冥王星的發現

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

冥王星發現史

1781年，天王星的發現大大鼓舞了天文學家致力于天體力學軌道計算的研究，同時也吸引了一些人繼續尋找“海外行星”的熱情。不過，“海外行星”的搜尋比“天外行星”搜尋要困難多了，一是距離太陽更遠，目標可能會更暗，運動也會更慢（更難與恒星區別）；二是海王星軌道的不規則誤差并不明顯，這使得用尋找海王星的方法計算并定位未知天體證據不足。這些都給搜尋工作帶來了較大的盲目性，以至于歷史上最堅持不懈的搜尋者——美國羅威爾天文臺的創建人（羅威爾臺長）為此奮斗到臨終都沒有實現愿望。

美國天文學家羅威爾

美國天文學家湯博

冥王星的發現要歸功于繼承羅威爾臺長遺志，在洛威爾天文臺專門從事行星搜尋工作的湯博。1929年4月，湯博使用一臺13英寸（約為33厘米）口徑的望遠鏡開始搜索，每天晚上湯博系統地、一片一片地、隔段時間重復地拍攝黃道星空的照片（辛虧那時候照相技術已經引入到天文觀測中，大大提高了觀測效率），白天則比較不同日期對同一片天區拍攝的照片，仔細找出照片中同一位置有變化的目標（位置有變化的可能是移動天體，直到現在天文學家都沿用這種方法搜尋移動天體）。這個工作說起來容易，做起來卻需要極大的刻苦精神。

湯博幾乎把黃道一圈的天區都找遍了，每幅照片里都含有幾萬甚至幾十萬顆星星，為了不漏掉一個目標，湯博把每幅照片切割成若干小塊，一點點地比較，這顯然增加了多倍的工作量，但能夠減小誤判的概率。就這樣，湯博沒日沒夜地工作了10個月，機會終于垂青了這位有準備的年輕人。1930年2月18日，湯博終于發現了一個亮度只有15等的移動候選體。經過反復核查和多次望遠鏡追蹤觀測，1930年3月13日，羅威爾天文臺正式對外宣布了發現新行星的特大好消息。

湯博發現冥王星所用的望遠鏡

美國天文學家湯博對冥王星的發現做出了重大貢獻

冥王星降級風波

冥王星被發現后短短幾個月，天文學家就大體確定了其主要的軌道參數，其中有兩點與眾不同：一是冥王星的軌道不像其他行星那樣近似圓形，而是扁長的橢圓形，其近日點約30個天文單位，遠日點約50個天文單位；二是冥王星的軌道不像其他行星那樣與黃道基本平行，三是與黃道傾斜角約17度。

多年來冥王星的大小和質量估算一直是困擾天文學家的難題，因為用當時的望遠鏡無法觀測到冥王星的清晰圓面，因此無法用幾何方法推斷它的直徑，也就無法估計它的大小和質量。直到1978年，美國海軍天文臺發現了冥王星的衛星——卡戎，根據冥王星與其衛星的引力運動特點才測到了冥王星的質量，當然后來也用其他方法做了驗證。總之，天文學家測得的冥王星質量比預想的小很多（約為地球質量的500分之一），比月亮質量還小，這些都預示著冥王星不同于其他大行星。

時間進入90年代，天文學家陸續發現了一些軌道扁長，遠日點遠在海王星外，但質量有的比冥王星還大的天體。這使科學家不得不考慮怎樣歸類這些新發現的天體，于是在2006年8月24日的國際天文學聯合會經過討論表決，對它們給出了太陽系“矮行星”的定義，并把當了76年行星的冥王星降級到矮行星行列。

冥王星與地球比大小

探訪冥王星

我們對冥王星的認識，從地球上的望遠鏡觀察所獲信息非常有限。2006年，美國發射了“新視野號”探測器，其主要任務是探測冥王星及其衛星卡戎和位于柯伊柏帶的小行星群。“新視野號”于2015年7月14日飛掠冥王星，對冥王星進行了近距離觀察，得到了非常豐富的資料。

冥王星軌道與眾不同

通過“新視野號”傳回的信息，我們看到了冥王星上高聳的冰山、廣闊的平原、流動的氮氣、雕刻般的峽谷；一座座冰山漂浮在各色各樣的冰原上，橫跨全球的冰海；天空捕捉了光線并將其散射，形成了許多層次復雜并呈藍色的大氣；冥王星周圍的小衛星像陀螺一樣瘋狂旋轉；卡戎與冥王星成對并行……“新視野號”傳回的迄今最清晰的冥王星照片，還揭示了冥王星表面的一個心型區域，這個“完美之心”的淺色光影，橫跨約2000千米，是由液化氮冷凍組成的冰原，被命名為“湯博斑”。“新視野號”帶我們觀看的冥王星比科學家們想象中能在太陽系外圍發現的任何系統都要復雜和動態得多。

自從湯博在1930年發現了冥王星后，他便將余生都致力于研究冥王星，甚至在他臨終時還留下遺言：希望自己的骨灰能跟隨探測器一起前往冥王星。人們真的把他的一半骨灰放在了“新視野號”飛行器上，隨探測器訪問了冥王星，然后一直向太空深處飛去，而湯博也因此成為人類迄今為止飛得最遠的“太空人”。

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