冥王星

發現

十九世紀四十年代奧本·勒維耶通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·羅威爾創立羅威爾天文台；1906年羅威爾開始搜索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坐標。此項搜索一直持續到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圖像的照片，但是這些圖像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台於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台展開十年訴訟，對X行星的搜索因由此直至1929年才恢復。時任天文台主管維斯托·斯里弗在看到克萊德·湯博的天文繪圖樣品後將搜索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感光干板搜索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索後在當年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日的一張質量不佳的照片確認該天體的運動。在天文台進一步拍攝驗證照片後，發現第九大行星的消息與1930年3月13日由電報發往哈佛大學天文台。

命名

發現第九大行星的消息在全世界產生轟動。羅威爾天文台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一個名字。
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托命名此行星。伯尼在與其祖父福爾克納·梅丹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。所有羅威爾天文台成員允許在三個候選命名方案中投票選擇一個：彌涅耳瓦（已被一小行星使用）、克洛諾斯（因由托馬斯·傑佛遜·傑克遜·希提出而不受歡迎）、普路托。普路托以全票通過。該命名於1930年5月1日公布。梅丹在得知此消息後獎勵其孫女5英鎊（相當於2019年的311英鎊或430美元）。
普路托獲選的部分原因是普路托與頭兩個字母（英語：PL）為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的天文符號（, unicode U+2647, ♇）也是由PL構成的花押字。其占星符號則類似於海王星的占星符號（），但是在三叉戟中間的叉改為圓圈（）。
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設計米老鼠的寵物布魯托。但是迪士尼動畫師本·夏普斯廷無法確認布魯託名字的來源。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托的不同變體稱呼該天體。在普路托這個名字公布的同一年，日本天文學者野尻抱影提議在日語中以「冥王星」（冥王星（めいおうせい）；Meiōsei）一名稱呼普路托。後來的漢語、韓語、越語都是藉此名來稱呼普路托。冥王星被降級為矮行星後，有學者提出將其改稱「冥神星」，這樣才會與主要的小行星的命名法一致，但此提議最終並未實行。
部分印度語言（如印地語的 प्लूटो；Plooto）使用普路托稱呼該冥王星。但是其他印度語言使用印度教中的閻摩或佛教的閻羅王稱呼冥王星。越南語也以閻王星（Sao Diêm Vương；星閻王）稱呼冥王星。玻里尼西亞語言也傾向於使用本土文化中地獄之神稱呼冥王星，例如毛利語中的Whiro。

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消息對外公布。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。

公轉與自轉

冥王星的軌道周期為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（相對黃道面大於17°）、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。計算機模擬可以向前或向後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（一千萬年到兩千萬年）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（拱點進動）而最終與海王星相撞。因此還有其他機制防止兩顆天體相撞。其中最主要的機制是冥王星與海王星的2：3平均運動軌道共振：冥王星完成兩次公轉時，海王星完成三次公轉。該過程以約五百年的周期周而復始。每個周期內當冥王星首次抵達近日點時，海王星位於冥王星後50°。在冥王星第二次抵達近日點時，海王星則在冥王星前方50°。因此冥王星與海王星的最近距離是17天文單位，大於冥王星與天王星的最近距離（11天文單位）。
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° (90°–38°)。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°。（1：1超共振）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，以兩萬年為周期。

自轉

冥王星的自轉周期約為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。

准衛星

冥王星至少有一個准衛星：(15810) 1994 JR₁。(15810) 1994 JR₁在過去十萬年內是冥王星的准衛星並可能在未來二十五萬年中保持此狀態。(15810) 1994 JR₁會以兩百萬年為周期成為冥王星的准衛星。冥王星可能還有更多的共軌天體。

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」，看起來也像布魯托。

內部結構

冥王星的密度為2.03±0.06 g/cm³。冥王星內部的岩石與表面冰層可通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函所包圍。地心直徑假設為1700 公里左右，大約為冥王星直徑的70%。地核與地函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。

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（0.64帕至2.4帕），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升華。升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（離心率小於0.006）、與冥王星赤道共面（傾角小於1°）。 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。（例如小行星617或太陽－木星系統）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。

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，對冥王星及古柏帶進行探索任務。
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參數。