UN在遠征中經過的矮行星---冥王星

UN在遠征中經過的矮行星---冥王星

百科名片

冥王星,或被稱為134340號小行星,於1930年1月由克萊德·湯博根據美國天文學家洛韋爾的計算髮現,並以羅馬神話中的冥王普路托(Pluto)命名。它曾經是太陽系九大行星之一,但後來被降格為矮行星。與太陽平均距離59億千米。直徑2300千米,平均密度0.8克/立方厘米,質量1.290×10^22千克。公轉周期約248年,自轉周期6387天。表面溫度在-220°c以下,表面可能有一層固態甲烷冰。暫時發現有三顆衛星。

冥王星近景照(想象)冥王星(讀音:míngwángxīng)起初被認為是太陽系中的一顆大行星,但是在2006年8月24日於布拉格舉行的第26屆國際天文聯會中通過第五號決議,將冥王星劃為矮行星(dwarfplanet)。在2008年6月,國際天文學會再將冥王星做為子分類類冥矮行星(Plutoid)的原型。

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主要參數

軌道參數

平均半徑5.91352×10^9km(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4.7490km/s

軌道傾角17.1449°

衛星數量3

近日點4,436,824,613千米(29.65834067天文單位)

遠日點7,375,927,931千米(49.30503287天文單位)

物理特性

赤道直徑2344千米

表面積1700萬平方千米

質量1.290×10^22千克平均密度1.1g/cm^3

表面重力加速度0.6米/秒^2

自轉周期6天9小時17.6分

軸傾角119.61°

星體反照率0.30

逃逸速度1.22km/s

表面溫度

最低一般最高

33K44K55K

大氣參數

氣壓0-0.01kPa

氮90%

甲烷10%

命名

在希臘神話中,冥王星(希臘文:哈得斯Hades)是地底世界(冥界)之神。哈得斯是宙斯的哥哥,在戰勝父親克洛斯后,負責掌管下界冥土,成為冥王。他的羅馬名字是普路同(Pluto),九大行星中最小最外的冥王星。他是地獄和死人的統治者,審判死人給予懲罰。他的妻子是珀耳塞福涅(Perphone)[1],在巡視大地時搶回來的妻子。哈得斯同時是掌管財富的神,掌管地下埋藏的黃金寶石。

由於冥王星在遠離太陽59億千米的寒冷陰暗的太空中蹣跚前行,這情形和羅馬神話中住在陰森森的地下宮殿里的冥王普魯托非常相似。因此,人們稱其為普魯托(Pluto),在天文學中是普魯托英文名字前兩個字母PL,又是對冥王星發現有推動之功的美國天文學家洛韋爾(PercivalLowell)姓名的縮寫。

在該星體被發現之後,日本人野尻抱影於1930年以意譯建議命名「冥王星」,東亞多個使用漢字的國家大抵也以冥王星來命名。日本於1930年、東京天文台當初使用「プルートー」(「Pluto」的音譯),至1943年採納漢字名稱「冥王星」。中國於1933年採用「冥王星」,越南則使用「閻王星」(DiêmV??ngTinh,漢喃:SaoDiêmV??ng)作漢字名。使用國語字來書寫漢越詞產生了一些有關辭彙的來源混淆問題,因為漢語及漢越語同時存在大量的異義同音字。例如「明」與「冥」均書寫成為「minh」,所以「minh」這一字既可解作「明亮」,亦可解作「陰暗」兩個相反的意思。可能正因為這個原因,冥王星的越南語寫法並非如其他同屬漢字文化圈的國家一樣作「MinhV??ngTinh」(冥王星),而是基於佛教和印度教的神「閻王」而改稱「DiêmV??ngTinh」(閻王星)

冥王星發現

早期探索

冥王星的亮度只有15等,即使在大望遠鏡拍攝的照片上,它和普通的恆星也沒有什麼差別,要想在幾十萬顆星星中找到它,真好比是大海撈針。在尋找冥王星的工作中,天文愛好者出身的美國天文學家洛韋爾詳細計算了這顆未知行星的位置,用望遠鏡仔細尋找,付出了十幾年的心血。直到1916年11月16日,他突然去世。1919年,天文學家休姆遜曾以攝影方法紀錄到冥王星,但其中一張照片中的冥王星像在污點上,在另一張相片中冥王星則靠在明亮的恆星附近,結果沒有被發現。1925年,洛韋爾的兄弟捐獻了一架口徑32.5厘米的大視場照相望遠鏡,性能非常好,為繼續搜尋新行星提供了優越的條件。

發現

1929年,洛韋爾天文台台長邀請湯博(ClydeWilliamTombaugh)加入未知行星的搜索行列。他們一個一個天區地搜索,拍攝了大量底片,並對每張底片進行細心地檢查,工作艱苦、乏味。1930年1月21日,湯博終於在雙子星座的底片中發現了這顆新行星。

冥王星是在1930年由於一個幸運的巧合而被發現的。一個後來被發現錯誤的計算「斷言」:基於天王星與海王星的運行研究,在海王星后還有一顆行星。美國亞利桑那州的Lowell天文台的ClydeW.Tombaugh由於不知道這個計算錯誤,對太陽系進行了一次非常仔細的觀察,然而正因為這樣,發現了冥王星。

發現它后,人們很快發現冥王星太小及與其它行星運行軌道有差異。對未知行星(PlanetX)的研究還在繼續,但沒發現任何東西。如果採用了旅行者2號飛船計算出的海王星的質量,那麼另一個質量差異就消失了,也就不會有第十顆行星了。

冥王星尺寸

由於冥王星太暗太小,發現后很長時間不能確定它的大小。最早估計它的直徑是6600千米,1949年改為10000千米。1950年,柯伊伯用新建的5米望遠鏡將其修正為6000千米,1965年又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,卡戎直徑為2000千米。近年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,而查龍直徑為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大的。所以,有人說冥王星和它的衛星更像一個雙行星系統。即使在交叉點附近,它們之間的距離仍然是很大的。它們會像運行於立體交叉公路上的車輛一樣,各自飛馳而過。

冥王星的半徑還不很清楚,JPL(JetPropulsionLaboratory,噴氣推進實驗室)的數值1137千米被認為有±8的誤差,幾乎近1%。儘管冥王星和冥衛一的總質量知道得很清楚(這可以通過對冥衛一運行軌道的周期及半徑精確測量和開普勒第三定律而確定),但是冥王星和冥衛一分別的質量卻很難確定。這是因為要分別求出質量,必須測得更為精確的有關冥王星與冥衛一系統運行時的質心才能確定測量出,但是它們太小而且離我們實在太遠,甚至哈勃太空望遠鏡對此也無能為力。這兩顆星質量比可能在0.084到0.157之間。更多的觀察正在進行,但是要得到真正精密的數據,只有送一艘太空飛行器去那裡。

冥王星軌道

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於其他行星。因此儘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。就像天王星那樣,冥王星的赤道面與軌道面幾乎成直角。冥王星的表面溫度知道得不很清楚,但大概在35到45K(-238到-228℃)之間。

冥王星和海衛一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係。有人曾認為冥王星過去是海王星的一顆衛星,但是現在認為並不是這樣。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奧爾特雲(OortCloud,柯伊伯帶KuiperBelt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。冥王星可以被非專業望遠鏡觀察到,但是這是不容易的。MikeHarvey的行星天象圖可以顯示最近冥王星在天空中的方位(以及其他行星),但是還得靠更為細緻的天象圖以及幾個月的仔細觀察才能真正地找到冥王星。由行星程序如「燦爛星河」可以繪製準確的天象圖。

冥王星是目前太陽系中最遠的行星,其軌道最扁,以致最近20年間冥王星離太陽比海王星還近。從發現它到現在,人們只看到它在軌道上走了不到1/4圈,因此過去對其知之甚少。冥王星距離太陽的平均距離約為59億公里,是地球與太陽平均距離的40倍。而且,它環繞太陽運行的速度只有地球的六分之一,因而要花上248個地球年才能圍繞行太陽一圈。冥王星於1989年9月5日通過近日點(下次為2237年9月16日)、並將於2114年2月19日過遠日點(上次為1866年6月6日)。

冥王星的軌道是一個非常扁的橢圓,在遠日點約有74億公里;近日點也有44億公里。另外,軌道偏心率較大,使冥王星有時比海王星離太陽還要略近一些(例如在1989年~1999年2月9日),但冥王星不會因軌道與海王星相交而與之碰撞,因為冥王星的軌道和海王星軌道相比是傾斜的,冥王星近日點時的位置在海王星軌道「上方」,距離海王星軌道3.78億公里以上。

冥王星在發現之初曾被認為是一顆位於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。這是由於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。

冥王星大氣

冥王星的成份還不知道,但它的密度(大約2克/立方厘米)表示:冥王星可能像海衛一樣是由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冥王星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。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,地面壓強只有少量微帕。冥王星的大氣層可能只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。

冥王星的表面溫度很低,因而它上面絕大多數物質只能是固態或液態,即其冰幔特別厚,只有氫、氦、氖可能保持氣態,如果上面有大氣的話也只能由這三種元素組成。

冥王星的衛星

冥王星現有三顆已知的天然衛星。

冥衛一的發現是在1978年7月,美國海軍天文台的克里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,於是他斷定冥王星有一顆衛星。由於冥王星離我們實在太遠了,以致在大望遠鏡里也不能把冥王星和它的衛星分開。

冥衛一被命名為卡戎(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。它在向著太陽系內運行時,剛好運行到軌道的邊緣時被發現的。所以可能通過冥衛一觀察許多冥王星的運行,反之亦然。通過精密計算什麼物體什麼部分在什麼時候被覆蓋,以及觀察光亮曲線,天文學家能夠繪出兩個半球光亮區域與黑暗區域的大致地圖。

2005年5月哈勃太空望遠鏡發現S/2005P1及S/2005P2兩顆冥王星的新衛星,並於翌年6月底的國際天文學合會會議上命名為Nix(尼克斯)與Hydra(許德拉)。

降格矮行星

1、備受爭議

自從70多年前被發現的那天起,冥王星便與「爭議」二字聯繫在了一起,一是由於其發現的過程是基於一個錯誤的理論;二是由於當初將其質量估算錯了,誤將其納入到了大行星的行列。

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,發現它的直徑只有2300公里,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。冥王星的質量遠比其他行星小,甚至在衛星世界中它也只能排在第七、第八位左右。

冥王星剛被發現之時,它的體積被認為有地球的數倍之大。很快,冥王星也作為太陽系第九大行星被寫入教科書。但是隨著時間的推移和天文觀測儀器的不斷升級,人們越來越發現當時的估計是一個重大「失誤」,因為它的體積要遠遠小於當初的估計。此外,冥王星(pluto)的行星身份也一直以來成了天文學家們爭論的焦點,這也是因為一直以來對行星沒有一個具體清楚的定義。尤其,自1992年首次發現「柯伊伯帶」(KuiperBelt)以來,更多關於天文發現加劇了人們其行星資格的爭論。

2005年7月9日,又一顆新發現的海王星外天體被宣布正式命名為厄里斯(Eris)。根據厄里斯的亮度和反照率推斷,它要比冥王星略大。這是1846年發現海王星之後太陽系中所發現的最大天體。儘管當初並沒有官方的共識,它的發現者和眾多媒體起初都將之稱為「第十大行星」。也有天文學家認為厄里斯的發現為重新考慮冥王星的行星地位提供了有力佐證。

就連冥王星的顯著特徵——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。而且厄里斯的天體光譜分析也顯示它和冥王星有著相似的地表,此外厄里斯也有一個較大的衛星戴絲諾米婭(Dysnomia)。

2、淘汰出局

2006年8月,在布拉格召開的國際天文聯合會第26屆大會上,來自各國天文界的權威代表經過投票表決后通過聯合會決議,將原來九大行星中的冥王星列入矮行星之列。這意味著太陽系將只有八顆行星。

按照國際天文學聯合會的定義,一個天體要被稱為行星,需要滿足三個條件:圍繞太陽公轉、質量大到自身引力足以使它變成球體,並且能夠清除其公轉軌道周圍的其他物體。同時滿足上述三個條件的只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它們都是在1900年以前被發現的。而同樣具有足夠質量、成圓球形,但不能清除其軌道附近其他物體的天體稱為「矮行星」,冥王星恰好符合這一定義,並被國際天文學聯合會確認是一顆「矮行星」。圍繞太陽運轉,形狀不規則,也不能清除公轉軌道周圍物體的天體統稱為「太陽系小天體」。眾多太陽系小天體主要集中在火星和木星軌道之間,估計有50000多顆,現在已發現7000多顆。

長期以來,人們普遍認為太陽系有九大行星。其實,冥王星自從70多年前被發現的那天起就頗受「爭議」。1930年美國天文學家湯博發現冥王星,當時估錯了冥王星的質量,以為冥王星比地球還大,所以命名為大行星。但是經過近30年的進一步觀測,發現它的直徑只有2300千米,比月球還要小,等到冥王星的大小被確認,「冥王星是大行星」早已被寫入教科書了。然而冥王星是一個異類。它個頭太小,軌道太扁,有時竟跑到海王星軌道的內側,而且軌道平面相對於地球軌道平面有很大的傾斜,而不像其他行星軌道基本上與地球軌道位於同一平面上。這些特徵使其行星地位相當不穩定。此外還有3顆類似冥王星的天體一直未得到「行星」地位。一顆是1801年發現的處於火星和木星之間的原來稱作「小行星帶」中的「穀神星」,球形,直徑1020千米。一顆是1978年發現的「卡戎」,球形,直徑約1200千米,看似冥王星的衛星,但冥王星的質量大約只有卡戎的10倍,它們是圍繞共同質量中心彼此環繞的。另一顆是2003年發現的2003UB313(昵稱「奇娜」),比冥王星軌道還遠,體積還大,直徑2400千米,一度號稱「第十大行星」。如果冥王星繼續坐在第九大行星的交椅上,上述這些行星的「名分」如何處理,以後再發現這類天體又如何處理,都成了天文學家的難題。是否要給冥王星「正名」成為此次國際天文學聯合會大會的焦點,為此,天文學家給出了各種草案,最後進行了行星定義的表決投票,最終使冥王星從九大行星中出局,並與穀神星、卡戎、2003UB313一道被認為是「矮行星」。

3、花絮

2009年3月9日在美國伊利諾伊州決定恢復冥王星的行星資格。時至今日,許多業餘天文愛好者仍在他們的望遠鏡上綁上黑紗,以紀念這一「黑暗時刻」。日前,美國伊利諾伊州通過一個決定展現了這個州的「特質」:該州認為國際天文學聯合會完全由一幫「傻瓜」組成,決定從今年3月13日起恢復冥王星的行星資格。

事實上,伊利諾伊州已將3月13日定為該州的「冥王星日」。伊利諾伊州之所以做出這樣的決定,一是因為冥王星的發現者、業餘天文學家克萊德·湯博(ClydeTombaugh)出生於伊利諾伊州,二是在國際天文學聯合會做出將冥王星降級的決定時,其實只有4%的成員投票。

近期探索

美國國家航空暨太空總署在2006年1月17日發射無人探測船「新地平線號」,預計2015年到達冥王星進行觀測。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行星探測器到訪的行星,但有點諷刺的是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日被列入為矮行星。當然,冥王星的等級劃分並不會真的影響到探索任務本身。

2010年2月5日消息,美國航天局4日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后認為,冥王星正逐漸變紅。美國航天局專家說,這組照片顯示冥王星的顏色比以往更加紅潤,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。

相關文獻和其他含義

文獻

當代·殷謙《天廷秘傳》:「初五,有玉京宮宇群顯,霓霞障天,雲幡盛甚。霎間,爆發星變生巨火,自成一星,在天極星中央,其狀宛若明鏡,燦燦灼亮,天斗美其名曰金烏。初六,天極星外九星顯,乃金、木、水、火、土、地球、海王、天王、冥王八星,各星之距乃二十一萬光年,可謂日月似合璧,九星如連珠。」(殷謙·《天廷秘傳》第一回)

網路意義

網上將不和眾人太相似的人稱為在冥王星。形容信息閉塞,對新事物或者常識長久不知曉,如「樓主,冥王星了。」

小說

《再見,冥王星》刊登在雜誌《萌芽》07年10月號。作者夏茗悠。

——你記起了嗎?曾經有一顆行星因為弱小得看不見而被踢出了九大行星。

——那顆灰色的小星球至今還在某個被人遺忘的角落默默地旋轉著。

——看不見呢。可是我卻聽得見。

——宇宙中傳來的哭泣經久不息。

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限制級傭兵

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