关 丹 （北京空间科技信息研究所）

我们熟悉而又陌生的冥王星

Pluto : the Familiar Stranger

关 丹 （北京空间科技信息研究所）

85年前，它以马赛克的样子出现在大众的视线里，它也曾是我们中小学课本当中的第九大行星，2006年8月因其不符合行星条件而被科学家们除名，“贬为”矮行星。它就是2015年倍受世界天文爱好者瞩目的—神秘的冥王星。

1 我们发现你

冥王星的发现是一个幸运、巧合而又富有戏剧性的故事。洛厄尔天文台是美国已故科学家洛厄尔创办的，洛厄尔生前认为，在海王星之外还有一颗未知的行星存在，因为海王星并不完全遵循人们根据引力理论预期的轨道运动，很可能在海王星之外还有另一颗行星，它的引力使海王星改变预期的运行轨道。1915年，一份关于海王星之外天体的观测报告出炉，详细地描绘了可能存在的神秘天体。就是这个错误的推断使得冥王星被发现。

20世纪初，美国天文学家皮克林主张用照相的方法去搜寻这颗被错误计算出的遥远“行星”。隔几天就对同一区域拍照，如有位置移动的天体就会从前后两张底片中找出来。这个对比任务交给了年仅23岁在洛厄尔天文台工作的克莱德·汤博，但要寻找众多的底片，且每张底片又有几万甚至几十万个星点，并将星点逐个核实，简直是不可能的。正巧，这时德国一家仪器公司发明了“闪视比较仪”。汤博利用这台仪器，耐心地将底片逐张进行观察。直到1930年2月18日，功夫不负有心人，汤博发现了这颗遥远的星球，同时它也被当时的天文学家认定为太阳系的第九大“行星”。

2 逐渐认识你

冥王星，英文名字Pluto，其意是希腊神话中的“地狱之神”，译为冥王星。鉴于当时人们认为冥王星处于太阳系外围，那里寒冷黑暗，故因此而得名。该星体被发现后，日本人野尻抱影于1930年以意译建议命名“冥王星”，东亚多个使用汉字的国家也以“冥王星”来命名。中国于1933年采用该名称。

想在地球上研究这颗遥远的冥王星是天文学最艰巨的挑战之一，需要使用最大的天文望远镜和最先进的仪器，即使对“哈勃”空间望远镜（HST)来说也是很难的。据当时科学家计算，冥王星的直径约为2300km，与太阳的平均距离为5.9×109km。冥王星是绕太阳转的，从地球上看，也会逆行。它的公转周期为248个地球年，自发现以来，它才转了1/3圈。它运行在近圆轨道，只有很窄的部分靠近被称为黄道的其他行星运行平面。相比之下，冥王星的轨道是高度倾斜的，超过了17°，并且有着高离心率，这就意味着在某些区域冥王星比海王星更靠近太阳。事实证明，冥王星曾在1979年1月21日跨入海王星内侧成为第二远的“行星”，在1999年3月14日又跨出海王星轨道，再度成为最远的“行星”。

发现冥王星的几十年里，它都一直是星空底片上的一个光点。直到20世纪70年代中期，戴尔·克鲁申科和同事一起给基特峰天文台的一台望远镜加上了红外滤光镜，探测器和传感器的性能得到了提升，还建造了更大的望远镜。完成这项任务的科学家在冥王星地表找到了甲烷冰的证据，几年后，他们又找到了氮气冰存在的证据。由此推断，冥王星可能由70%的岩石和30%的冰组成。

1978年，在研究美国海军气象天文台照片底片时，科学家又得出了一个新的结论，冥王星和地球一样，它也有卫星—冥卫一卡戎。而这颗卫星几乎是其母星的1/2大，非常巨大，以至于2个天体都是绕着共同的重力中心旋转，这一点位于冥王星之外。冥王星和冥卫一是我们太阳系内发现的第一对双矮行星组合，通过它们轨道的基本物理性质以及两者间的距离，天文学家计算出冥王星的质量和体积，质量为1.290×1022kg，体积为6.39×109km3，表面重力为0.655m/s2。

1985-1990年，天文学家很幸运，冥王星和冥卫一围绕它们共同的重力中心运行，依次从对方面前穿过，这种互掩互食的天象让马克·布伊等天文学家们能够捕捉到光的变化模式，耐心地制作了一张冥王星地图。在整个太阳系中有2个天体地表对比度最大，结果冥王星就是其中之一。

2005年，再次观测冥王星和冥卫一时，天文学家又发现了冥王星2颗暗淡的卫星。2011年和2012年又分别发现了冥卫四和冥卫五。至此，科学家得到的结论是，冥王星是一个真正的多卫星系统。

冥王星

3 你被降级了

冥王星被发现以来，长期被列入太阳系的九大行星之列。但从2000年起，在太阳系的边缘、海王星外侧的柯伊伯带中不断发现新的天体，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑，特别是2005年发现的阋神星，当时被认为比冥王星更大。于是国际天文学联合会（ICU）成立了专门的委员会，重新讨论太阳系行星概念。2006年8月通过了新的定义：“行星”必须满足3个条件，一是位于围绕太阳的轨道上运转；二是质量必须足够大，来克服固体引力以达到流体静力平衡的形状，也就是呈球体；三是必须清除轨道附近区域，公转轨道范围内不能有比它更大的天体。按照这个标准，冥王星和阋神星都位于柯伊伯带中，在自己轨道附近还有其他天体，都不能算作行星。对于这一类星体，天文学界定义了一个新类别—矮行星。于是太阳系九大行星从此变成了八大行星，冥王星被降级为矮行星。为配合新身份，冥王星甚至还被“屈辱”地像小行星一样被编号为134340。

4 从来没有如此靠近你

“新视野”探测器在经过4.8×109km的飞行、9.5年的太空穿梭后，在距冥王星12472km的位置上越过。那是我们距离冥王星最近的一刻，冥王星的一切有可能将在这近距离的飞越中成为现实。

“新视野”远程勘测成像仪传回的图片清晰可见，令聚集在约翰-霍普金斯大学应用物理实验室的科学家们惊喜的是，在传回的图片中发现了一个“心”形的淡色光影地带和一条巨大的“鲸”形深色光影地带等一系列信息。

“心”形区域横跨约2000km，被人们亲切地称为“冥王之心”。这颗冥王之心彻底颠覆了地球人对冥王星从前“孤独、高冷、荒凉”的印象。同时，美国科学家也将“心”形区域非正式地命名为“汤博”地区，以此来纪念冥王星的发现者汤博。

“鲸”形区域被冠以一个可爱的昵称“鲸鱼”，该区域上的神秘黑斑令科学家们困惑不已，黑斑形状非常不规则，个别黑点直径约达480km，黑点到底隐藏着何种物质，科学家们还不确定。

冥王表面的黑色物质

5 重新认识你

“新视野”所收集图像的分辨率要比人类迄今所看到的任何图像数据都高，它的飞越将让我们重新认识这颗在太阳系生活45亿年并且没有太大变化的活化石。

根据最新数据，人类第一次准确地确定了冥王星的大小，其直径约为2 3 7 0 k m，误差值为±20km，比之前人们所预想的要大80km左右。但冥王星的绝对尺寸还是个小个子，直径只有地球的18.5%，大小只相当于地球的0.6%。尽管如此，它依然是柯伊伯带内最大的天体。同时，冥王星最大的卫星冥卫一卡戎的直径为1208km，相当于冥王星的51%，地球的9.5%，算体积的话就是地球的0.086%。冥卫二尼克斯的直径约为35km，冥卫三许德拉直径约为45km。“新视野”还在对它们做进一步观察，包括冥卫四科波若斯和冥卫五斯提克斯。

“新视野”传回的最新图像表明，冥王星赤道附近有超级“年轻”的高大冰峰。科学家们在冥王星“心”形区域的西北部发现了一片广漠的冰冻平原。从冰冻平原地形来看，年龄没有超过1亿年，且很有可能仍处在地质形成过程中。科学家们推测，覆盖这片冰冻平原的区域很可能是雪，但并非我们地球上传统意义上的雪，而是冥王星上存在的氮气、一氧化碳或者甲烷等气体凝结成的固态雪。因为冥王星与太阳平均距离达到5.9×109km，表面温度极低，只有-220℃。

在这颗冰质星球的表面，山脉、峡谷清晰可见，赤道附近还发现了一条大约高达3500m的山脉。令科学家们惊喜的是，这些山脉的形成时间非常短，这表明冥王星表面部分地区地质活动仍然非常活跃。“新视野”地质、地球物理和成像团队（GGI）的杰夫·摩尔表示，“这条山脉是人类在太阳系中观测到的最年轻的地表之一。”

美国航空航天局（NASA）增强分析了“心”形和“鲸”形图片的地貌结构，又发现了一条长约1600km的不明多边形地形，这个结构几乎横跨了冥王星的赤道，是个非常庞大的地貌，到底是由什么物质构成以及何以形成，仍然是个谜。

以上种种迹象表明，冥王星上有着多变的地形，是有地质活动的，并非一块“死石头”。而冥王星直径大于预期，意味着它的密度小于预期，说明它的含冰量比预想的更多，还说明冥王星的大气要比预期的稀薄，因为冥王星的直径也会影响其大气层的尺寸。“新视野”还观测到，冥王星的大气层中离子氮向太空逃逸出来，且速度超出了预想，这意味着要么大气逃逸率比预想高，要么有什么别的机制在起作用。

“新视野”近距离拍摄的冥王星冰山

6 你身边的伙伴

“新视野”关注的不只是冥王星，还有冥王星的“伙伴”，也是它的“卫士”。观测数据表明，冥卫一卡戎有它多变的地形，一条长达1000km的悬崖从左向右延伸，一道深达7～9km的峡谷沿其弯曲边缘分布。其北极还有一大片黑色区域，似乎甲烷含量更低。令科学家惊讶的是，卡戎并没有像月球表面那样有众多的陨石坑，而是在赤道上有一个巨大的撞击坑。

冥王星的小“卫士”—冥卫三许德拉自2005年被发现以来，一直是一个形状、大小、反照率都不明确的模糊光点。此次“新视野”上的相机分辨出了这颗小卫星的不规则形状，按照公布图片的分辨率计算，该卫星的大小约为43km×33km。

7 结束语

从1930年被发现，到2001年NASA批准“新视野”计划，再到航天器于2015年抵达冥王星，耗时良久，但时光流逝在我们身边的故事将影响深远。“新视野”已驶向冥王星，在未来的2年中，它将不断地传回关于冥王星的最新图片和最新资料，随之而来的是科学家们对冥王星不断的、更新的认识。让我们拭目以待，当人类最新的图像处理技术与呕心沥血的坚持相结合，必将赢得更重要的发现。届时，冥王星的地形，甚至是星球内部的构成，有没有生命，有没有海洋……这些问题都可能得到回答。地球人将带着对冥王星长达85年的憧憬，揭开这颗拥有传奇经历星球的神秘面纱。