冥王星：太陽系邊緣的隱士

馮凌云

1995年的3月，正是春暖花開的好時節，地球呈現出一派充滿希望的景象。天文學家們也在滿懷希望地等待哈勃太空望遠鏡傳回的首批冥王星圖像。自從人類發現冥王星以來，這將是第一批能反映冥王星外貌的圖像。因為它實在是太遙遠了(距太陽平均距離約59億千米)，在地球上最大的望遠鏡里，它也只不過是一個小小的圓盤。在當時，它仍是惟一未被太空探測器訪問過的太陽系行星。

1846年海王星被發現后，世界上再次掀起了尋找新行星的熱潮。在這上面花費精力最多的恐怕要數美國天文學家洛韋爾了。他通過計算得出，太陽系除海王星外還存在著一顆未知的行星。他根據計算出來的軌道，對這顆行星進行了十多年的不間斷搜尋。但遺憾的是直到去世，洛韋爾也沒能找到這顆行星。

1929年，洛韋爾天文臺的美國科學家皮克林交給其助手——23歲的湯博一大疊照相底片，要他從這些資料中去鑒別一下，看看有沒有什么陌生的新天體。

從底片中尋找未知星體并不比大海撈針輕松。因為在大望遠鏡所拍的底片上，大大小小的星點密密麻麻，少則幾萬，多則幾十萬，要在幾十張底片上把它們一一對應起來，實在是一件令人望而生畏的艱巨任務。然而耐心的湯博居然得到了收獲，他于1930年2月28日從底片上發現了一個光度只及金星幾千萬分之一的新天體。它就是太陽系的第九顆大行星。后來，根據天體命名的慣例，人們用希臘神話中的冥界之神——普魯托來稱呼它，中文翻譯為冥王星。

1978年，美國海軍天文臺的科學家克里斯蒂用口徑1.55米的反射望遠鏡對冥王星進行拍攝。他發現在有些照片中冥王星小小的圓面有一點拉長，這引起了他的注意。他和同事們檢查了當年4月和5月間拍攝的照片，在幾張照片上都發現冥王星附近有一個隆起部分。于是他又追查了1965年和1970年一些日子拍攝的照片，也看到了同樣的現象，經過精密的測量，終于證明冥王星旁確有一顆衛星，取名為“查龍”，這一名字來源于希臘神話中在冥河運送亡靈的擺渡者。

從冥王星的發現到冥衛的發現共經歷了49年，之所以如此漫長，其原因主要還是冥王星和冥衛距地球過于遙遠而且它們相互又挨得很近(20 000千米)。1978年以前，人們對冥王星的了解非常有限，在所有天文學刊物上冥王星一欄不是幾個“?”，就是開著天窗。

隨著科技的發展，人們開始逐漸認識了冥王星。首先令人驚奇的是，它的軌道偏心率達0.256，軌道傾角達17.1°，均超過了此前的太陽系行星之最——水星(水星軌道偏心率0.206，軌道傾角7.0°)。正是由于如此大的偏心率，造成它每隔248年就會跑到海王星軌道內側運行，從而把“最遠行星”的稱號暫時讓給海王星。1979年～1999年的20年間正是這種情況。但冥王星與海王星的軌道并不相交，而是有一個大于15°的角，所以冥王星并不會同海王星相撞。

冥王星的質量在所有的行星中最小。它的質量只是地球(假設質量為1)的0.002，水星的0.06，火星的0.11，連月球的質量都差不多是它的5倍。從質量上看，它既不像類地行星，也不像類木行星，輕得出奇。

最令人不解的還是冥王星和冥衛之間的關系。根據近幾年來測得的數據，冥王星直徑約為2298千米，冥衛直徑約1149千米。兩者直徑比為2∶1，比例很大，這是在太陽系獨一無二的。所以它們看起來更像是一顆雙星。冥衛的公轉周期與冥王星的自轉周期相同，都是639天，而且巧合的是，冥衛在冥王星的赤道面上運行，自轉周期也為639天。這意味著冥衛始終處于冥王星天空的固定位置，并且始終以同一面向著冥王星。這種三重同步的現象究竟是怎樣產生的還亟待研究。

天文學家們終于利用哈勃太空望遠鏡瞥見了遙遠的冥王星上寒冷的表面。從傳回來的照片我們可以看到，冥王星就像地球一樣有著極地冰帽以及各種迷人的風景地帶，其中一些呈暗色，另一些則較為明快。冥王星上還存在著一條暗色的赤道帶，與白色極地冰帽相映成趣。哈勃太空望遠鏡傳回的十幾幀照片拼合起來幾乎覆蓋了冥王星的整個表面，這些照片是在哈勃太空望遠鏡距冥王星約48億千米時拍攝的。雖然與冥王星日常運行軌道距離相比，48億千米已是相當近了，但是還不足以讓大功率的哈勃太空望遠鏡看清楚不及月亮2/3大小的冥王星地貌的細節。但是，哈勃太空望遠鏡能夠分辨出冥王星表面大約有12個或明或暗的主要區域。

這些照片清晰度不夠，看不出冥王星的地質特征。但是這些照片表明冥王星亮區與暗區的反差程度超過了太陽系的任何一個行星。這表明冥王星的表面是錯綜復雜而又令人關注的。天文學家對這些照片得出的結論是：冥王星表面亮區可能主要是由氮冰構成的，而暗區則可能是由甲烷冰組成的，受到陽光影響的甲烷冰會變色。天文學家們說，照片所顯示的冥王星表面特征大部分可能是由雜亂分布的冰凍地帶形成的。隨著季節的變化，冰凍地點的分布也會有所改變。

冥王星有一層由氮氣和一氧化碳、甲烷組成的稀薄大氣。冥王星繞太陽公轉一周為248年。當它運行至近日點時，它的大氣層會明顯加厚，這是因為當冥王星距離太陽最近時表面溫度會升高，結果冰層出現氣化，使得大氣層加厚。這層大氣從冥王星表面一直向外擴散到很遠的地方，這是因為它們所受的冥王星引力很小。而這層淡淡的大氣是1988年冥王星掠過海王星時，天文學家通過傳統的方法觀測光線的變化情況時發現的。

負責哈勃太空望遠鏡項目的科學家們拍攝的照片是冥王星在1996年6月底和7月初期間的表面情況。哈勃太空望遠鏡在近7天時間里幾乎拍下了冥王星的整個表面照片，科學家們還拍攝了冥王星自轉的錄像。1998年3月，一個由美國科羅拉多西南研究所的阿蘭·斯德因率領的科學家小組利用這些圖像繪制了一幅冥王星表面圖。所有這一切鞏固了大多數天文學家所認為的冥王星不折不扣是一顆行星的論點。

由于冥王星的種種奇特之處，引起了人們的疑慮。在它被發現后不久，1936年英國天文學家里特頓首先提出冥王星原本是繞海王星正常運行的一顆大衛星。由于某種原因，它與現在的海衛一相遇，強大的引力作用把它拋到了現在的位置上，升格為行星，而拋出它的反沖力使海衛一的軌道運行方向也發生了變化。現在海衛一確實是所有大衛星中惟一逆行的一顆。里特頓的觀點一度十分風行，并得到了許多學者的充實和發展，但海衛二發現后，這種假說就不能成立了。

1977年，美國天文學家科瓦爾發現小行星喀戎竟從火星與木星之間跑出，到了天王星附近，其偏心率比冥王星還大，但軌道傾角要小一半多。因此不少天文學家提出了新的看法：冥王星既不是行星，也不是衛星，而是一顆類似喀戎那樣的、最大的小行星。這種觀點也受到不少人支持，即使是1978年發現了冥王星的衛星也未能動搖這些人的信仰。因為幾乎在冥衛被發現的同時，人們發現某些小行星也有繞其旋轉的衛星。

支持冥王星是行星的科學家們認為，它可能是冰矮星一類天體中的惟一幸存者。這類冰矮星是太陽系幼年期的組成部分之一，可以在庫柏帶找到它們的遠親。庫柏帶是太陽系誕生時形成的盤狀殘余冰。

總之，現在雖然掌握了不少冥王星的資料，但仍有許多問題。向冥王星發射探測器的時機已經成熟，據說美國航空航天局將研制“冥王星快車” 探測器， 并準備在2010年使其抵達冥王星，去探訪這位太陽系邊緣的隱士。