历史

发现

更多资料：海外行星

 克莱德·汤博于堪萨斯

十九世纪四十年代奥本·勒维耶通过经典力学分析天王星轨道的摄动后预测海王星的位置。 十九世纪末天文学家根据对海王星的观察推测有其他行星摄动天王星轨道。

1894年富有的波士顿人帕西瓦尔·罗威尔创立罗威尔天文台；1906年罗威尔开始搜索可能存在的第九大行星——X行星。 1909年罗威尔和威廉·亨利·皮克林提出若干该天体可能处于的天球坐标。 此项搜索一直持续到1916年罗威尔逝世为止，但是没有任何成果。1915年3月19日的巡天已拍摄到两张带有模糊的冥王星图像的照片，但是这些图像并没有被正确辨认出来。 已知的此类前向重建照片还有15张，最早可追溯至叶凯士天文台于1909年8月20日拍摄的照片。

罗威尔的遗孀康斯坦斯·罗威尔为取得其夫遗产与天文台展开十年诉讼，对X行星的搜索因由此直至1929年才恢复。 时任天文台主管维斯托·斯里弗在看到克莱德·汤博的天文绘图样品后将搜索X行星的任务交与汤博。

汤博的任务是系统地成对拍摄夜空照片、分析每对照片中位置变化的天体。汤博借助闪烁比对器快速调换 感光干板 （ 英语 ： Photographic plate ） 搜索天体的位置变化或外观变化。1930年2月18日汤博在经历近一年的搜索后在当年1月23日与1月29日拍摄的照片中发现一可能移动的天体。1月21日的一张质量不佳的照片确认该天体的运动。 在天文台进一步拍摄验证照片后，发现第九大行星的消息与1930年3月13日由电报发往哈佛大学天文台。

命名

更多资料：威妮夏·伯尼

发现第九大行星的消息在全世界产生轰动。罗威尔天文台拥有对此天体的命名权并从全世界收到超过一千条建议。 汤博敦促斯里弗尽快在他人起名前提出一个名字。

英国牛津的11岁学童威妮夏·伯尼因其对古典神话的兴趣建议以冥王普路托命名此行星。 伯尼在与其祖父 福尔克纳·梅丹 （ 英语 ： Falconer Madan ） 交谈中提出这个名字。原任牛津大学博德利图书馆馆员的梅丹将这个名字交给天文学教授 赫伯特·霍尔·特纳 （ 英语 ： Herbert Hall Turner ） 。特纳将此电报给美国同行。

该天体正式于1930年3月24日命名。 所有罗威尔天文台成员允许在三个候选命名方案中投票选择一个：弥涅耳瓦（已被一小行星使用）、克洛诺斯（因由 托马斯·杰佛逊·杰克逊·希 （ 英语 ： Thomas Jefferson Jackson See ） 提出而不受欢迎）、普路托。普路托以全票通过。该命名于1930年5月1日公布。 梅丹在得知此消息后奖励其孙女5英镑（相当于2017年的282英镑或430美元）。

普路托获选的部分原因是普路托与头两个字母（ 英语： PL ）为帕西瓦尔·罗威尔的首字母缩写。该天体的天文符号（ ,unicodeU+2647, ♇）也是由 PL 构成的花押字。 其占星符号则类似于海王星的占星符号（ ），但是在三叉戟中间的叉改为圆圈（ ）。

该名字迅速被大众文化所接受。1930年华特·迪士尼似乎受普路托启发设计米老鼠的宠物布鲁托。但是迪士尼动画师 本·夏普斯廷 （ 英语 ： Ben Sharpsteen ） 无法确认布鲁托名字的来源。 1941年格伦·西奥多·西博格按照铀和镎以新发现行星命名的传统将新创造的元素钚以该天体命名。

大多数语言中以普路托的不同变体称呼该天体。 野尻抱影 （ 英语 ： Houei Nojiri ） 提议在日语中以 Meiōsei ( 冥王星 , 冥王星) 称呼普路托。汉语、韩语、越语借用该命名。 部分印度语言使用普路托称呼该冥王星。但是包括印地语在内的其他印度语言使用印度教中的阎摩或佛教的阎罗王称呼冥王星。越语也用阎罗王星称呼冥王星。 波利尼西亚语言 （ 英语 ： Polynesian languages ） 也倾向于使用本土文化中地狱之神称呼冥王星，例如毛利语中的 Whiro （ 英语 ： Whiro ） 。

被驳倒的X行星

自发现冥王星后人们就因其模糊图像怀疑冥王星不是罗威尔所设想的X行星。 二十世纪以来冥王星质量的估计值在逐步缩小。

天文学家最初按照冥王星假定对天王星与海王星轨道的影响计算冥王星质量。1931年计算得出的冥王星质量和地球质量相若，1948年的进一步计算结果则接近火星质量。 1976年夏威夷大学的 戴尔·克鲁克香克 （ 英语 ： Dale Cruikshank ） 、卡尔·佩尔彻与 莫里森 （ 英语 ： David Morrison (astrophysicist) ） 首次计算出冥王星的反照率；计算得到的反照率与固态甲烷相似。冥王星因此比与相同尺寸的其他天体明亮，其大小不会超过地球质量的百分之一。 （冥王星的反照率 比地球反射率大 1.3–2.0 倍 ）

1978年冥卫一的发现允许天文学家首次测量冥王星的质量。冥王星质量仅相当于地球质量的0.2%，不足以解释天王星的轨道扰动。随后 罗伯特·萨顿·哈灵顿 （ 英语 ： Robert Sutton Harrington ） 在内的诸多天文学家 未能找到冥王星以外的X行星。1992年 迈尔斯·斯坦迪什 （ 英语 ： E. Myles Standish ） 用旅行者2号1989年飞掠海王星时所测数据重新计算海王星对天王星的引力作用。旅行者2号的数据将海王星质量的估计值降低0.5%，相当于一火星质量。重新计算的结果中天王星的轨道并没有异常，自此X行星也无存在的必要。 现在大多数科学家同意罗威尔所定义的X行星并不存在。 罗威尔曾在1915年预测X行星的位置接近于当时冥王星的位置。 恩尼斯特·威廉·布朗 （ 英语 ： Ernest William Brown ） 在冥王星的发现后不久认为罗威尔的预测是个巧合 ，此看法至今仍受支持。

分类

更多资料：行星定义

 地球、阋神星、冥王星、鸟神星、妊神星、赛德娜、小行星225088、创神星和亡神星及其卫星的大小比较图。

1992年起在冥王星附近发现的诸多天体显示冥王星是科伊伯带的一部分。冥王星的行星地位因此受到挑战。博物馆和天文馆偶尔会因在太阳系模型中忽略冥王星而引起争议。海登天文馆于2000年2月翻新后重新对外开放后展出只有八颗行星的太阳系模型，在将近一年后登上报纸头条。

天文学家在科伊伯带发现越来越多与冥王星大小相似的天体后认为冥王星应重新划为科伊伯带天体。2005年7月29日发现新的海外天体阋神星的消息对外公布。根据推测阋神星比冥王星大很多，是1846年发现海卫一后发现的太阳系内最大天体。尽管当时并没有将其归为行星的正式共识，媒体与发现阋神星的天文学家最初将其称为第十大行星。 天文学界有人将此视为将冥王星划为小行星的最有力论据。

IAU分类

对冥王星地位的辩论随着2006年8月24日IAU决议的出台进入关键阶段。IAU决议列出三个条件，符合这些条件的天体可被视为行星：

该天体的轨道必须围绕太阳运转；

该天体必须有足够的质量通过自身引力成为球形；

该天体必须清理轨道附近的其他天体。

冥王星的质量是其轨道上其他所有天体质量之和的7%，因为无法满足第三项条件。（地球的质量是地球轨道上其他天体质量之和的170万倍） IAU进一步决定同冥王星一样无法满足第三项条件的天体为矮行星。

2006年9月13日IAU决定将冥王星、阋神星及阋卫一编入小行星目录并正式授予小行星序号： "(134340) Pluto"、"(136199) Eris"、"(136199) Eris I Dysnomia"。 如果冥王星在被发现时授予小行星序号，其序号则可能为1164。

天文学界有反对重新分类的声音。 NASA新视野号项目负责人 阿兰·斯特恩 （ 英语 ： Alan Stern ） 曾公开嘲笑IAU决议，声称：“从技术角度看这个定义太差劲了。”（the definition stinks, for technical reasons） 斯特恩认为地球、火星、木星和海王星的轨道上都有诸多小行星，按照新定义这些天体也不属于行星。 斯特恩还认为包括月球在内的所有大型球形卫星都应被视为行星。 当时在罗威尔天文台工作的 马克·布伊 （ 英语 ： Marc W. Buie ） 在其网站上反对新定义。 还有天文学届也有支持IAU决议的声音：阋神星的发现者麦克·布朗说：“我们通过这杂耍般的程序无意中发现正确答案。很久之前就该如此修改定义。虽然有强烈情绪反应，科学总会自我纠正。”（through this whole crazy circus-like procedure, somehow the right answer was stumbled on. It"s been a long time coming. Science is self-correcting eventually, even when strong emotions are involved.）

  在一次宣传活动上表演的冥王星“”。左侧为反对IAU新定义的一方，右侧为支持IAU新定义的一方。

公众对IAU决议看法反应不一。很多人接受重新分类，但有人发起在线请愿来号召IAU重新将冥王星划为行星。加利福尼亚州众议院部分议员提出的一项决议中开玩笑地将IAU的决定称为“科学上的异端”。 鉴于汤博长期居住于新墨西哥州，该州众议院通过一项纪念汤博的议案，宣布冥王星在新墨西哥州的天空中永远属于行星行列，并将2007年3月13日定为冥王星日。 伊利诺伊州参议院在2009年考虑到汤博出生于伊利诺伊州通过相似决议。该决议中宣称冥王星被IAU“不公平地降为矮行星。” 一些人还以不同理由坚持认为冥王星属于行星。

美国方言学会 （ 英语 ： American Dialect Society ） 于2006年第17届年度词汇投票上将plutoed选为年度词汇。 to pluto 意为将“某人或某事降级”。

2008年8月14日至16日IAU定义讨论中两方研究人员参加在约翰霍普金斯大学应用物理实验室举行的会议，会上讨论现行IAU行星定义。 此次会议因此得名为“行星大辩论”， ，会后新闻发布会上显示科学家们没有对行星的定义达成共识。 大会前IAU在一次新闻发布会上表示类冥小行星一词将会用于称呼冥王星及其他轨道半长轴比海王星半长轴长、有足够的质量实现流体静力平衡的天体。

公转与自转

  从黄道面上看冥王星轨道。此视角展示冥王星的高度倾斜轨道。

冥王星的轨道周期为248地球年。冥王星轨道与行星轨道有极大不同。行星轨道接近圆形、靠近黄道面。冥王星轨道高度倾斜（相对黄道面大于17°）、是高度偏心的椭圆轨道。冥王星因离心率高其轨道的一小部分比海王星轨道更接近太阳。冥王星－冥卫一系统的质心于1989年9月5日到达近日点， 自1979年2月7日至2月11日该系统的质心比海王星更靠近太阳。

冥王星的轨道从长远看是混沌的。计算机模拟可以 向前或向后 （ 英语 ： time reversibility ） 预测数百万年内冥王星的位置。因冥王星会受太阳系内细微因素的影响改变轨道，超过李雅普诺夫时间（一千万年到两千万年）后的预测不确定性大。

与海王星的关系

  从极面看冥王星轨道。此视角显示冥王星的轨道（红色）比海王星轨道（蓝色）离心率更高、冥王星有时比海王星更靠近太阳。深色部分表示该段轨道穿过黄道面进入黄道下方。

从极面上看冥王星的轨道穿过海王星轨道，但是这两个天体由于以下原因不会靠近或碰撞。

冥王星轨道与海王星轨道并没有交点。从极面上看冥王星与海王星的距离在冥王星处于近日点时最近，但此时冥王星因与海王星轨道相隔8天文单位而不会产生碰撞。 冥王星的升交点和降交点与海王星的对应交点相隔超过21°。

冥王星的轨道可受到其他行星的摄动（ 拱点进动 （ 英语 ： apsidal precession ） ）而最终与海王星相撞。因此还有其他机制防止两颗天体相撞。其中最主要的机制是冥王星与海王星的2：3平均运动轨道共振：冥王星完成两次公转时，海王星完成三次公转。该过程以约五百年的周期周而复始。每个周期内当冥王星首次抵达近日点时，海王星位于冥王星后50°。在冥王星第二次抵达近日点时，海王星则在冥王星前方50°。因此冥王星与海王星的最近距离是17天文单位，大于冥王星与天王星的最近距离（11天文单位）。

冥王星与海王星之间的2：3共振非常稳定。 该机制防止两颗天体改变相对位置，使其无法靠近对方。即便冥王星轨道与海王星轨道共面，两颗天体也不会相撞。

其他因素

  冥王星与冥卫一相互旋转一周期。由新视野号于2014年7月19日到7月24日沿黄道面拍摄

数值研究显示冥王星和海王星的轨道在数百万年内没有太大变化。 除2 : 3共振外主要有两个机制稳定冥王星与海王星的公转。

冥王星的近日点幅角因古在机制在90°左右震荡，冥王星因此在近日点时距离黄道面最远。 冥王星近日点幅角相对于海王星变化的幅度为38°，冥王星近日点因此与海王星轨道的角距离总不小于52° (90°–38°) 。两颗天体的角距离大约每一万年达到最小值。

冥王星与海王星的升节点黄纬存在随着上述天平动存在共振，当两升节点黄纬相同时冥王星近日点恰好与升节点与太阳的连线成90°。（1：1超共振）所有的类木行星都促成该现象的产生。

冥王星近日点幅角的天秤动是由冥王星与海王星相互交换角速度而引起的，以两万年为周期。

自转

冥王星的自转周期约为6.39地球日。 冥王星的自转轴与公转平面的夹角间隔120°，冥王星因此有着极端的季节变化；在至点时阳光持续照射冥王星表面的四分之一，另外四分之一则完全没有阳光照射。

准卫星

冥王星至少有一个准卫星： (15810) 1994 JR 1 。 (15810) 1994 JR 1 在过去十万年内是冥王星的准卫星并可能在未来二十五万年中保持此状态。 (15810) 1994 JR 1 会以两百万年为周期成为冥王星的准卫星。 冥王星可能还有更多的共轨天体。

地质

冥王星距离地球很远，从地球上对冥王星进行细致研究非常困难。因此在2015年7月14日新视野号飞掠冥王星系统前冥王星的诸多细节仍属于未知数。

表面

  冥王星上甲烷水合物分布图（2015年7月12日）

冥王星表面由超过98%的固态氮、微量甲烷、微量一氧化碳组成。 冥王星朝向冥卫一的一面固态甲烷较多，向背的一面一氧化碳和氮较多。

冥王星表面颜色与亮度变化较大。 冥王星是太阳系内最表面反差最大的天体之一，反差程度与土卫八相似。 冥王星表面的颜色包括炭黑色、深橙色、白色。 冥王星的颜色与木卫一的颜色接近，但是橙色稍多。 外观上看起来有一特别巨大、明亮的区域，被昵称为“心” ，看起来也像布鲁托。

内部结构

  理论上冥王星的内部结构 1. 固态氮 2. 水冰3. 岩石

冥王星的密度为 2.03 ± 0.06 g/cm 。 冥王星内部的岩石与表面冰层可通过放射元素衰变热分离，科学家因此判断冥王星内部结构应已分化：岩石构成的地心被冰构成地幔所包围。地心直径假设为 1,700 公里 左右，冥王星直径的70%。 地核地幔之间可能有由放射衰变热产生的 100到180公里 左右的液态水层。

  冥王星地质特征的初步迹象（2015年7月9日）

质量与尺寸

  地球、月球、冥王星（左下）的比较。冥王星的体积是地球的0.6％

冥王星的质量为 1.31×10 千克，不到地球质量的0.24%。 冥王星的直径是2372km 。冥王星的表面积为 1.665 × 10 平方公里 ，与俄罗斯国土面积相近。冥王星大气层的存在使测定冥王星固体表面尺寸变得复杂。

1978年冥卫一的发现允许科学家通过牛顿推导的开普勒第三定律测量冥王星－冥卫一系统的质量。科学家也可通过冥卫一的掩星更准确地估算冥王星直径。科学家还通过自适应光学技术更准确地观测冥王星的形状。

冥王星比所有类地行星都小。冥王星也比七个自然卫星要小（木卫三、土卫六、木卫四、木卫一、月球、木卫二、海卫一）。

冥王星的直径约是谷神星的两倍，冥王星的质量是谷神星的数十倍。冥王星比阋神星轻。目前还不清楚阋神星和冥王星的直径大小关系，这两颗矮行星直径的估计值为2330公里左右。

冥王星的直径因大气层和碳氢化合物所产生的霾而不易测量。 2014年3月勒卢什等根据冥王星中甲烷比例判断冥王星尺寸应不小于2360公里，大约为2368公里，比阋神星稍大。

大气层

  艺术家想像的冥王星大气层。

冥王星有一稀薄的大气层。冥王星的大气层含有氮气、甲烷、一氧化碳，这些气体与冥王星表面达到平衡。 地表大气压约为6.5微巴到24微巴（0.64帕至2.4帕），约为地球大气压的一百万分之一到十万分之一。 冥王星的椭圆轨道造成的温度变化对其大气层有很大影响。

冥王星大气层内的甲烷产生逆温现象：冥王星地表10公里上空的平均温度比地表高36开尔文。 低层大气中的甲烷含量比高层大气高。

1987年冥王星南极长达120年的极夜结束，南极表面的固态氮开始升华。升华的固态氮导致冥王星2002年大气压比1988年大气压高。

卫星

  哈勃太空天文望远镜于2012年7月拍摄的冥王星系统：冥王星、冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五。

  冥王星与其卫星大小和亮度的对比（艺术想象）

冥王星有五个已知的天然卫星：1978年詹姆斯·克里斯蒂发现的冥卫一、2005年发现的冥卫二和冥卫三 、2011年发现的冥卫四 、2012年发现的冥卫五。 冥王星的卫星轨道都为圆形（离心率小于0.006）、与冥王星赤道共面（倾角小于1°）。 冥王星的卫星与冥王星轨道平面的夹角因此为120°。冥王星系统非常紧凑，五颗卫星都处于稳定顺行轨道可能存在区域中最靠内的部分。 冥卫一离冥王星最近，其质量足以实现流体静力平衡。冥王星－冥卫一系统的质心在冥王星外。剩下的四颗卫星都位于冥卫一轨道外。

冥王星卫星的轨道都处于或接近轨道共振。 冥卫二、冥卫三、冥卫五的轨道周期比例在计入 进动 （ 英语 ： apsidal precession ） 作用后为18：22：33。 冥卫一、冥卫二、冥卫三、冥卫四、冥卫五的轨道周期之比也接近1：3：4：5：6。

冥王星－冥卫一系统的质心在中心星体外，此类系统在太阳系内部不多。（例如小行星617或太阳－木星系统） 一些天文学家据此将冥王星－冥卫一系统称为双矮行星。 冥王星与冥卫一相互潮汐锁定。 两天体沿质心公转的周期与各自自转周期相同。 2007年双子星天文台在冥卫一表面观察到氨水和水的晶体，暗示活跃冰火山的存在。

一般认为冥王星的卫星由太阳系早期冥王星与较小天体碰撞产生的碎片聚集而成。 然而冥卫四的反照度比其他卫星都低， 无法用撞击说解释。

对冥王星的探索

美国国家航空暨太空总署在2006年1月19日发射无人探测船新视野号，对冥王星及柯伊伯带进行探索任务 。

在制定这探索计划与发射探测器当时，冥王星是太阳系中唯一一个尚未有人造卫星探测器到访的行星，但当探测器经过漫长的旅行成功到达目的地前，冥王星已于2006年8月24日被列为矮行星。当然，冥王星的等级划分并不会真的影响到探索任务本身。新视野号在2015年7月14日到达冥王星10,000公里的距离，以进行观测。在最接近冥王星时新视野号相对于冥王星的速度是13.78公里/秒，与卡伦的距离将接近至约27,000公里，但在飞行的过程中还可以修改这些参数。

图片

诺盖山脉（左侧前景）、希拉里山脉（左侧天际线）以及史波尼克高原（右侧）的景象。 邻近日落时分可见大气中弥漫着层层叠叠的烟雾。

 来自新视野号的球面马赛克图像 （2015年9月10日发布）

参见

太阳系探测器列表

太阳系探索时间线

新视野号

2006年行星重定义

钚 

注释

^ 该照片是由新视野号于2015年7月14日距冥王星720,000 km（450,000 mi）时拍摄到的四张近真彩色照片数字合成的。图中右下角明亮区域是新形成的汤博区和史波尼克高原。左下角昏暗区域是撞击坑较多的克苏鲁区。冥王星南半球因其119.591°轴倾角仅可见到一小部分。冥王星赤道穿过克苏鲁区和史波尼克高原南部。

^ 下列轨道元素来自 天体力学与历算研究所 （ 英语 ： Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides ） （IMCCE）外行星论中的（TOP2013）解。TOP2013以J2000星表分点为原点，以J2000历元为时间。

^ 表面积由半径（ r ）计算而来： 4 π π --> r 2 {\displaystyle 4\pi r^{2}}

^ 体积由半径（ r ）计算而： 4 π π --> r 3 / 3 {\displaystyle 4\pi r^{3}/3}

^ Surface gravity derived from the mass M , the gravitational constant G and the radius r : G M / r 2 {\displaystyle GM/r^{2}} .

^ Escape velocity derived from the mass M , the gravitational constant G and the radius r : 2 G M / r {\displaystyle {\sqrt {2GM/r}}} .

^ Based on the orientation of Charon"s orbit, which is assumed the same as Pluto"s spin axis due to the mutual tidal locking.

^ Based on geometry of minimum and maximum distance from Earth and Pluto radius in the factsheet

参考文献

来源

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Kaufmann III, William J., Universe , 2nd Edition, pp.302–303 （英文）

Pasachoff, Jay M., and Alex Filippenko, 2007, The Cosmos: Astronomy in the New Millennium , 3rd Edition. （英文）

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