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“冥王星”的前世今生

時(shí)間:2015年07月31日 信息來(lái)源:冥王星 點(diǎn)擊:3472 字體:

 

 

    冥王星是繼鬩神星后第二大的已知矮行星。冥王星是最大的柯伊伯帶天體,也很可能是體積最大的海王星外天體。冥王星是直接圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的第十大天體。它同其他柯伊伯帶天體一樣,主要由巖石和冰組成。冥王星相對(duì)較小,僅有月球質(zhì)量的六分之一、月球體積的三分之一。冥王星的軌道離心率及傾角皆較高,近日點(diǎn)為30天文單位(44億公里),遠(yuǎn)日點(diǎn)為49天文單位(74億公里)。冥王星因此周期性進(jìn)入海王星軌道內(nèi)側(cè)。海王星與冥王星因相互的軌道共振不會(huì)碰撞。2014年冥王星距離太陽(yáng)32.6天文單位。在它的平均距離上(39.4天文單位)陽(yáng)光需要5.5小時(shí)左右才能到達(dá)冥王星。

 

    

    2015年7月8日 新視野號(hào)拍攝的冥王星(右)與冥衛(wèi)一(左)

 

    冥王星于1930年被發(fā)現(xiàn),并被視為第九大行星。后續(xù)75年內(nèi)對(duì)冥王星及太陽(yáng)系內(nèi)其他天體的研究挑戰(zhàn)了冥王星的行星地位。自1977年發(fā)現(xiàn)小行星凱龍(chiron)后,人們發(fā)現(xiàn)了眾多軌道高度離心的冰質(zhì)天體。2005年發(fā)現(xiàn)的離散盤天體鬩神星質(zhì)量比冥王星質(zhì)量多出27%。國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)(iau)認(rèn)識(shí)到冥王星僅為眾多外太陽(yáng)系較大冰質(zhì)天體中的一員后于2006年正式定義行星概念。新定義將冥王星排除行星范圍,將其劃為矮行星。但一些天文學(xué)家則認(rèn)為冥王星仍屬于行星。

 

    冥王星目前已知的衛(wèi)星總共有五顆:冥衛(wèi)一(charon)、冥衛(wèi)二(nix)、冥衛(wèi)三(hydra)、冥衛(wèi)四(kerberos)、冥衛(wèi)五(styx)。冥王星與冥衛(wèi)一的共同質(zhì)心不在任何一天體內(nèi)部,因此有時(shí)被視為一聯(lián)星系統(tǒng)。iau并沒(méi)有正式定義矮行星聯(lián)星,因此冥衛(wèi)一仍被定義為于冥王星的衛(wèi)星。

 

    新視野號(hào)探測(cè)器將于2015年7月14日成為第一艘飛掠冥王星的飛船。美國(guó)航空航天局(nasa)計(jì)劃用新視野號(hào)對(duì)冥王星及其衛(wèi)星進(jìn)行細(xì)致觀測(cè)。此后新視野號(hào)還會(huì)對(duì)其他柯伊伯帶天體進(jìn)行觀測(cè)。

 

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冥王星的發(fā)現(xiàn)者 克萊爾·威廉·湯博(clyde william tombaugh)

 

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    十九世紀(jì)四十年代奧本·勒維耶通過(guò)經(jīng)典力學(xué)分析天王星軌道的攝動(dòng)后預(yù)測(cè)了海王星的位置。十九世紀(jì)末天文學(xué)家根據(jù)對(duì)海王星的觀察推測(cè)有其他行星攝動(dòng)天王星軌道。

 

    1906年羅威爾天文臺(tái)的創(chuàng)辦者帕西瓦爾·羅威爾開(kāi)始搜索第九大行星——x行星。1909年羅威爾和威廉·亨利·皮克林提出了若干該天體可能處于的天球坐標(biāo)。此項(xiàng)搜索一直持續(xù)到1916年羅威爾逝世為止,但是沒(méi)有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍攝到了兩張帶有模糊的冥王星圖像的照片,但是這些圖像并沒(méi)有被正確辨認(rèn)出來(lái)。

 

    羅威爾的遺孀康斯坦斯·羅威爾企圖獲取天文臺(tái)中其夫所有的份額。對(duì)x行星的搜索因由此產(chǎn)生的法律糾紛直至1929年才恢復(fù)。時(shí)任天文臺(tái)主管維斯托·斯里弗在看到克萊德·湯博的天文繪圖樣品后將搜索x行星的任務(wù)交與湯博。

 

    湯博的任務(wù)是系統(tǒng)地成對(duì)拍攝夜空照片、分析每對(duì)照片中位置變化的天體。湯博借助閃爍比對(duì)器快速調(diào)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(jīng)歷近一年的搜索后在當(dāng)年1月23日與1月29日拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)了一可能移動(dòng)的天體。1月21日的一張質(zhì)量不佳的照片確認(rèn)了該天體的運(yùn)動(dòng)。在天文臺(tái)進(jìn)一步拍攝了驗(yàn)證照片后,發(fā)現(xiàn)第九大行星的消息于1930年3月13日由電報(bào)發(fā)往哈佛大學(xué)天文臺(tái)。

 

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冥王星的命名者 威妮夏·伯尼(venetia burney)

 

    發(fā)現(xiàn)第九大行星的消息在全世界產(chǎn)生轟動(dòng)。羅威爾天文臺(tái)擁有對(duì)此天體的命名權(quán)并從全世界收到了超過(guò)一千條建議。湯博敦促斯里弗盡快在他人起名前提出一個(gè)名字 。

 

    英國(guó)牛津的11歲學(xué)童威妮夏·伯尼因其對(duì)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·梅丹交談中提出了這個(gè)名字。原任牛津大學(xué)博德利圖書館館員的梅丹將這個(gè)名字交給了天文學(xué)教授赫伯特·霍爾·特納。特納將此電報(bào)給了美國(guó)同行。

 

    該天體正式于1930年3月24日命名。普路托(pluto)以全票通過(guò)。該命名于1930年5月1日公布。梅丹在得知此消息后獎(jiǎng)勵(lì)其孫女5英鎊(相當(dāng)于2015年的276英鎊或430美元)。

 

    普路托(pluto)獲選的部分原因是普路托的頭兩個(gè)字母(英語(yǔ):pl)為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的天文符號(hào)(?, unicode u+2647, ?)也是由pl構(gòu)成的花押字。

 

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冥王星與我們的地球 月球的大小比較

 

    自發(fā)現(xiàn)冥王星后人們就因其模糊圖像懷疑冥王星不是羅威爾所設(shè)想的x行星。二十世紀(jì)以來(lái)冥王星質(zhì)量的估計(jì)值在逐步縮小。天文學(xué)家最初按照冥王星假定對(duì)天王星與海王星軌道的影響計(jì)算冥王星質(zhì)量。1931年計(jì)算得出的冥王星質(zhì)量和地球質(zhì)量相若,1948年的進(jìn)一步計(jì)算結(jié)果則接近火星質(zhì)量。1976年夏威夷大學(xué)的戴爾·克魯克香克、卡爾·佩爾徹與莫里森首次計(jì)算出冥王星的反照率;計(jì)算得到的反照率與固態(tài)甲烷相似。冥王星因此比與相同尺寸的其他天體明亮,其大小不會(huì)超過(guò)地球質(zhì)量的百分之一。(冥王星的反照率 比地球反射率大1.3–2.0倍)

 

    1978年冥衛(wèi)一的發(fā)現(xiàn)允許天文學(xué)家首次測(cè)量冥王星的質(zhì)量。冥王星質(zhì)量?jī)H相當(dāng)于地球質(zhì)量的0.2%,不足以解釋天王星的軌道擾動(dòng)。隨后羅伯特·薩頓·哈靈頓在內(nèi)的諸多天文學(xué)家未能找到冥王星以外的x行星。1992年邁爾斯·斯坦迪什用旅行者2號(hào)1989年飛掠海王星時(shí)所測(cè)數(shù)據(jù)重新計(jì)算海王星對(duì)天王星的引力作用。旅行者2號(hào)的數(shù)據(jù)將海王星質(zhì)量的估計(jì)值降低了0.5%,相當(dāng)于一火星質(zhì)量。重新計(jì)算的結(jié)果中天王星的軌道并沒(méi)有異常,自此x行星也無(wú)存在的必要?,F(xiàn)在大多數(shù)科學(xué)家同意羅威爾所定義的x行星并不存在。羅威爾曾在1915年預(yù)測(cè)x行星的位置接近于當(dāng)時(shí)冥王星的位置。恩尼斯特·威廉·布朗在冥王星的發(fā)現(xiàn)后不久認(rèn)為羅威爾的預(yù)測(cè)是個(gè)巧合,此看法至今仍受支持。

 

    1992年起在冥王星附近發(fā)現(xiàn)的諸多天體顯示冥王星是柯伊伯帶的一部分。冥王星的行星地位因此受到挑戰(zhàn)。博物館和天文館偶爾會(huì)因在太陽(yáng)系模型中忽略冥王星而引起爭(zhēng)議。紐約海登天文館于2000年2月翻新后重新對(duì)外開(kāi)放,展出了只有八顆行星的太陽(yáng)系模型,一年后這件事登上了報(bào)紙頭條。

 

    天文學(xué)家在科伊伯帶發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多與冥王星大小相似的天體后認(rèn)為冥王星應(yīng)重新劃為科伊伯帶天體。2005年7月29日發(fā)現(xiàn)新的海外天體鬩神星的消息對(duì)外公布。根據(jù)推測(cè)鬩神星比冥王星大,是1846年發(fā)現(xiàn)海衛(wèi)一后發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系內(nèi)最大天體。盡管當(dāng)時(shí)并沒(méi)有將其歸為行星的正式共識(shí),媒體與發(fā)現(xiàn)鬩神星的天文學(xué)家最初將其稱為第十大行星。天文學(xué)界有人將此視為將冥王星劃為小行星的最有力論據(jù)。

 

    對(duì)冥王星地位的辯論隨著2006年8月24日iau決議的出臺(tái)進(jìn)入了關(guān)鍵階段。國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)(iau)決議列出了三個(gè)條件,符合這些條件的天體可被視為行星:

 

    該天體的軌道必須圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn);

    該天體必須有足夠的質(zhì)量通過(guò)自身引力成為球形;

    該天體必須清理軌道附近的其他天體。

 

    冥王星的質(zhì)量是其軌道上其他所有天體質(zhì)量之和的7%,無(wú)法滿足第三項(xiàng)條件。iau進(jìn)一步?jīng)Q定同冥王星一樣無(wú)法滿足第三項(xiàng)條件的天體為矮行星。

 

    公眾對(duì)iau決議看法反應(yīng)不一。很多人接受重新分類,但有人發(fā)起在線請(qǐng)?jiān)竵?lái)號(hào)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(xiàng)決議中開(kāi)玩笑地將iau的決定稱為“科學(xué)上的異端”。鑒于冥王星發(fā)現(xiàn)者湯博長(zhǎng)期居住于新墨西哥州,該州眾議院通過(guò)一項(xiàng)紀(jì)念湯博的議案,宣布冥王星在新墨西哥州的天空中永遠(yuǎn)屬于行星行列,并將2007年3月13日定為冥王星日。伊利諾伊州參議院在2009年考慮到湯博出生于伊利諾伊州通過(guò)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(jiān)持認(rèn)為冥王星屬于行星。

 

 

冥王星軌道高度傾斜(相對(duì)八大行星所在的黃道面大于17°)、是高度偏心的橢圓軌道

 

    冥王星的軌道周期為248地球年。冥王星軌道與行星軌道有極大不同。行星軌道接近圓形、靠近黃道面。冥王星軌道高度傾斜(相對(duì)黃道面大于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(yáng)。冥王星-冥衛(wèi)一系統(tǒng)的質(zhì)心于1989年9月5日到達(dá)近日點(diǎn),自1979年2月7日至2月11日該系統(tǒng)的質(zhì)心比海王星更靠近太陽(yáng)。

 

    冥王星的自轉(zhuǎn)周期約為6.39地球日。冥王星的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)平面的夾角間隔120°,冥王星因此有著極端的季節(jié)變化;在至點(diǎn)時(shí)陽(yáng)光持續(xù)照射冥王星表面的四分之一,另外四分之一則完全沒(méi)有陽(yáng)光照射。冥王星表面推測(cè)由超過(guò)98%的固態(tài)氮、微量甲烷、微量一氧化碳組成。冥王星朝向冥衛(wèi)一的一面固態(tài)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(yáng)系內(nèi)最表面反差最大的天體之一,反差程度與土衛(wèi)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(wèi)一的顏色接近,但是橙色稍多。

 

    冥王星的密度為2.03±0.06 g/cm3。冥王星內(nèi)部的巖石與表面冰層可通過(guò)放射元素衰變熱分離,科學(xué)家因此判斷冥王星內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)已分化:巖石構(gòu)成的地心被冰構(gòu)成地幔所包圍



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