斥进了Oort奥尔特云(Kuiper柯伊伯带外的物质)。冥卫一可能是像地球与月球一样,是冥王星与另外一个天体碰撞的产物。[1]
2009年有科学家确定,冥王星的大气比以前认为的相对更加温暖,但对于我们来说,这颗矮行星周围的大气温度非常低,一般约零下180摄氏度。而冥王星表面温度低达约零下220摄氏度。
有趣的是,在冥王星表面有一个心形区域,被称为"冥王之心",在2015年7月15日,美国航天局"新地平线"任务团队宣布以冥王星的发现者克莱德·威廉·汤博将其命名为"汤博区"[3] ,而在这片心形区域中,新地平线号探测器发现了冰原。[2] 这片冰原以人类发射的第一颗人造卫星的名字"斯普特尼克"来命名。[3]
2015年9月新视野号传回冥王星最新照:陨石坑环绕巨大冰原。
冥王星自1930年被发现以来,长期被列入太阳系九大行星之列。但是从2000年起,在太阳系边缘、海王星外侧的柯伊伯带中不断发现新天体,其个头越来越大,特别是2005年发现的阋神星,当时被认为比冥王星更大,因为当时估测的冥王星直径只有约2300公里。
近千年来,人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后,天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星,使太阳系的"行星"变成了9颗。此后,"九大行星"成为家喻户晓的说法。
自从80多年前被发现的那天起,冥王星便与"争议"二字联系在了一起。一是由于其发现的过程是基于一个错误的理论;二是由于当初将其质量估算错了,误将其纳入到了大行星的行列。不过,新的天文发现不断使"九大行星"的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外,属于太阳系外围的柯伊伯带,这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。
1930年美国天文学家汤博发现冥王星,当时错估了冥王星的质量,以为冥王星比地球还大,所以命名为大行星。然而,经过近30年的进一步观测,发现它的直径只有2300公里,比月球还要小,等到冥王星的大小被确认,"冥王星是大行星"早已被写入教科书,以后也就将错就错了。
1998年,曾有建议把冥王星剔除太阳系行星之列,但当年国际天文学联合会(IAU)否决。
2006年8月24日下午,在第26届国际天文联合会通过决议,由天文学家以投票正式将冥王星划为矮行星,自行星之列中除名。
2006年9月7日,国际小行星中心把已知或即将成为矮行星的天体赋与编号,冥王星编号为小行星134340号。
2008年,国际天文联合会再次将冥王星划为类冥天体的原型,为矮行星项下的子分类。[5]
2015年,"新视野"号首次飞掠冥王星,经此次近距离重新测量冥王星直径确定为2370km。
不过科学家明确表态,重回行星家族是不可能的,因为冥王星根本不是行星。那么这个冥王星到底有什么特殊呢,又为什么被除名?
1、冥王星非常小:许多人认为冥王星体积非常小,像普通的小行星一样,事实上这颗矮行星直径2360公里,是月球直径的三分之二,木卫二直径的四分之三。冥王星最大的卫星冥卫一直径大约1207公里。
2、冥王星曾是海王星的"卫星":1965年,研究人员发现一个轨道共振–冥王星和海王星之间轨道存在一个最佳引力点,这个轨道共振能够避免两颗星球过于彼此接近。
3、冥王星是一颗冰冷星球:冥王星表面覆盖着大量冰层,其中包括冰冻氮和甲烷,但是冥王星密度整体上是冰水的两倍,这颗矮行星质量是由三分之二岩石和三分之一冰水构成,因此,冥王星精确地讲是一颗带有冰壳的岩石星球。
4、冥王星总是处于"黑暗":冥王星运行轨道距离太阳大约48亿公里,因此许多人猜测这颗星球表面一直处于黑暗。美国科罗拉多州西南研究所"新视野号"探测器项目负责人阿兰-斯特恩(Alan Stern)说:"情况并非如此,即使在中午照射至冥王星的阳光也低于人们的预期,它可能像地球非常阴暗的天气或者黄昏落薄暮。"
5、冥王星缺少空气:上世纪80年代,研究人员发现冥王星存在大气层,主要包含氮气,就像地球大气层一样。但是冥王星的空气还包含一氧化碳和甲烷,比地球大气层更稀薄,更多地延伸至太空环境。
6、冥王星轨道独一无二:冥王星的轨道呈椭圆状,与太阳的最近距离是44.3亿公里,最远距离是73.1亿公里。这颗矮行星轨道相对于黄道(地球环绕太阳的轨道平面)的倾角为17°,此外,冥王星轨道参数与其它8颗太阳系行星完全不同。[6]
冥王星在发现之初曾被认为是一颗位于海王星轨道外的行星,但后来的事实证明并非完全如此。譬如,在1979年1月21日~1999年3月14日这段时间,冥王星就比海王星更靠近太阳。这是由于冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其它行星大。冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近,这时海王星成了离太阳最远的行星。每隔一段时间,冥王星和海王星会彼此接近,在黄道投影图上两颗行星的轨道交叉。但不必担心它们会碰撞,因为它们的轨道平面并不重合,即使在交叉点附近,它们之间的距离仍然是很大的。它们会像运行于立体交叉公路上的车辆一样,各自飞驰而过。1978年7月,美国海军天文台的克里斯蒂在研究冥王星的照片时,偶然发现冥王星小小的圆面略有拉长。他把1970年以来所有的冥王星照片都找出来,结果发现这一现象是有规律地出现的,于是他断定冥王星有一颗卫星。由于冥王星离我们实在太远了,以致在大望远镜里也不能把冥王星和它的卫星分开。这好比气象站的风速计,一根横杆连着两个圆球,在疾风中旋转。从远处看去,两个圆球融成一体,只能察觉出它时圆时扁的变化。冥王星的卫星被命名为卡戎(Charon)。在希腊神话中卡戎是普鲁托的一个役卒,专在冥海上渡亡灵。卡戎的公转周期与冥王星的自转周期一样都是6.39日。
平均半径:5.91352×10⁹ km(39.956天文单位)
偏心率:0.24901 公转周期248年197天5.5小时
会合周期:366.74天
平均轨道速度:4.7490 km/s
轨道倾角:17.1449°
升交点经度:110.28683°
近日点幅角:113.76349°
近日点:4,436,824,613 千米(29.658 340 67天文单位)
远日点:7,375,927,931 千米(49.305 032 87 天文单位)
公转一周:248年
表面积:1700万平方千米
轴倾角:119.61°
星体反照率:0.30
表面温度:一般为44K,最低33K,最高55K
冥王星是绕太阳转的,所以从地球上看,也会逆行。
冥王星公转一圈要花90465个地球天,或者247.68个地球年。自人类发现冥王星以来,它才转了三分之一圈。因为它慢,所以不管占星术怎么说"冥王星是最不可被预知的行星",天文学上冥逆其实是最容易预知的了:每年逆一次,每次逆半年。
气压:0-0.01 kPa
氮:90%
甲烷:10%
冥王星的轨道周期是248地球年。它的轨道特
冥王星(pluto)与其它一些星体比较征明显的与其它行星不一样,遵循接近圆形轨道,只有很窄部分靠近被称为黄道的其它行星运行平面。相较之下,冥王星的轨道是高度倾斜的(超过17°),并且有着高离心率(椭圆形)。这样高的离心率意味着在某些区域,冥王星会比海王星更靠近太阳。在1989年9月5日,冥王星-卡戎的质心来到近日点 ,而在1979年2月7日至1999年2月11日之间比海王星更靠近太阳。在这段时间,冥王星和海王星最接近的距离是27.960天文单位。
就长远来看,冥王星的轨道其实是混沌的。尽管电脑模拟可以预测数百万年的位置(在时间上向前和向后),但超过李雅普诺夫时间,长达一千万至二千万年的计算是不切实际的: 冥王星有着极难预测的因素,在太阳系中对微小细节也很敏感的不可测量性,会逐渐破坏它的轨道。从现在开始的数百万年,冥王星可能在远日点、近日点,或任何的地点上,而我们是无从预测的。但这并非意味着冥王星本身的轨道是不稳定的,只是以它如今在轨道上的位置,不可能事先预知和确定未来的位置。一些共振和其它的动力学效应维系着冥王星轨道的稳定,得以在行星的碰撞或散射中获得安全。
冥王星照片(由哈勃望远镜于2005年拍摄)能确定它的大小。
最早估计它的直径是6600千米,1949年改为10000千米。
1950年柯伊伯用新建的5米望远镜将其修正为6000千米
1965年柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直径的上限为5500千米。
1977年发现冥王星表面是冰冻的甲烷,按其反照率测算,冥王星的直径缩小到2700千米。
1980年用夏威夷莫纳克亚山上的3.6米红外望远镜测出的冥王星直径在2600~4000千米之间,一些天文学家观测指出,冥王星的直径约为2400千米,比月球(3475千米)还小,而卡戎直径为1180千米,它与冥王星直径之比是2:1,是九大行星中行星与卫星直径之比最小的。所以,有人说冥王星和它的卫星更像一个双行星系统。
2015年7月14日,新地平线号探测器飞掠冥王星,并测得冥王星直径约2370km,误差值为上下20公里,这一数据略大于阋神星,使得冥王星再一次成为矮行星之王。[7]
冥王星天文学家每次估计它的大小,结果都比以前更小。
1980年,两位天文学家发了一篇半开玩笑的文章,说照此下去,到了1984年冥王星就要消失了。但还没完,他们根据过去的观测拟合出了一条余弦曲线,余弦是个周期函数,这意味着它会在2256年重新出现,2392年会变成12个地球大!
卫星名称发现时间发现者冥卫一卡戎1978詹姆斯·克里斯蒂冥卫二尼克斯2005
哈勃太空望远镜
冥卫三许德拉2005
哈勃太空望远镜
冥卫四Kerberos2011马克·肖华特 等冥卫五Styx2012Showalter, M. R. 等
冥王星有五个已知的天然卫星:1978年詹姆斯·克里斯蒂发现的冥卫一、2005年发现的冥卫二和冥卫三、2011年发现的冥卫四、2012年发现的冥卫五。冥王星的卫星轨道都为圆形(离心率小于0.006)、与冥王星赤道共面(倾角小于1°)。
冥王星的卫星与冥王星轨道平面的夹角为120°。冥王星系统非常紧凑,五颗卫星都处于稳定顺行轨道可能存在区域中最靠内的部分。冥王星-冥卫一系统的质心在冥王星外。剩下的四颗卫星都位于冥卫一轨道外。
冥王星卫星的轨道都处于或接近轨道共振。冥卫二、冥卫三、冥卫五的轨道周期比例在计入进动作用后为18︰22︰33。冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五的轨道周期之比也接近1︰3︰4︰5︰6。
冥王星和它的卫星系统冥王星-冥卫一系统的质心在中心星体外,此类系统在太阳系内部不多。一些天文学家据此将冥王星-冥卫一系统称为双矮行星。冥王星与冥卫一相互潮汐锁定。两天体沿质心公转的周期与各自自转周期相同。2007年双子星天文台在冥卫一表面观察到氨水和水的晶体,暗示了活跃冰火山的存在。
一般认为冥王星的卫星由太阳系早期冥王星与较小天体碰撞产生的碎片聚集而成。然而冥卫四的反照度比其他卫星都低,无法用撞击说解释。