2006年8月24日注定會被載入天文學(xué)史冊。自1930年被發(fā)現(xiàn)時就列入9大行星行列的冥王星，長久以來因為與其他8大行星的諸多不同而飽受質(zhì)疑，終于在第26屆國際天文聯(lián)合會上被正式降級為矮行星。

這一結(jié)果給許多人帶來的沖擊是顛覆性的，尤其在美國——這個第一次發(fā)現(xiàn)冥王星、又第一次向它發(fā)射了探測器的國家——對冥王星總是抱有特殊的感情。15年過去了，“新視野號”探測器回傳的數(shù)據(jù)，為國際天文聯(lián)合會的決議再次添上科學(xué)佐證，關(guān)于冥王星重返行星行列的呼聲也逐漸消弭。當(dāng)然，一切遠未塵埃落定，畢竟，科學(xué)是一項能不斷帶來驚喜的動態(tài)事業(yè)。

冥王星與卡戎

時間回溯至20世紀(jì)初，克萊德·湯博還只是美國堪薩斯州一個普通農(nóng)民的兒子。雖然從小酷愛天文學(xué)，家中困窘的經(jīng)濟條件卻使湯博無緣大學(xué)，高中畢業(yè)后就回到家中料理農(nóng)活。業(yè)余時間，湯博喜歡將農(nóng)具改造成望遠鏡進行天文觀測。當(dāng)時的美國天文學(xué)界正沉浸在尋找法國天文學(xué)家勒維烈預(yù)言的那顆影響了海王星軌道的“第九顆行星”中，拜這股狂熱之風(fēng)所賜，亞利桑那州的一位有錢的業(yè)余天文愛好者珀西瓦爾·洛韋爾出資建立了美國最早的天文臺——洛韋爾天文臺，用以尋找這顆神秘的行星。1929年，洛韋爾天文臺招收業(yè)余天文愛好者作助理，湯博將自己在觀測時畫出的火星與木星圖寄給天文臺，順利得到了這份工作。

冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博。1930年，在美國亞利桑那州洛韋爾天文臺工作的湯博發(fā)現(xiàn)了海王星外的一顆新行星，取名普魯托（漢譯冥王星）

雖說是助理，但工作內(nèi)容只是對比望遠鏡拍下的照片中群星運動軌跡，經(jīng)年累月地在一張張布滿凌亂星辰、且星辰位置幾乎不變的照片中找不同，需要強大的毅力堅持。1930年，在日復(fù)一日地觀察了14個月后，湯博注意到照片上一顆隨時間運動的“污點”，比較其背景中星星的位置，通過其運動速度來計算距離，湯博證實了這個污點是海王星外的一顆新行星。

按照慣例，新行星的名字將從古典神話人物中產(chǎn)生，進入決賽圈的是克洛諾斯（Kronos）和普魯托（Pluto）。在希臘神話中，克洛諾斯是天空之神烏拉諾斯與地母蓋亞的兒子，推翻了父親的殘暴統(tǒng)治后成為第二代眾神之主，但因為走上了父親的老路，最后又被自己的兒子宙斯推翻。既然烏拉諾斯已經(jīng)是太陽系第七顆行星（天王星）的名字，他的兒子成為第九顆行星好像也沒什么不對?？上У氖?，提議這個名字的天文學(xué)家杰克遜在同行中風(fēng)評不好，他提出的名字自然也就被同事們“恨屋及烏”。

相比之下，普魯托的意象與新行星更貼合。普魯托是羅馬神話中的冥王，對應(yīng)希臘神話中的冥府之神哈迪斯——宙斯與波塞冬的兄弟。傳說中，這位死神外表冷峻，駕著黑色戰(zhàn)馬拉著的戰(zhàn)車，身披黑袍，手持雙叉戟，他居住的冥府是生者無法到達的地方。冥府外環(huán)繞著黑色的河流，流淌著罪人的眼淚。

《卡戎》，亞歷山大·利托夫琴科，油畫，描繪了冥府?dāng)[渡人卡戎帶領(lǐng)死者渡過冥界之河的場景。希臘神話中，死者都要乘坐卡戎的船渡過冥河才能到達冥府，因此古希臘有在死人舌下放一枚錢幣的傳統(tǒng)，為了讓親人有船費。1978年，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)者本人的要求，冥衛(wèi)一被命名為“卡戎”

黑暗、寒冷、陰森是人們對冥府的固有印象，正與新行星的特點若合符節(jié)：這顆距離太陽44億—74億千米的行星，人類早已無法用肉眼觀測，即使在功能強大的哈勃望遠鏡中也只是一個模糊的點，太陽光要經(jīng)過平均5.5個小時才能到達它冰冷的表面。

最終，普魯托（漢譯冥王星）——一個英國11歲女孩的建議被全票通過，成為這顆行星的新名字，理由是首字母pl正是洛韋爾天文臺創(chuàng)始人珀西瓦爾·洛韋爾姓名縮寫，冥王星的符號“?”也是由這兩個字母組合而成。

雙星共舞

由于技術(shù)原因，當(dāng)時的天文學(xué)家只能通過海王星對冥王星的引力粗略估算冥王星的質(zhì)量，得出的結(jié)論是與地球大致相當(dāng)，冥王星因此當(dāng)之無愧地榮升太陽系第九顆行星。

然而，隨著觀測的深入，意外情況出現(xiàn)了：此后的70年里，冥王星的質(zhì)量在不斷向下修正。1978年，當(dāng)冥衛(wèi)一卡戎被發(fā)現(xiàn)后，美國天文學(xué)家詹姆斯·克里斯蒂通過冥王星和卡戎之間的引力，才第一次正確測算出冥王星的質(zhì)量，結(jié)果證明冥王星的質(zhì)量僅為地球的0.2%。

更尷尬的是，人們越是觀測冥王星，就發(fā)現(xiàn)它與其他行星的不同之處越多。包括地球在內(nèi)的8大行星公轉(zhuǎn)軌道都近乎正圓，冥王星軌道卻是極扁的橢圓形，遠日點距離太陽49個天文單位，比近日點的29個天文單位遠了整整20個天文單位，再加上它的軌道與黃道面有17度傾角，當(dāng)冥王星運行至近日點時，它其實進入了海王星的公轉(zhuǎn)軌道內(nèi)。

冥王星與冥衛(wèi)一卡戎概念圖

冥王星與卡戎的質(zhì)量差距不大，二者之間存在 1∶1 潮汐鎖定，也就是說，冥王星和卡戎都永遠以同一面朝向著對方。卡戎的運轉(zhuǎn)周期與冥王星自轉(zhuǎn)周期相等，在太陽系行星周圍已發(fā)現(xiàn)的數(shù)百顆天然衛(wèi)星中，是唯一的同步衛(wèi)星。

另一方面，冥王星與衛(wèi)星卡戎的關(guān)系也是太陽系內(nèi)絕無僅有的存在。冥衛(wèi)一卡戎的直徑1212千米，略大于冥王星直徑的一半（2376千米），質(zhì)量約為冥王星的1/8，這是什么概念呢？拿地月關(guān)系舉例，月球的直徑3476千米，還不足地球的1/3，質(zhì)量更是只有地球的1/81。無論從大小還是質(zhì)量看，卡戎對冥王星來說都是一顆相當(dāng)大的衛(wèi)星，以至于兩者共同的質(zhì)心竟在冥王星之外。嚴(yán)格地講，卡戎并不是在圍繞冥王星旋轉(zhuǎn)。通常衛(wèi)星會被自己環(huán)繞的行星潮汐鎖定，例如月球永遠以同一面朝向著地球，但因為冥王星與卡戎的質(zhì)量差距不大，二者之間存在1∶1潮汐鎖定，也就是說，冥王星和卡戎都永遠以同一面朝向著對方。

同時，卡戎的運轉(zhuǎn)周期與冥王星自轉(zhuǎn)周期相等，在太陽系行星周圍已發(fā)現(xiàn)的數(shù)百顆天然衛(wèi)星中，是唯一的同步衛(wèi)星。有科學(xué)家提出假設(shè)，認為冥王星和卡戎分別來自不同的個體，在經(jīng)歷一次大碰撞之后形成了目前的雙星系統(tǒng)。碰撞的過程中，原來系統(tǒng)中的衛(wèi)星可能會留存下來，而碰撞產(chǎn)生的碎片也可能會重新組成新的衛(wèi)星，這很有可能是目前發(fā)現(xiàn)的冥王星其他四顆衛(wèi)星尼克斯、許德拉、科羅珀斯、斯提克斯的來歷。

被開除“行星籍”

1999年2月，在海王星軌道內(nèi)運行了21年的冥王星即將離開海王星軌道，重新成為距離太陽最遠的行星。人們驚愕地發(fā)現(xiàn)，在美國天文學(xué)會行星科學(xué)司列出的“海外天體”表中，冥王星竟赫然在列，被標(biāo)注為第一號“海外天體”。一時間，記者與天文學(xué)家紛紛去電質(zhì)問國際天文聯(lián)合會，是否冥王星已不屬于行星之列。為了弄清天文學(xué)家對冥王星身份的看法，2000年在曼徹斯特舉行的第24屆國際天文聯(lián)合會上舉行了一次摸底表決，與會59人中贊同冥王星大行星身份的只有8人。

隨著天文觀測技術(shù)的提高，出現(xiàn)了越來越多的“冥王星同類”，沖擊著冥王星的行星地位。2002年，美國加州理工學(xué)院的布朗團隊宣布在冥王星外側(cè)的柯伊伯帶中發(fā)現(xiàn)了一顆直徑1300千米的新天體，取名“夸奧爾”。2004年，布朗團隊又在距離地球約129億千米之外發(fā)現(xiàn)了小行星2003VB12（昵稱“塞德娜”），這顆小行星直徑上限大約在1800千米，接近冥王星的2/3。終于在2005年，還是這個布朗團隊發(fā)現(xiàn)的小行星2003UB313（昵稱“齊娜”），給了冥王星“致命一擊”。齊娜星一切條件都與冥王星相差仿佛。更要命的是，根據(jù)亮度和距離推算，齊娜星的體積很有可能比冥王星更大，如果冥王星是行星的話，那么齊娜星無疑有實力躋身成為太陽系的第十顆行星。

壓死冥王星的“最后一顆稻草”——“齊娜”也在會上得到了正式的官方命名——厄里斯（Eris），希臘神話中的災(zāi)厄女神，她的金蘋果引發(fā)的蝴蝶效應(yīng)直接招致了特洛伊的毀滅，對于“齊娜”來說實在是個“實至名歸”的好名字。

決議的通過，真是幾家歡喜幾家愁。小行星帶的王者谷神星借此機會正式躋身矮行星之列，告別了之前的小天體身份，不過對于剛剛發(fā)射了冥王星探測器的“新視野號”項目組來說，十幾年來為了探索最后一顆人類未造訪行星的努力突然被“降級”，有點令人難以接受。項目負責(zé)人艾倫·斯特恩尖刻地嘲諷：“吉娃娃難道就不是狗？”也有天文學(xué)家指出，地球的軌道內(nèi)也有數(shù)以萬計的近地小行星，算不算是清空了軌道？大家都等待著探測器帶回的數(shù)據(jù)，能夠為這項決議一錘定音，抑或讓冥王星逆風(fēng)翻盤。

奔赴冥王星

1989年8月，NASA（美國國家航空航天局）空間探測器“旅行者2號”經(jīng)過海王星后飛向更遠方，探索未知的太陽系邊界，冥王星成為唯一一個未被人類探測器造訪過的行星。冥王星在天文學(xué)界備受冷待，其中的原因科學(xué)家們心照不宣：這顆處在太陽系中最外圍的行星，不論是自身條件還是運行軌跡、大氣環(huán)境、溫度氣候都注定與地球相去甚遠，研究價值不大。在此之前的“旅行者1號”造訪土星后，原本有機會抵達冥王星，但由于軌道原因，且土衛(wèi)六“泰坦”與地球大氣層相似，科學(xué)家最終在冥王星與“泰坦”之間選擇了后者。
2003年2月，“新視野號”項目正式立項。如果能在2006年1月27日之前發(fā)射，探測器可以借助木星軌道的引力實現(xiàn)加速，預(yù)計在2015年飛近冥王星，大大節(jié)省燃料與飛行時間。如果晚于2月2日發(fā)射，探測器將完全無法借力木星，到達冥王星的時間將再拉長3年。經(jīng)歷了因政府預(yù)算減少導(dǎo)致項目差點流產(chǎn)、燃料儲備不足、發(fā)射當(dāng)天地面突刮強風(fēng)、第二次發(fā)射當(dāng)天控制中心斷電的種種風(fēng)波后，2006年1月19日，載著人類探索未知的無限希冀和冥王星發(fā)現(xiàn)者湯博的骨灰，“多災(zāi)多難”的“新視野號”終于發(fā)射成功，斯特恩也大松一口氣：“如果新視野號是只貓，那它可能已經(jīng)死了——因為就算是貓也只有9條命而已。”

“新視野號”探測器。

探測器上搭載了可見光—紅外成像光譜儀、遠程勘測成像儀、太陽風(fēng)分析儀、紫外成像光譜儀、高能粒子光譜儀、無線電科學(xué)設(shè)備、塵埃計數(shù)器等 7 件儀器，用來研究冥王星大氣及地表物質(zhì)的成分和溫度

“新視野號”由美國“宇宙神”V—551型火箭送出地球和太陽逃逸軌道，相對地球速度為每秒16.26千米，逼近第三宇宙速度每秒16.7千米（達到宇宙第三速度意味著有能力脫離整個太陽系），9小時后就飛過月球，1年后即抵達木星，截至目前依然是有史以來發(fā)射起始速度最快的人造天體。在此之前，用時最短的“尤利西斯”探測器到達木星也花了一年半時間。

探測器采用飛越方式探測冥王星而不進入軌道，因為一旦進入軌道需要將現(xiàn)有速度降低90%，對燃料的需求將提升到目前的1000倍，且無法再繼續(xù)前進探索柯伊伯帶。飛越木星以后的幾年時間里，“新視野號”上的絕大部分儀器處于休眠狀態(tài)以節(jié)省電力，延緩設(shè)備老化，每年僅喚醒一次。2014年12月7日，“新視野號”被全面喚醒并一直保持清醒狀態(tài)，為接下來的探測工作做好準(zhǔn)備。2015年7月14日，“新視野號”抵達距離冥王星最近的位置。

“新視野號”探測器傳回的冥王星照片

人類第一次清晰地看到冥王星。這是顆淡褐色的星球，地表比大多數(shù)科學(xué)家預(yù)料的更富有紋理，其地質(zhì)呈現(xiàn)的多樣性和復(fù)雜程度令人驚訝，其中最顯著的特征便是赤道附近的心形區(qū)域，目前被非正式命名為“湯博區(qū)”。科學(xué)家在其中找到了冰凍平原與冰凍山脈的地形特征，“湯博區(qū)”東半部覆蓋著高反照率的氮冰高地，其中一部分氮冰通過冰川運動流入西半部較為平坦的斯普特尼克平原。與冥王星地表布滿氮冰、甲烷冰不同的是，冥衛(wèi)一卡戎的表面更多是水冰，地表溫度-230℃，表面大氣僅約10pa，稀薄到幾近于無。最新傳回的局部區(qū)域高清圖像顯示，卡戎北半球有一個巨大的凹陷，凹陷中央聳立一座山峰，這一特征目前還難以用科學(xué)解釋。

2015年7月15日，“新視野號”成功飛越冥王星，向著更遠處的柯伊伯帶深入。

太陽系是什么樣的？這個問題到今天的主流解答是，太陽系主要由三個區(qū)域構(gòu)成，一區(qū)為類地行星、巖石質(zhì)天體，包括水星、金星、地球、火星；二區(qū)為類木行星、氣液態(tài)巨行星，包括木星、土星、天王星和海王星，類地行星與類木行星以小行星帶為界；三區(qū)為海王星軌道以遠的柯伊伯帶、離散盤和奧爾特云，被降級后的冥王星是目前已知的柯伊伯帶最大天體。

“新視野號”探測器。

探測器上搭載了可見光—紅外成像光譜儀、遠程勘測成像儀、太陽風(fēng)分析儀、紫外成像光譜儀、高能粒子光譜儀、無線電科學(xué)設(shè)備、塵埃計數(shù)器等 7 件儀器，用來研究冥王星大氣及地表物質(zhì)的成分和溫度

參考文獻：

季江徽、蔣云、王素《“新視野”號成功飛掠冥王星及其衛(wèi)星系統(tǒng)》傅承啟《理性的回歸——評IAU關(guān)于太陽系行星的決議》謝懿《柯伊伯帶和太陽系的彗星盤》張雪松《柯伊伯帶：謎一樣的天體區(qū)域》

來源：國家人文歷史


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