複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友
https://baike.baidu.hk/item/冥王星/137498
複製
複製成功

冥王星

（太陽系矮行星）

鎖定
冥王星（Pluto，小行星編號為134340，天文符號為♇）是柯伊伯帶中的矮行星。冥王星是被發現的第一顆柯伊伯帶天體，第一顆類冥天體，是太陽系內已知體積最大、質量第二大的矮行星。
在直接圍繞太陽運行的天體中，冥王星體積排名第9，質量排名第10。冥王星是體積最大的外海王星天體，其質量僅次於位於離散盤中的鬩神星。與其他柯伊伯帶天體一樣，冥王星主要由岩石和冰組成，質量相對較小，僅有月球質量的1/6、月球體積的1/3。冥王星的軌道離心率及傾角皆較高，近日點為30天文單位（44億千米），遠日點為49天文單位（74億千米）。冥王星會週期性進入海王星軌道內側，但因與海王星的軌道共振而不會碰撞。按平均距離計算，太陽光需要5.5小時才能到達冥王星。
1930年，克萊德·湯博發現冥王星，並將其視為第九大行星。1992年後在柯伊伯帶發現的一些質量與冥王星相若的天體開始挑戰其行星地位。2005年發現的鬩神星質量甚至比冥王星質量多出27%，國際天文聯合會（IAU）因此在2006年正式定義行星概念，將冥王星排除出行星行列，重新劃為矮行星。
冥王星有五個已知的衞星，軌道由內到外為：冥衞一（最大的衞星，直徑略大於冥王星的一半）、冥衞五、冥衞二、冥衞四、冥衞三。冥王星和冥衞一的質心不在其中任何一個天體之內，被非正式看做雙矮行星系統。2015年7月14日，美國宇航局發射的新視野號探測器飛掠冥王星系統，並進行了詳細的測量和觀測，成為人類首顆造訪冥王星的探測器。
中文名
冥王星
外文名
Pluto
別    名
134340號小行星
冥神星
分    類
矮行星
發現者
克萊德·威廉·湯博
發現時間
1930年2月18日
質    量
1.303✕1022 kg(±0.003) [1] 
平均密度
1.854 g/cm³(±0.006) [1-2] 
直    徑
2376.6 km(±1.6) [3] 
表面温度
-229 ℃ [4] 
逃逸速度
1.212 km/s
反照率
0.49 至 0.66 [5-6] 
視星等
14.53 等(13.65至16.3) [4]  [7] 
絕對星等
-0.7 等 [8] 
自轉週期
6日9小時17分36秒(逆自轉) [5] 
半長軸
39.482 天文單位 [4] 
離心率
0.2488 [4] 
公轉週期
247.94 年 [5] 
平近點角
14.53 度 [4] 
軌道傾角
17.16 度 [4] 
升交點經度
110.299 度 [4] 
大氣層構成
甲烷、氮氣、一氧化碳
已知衞星數量
5 [4] 
轉軸傾角
119.591±0.014°
角直徑
0.065″-0.115″ [5] 
遠日點
49.305 天文單位(73.760 億千米) [5] 
近日點
29.658 天文單位(44.368 億千米) [4] 
會合週期
366.73 天 [5] 
平均公轉速度
4.743 km/s [5] 
表面積
1.779×10⁷ km²
體    積
7.057×10⁹ km³
表面重力
0.620 m/s²
近日點幅角
113.834° [4] 
赤道自轉速度
47.18 km/h

目錄

  1. 1 歷史
  2. ▪ 發現
  3. ▪ 命名
  4. ▪ 行星X爭議
  5. ▪ 分類
  6. 2 軌道
  1. ▪ 與海王星的關係
  2. ▪ 其他機制
  3. ▪ 準衞星
  4. 3 自轉
  5. 4 地質
  6. ▪ 表面
  1. ▪ 內部結構
  2. 5 質量與大小
  3. 6 大氣
  4. 7 衞星
  5. 8 起源
  6. 9 觀測與探測
  1. ▪ 觀測
  2. ▪ 探測
  3. ▪ 圖像精度
  4. ▪ 研究
  5. 10 世界紀錄

冥王星歷史

冥王星發現

克萊德·湯博，冥王星的發現者 克萊德·湯博，冥王星的發現者
在1840年代，奧本·勒維耶（Urbain Le Verrier）在分析天王星軌道的擾動後，利用牛頓力學來預測當時未被發現的行星——海王星的位置。 [9]  隨後在19世紀後期對海王星的觀測，使天文學家推測天王星的軌道正受到海王星以外的另一個行星的干擾。1906年，珀西瓦爾·洛厄爾（Percival Lowell），一位富有的波士頓人，於1894年在亞利桑那州弗拉格斯塔夫成立了羅威爾天文台（Lowell Observatory）。1906年，他開始搜索第九大行星——行星X。 [10]  到1909年，羅威爾和威廉·亨利·皮克林（William H. Pickering）提出了這種行星的幾種可能的天球座標。 [11]  此項搜索一直持續到1916年羅威爾逝世為止，但是沒有任何成果。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，但是這些圖像並沒有被正確辨認出來。 [11]  [12]  已知的此類前向重建照片還有15張，最早可追溯至葉凱士天文台於1909年8月20日拍攝的照片。 [13]  帕西瓦爾·羅威爾的遺孀康斯坦斯·羅威爾（Constance Lowell）企圖獲取天文台中其夫所有的份額，為此展開了十年的法律訴訟。對X行星的搜索因由此產生的法律糾紛直至1929年才恢復。時任天文台主管的維斯托·斯里弗（Vesto Melvin Slipher）在看到克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）的天文繪圖樣品後，將搜索X行星的任務交與湯博。
湯博的任務是系統地成對拍攝夜空照片、分析每對照片中位置變化的天體。湯博藉助閃爍比對器快速調換感光幹板搜索天體的位置變化或外觀變化。1930年2月18日湯博在經歷近一年的搜索後在當年1月23日與1月29日拍攝的照片中發現了一可能移動的天體。1月21日的一張質量不佳的照片確認了該天體的運動。在天文台進一步拍攝了驗證照片後，發現第九大行星的消息於1930年3月13日由電報發往哈佛大學天文台。 [11]  冥王星的公轉週期是247.68年，自從被發現以來，冥王星還沒有完整的繞太陽公轉一週。 [14] 
發現冥王星的照片，拍攝於1930年1月23日和29日 發現冥王星的照片，拍攝於1930年1月23日和29日

冥王星命名

冥王星不同角度的高分辨照片 冥王星不同角度的高分辨照片
發現第九大行星的消息在全世界產生轟動。 [15]  羅威爾天文台擁有對該天體的命名權，他們從全世界收到了超過一千條命名建議，從Atlas到Zymal。克萊德·湯博敦促維斯托·斯里弗儘快在他人起名前提出一個名字。 [16]  康斯坦斯·羅威爾提出了宙斯（Zeus），然後是珀西瓦爾（Percival），最後是康斯坦斯（Constance），這些建議被無視了。 [17]  英國牛津的10歲女學生威妮夏·伯尼（Venetia Burney）因其對古羅馬神話的興趣建議以羅馬神話中的冥界之神普魯託（Pluto）命名此行星。 [18]  伯尼在與其祖父福爾克納·梅丹（Falconer Madan）交談中提出了這個名字。原任牛津大學博德利圖書館館員的梅丹將這個名字交給了天文學教授赫伯特·霍爾·特納（Herbert Hall Turner），特納將此事拍電報發給了美國同行。 [18] 
該天體正式於1930年7月12日命名。所有羅威爾天文台成員允許在三個候選命名方案中投票選擇一個：密涅瓦（Minerva，已被一小行星使用）、克羅諾斯（Cronus，宙斯之父第一代泰坦十二神的領袖，因被不受歡迎的天文學家托馬斯·傑斐遜·傑克遜提出而落選）、普魯託（Pluto）。最後普魯託以全票通過，該命名於1930年5月1日公佈。 [18-19]  梅丹在得知此消息後獎勵其孫女威妮夏5英鎊（相當於2014年的300英鎊或450美元 [20]  ）。 [18]  Pluto獲選的部分原因是頭兩個字母P和L為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的天文符號（♇，Unicode為U+2647）是由字母P和L構成的花押字。
冥王星
冥王星(8張)
普魯託（Pluto）這個名字迅速被大眾文化所接受。1930年華特·迪士尼（Walt Disney）似乎受普路託啓發設計了米老鼠的寵物狗布魯托（Pluto），但是迪士尼動畫師本·夏普斯廷無法確認布魯托名字的來源。 [21]  1941年格倫·西奧多·西博格（Glenn T. Seaborg）按照鈾（Uranium）以天王星（Uranus）命名、鎿（Neptunium）以海王星（Neptune）命名的傳統將新創造的元素鈈（Plutonium）以冥王星（Pluto）命名。 [22] 
大多數語言以Pluto的不同文化的意譯變體稱呼該天體。日本天文學、民俗研究者野尻抱影提議在日語中以“冥王星”（Meiousei）稱呼。漢語、韓語直接借用了該名稱。越語（Sao Diêm Vương）意為閻羅王星，源於漢語中的閻王（Yánwáng）。 [23-25]  部分印度語言使用Pluto稱呼該冥王星，但是包括印地語在內的其他印度語言使用印度教中的閻摩或佛教的閻羅王（都稱Yama）來稱呼冥王星。 [24]  波利尼西亞語言也傾向於使用本土文化中的地獄之神稱呼冥王星，例如毛利語中的Whiro。 [24] 

冥王星行星X爭議

冥王星一經發現，它的模糊且不好分辨的圓面就使人們懷疑它是羅威爾定義的行星X。 [10]  在整個20世紀，冥王星的質量估計值都在向下修正。 [26]  天文學家最初根據其對海王星和天王星的影響來計算其質量。1931年，粗略計算得到的冥王星質量大約等於地球的質量，1948年又進行了進一步的計算，使質量下降到了大約火星的質量。 [27-28]  1976年，夏威夷大學的戴爾·柯雷薩恩克（Dale Cruikshank）、卡爾·皮爾徹（Carl Pilcher）和大衞·莫里森（David Morrison）首次計算了冥王星的反照率，發現與甲烷冰的反射情況相匹配。這意味着冥王星特別反光，鑑於它的大小，因此不會超過地球質量的1％。冥王星的反照率是地球的1.4–1.9倍。 [5] 
1978年，冥王星的衞星冥衞一（Charon）的發現，使冥王星的質量首次得以測量，結果大約是地球質量的0.2％，質量太小無法解釋天王星軌道的問題。隨後尋找替代行星X的嘗試都失敗了，其中最著名的是羅伯特·薩頓·哈靈頓（Robert Sutton Harrington）的研究。 [29]  1992年，邁爾斯·斯坦迪什（Myles Standish）使用了旅行者2號於1989年飛掠海王星時所獲得的數據，使得海王星質量的估算值下調了0.5％（與火星質量相當）。根據新的數據重新計算海王星對天王星的引力效應時，與之前計算的差異使得對行星X的需求消失了。 [30]  之後，大多數科學家都認為羅威爾定義的行星X並不存在。 [31]  羅威爾在1915年對行星X的軌道和位置做出了預測，該預測與冥王星當時的實際軌道及位置相當接近。歐內斯特·布朗（Ernest W. Brown）很快得出結論，冥王星的發現只是個巧合。 [32] 

冥王星分類

“行星”有兩個主要定義。忽略通常不一致的技術細節，第一個要求天體是否像行星一樣運轉（例如其軌道和與其他物體的關係），第二個要求天體看起來像行星一樣（例如其是否具有行星地質）。冥王星符合第二個定義，但不符合第一個定義。
從1992年起，發現了許多與冥王星相同體積的天體，這表明冥王星僅是柯伊伯帶天體的其中一員。這使它的行星地位成為爭議，許多人質疑冥王星是否應該與周圍天體一起考慮還是分開考慮。博物館和天文館館長有時會通過在太陽系的行星模型中忽略冥王星，從而引起爭議。2000年2月，紐約海登天文館（Hayden Planetarium）展示了只有八個行星的太陽系模型，一年後成為頭條新聞。 [33] 
最大的外海王星天體，冥王星、鬩神星、妊神星、鳥神星、共工星等 最大的外海王星天體，冥王星、鬩神星、妊神星、鳥神星、共工星等
爭論在2006年8月達到頂峯，國際天文學聯盟的一項決議為“行星”一詞創建了正式定義。根據該決議，將太陽系中的物體視為行星有三個條件：1.天體必須繞太陽公轉。2.天體必須足夠大，才能通過其自身引力形成球形。更具體地説，其自身的重力應將其拉成流體靜力平衡所定義的形狀。3.天體必須清除其軌道附近的區域。 [34-35] 
冥王星不符合第三個條件。 [36]  它的質量遠小於其軌道上其他物體的總質量，只佔後者的7%。與之相比，地球質量是地球軌道上其他小天體質量總和（不包括月球）的170萬倍。 [35]  [37]  國際天文學聯合會進一步決定，像冥王星一樣滿足標準1和2但不滿足標準3的天體將被稱為矮行星。2006年9月，國際天文學聯合會將冥王星、鬩神星及鬩衞一編入小行星星表，併為其正式編號為（134340）Pluto，（136199）Eris和（136199）Eris I Dysnomia。 [38]  如果冥王星在1930年被發現時就被編入小行星星表，那麼它可能會被安排在早一個月發現的1163 Saga之後，編為1164號小行星。 [39] 
在天文學界內部，不少人對重新分類冥王星有所牴觸。 [40-41]  美國宇航局新視野號冥王星任務的首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern）嘲笑了國際天文學聯合會的決議，指出“由於技術原因，該定義令人討厭”。 [42]  斯特恩爭辯説，按照新定義的行星概念，地球、火星、木星和海王星都將因為與小行星共享軌道，被排除在行星之外。 [43]  他認為，所有大型球形衞星，包括月亮，也應視為行星。 [44]  他還指出，由於只有不到5％的天文學家對此表示贊成，因此該決定並不代表整個天文學界。 [43]  當時在羅威爾天文台的馬克·布伊（Marc W. Buie）反對該定義。 [45]  其他人則支持國際天文學聯合會。發現鬩神星（Eris）的天文學家邁克·布朗（Mike Brown）説：“人們通過完全瘋狂的、類似於馬戲團的程序，以某種偶然的方式找到了正確的答案。即便這決定早就該來了。即使涉及到強烈的情緒，科學最終還是會自我糾正。“ [46] 
公眾對國際天文學聯合會的決定反應複雜。加利福尼亞州議會通過的一項決議開玩笑地將國際天文學聯合會的決定稱為“科學異端”。 [47]  新墨西哥州眾議院通過了一項紀念該州長期居民克萊德·湯博的決議，該決議宣佈在新墨西哥州的天空中，冥王星將一直被視為行星，並將2007年3月13日設為冥王星行星日。 [48-49]  伊利諾伊州參議院在2009年通過了一項類似的決議，理由是冥王星的發現者克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）出生在伊利諾伊州。該決議聲稱，國際天文學聯合會將冥王星“不公平地降級為'矮行星'。” [50]  一些公眾人士也拒絕了這一改變，理由是科學界內部對此問題或出於情感原因存在分歧，堅持認為他們一直將冥王星稱為行星，並且無論國際天文學聯合會的決定如何，都將繼續這樣做。 [51] 
2006年，美國方言協會第17屆投票將“plutoed”定為年度單詞，“pluto”變動詞後意為“使某人或某物，降級或貶值”。 [52]  2008年8月在約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室舉行了一場辯論，雙方研究人員就國際天文學聯合會現行行星定義進行了背靠背的辯論。 [53]  會議發表了題為“大行星辯論”的會後新聞稿， [54]  指出科學家無法就行星的定義達成共識。 [55]  2008年6月，國際天文學聯合會在一份新聞稿中宣佈，類冥行星（Plutoid）一詞從此以後將用來指稱冥王星和其他軌道半長軸大於海王星的行星質量天體，儘管該術語尚未得到廣泛使用。 [56-57] 

冥王星軌道

冥王星的軌道週期約為248年。它的軌道特性與行星的軌道特性大不相同，行星靠近被稱為黃道的參考平面以近似圓形的軌道圍繞太陽運動。相比之下，冥王星的軌道相對於黃道略微傾斜（超過17°），偏心率略大（橢圓）。這種偏心率意味着冥王星的一小部分軌道比海王星的軌道更靠近太陽。冥王星-冥衞一質心於1989年9月5日到達近日點， [58]  並在1979年2月7日至1999年2月11日之間比海王星更靠近太陽。 [59] 
冥王星在1930年初被發現時靠近雙子座δ，正在穿越黃道面。 冥王星在1930年初被發現時靠近雙子座δ，正在穿越黃道面。
冥王星軌道運動（1900-2100年） 冥王星軌道運動（1900-2100年）
從長期來看，冥王星的軌道是混亂的。使用計算機模擬可以向前和向後來預測數百萬年間冥王星的位置，因冥王星會受太陽系內細微因素的影響改變軌道，超過李雅普諾夫時間（Lyapunov Time，一千萬年到兩千萬年）後，預測的不確定性會變大，難以預測的因素將逐漸改變冥王星在其軌道上的位置。 [60-61]  冥王星軌道的半長軸在39.3至39.6天文單位之間變化，週期為19,951年，對應於246至249年之間的軌道週期。冥王星的半長軸和公轉週期在變得越來越長。 [62] 

冥王星與海王星的關係

從黃道上方看冥王星軌道運動，永不海王星接近 從黃道上方看冥王星軌道運動，永不海王星接近
儘管從正上方看，冥王星的軌道似乎與海王星的軌道交叉，但兩個天體的軌道是關聯的，因此它們永遠不會碰撞甚至接近。冥王星軌道與海王星軌道並沒有交點。從極面上看冥王星與海王星的距離在冥王星處於近日點時最近，但此時冥王星因與海王星軌道相隔8天文單位而不會產生碰撞。 [63]  [64-65]  冥王星的升交點和降交點與海王星的對應交點相隔超過21°。光靠這還不足以保護冥王星。冥王星的軌道可能受到其他行星的攝動（拱點進動）而最終與海王星相撞。因此還有其他機制防止兩顆天體相撞。其中最主要的機制是冥王星與海王星的2：3平均運動軌道共振：冥王星完成兩次公轉時，海王星完成三次公轉。該過程以495年的週期週而復始。在每個週期中，冥王星第一抵達近日點，海王星比冥王星落後50°。冥王星到達第二個近日點，海王星將完成其自身軌道的一半左右，比冥王星領先130°。因此冥王星與海王星的最近距離是17天文單位，大於冥王星與天王星的最近距離（11天文單位）。 [65]  實際上，冥王星和海王星之間的最小距離發生在冥王星到達遠日點時。 [62] 
從黃道側面看冥王星軌道運動，與黃道有較大傾角 從黃道側面看冥王星軌道運動，與黃道有較大傾角
兩個物體之間的2：3共振高度穩定，並已保持了數百萬年。 [66]  該機制防止兩顆天體改變相對位置，使其無法靠近對方。即使冥王星的軌道與海王星軌道共面，這兩個天體也永遠不會碰撞。 [65]  平均運動共振的長期穩定性歸因於相位保護。如果冥王星的週期略短於海王星的3/2，則會發生相對於海王星軌道的漂移，從而使它更靠近海王星的軌道。兩者之間的強烈引力使海王星的角動量轉移到冥王星。根據開普勒第三定律，這將使冥王星進入稍大的軌道，並在其中運行得稍慢一些。經過多次此類重複之後，冥王星被充分減速，海王星也被充分加速，以至於冥王星相對於海王星的軌道向相反方向漂移，直到過程逆轉。整個過程大約需要20000年。 [65-67] 

冥王星其他機制

數值研究表明，冥王星和海王星軌道在數百萬年內沒有太大變化。 [62]  [63]  除了2：3平均運動共振之外，還有其他一些共振和相互作用可以增強冥王星的公轉穩定性。這些主要來自兩個額外的機制。
首先，冥王星的近日點幅角，也就是軌道和黃道的交點與最接近太陽的點之間的夾角，平均約為90°。這意味着當冥王星最靠近太陽時，它位於太陽系平面上方最遠的位置，從而防止與海王星的相遇。這是古在機制（Kozai mechanism）的結果， [63]  該機制將軌道傾角和離心率的週期性變化與更大的擾動體（在本例中為海王星）相關聯。冥王星近日點幅角相對於海王星變化的幅度為38°，冥王星近日點因此與海王星軌道的角距離總是大於52°(90°–38°)。兩顆天體的角距離大約每一萬年達到最小值。 [66] 
其次，兩個物體的升交點經度（它們與黃道相交的點）與以上近似共振。當兩者經度相同時（也就是説，可以通過兩個節點和太陽繪製一條直線時），冥王星的近日點正好位於90°，因此當冥王星最接近太陽時，則位於海王星軌道上方的最高點。這就是所謂的1：1超共振。所有的類木行星，特別是木星，都在超共振的產生中發揮作用。 [63] 

冥王星準衞星

在2012年，有人假設15810號小行星Arawn可能是冥王星的準衞星，這是一種特殊類型的共軌狀態。 [68]  根據該假設，該天體將在每兩百萬年中的約35萬年成為冥王星準衞星。 [68]  [69]  根據新視野號航天器在2015年進行的測量，可以準確地計算出Arawn的軌道。 [70]  這些計算證實了假設中描述的整體動態。 [71]  但是，天文學家之間尚無共識，是否應根據這一運動將Arawn歸類為冥王星的準衞星，因為Arawn的軌道主要是由海王星控制的，冥王星引起一些較小的擾動。 [70-72] 

冥王星自轉

冥王星的自轉週期，即它的一天，等於6.387地球日。 [5]  [73]  像天王星一樣，冥王星在軌道平面的側着旋轉，轉軸傾角120度，因此季節性變化非常大。到了至日（夏至和冬至），它的四分之一表面處於極晝之下，而另一四分之一處於極夜之中。 [74]  這種不尋常的自轉方向的原因已經引起爭論。亞利桑那大學的研究表明，這可能由於天體會自轉始終的以最大程度地減少能量的方式調整自轉方向。這可能意味着天體會改變自轉方向，以在赤道附近放置多餘的質量，而缺乏質量的區域會趨向兩極。這被稱為極移。 [75]  根據亞利桑那大學發表的一篇論文，這可能是由於矮行星陰影區域積聚的大量凍結的氮冰所致。這些質量會導致天體改變自轉方向，從而導致其異常的120°轉軸傾角。由於冥王星距離太陽很遠，赤道温度可能降至-240°C（33.1 K），導致氮氣凍結成氮冰，就像水會在地球上結冰一樣。在南極冰蓋增大數倍的情況下，地球上也會觀察到與冥王星的相同影響。 [76] 

冥王星地質

冥王星表面

MVIC相機拍攝的冥王星高分辨率增強色照片 MVIC相機拍攝的冥王星高分辨率增強色照片
冥王星表面的平原由98％以上的氮冰、微量的甲烷和一氧化碳組成。 [77]  氮和一氧化碳在冥王星的背對冥衞一的表面上最豐富，位置在經度180°心形湯博地區（Tombaugh Regio）的西瓣斯普特尼克平原（Sputnik Planitia），而甲烷在其東部經度300°附近最豐富。 [78]  山脈則是由水冰構成的。 [79]  冥王星的表面變化很大，亮度和顏色都有很大差異。 [80]  冥王星是太陽系中反差最大的天體之一，與土衞八一樣具有強烈的反差。 [81]  顏色從炭黑色到深橙色和白色不等。 [82]  冥王星的顏色與木衞一的顏色更相似，橙色比火星稍多，紅色比火星少。 [83]  著名的地理特徵包括湯博區域或心形區域（背對冥衞一的一個較大明亮區域），克蘇魯斑（Cthulhu Macula） [1]  或鯨形區域（在後隨半球的一個較大的黑暗區域），以及“黃銅指環”（Brass Knuckles，前導半球上的一系列赤道暗區）。
冥王星表面發現水冰的地區（藍色區域） 冥王星表面發現水冰的地區（藍色區域）
斯普特尼克平原是心形區域的西瓣，一個1000千米寬覆蓋氮冰和一氧化碳冰的盆地，分佈着多角形對流單體，對流單體攜着水冰殼和昇華坑的漂浮塊向其邊緣移動， [84-86]  有明顯的冰川流入和流出盆地的跡象。 [87-88]  斯普特尼克平原沒有新視野號可見的撞擊坑，表明它的年齡不到1000萬年。 [89]  最新研究表明，該表面的年齡為18萬年左右。 [90]  新視野科學團隊將初步發現總結為：“冥王星顯示出令人驚訝的多種多樣的地質地貌，包括由冰川學、地表-大氣相互作用，以及撞擊，構造，可能的冰火山和質量損失過程產生的地貌。” [2]  在斯普特尼克平原的西部地區，由平原中心向周圍山脈方向吹的風形成了橫向沙丘。沙丘的波長在0.4-1千米範圍內，很可能由200-300微米大小的甲烷顆粒組成。 [91] 
冥王星表面地質地圖集

冥王星內部結構

新視野號飛掠之前對冥王星內部結構的預測模型 新視野號飛掠之前對冥王星內部結構的預測模型
冥王星的密度為1.860±0.013g/cm3。 [2]  由於放射性元素的衰變最終將加熱冰物質，使岩石從冰中分離出來，因此科學家認為冥王星的內部結構與眾不同，岩石物質沉降到被水冰幔包圍的緻密核心中。新視野號之前對核心的直徑估計為1700千米，佔冥王星直徑的70％。 [92]  這種加熱有可能持續進行，在地幔邊界處形成100至180千米厚的液態水地下海洋。 [92]  [93-94]  2016年9月，布朗大學的科學家模擬了據認為形成了斯普特尼克平原的撞擊，並表明這可能是碰撞後液態水從下方上升的結果，這意味着存在至少100千米深的地下海洋。 [95]  冥王星沒有磁場。 [96]  2020年6月，天文學家報告了冥王星首次形成時可能存在內部海洋的證據。 [97-98] 

冥王星質量與大小

冥王星的直徑為2376.6±3.2千米， [3]  其質量為（1.303±0.003）×1022kg，是月球的17.7％（地球的0.22％）。 [99]  其表面積為1.779×107 km2，與俄羅斯面積大致相同。它的表面重力為0.063g（地球為1g，月亮為0.17g）。由於冥王星太暗太小，發現後很長時間不能確定它的大小。最早估計它的直徑是6600千米，1949年改為10000千米。1950年傑拉德·柯伊伯用新建的5米望遠鏡將其直徑修正為6000千米。1965年傑拉德·柯伊伯用冥王星掩暗星的方法定出直徑的上限為5500千米。1977年發現冥王星表面存在冰凍甲烷，按其反照率測算，冥王星的直徑縮小到2700千米。
冥王星（右下角）與最大的幾顆衞星對比 冥王星（右下角）與最大的幾顆衞星對比
1978年冥衞一發現後，可以通過開普勒第三定律的牛頓公式計算冥王星-冥衞一系統的質量。對冥王星與冥衞一掩星的觀測使科學家能夠更準確地確定冥王星的直徑，而自適應光學的發明也使他們能夠更準確地確定冥王星的形狀。 [100]  當時一些天文學家觀測指出，冥王星的直徑約為2400千米，比月球（3475千米）還小，而卡戎直徑為1180千米，它與冥王星直徑之比是2:1，是九大行星中行星與衞星直徑之比最小的。所以，有人認為冥王星和冥衞一更像一個雙行星系統。冥王星小於月球質量的20%，比類地行星的質量小得多，也小於太陽系中七個衞星的質量，包括木衞三，土衞六，木衞三，木衞一，月球，木衞二和海衞一。冥王星質量遠小於冥衞一被發現之前的估算。冥王星的直徑是穀神星的直徑的兩倍以上，質量是穀神星的質量的12倍，穀神星是小行星帶中最大的天體。它比2005年發現的外海王星天體矮行星鬩神星的質量要小，儘管冥王星的直徑略大於鬩神星的直徑2326千米。 [101]  但由於沒有近距離探測過鬩神星，因此無法確定鬩神星一定比冥王星小。
冥王星大小的確定因其大氣 [102]  和碳氫化合物薄霧 [103]  而變得複雜。2014年3月，Lellouch，de Bergh等人發表的論文發現了冥王星大氣中甲烷混合比，因此得出冥王星直徑大於2360千米的結論，“最佳猜測”值為2368千米。 [104]  2015年7月13日，來自美國國家航空航天局（NASA）的新視野號遠程偵察成像儀（LORRI）的圖像以及其他儀器的數據確定了冥王星的直徑為2370千米（1,470英里）。 [101]  [105]  7月24日更新為2372千米（1,474英里）， [106]  後來又更新為2374±8千米。 [1]  根據新視野號無線電科學實驗裝置（REX）的無線電掩星觀測數據，結果為直徑為2376.6±3.2千米。 [3] 

冥王星大氣

新視野號飛掠後拍攝的冥王星大氣層，有藍色薄霧 新視野號飛掠後拍攝的冥王星大氣層，有藍色薄霧
冥王星擁有由氮氣（N2），甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）組成的薄弱大氣，這層大氣與冥王星表面的冰處於平衡狀態。 [107-108]  根據新視野號的測量，表面壓力約為1Pa（10μbar）， [1]  約為地球表面大氣壓的一百萬分之一到十萬分之一。最初認為，隨着冥王星不斷遠離太陽，它的大氣層應該逐漸凍結在表面上。後來，通過新視野數據和地面掩星的研究表明，冥王星的大氣密度卻在增加，並且可能在整個冥王星軌道週期中維持氣態。 [109-110] 
右側為冥王星X波段照片，可能因其大氣與太陽風的作用 右側為冥王星X波段照片，可能因其大氣與太陽風的作用
新視野號的觀測表明，大氣中氮氣的逸出量比預期的少10,000倍。艾倫·斯特恩（Alan Stern）爭辯説，即使冥王星的表面温度略有升高，也可能導致冥王星的大氣密度呈指數增長。從18hPa到280hPa（百帕，從火星的三倍到地球的四分之一）。在這樣的大氣密度下，氮氣會以液體形式流過整個表面。 [110]  就像汗水從皮膚上蒸發時會冷卻身體一樣，冥王星的大氣昇華也會使其表面冷卻。 [111]  大氣氣體的存在可以追溯至1670千米高度，沒有明確的上邊界。
冥王星大氣中甲烷（一種強大的温室氣體）的存在會引起温度反轉，其大氣的平均温度比其表面高几十度， [112]  儘管新視野號的觀測表明冥王星的高層大氣要冷得多（70K，而不是大約100K）。 [110]  冥王星的大氣層被分成大約20個規則間隔的薄霧層，最高可達150千米， [7]  這被認為是冥王山脈上的氣流產生壓力波的結果。 [110] 
圖中可看到冥王星上空存在着疑似雲層 圖中可看到冥王星上空存在着疑似雲層
2015年7月，新視野號探測器陸續發送冥王星冰山、冰塊、隕坑，甚至積雪的圖像，顯示冥王星有存在雲層的證據。左側圖片顯示斯普特尼克平原東南部上空有一道非常明亮的低空煙霧，圖片右側Krun Macula區域陽光照射表面存在一個離散模糊雲層，但是新視野號研究團隊無法證實雲層的真實存在。約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室發言人稱，研究小組認為這是冥王星大氣層存在的證據，其中包括複雜的霧霾，科學家繼續分析和討論輸入數據。
這項研究產生一個疑問——是否冥王星應當恢復行星地位。如果冥王星存在雲層，則意味着它存在着一個活躍的表面物質循環，像地球的水循環或者土衞六的甲烷循環。這項研究產生了關於冥王星表面和大氣層的新疑問，英國皇家天文學會主席馬丁·巴斯托（Martin Barstow）教授説：“這是新視野號探測器飛越冥王星時令人興奮的新發現，雖然我認為需要一些時間來理解我們所觀測到的信息。與地球相比，冥王星大氣層更稀薄，因此是否有云層存在較大的不確定性。巴斯托説：“地球大氣雲層是大氣層中懸浮水滴形成的，我們可能看到（冥王星上的）一個類似效應，但不一定是水，尤其當温度非常低時，或者表面釋放物質形成雲層，因此我們看到的區域存在更多氣體，看上去比周圍區域更加不透明。但是物理學家強調稱，即使冥王星存在某種類型的活躍週期，它並不會恢復行星身份。巴斯托指出，太陽系其它星球也存在着活躍週期，例如：土衞六（土星最大的衞星），我並不認為這項最新研究會成為恢復冥王星行星身份的有力證據。 [113] 

冥王星衞星

冥王星有五顆已知的自然衞星，其中最大最接近冥王星的是冥衞一。冥衞一（Charon）於1978年由天文學家詹姆斯·克里斯蒂（James Christy）發現，是冥王星僅有的可能處於流體靜力平衡狀態的衞星。冥衞一的質量足以使冥王星–冥衞一系統的質心位於冥王星星體之外。在冥衞一之外，有四個較小的外接衞星。按照與冥王星距離的順序，它們是冥衞五（Styx），冥衞二（Nix），冥衞四（Kerberos）和冥衞三（Hydra）。冥衞二和冥衞三都在2005年被發現， [114]  冥衞四發現於2011年， [115]  冥衞五發現於2012年。 [116]  衞星的軌道是圓形的（偏心率小於0.006），且與冥王星的赤道共面（軌道傾角小於1°）， [117-118]  但與冥王星公轉軌道面大約傾斜了120°。冥王星系統高度緊湊，五顆已知的衞星在穩定升軌的區域的內部3％內運行。 [118-119] 
哈勃太空望遠鏡拍攝的冥王星及其五顆衞星的照片 哈勃太空望遠鏡拍攝的冥王星及其五顆衞星的照片
所有冥王星衞星的軌道週期都在軌道共振和近共振系統中。考慮到軌道進動，冥衞五，冥衞二和冥衞三軌道週期的比例精確為18：22：33。 [118]  [120]  冥衞五，冥衞二，冥衞四和冥衞三與冥衞一的週期之間存在一系列近似比率3：4：5：6。衞星軌道越靠外，比率就越接近精確。 [118]  [121] 
冥王星與冥衞一相互潮汐鎖定，質心在兩者星體之外 冥王星與冥衞一相互潮汐鎖定，質心在兩者星體之外
冥王星-冥衞一系統質心位於中心天體外部，是太陽系中的少數案例之一。 617號小行星及其衞星系統（Patroclus–Menoetius）是一個較小的案例，而太陽-木星（Sun–Jupiter）系統是僅有的較大案例。 [122]  冥衞一和冥王星的大小相似，因此一些天文學家稱其為雙矮行星。 [123]  該系統在行星系統之中也很不尋常，因為它們相互潮汐鎖定，冥王星和冥衞一始終用相同的半球面向彼此。在一個天體的任何位置上來看，另一個總是在天空中相同的位置，或者總是被遮掩無法看到。 [124]  這也意味着它們每個自轉週期等於整個系統圍繞其質心的公轉週期。 [73] 
冥王星的衞星圖片
2007年，雙子星天文台觀察到冥衞一表面有氨水合物和水晶體的斑塊，表明存在活躍的低温間歇泉。 [125]  據推測，在太陽系歷史早期，冥王星與類似大小的天體碰撞形成了冥王星的衞星。碰撞釋放了大量物質，這些物質聚集形成冥王星周圍的衞星。 [126] 

冥王星起源

已知柯伊伯帶天體分佈圖與四顆巨行星 已知柯伊伯帶天體分佈圖與四顆巨行星
冥王星的起源和身份一直困擾着天文學家。一個被否定的早期假設認為冥王星是海王星的逃逸衞星， [127]  被海王星當前最大的衞星海衞一（Triton）擠出軌道。動力學研究表明這個假設是不可能的，因為冥王星從未在軌道上接近過海王星。 [26]  直到1992年冥王星在太陽系中的真實定位才開始明確，當時天文學家開始發現較小且冰冷的外海王星天體（TNO），它們不僅在軌道上而且在大小和組成方面都與冥王星相似。這種外海王星的天體被認為是許多短週期彗星的來源。冥王星是柯伊伯帶中最大的成員之一，柯伊伯帶是位於距太陽30到50天文單位之間的天體聚集的穩定帶狀區域。截至2011年，對柯伊伯帶中視星等21等以上的天體調查已接近完成，此外任何剩餘的冥王星大小的天體預計都將距離太陽100天文單位以上。 [128]  像其他柯伊伯帶天體（KBO）一樣，冥王星也與彗星有類似的特徵。例如，太陽風會逐漸將冥王星的表面物質吹向太空。 [129]  假設冥王星與地球一樣靠近太陽，它將像彗星一樣長出一條尾巴。 [130]  這一説法也存在爭議，因為冥王星的逃逸速度太高以至於氣體無法逃脱。 [131]  有人提出，冥王星可能是由眾多彗星和柯伊伯帶天體的聚集而形成的。 [132-133] 
冥王星是最大的柯伊伯帶天體。 [103]  海王星的衞星海衞一，稍大於冥王星，在地質和大氣上都與它相似，被認為是海王星捕獲的柯伊伯帶天體。 [134]  鬩神星也與冥王星不相上下，但嚴格來説並不是柯伊伯帶的成員，一般被視為離散盤天體的成員。冥王星等大量柯伊伯帶天體與海王星處於2：3的軌道共振中。因冥王星最先被發現，具有這種軌道共振的柯伊伯帶天體稱為“類冥天體”（plutinos）。 [135] 
與柯伊伯帶的其他成員一樣，冥王星被認為是行星形成後剩餘的微行星（Planetesimal）。這些微小天體屬於太陽周圍的原行星盤的一部分，但未能完全融合成一個完整的行星。大多數天文學家都認為冥王星處於當前位置，是由於海王星在太陽系形成初期突然發生行星遷移所致。當海王星向外遷移時，靠近原始柯伊伯帶中的天體，俘獲其中的一個繞其旋轉（海衞一），將部分天體鎖定為共振狀態，並將其他天體推入混沌軌道。離散盤是一個與柯伊伯帶重疊的動態不穩定區域，離散盤天體被認為是通過與海王星遷移的共振相互作用而被推至當前位置的。 [136]  2004年，位於法國尼斯的蔚藍海岸天文台的亞歷山德羅·莫比德利（Alessandro Morbidelli）創建了一個計算機模型，海王星向柯伊伯帶的遷移可能是由木星與土星之間的1：2共振形成觸發的。引力推動天王星和海王星進入更高的軌道，並導致它們互換軌道位置，最終使海王星到太陽的距離增加了一倍。由此產生的物體從原始柯伊伯帶被逐出，也可以解釋太陽系形成六億年後的後期重轟炸期和木星特洛伊小行星的起源。 [137]  [138]  在海王星遷移之前，冥王星在一個離太陽大約33天文單位的近圓形軌道上運行，之後海王星遷移干擾了冥王星的初始軌道並將其共振捕獲。 [138]  尼斯模型計算時需要在原始微行星盤中包含約1000個冥王星大小的天體，其中包括海衞一和鬩神星。 [137] 

冥王星觀測與探測

冥王星與地球的距離過於遙遠，使其難以被深入研究和探索。2015年7月14日，NASA的新視野號太空探測器飛越了冥王星系統，提供了許多信息。 [139] 

冥王星觀測

計算機生成的圖像的旋轉與基於觀察的哈伯太空望遠鏡2002-2003年 計算機生成的圖像的旋轉與基於觀察的哈伯太空望遠鏡2002-2003年
冥王星的視星等平均為15.1，在近日點增亮至13.65。 [5]  要想看到它，需要大約30釐米（12英寸）口徑的望遠鏡。 [140]  冥王星看起來像星星，即使在大型望遠鏡中也看不到圓盤，它的角直徑只有0.11秒。冥王星最早的地圖是1980年代後期製作的，在冥衞一對其近距離掩食期間，通過對冥王星-冥衞一系統的總體平均亮度的變化進行觀測。例如，掩蓋冥王星上表面的亮區比掩蓋暗區的總亮度變化更大。大量觀察結果數據交由計算機處理，創建亮度地圖。這種方法也可以跟蹤亮度隨時間的變化。 [141-142]  更好的地圖是由哈勃太空望遠鏡（HST）拍攝的圖像生成的，有更高的分辨率並且顯示更多細節， [81]  亮度變化精確到數百千米範圍，包括極地地區和大的亮區。 [83]  這些地圖是通過複雜的計算機處理生成的，通過哈勃太空望遠鏡提供的像素點找到了最合適的投影。 [143]  直到2015年7月新視野號飛越冥王星系統之前，這些地圖仍然是冥王星最詳細的地圖，因為哈勃太空望遠鏡上用於拍攝這些照片的兩個鏡頭已不再使用。 [143] 

冥王星探測

根據新視野號拍攝圖片製作的冥王星表面地圖 根據新視野號拍攝圖片製作的冥王星表面地圖
新視野號飛船於2015年7月對冥王星進行了飛掠觀測，這是首次也是僅有的一次直接探索冥王星的嘗試。新視野號於2006年發射，2006年9月下旬，在對其搭載的遠程偵察成像儀進行測試時，拍攝了冥王星的第一張遙遠圖像。 [144]  這些圖像是從約42億千米的距離拍攝的，證實了該航天器能夠追蹤遠距離目標的能力，這對於向冥王星和其他柯伊伯帶天體的航行至關重要。 2007年初，飛船通過木星的引力彈弓效應進行加速。
冥王星冰質的山脈和平坦的冰原的全景，可以看見薄霧層 冥王星冰質的山脈和平坦的冰原的全景，可以看見薄霧層
在經過3462天的飛越太陽系的旅行之後，新視野號於2015年7月14日完成對冥王星近距離的飛掠。對冥王星的科學觀測始於飛掠之前五個月，並且在飛掠之後持續了至少一個月。使用包括成像儀器和無線電測量工具在內的遙感組件包進行了觀察，也開展了光譜分析及其他實驗。新視野號的科學目標是測量冥王星及冥衞一的全球地質和形態，繪製其表面組成，分析冥王星的中性大氣及其逃逸速率。在2016年10月25日，美國東部時間下午05:48，地面從新視野號收到了冥王星系統的最後數據（總共500億比特即6.25GB數據）。 [145-148] 
自新視野號飛掠冥王星以後，科學家一直倡導執行一次新的軌道探測任務，發射新的軌道探測器到冥王星以實現新的科學目標。 [149]  其中包括以每像素9.1米的精度繪製表面，觀測冥王星的小衞星，觀察冥王星自轉軸如何變化，以及繪製因軸向傾斜而長期處於黑暗的區域的地形圖。最後一個目標可以使用激光脈衝實現，生成冥王星的完整地形圖。新視野號首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern）提倡研製一種類似卡西尼號的軌道探測器，該軌道器2030年左右發射（發現冥王星100週年），到達冥王星系統後根據需要使用冥衞一的引力來調整其軌道以實現科學目標。 [150]  在完成所有冥王星探測的科學目標之後，軌道探測器可以利用冥衞一的引力離開冥王星系統，並研究更多的柯伊伯帶天體。由美國國家航空航天局創新先進概念（NIAC）計劃資助的一項概念研究，該項目基於普林斯頓場反轉結構的聚變反應堆，包括冥王星軌道探測器和着陸器。 [151-152] 
冥王星全球地圖，未拍攝到圖像的為黑色區域

冥王星圖像精度

哈勃太空望遠鏡拍攝照片合成的冥王星表面模糊地圖 哈勃太空望遠鏡拍攝照片合成的冥王星表面模糊地圖
由於新視野號最接近背向冥衞一的冥王星半球，面向冥衞一半球的赤道區域僅以低分辨率成像。新視野號拍攝了冥王星北半球以及赤道地區以南約30度的圖像。冥王星南半球高緯度地區僅有從地球觀測到的圖像，分辨率非常低。1996年哈勃太空望遠鏡拍攝的影像覆蓋了冥王星表面的85％，包括南緯75度的大型反照率特徵。這足以顯示温帶區黃斑的程度。由於哈勃太空望遠鏡儀器的細微改進，後來的圖像分辨率稍好一些，但不包括冥王星最南端部分。

冥王星研究

2022年3月，據美國有線電視新聞網(CNN)報道，《自然通訊》雜誌發表的一項研究，揭示了科學家對於冥王星的最新發現，美國國家航空航天局“新視野號”任務拍攝的照片分析顯示，這顆矮行星上存在巨大冰火山，而這可能暗示生命的存在。據報道，該研究的作者、美國西南研究所科學家凱爾西·辛格説，發現了一片非常大的冰火山區域，該區域位於斯普特尼克號平原冰蓋的西南部。
辛格還推測，冥王星曾有過地下海洋，而冰火山的發現表明地下海洋或仍存在，加上冥王星內部比此前認為的具有更多熱量，由此引發有關冥王星潛在宜居性的探討。但辛格也指出，“對於任何試圖在那裏生存的生物來説，仍然有很多挑戰。” [153] 

冥王星世界紀錄

冥王星是柯伊伯帶中體量最大的冰質天體直徑為2376千米（吉尼斯世界紀錄）。 [3]  [154] 
參考資料
展開全部 收起