冥王星

冥王星。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，陽光抵達冥王星需時5.5小時。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製天體挑戰了冥王星的行星地位，2005年發現的鬩神星質量甚至比冥王星質量多出27%，國際天文聯合會因此在翌年正式定義行星概念。新定義使冥王星不再被列為一顆行星，而是歸類為矮行星以及類冥矮行星。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冥王星的衛星。2015年7月14日新視野號探測器成為首架飛掠冥王星的宇宙飛船。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。發現冥王星的地貌特徵與太陽系八大行星有許相似之處，而且有冰火山與數千公尺的山脈佇立於甲烷層與冰凍的氮氣上面，冰川溫度可能達攝氏零下200度以下。新視野號的影像顯示，冥王星地底下可能有由半融化水冰而成的海洋，這意味著地底可能存在熱源。歷史.發現.1840年代奧本·勒維耶透過經典力學分析天王星軌道的攝動後預測海王星的位置。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。1894年富有的波士頓人帕西瓦爾·羅威爾創立了羅威爾天文臺；1906年羅威爾開始搜尋可能存在的第九大行星——X行星。1909年羅威爾和威廉·亨利·皮克林提出若干該天體可能處於的天球座標。此項搜尋一直持續到1916年羅威爾逝世為止，但是沒有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍攝到兩張帶有模糊的冥王星影象的照片，但是這些影象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·羅威爾為取得其夫遺產與天文臺展開十年訴訟，對X行星的搜尋由此直至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尋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搜尋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尋後，在當年1月23日與1月29日拍攝的照片中發現一可能移動的天體。1月21日的一張品質不佳的照片確認該天體的運動。在天文臺進一步拍攝驗證照片後，發現第九大行星的訊息與1930年3月13日由電報發往哈佛大學天文臺。自被發現以來，冥王星還沒有完成繞太陽一週的運動，因為冥王星的公轉週期是247.68年。命名.發現第九大行星的訊息在全世界引起轟動。羅威爾天文臺擁有對此天體的命名權並從全世界收到超過一千條建議。湯博敦促斯里弗儘快在他人為星球起名前提出名字。英國牛津的11歲學童威妮夏·伯尼因其對古典神話的興趣建議以冥王普路託命名此行星。伯尼在與其祖父交談中提出這個名字。原任牛津大學博德利圖書館館員的梅丹將這個名字交給天文學教授赫伯特·霍爾·特納。特納將此電報給美國同行。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。普路託獲選的部分原因是普路託首兩個字母也是由--構成的花押字。另一個符號則類似於海王星的符號。 這些符號在今天的天文學中很少見，但在占星術中很常見。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米老鼠的寵物布魯托。但是迪士尼動畫師無法確認布魯托名字的1941年格倫·西奧多·西博格按照鈾和錼以新發現行星命名的傳統將新創造的元素鈽以該天體命名。大多數語言中以普路託的不同變體稱呼該天體。在普路託這個名字公佈的同一年，日本天文學者野尻抱影提議在日語中以「冥王星」1978年冥衛一的發現允許天文學家首次測量冥王星的質量，結果測算冥王星質量僅相當於地球質量的0.2%，不足以解釋天王星的軌道擾動。隨後包括在內的諸多天文學家未能找到冥王星以外的X行星。1992年用旅行者2號1989年飛掠海王星時所測資料重新計算海王星對天王星的引力作用。旅行者2號的資料將海王星質量的估計值降低0.5%，相當於一火星質量。重新計算的結果中天王星的軌道並沒有異常，自此X行星也無存在的必要。現在大多數科學家同意羅威爾所定義的X行星並不存在。羅威爾曾在1915年預測X行星的位置接近於當時冥王星的位置。在冥王星的發現後不久認為羅威爾的預測是個巧合，此看法至今仍受支援。分類.1992年起在冥王星附近發現的諸多天體顯示冥王星是科伊伯帶的一部分。冥王星的行星地位因此受到挑戰。博物館和天文館偶爾會因在太陽系模型中忽略冥王星而引起爭議。海登天文館於2000年2月翻新後重新對外開放後展出只有八顆行星的太陽系模型，在將近一年後登上報紙頭條。天文學家在科伊伯帶發現越來越多與冥王星大小相似的天體後，認為冥王星應重新劃為科伊伯帶天體。2005年7月29日發現新的海外天體鬩神星的訊息對外公佈。根據推測鬩神星比冥王星大很多，是1846年發現海衛一後發現的太陽系內最大天體。儘管當時並沒有將其歸為行星的正式共識，媒體與發現鬩神星的天文學家最初將其稱為第十大行星。天文學界有人將此視為將冥王星劃為小行星的最有力論據。IAU分類.對冥王星地位的辯論隨著2006年8月24日IAU決議的出臺進入關鍵階段。IAU決議列出三個條件，符合這些條件的天體可被視為行星：冥王星的質量是其軌道上其他所有天體質量之和的7%，因此無法滿足第三項條件。IAU進一步決定將同冥王星一樣無法滿足第三項條件的天體歸類為矮行星。2006年9月13日IAU決定將冥王星、鬩神星及鬩衛一編入小行星目錄並正式授予小行星序號： "(134340) Pluto"、"(136199) Eris"、"(136199) Eris I Dysnomia"。如果冥王星在被發現時授予小行星序號，其序號則可能為1164。天文學界有反對重新分類的聲音。NASA新視野號專案負責人阿蘭·斯特恩曾公開嘲笑IAU決議，聲稱：“從技術角度看這個定義太差勁了。”公眾對IAU決議看法反應不一。很多人接受重新分類，但有人發起線上請願來號召IAU重新將冥王星劃為行星。加利福尼亞州眾議院部分議員提出的一項決議中開玩笑地將IAU的決定稱為“科學上的異端”。鑑於湯博長期居住於新墨西哥州，該州眾議院透過一項紀念湯博的議案，宣佈冥王星在新墨西哥州的天空中永遠屬於行星行列，並將2007年3月13日定為冥王星日。伊利諾伊州參議院在2009年考慮到湯博出生於伊利諾伊州透過相似決議。該決議中宣稱冥王星被IAU“不公平地降為矮行星。”一些人還以不同理由堅持認為冥王星屬於行星。於2006年第17屆年度詞彙投票上將plutoed選為年度詞彙。"to pluto"意為將“某人或某事降級”。2008年8月14日至16日IAU定義討論中兩方研究人員參加在約翰霍普金斯大學應用物理實驗室舉行的會議，會上討論現行IAU行星定義。此次會議因此得名為“行星大辯論”，，會後新聞釋出會上顯示科學家並沒有對行星的定義達成共識。大會前，IAU在一次新聞釋出會上表示類冥小行星一詞將會用於稱呼冥王星及其他軌道半長軸比海王星半長軸長、有足夠的質量實現流體靜力平衡的天體。公轉與自轉.冥王星的軌道週期為248地球年。冥王星軌道與太陽系內其他的行星軌道有極大的不同。太陽系內其他行星軌道接近圓形、靠近黃道面。冥王星軌道高度傾斜、是高度偏心的橢圓軌道。冥王星因離心率高其軌道的一小部分比海王星軌道更接近太陽。冥王星－冥衛一系統的質心於1989年9月5日到達近日點，自1979年2月7日至2月11日該系統的質心比海王星更靠近太陽。冥王星的軌道從長遠看是混沌的。計算機模擬可以預測數百萬年內冥王星的位置。因冥王星會受太陽系內細微因素的影響改變軌道，超過李雅普諾夫時間後的預測不確定性大。與海王星的關係.從極面上看冥王星的軌道穿過海王星軌道，但是這兩個天體由於以下原因不會靠近或碰撞。冥王星軌道與海王星軌道並沒有交點。從極面上看冥王星與海王星的距離在冥王星處於近日點時最近，但此時冥王星因與海王星軌道相隔8天文單位而不會產生碰撞。冥王星的升交點和降交點與海王星的對應交點相隔超過21°。冥王星的軌道可能受到其他行星的攝動。冥王星與海王星之間的2：3共振非常穩定。該機制防止兩顆天體改變相對位置，使其無法靠近對方。即便冥王星軌道與海王星軌道共面，兩顆天體也不會相撞。其他因素.數值研究顯示冥王星和海王星的軌道在數百萬年內沒有太大變化。除2 : 3共振外主要有兩個機制穩定冥王星與海王星的公轉。冥王星的近日點幅角因古在機制在90°左右震盪，冥王星因此在近日點時距離黃道面最遠。冥王星近日點幅角相對於海王星變化的幅度為38°，冥王星近日點因此與海王星軌道的角距離總不小於52° 。兩顆天體的角距離大約每一萬年達到最小值。冥王星與海王星的升節點黃緯存在隨著上述天平動存在共振，當兩升節點黃緯相同時冥王星近日點恰好與升節點與太陽的連線成90°。所有的類木行星都促成該現象的產生。冥王星近日點幅角的天秤動是由冥王星與海王星相互交換角速度而引起的，以兩萬年為週期。自轉.冥王星的自轉週期約為6.39地球日。冥王星的自轉軸與公轉平面的夾角間隔120°，冥王星因此有著極端的季節變化；在至點時陽光持續照射冥王星表面的四分之一，另外四分之一則完全沒有陽光照射。準衛星.冥王星至少有一個準衛星：(15810) 1994 JR1。(15810) 1994 JR1在過去十萬年內是冥王星的準衛星並可能在未來二十五萬年中保持此狀態。(15810) 1994 JR1會以兩百萬年為週期成為冥王星的準衛星。地質.冥王星距離地球很遠，從地球上對冥王星進行細緻研究非常困難。因此在2015年7月14日新視野號飛掠冥王星系統前冥王星的諸多細節仍屬於未知數。表面.冥王星表面由超過98%的固態氮、微量甲烷、微量一氧化碳組成。冥王星朝向冥衛一的一面固態甲烷較多，向背的一面一氧化碳和氮較多。冥王星表面顏色與亮度變化較大。冥王星是太陽系內最表面反差最大的天體之一，反差程度與土衛八相似。冥王星表面的顏色包括炭黑色、深橙色、白色。冥王星的顏色與木衛一的顏色接近，但是橙色稍多。外觀上看起來有一特別巨大、明亮的區域，被暱稱為「心」。內部結構.冥王星的密度為。冥王星內部的岩石與表面冰層可透過放射元素衰變熱分離，科學家因此判斷冥王星內部結構應已分化：岩石構成的地心被冰構成地幔所包圍。地心直徑假設為左右，大約為冥王星直徑的70%。地核與地幔之間可能有由放射衰變熱產生的100到180公里左右的液態水層。質量與尺寸.冥王星的質量為 1.31×1022 千克，不到地球質量的0.24%。冥王星的直徑是2372km。冥王星的表面積為，與俄羅斯國土面積相近。冥王星大氣層的存在使測定冥王星固體表面尺寸變得複雜。1978年冥衛一的發現允許科學家透過牛頓推導的開普勒第三定律測量冥王星－冥衛一系統的質量。科學家也可透過冥衛一的掩星更準確地估算冥王星直徑。科學家還透過自適應光學技術更準確地觀測冥王星的形狀。冥王星比所有類地行星都小。冥王星也比太陽系內七個自然衛星要小。冥王星的直徑約是穀神星的兩倍，冥王星的質量是穀神星的數十倍。冥王星比鬩神星輕。目前還不清楚鬩神星和冥王星之間的直徑大小關係，這兩顆矮行星直徑的估計值都在2330公里左右。冥王星的直徑因大氣層和碳氫化合物所產生的霾而不易測量。2014年3月勒盧什等根據冥王星中甲烷比例判斷冥王星尺寸應不小於2360公里，大約為2368公里，比鬩神星稍大。大氣層.冥王星有一層稀薄的大氣層。冥王星的大氣層含有氮氣、甲烷、一氧化碳，這些氣體與冥王星表面達到平衡。地表大氣壓約為6.5微巴到24微巴，約為地球大氣壓的一百萬分之一到十萬分之一。冥王星的橢圓軌道造成的溫度變化對其大氣層有很大影響。冥王星大氣層內的甲烷產生逆溫現象：冥王星地表10公里上空的平均溫度比地表高36開爾文。低層大氣中的甲烷含量比高層大氣高。1987年冥王星南極長達120年的極夜結束，南極表面的固態氮開始昇華。昇華的固態氮導致冥王星2002年大氣壓比1988年大氣壓高。衛星.冥王星有五個已知的天然衛星：1978年詹姆斯·克里斯蒂發現的冥衛一、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。 冥王星的衛星與冥王星軌道平面的夾角因此為120°。冥王星系統非常緊湊，五顆衛星都處於穩定順行軌道可能存在區域中最靠內的部分。冥衛一離冥王星最近，其質量足以實現流體靜力平衡。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於冥衛一軌道外。冥王星衛星的軌道都處於或接近軌道共振。冥衛二、冥衛三、冥衛五的軌道週期比例在計入作用後為18：22：33。冥衛一、冥衛二、冥衛三、冥衛四、冥衛五的軌道週期之比也接近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週期與各自自轉週期相同。2007年雙子星天文臺在冥衛一表面觀察到氨水和水的晶體，暗示活躍冰火山的存在。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。起源.冥王星的起源長期困擾著天文學家。以前有人認為冥王星曾是海王星的衛星，但被海衛一撞出軌道。動力學研究否定了這個假說，因為冥王星的軌道從未接近海王星。天文學家在1992年發現海王星外還有一些軌道、成分和大小都類似冥王星的天體，揭示冥王星在太陽系的真正歸宿。這些海王星外天體是許多短週期彗星的冥王星是柯伊伯帶中已知最大的天體。2011年，對柯伊伯帶視星等21以下的天體的勘測已接近完成，而其它可能存在、大小類似冥王星的天體和太陽的距離會超過100 AU。和其它柯伊伯帶天體一樣，冥王星和彗星有類似的地方，例如表面都會被太陽風吹走。有人聲稱如果冥王星和地球一樣靠近太陽，它就會形成彗尾，但這個說法因為冥王星的逃逸速度太高而被否定。有人認為冥王星可能是由眾多彗星和柯伊伯帶天體合併而成的。雖然冥王星是已知最大的柯伊伯帶天體，但比冥王星大的海衛一的地質和大氣層都與冥王星相似，被認為是海王星從柯伊伯帶中捕獲的天體。鬩神星，但嚴格來說並不是柯伊伯帶天體，而是黃道離散天體。許多柯伊伯帶天體和冥王星一樣都和海王星有2:3共振，這些天體被稱為冥族小天體。和其它柯伊伯帶天體一樣，冥王星可能是殘留的微行星，但未能成為行星。大多數天文學家都認為冥王星今天的軌道是因為早期太陽系中海王星的遷移導致的。隨著海王星的軌道越來越遠，它正向原始柯伊伯帶的天體靠近，捕獲一個天體，與一部分天體產生共振，並丟擲其餘天體。位於的離散盤的天體也應該是海王星的遷移使它們來到那裡。於2004年建立的電腦模型尼斯模型認為海王星的遷移是由木星和土星的1:2共振導致的。這個共振產生的引力使得天王星和海王星遠離太陽，交換位置並使海王星離太陽的距離翻倍。海王星因此丟擲的原始柯伊伯帶天體也可以解釋太陽系形成六億年後的後期重轟炸期和特洛伊小行星的起源。在海王星遷移之前，冥王星可能曾經有接近圓形的軌道，和太陽的距離約為33 AU。尼斯模型要求原始的微行星盤中有大約一千個冥王星大小的天體，包括海衛一和鬩神星。對冥王星的探索.美國國家航空暨太空總署在2006年1月19日發射無人探測船新視野號，對冥王星及柯伊伯帶進行探索任務。在制定這探索計劃與發射探測器當時，冥王星是太陽系中唯一一個尚未有人造衛星探測器到訪的行星，但當探測器經過漫長的旅行成功到達目的地前，冥王星已於2006年8月24日被列為矮行星。當然，冥王星的等級劃分並不會真的影響到探索任務本身。新視野號在2015年7月14日到達冥王星10,000公里的距離，以進行觀測。在最接近冥王星時新視野號相對於冥王星的速度是13.78公里/秒，與卡倫的距離將接近至約27,000公里，但在飛行的過程中還可以修改這些引數。