(續)科技版~超遜偵探~UOD之56~太陽系之冥王星
由於認識到了太陽系中這一區域的重要價值，在過去lO多年中，科學家們一直要求NASA將冥王星列入其行星探測計畫。90年代末，NASA確定了一個名為冥王星—庫珀快車(PlutoKuiper Express)的方案，準備在加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室建造。但這項計畫的預算迅速地接近了8億美元，超出了NASA希望投資的數額。2000年秋天，航天局放棄了這項計畫。
但是在科學家、空間探測的擁護者以及許多在校學生的紛紛要求下，NASA經過權衡，對探測方案提出了新的要求，即在2020年以前完成指定的科學測量目標，同時預算不能超過5億美元，如果沒有方案能夠達到這個要求，它將放棄這方面的計畫。
2001年11月，經過一番嚴格的篩選，NASA最終選擇了名為“新視野”(New Horizons)的計畫來進行冥王星和庫珀帶的探測研究。該計畫由位於德克薩斯州的西南研究院和約翰·霍普金斯大學的應用物理實驗室共同領導。來自十余所大學、研究所和NASA研究中心的科學家們在一起深入地研究這項探測計畫。
“新視野”計畫率先使用較為經濟的方式來建造和運行外太陽系探測飛船，總成本是4.88億美元，飛船可望在2015年夏天到達冥王星。而且，“新視野”飛船上將會搭載更多的儀器，它能夠向地球返回10倍於被取消的冥王星—庫珀快車計畫的觀測資料，同時更為經濟。
不過由於財政預算的原因，“新視野”飛船是否真能發射也還沒有確定。如果一切順利，那麼“新視野”飛船將不僅僅擔負首次冥王星探測的任務，在飛向冥王星的途中，飛船還將飛臨木星及其衛星，對它們進行研究，在飛過冥王星及其衛星之後，探測器還將繼續對若干個庫珀帶天體進行近距離觀測。
NASA對冥王星和庫珀帶的探測提出了三點基本要求。首先飛船必須對冥王星及其衛星的表面進行平均解析度為1公里的測繪(相比之下，哈勃太空望遠鏡對冥王星及衛星拍照時的解析度最高只能到500公里左右)。其次，探測器必須對這兩個星球上各種不同地質區域的表面組成進行拍照。再次，飛船必須確定冥王星大氣的組成、結構以及逃逸率。另外NASA還給出了幾項次要的任務，包括測量其表面溫度、搜索冥王星的其他衛星或光環等。航天局還要求飛船除冥王星之外至少對一個庫珀帶天體完成相同的觀測。
目前，科學家們正在加緊“新視野”飛船的研製工作，飛船預計品質只有416公斤，將攜帶至少4套觀測設備——一台地表分析光譜儀(可以利用紅外線遙感技術探測冥王星和冥衛一的地表情況)，一台無線電探測裝置(用以探測冥王星和冥衛一表面的大氣組成和溫度變化)，一台帶電粒子探測儀(用以探測冥王星和冥衛一表面逸出的粒子以及它們的運行情況)，一台解析度達50公里的攝像機(用以對經過光譜儀篩選的地域進行更高解析度的地形圖繪製工作)。
如果一切都按計劃進行，飛船將會在2006年1月發射，它先是向木星的方向飛行，然後借助木星的引力作用“彈射”向冥王星。在飛臨木星時，“新視野”飛船將會對木星和它的20多顆衛星進行為期4個月的集中研究，此後，探測器便將一直飛向冥王星，並於2015年的某一天抵達那裏。在從木星飛向冥王星的這段時間裏，“新視野”號探測器上的絕大部分儀器將處於“休眠”狀態，以減少能量消耗和儀器故障的發生。當然，地球上的控制人員將無時無刻不密切關注“新視野”的運行情況。為了保險起見，地面控制人員將每年“喚醒”一次“新視野”，並利用50天左右的時間對它上邊的所有裝置進行一次檢查和校準工作。
當飛船距離冥王星約1億公里遠，也就是離最近處還有約75天時，各種探測設備就要開始工作了。它所拍攝的冥王星圖像品質將會超過哈勃太空望遠鏡，隨著距離的接近，效果還會越來越好。在距離冥王星最近的那天裏，“新視野”飛船距離冥王星只有幾千公里，地表分析光譜儀可以獲得冥王星及其衛星向陽面的最佳圖像。與此同時高分辨成像儀將會聚焦到星體表面上較小的區域，生成更高解析度的畫面。
當探測器飛過冥王星到達它的陰面時，探測器將借助于冥衛一反射過來的光線繼續對冥王星陰面的地表情況進行探測。此外，地球上的控制人員將開始向冥王星發射無線電波。那些穿過冥王星大氣層的無線電波被探測器上的巨型天線接收後，探測器上的儀器就會根據無線電波的折射情況推算出冥王星大氣層的溫度和密度。當探測器最終飛越冥王星系後，它還要利用5年時間對冥王星系附近的柯伊伯帶進行一系列類似的探測。對柯伊伯帶的探測數目將由當時的動力儲備情況決定。
如果飛船不能於2006年如期發射的話，就會喪失一次寶貴的探測機會。因為行星排列位置的變動，過了2006年之後飛船就不能再借助木星的力量飛向冥王星。這樣NASA將不得不等到2018年木星再次運行到合適的位置時進行發射，這樣最早在2025年左右探測器才能到達冥王星。
到那時冥王星與太陽的距離將會比今天多出數億公里，其表面將顯著變冷。由於冥王星軸線的極度傾斜以及繞太陽公轉的影響，飛船必須在黑暗的冥王星黑影中飛掠400多萬公里的地面，其中大部分處在冥王星的南半球，在這個過程中是不能進行觀測的。而且那時很可能冥王星的整個大氣層都已經凝結，這樣也就喪失了對大氣進行研究的機會，而要再次等到這種機會，只能等到23世紀冥王星再次向近日點運行時才行。
太陽系有九大行星，這是連小學生都知道的科學常識。然而，如今這種說法已經過時。今年8月24日，在捷克首都布拉格召開的國際天文學第26屆大會上，天文學家通過投票表決的方式，將九大行星當中最小的一個——冥王星開除出行星的行列。九大行星減少了一顆，變成了八大行星。而冥王星被歸入“矮行星”的一類。冥王星雖然從九大行星中出列，但事實上，冥王星還是冥王星，它本身並沒有發生任何變化。對太陽系天體進行重新分類，這是因為近些年來科學家們發現了太陽系中許多新的天體，傳統的行星概念已經顯得越來越不適用了。此舉也說明我們人類對太陽系天體的認識有了新的飛躍。
近幾年來的觀測結果，卻令天文學家們不得不改變這一看法。從2000年起，柯伊伯帶天體直徑的最高記錄不斷被刷新。到目前為止已經發現了800多個，直徑大於400千米的有43顆，直徑在1000千米左右的有9顆，其中還不包括冥王星和卡戎。
例如，2002年發現的“誇歐爾”直徑大約為1250千米，是當時已知的柯伊伯帶中體積最大的一個。2004年發現的“塞德娜”直徑為1700千米，直徑超過冥衛一，與冥王星逼近。2005年7月，天文學家又公佈了一個驚人的新發現，柯伊伯帶天體中又增加了一個比前兩個更大、直徑大約2400千米的新成員，它的體積超過了冥王星。它的編號是“2003UB313”。其近日距38天文單位，遠日距97天文單位，與太陽的平均距離大約是冥王星的3倍。
“2003UB313”的發現，在天文界引發了不小的震動。這時，又有天文學家提出，應該把冥王星也看成柯伊伯帶天體。由此又引發了對於冥王星行星資格問題的熱烈討論。國際天文學會于2006年成立了一個專門委員會來重新討論行星的概念，核心問題是對這些新發現的體積較大的柯伊伯帶天體要有一個說法，是將它們歸進行星家族呢？還是將冥王星從行星行列中清除出去，也算作柯伊伯帶天體？
天文學家們估計，柯伊伯帶中實際存在的直徑在100千米左右的天體，可能至少有35000個左右。另外，該區域可能還存在數目更為巨大的“碎削”天體，它們可能是早期太陽系中的物質凝聚成各大行星過程中剩下來的殘渣。因此它們包含著與外太陽系形成有關的極其重要的線索。一些週期較短的彗星，可能也源於此處。
柯伊伯帶天體的軌道範圍，是從冥王星軌道處即距離太陽60億千米處一直延伸到1500億千米的廣闊區域，有一部分與冥王星的公轉軌道重疊。柯伊伯帶天體大都是由冰組成，冥王星和這些天體的成分非常相似。
國際天文學會第26屆大會8月24日經過投票表決通過了有關太陽系天體的新定義。新定義的太陽系天體分為三大類：
第一類，“行星”指的是圍繞太陽運轉，有足夠大的品質、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀，並且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。
第二類，“矮行星”指的是與行星同樣圍繞太陽運轉，具有足夠的品質、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體。同時，把與冥王星類似的矮行星定義為“類冥王星”，即冥王星成為這類新稱號天體的代表。
第三類，“太陽系小天體”的定義是圍繞太陽運轉但不符合行星和矮行星條件的物體。
1846
年，法國青年天文學家勒威耶(U. J. J. Le Verrier)由天王星所受的引力攝動推算出未知的第八顆行星，隨後，伽勒（J.G. Galle）在所預報的位置附近找到了它，命名為海王星。這件‘筆尖上的發現’典範激勵了一些人用類似方法推算和尋找第九顆行星。1930年2月18日，美國天文學家湯博（C. Tombaugh）從拍攝的大量星像中終於發現了它，並把它命名為冥王星。實際上，冥王星的品質很小，不足以對天王星和海王星造成原來估計的攝動，因此，冥王星的發現可能是巧合。
冥王星在較扁的橢圓軌道上繞太陽公轉，其軌道半長徑為39.545天文單位（1天文單位=1.5億公里），偏心率為0.249。它最近一次過近日點是在1989年9月5日，在此前後期間（即1979年1月21日—1999年3月14日），它離太陽的距離比海王星離太陽還近。從其軌道投影于黃道面的圖上看，冥王星與海王星的軌道是交叉的，因而似有碰撞的疑慮，但實際上，冥王星軌道面對黃道面的傾角為17.14°，它們的軌道就像立交橋的上下道路那樣，其最近距離也有2.6天文單位。冥王星的公轉週期為248年，自轉軸對黃道面傾角為28°，即大致呈“側向自轉”，自轉週期為6.3872日。
1978年6月22日，美國天文學家克利斯蒂（J. Christy）發現，冥王星的像上有個突出部分，經分析認為那是冥王星的衛星，後經查找以前的底片確認，並經觀測證實。可惜，以前冥王星像的突出部分被作為底片污點而忽略了，否則它早就被發現了。這顆衛星稱為冥衛一，同時又以神話中擺渡冥河的船工名字卡戎（Charon）命名。
在冥衛一繞冥王星的軌道運動中，從地球上有時可觀測到冥衛一從冥王星前面經過（稱為冥衛一‘淩’冥王星）或從背後經過（稱為冥王星‘掩’或‘食’冥衛一）。有時它們也‘掩’恒星。這時，通過觀測它們的亮度變化，可以推算它們的大小、品質及表面性質，尤其是哈勃太空望遠鏡，由於它不受地球大氣擾動，因此，可以分辨出冥王星和冥衛一的表面。
冥王星的直徑為2360±50公里，品質僅約為地球品質的千分之二。它的平均密度約2克/釐米3，說明它由冰和岩石物質混合物組成。它既不同於地球這樣岩體的類地行星，也不同於木星那樣的氣體巨行星，而是另類的冰體矮行星（ice dwarf planet）。它的內部有岩石核和水冰幔，表面是氮、一氧化碳、甲烷和水冰的冰殼。外太陽系其他行星的亮、暗區對比不顯著，而冥王星表面的亮區和暗區對比顯著，因此，冥王星上可能還有未發現的物質。它的表面重力只有地球表面重力的6%，表面溫度變化範圍為47～60開。表面的部分冰昇華為隨季節變化的稀疏而複雜的大氣，表面氣壓僅為約1帕，主要成分是氮，還有少量甲烷、一氧化碳和某些較重的碳氫化合物。高層大氣中有相當數量的自由氫。
冥衛一在半徑為19636 公里的圓軌道上繞冥王星轉動，轉動週期（6.3872日）與冥王星的自轉週期相同，總是同一面朝向冥王星，因而它是冥王星的“同步衛星”。冥衛一的直徑約為1200 公里，與冥王星大小相當，這是其他行星-衛星系中所未見的，可謂孿生的“雙行星”。冥衛一的平均密度約2 克/釐米3，可能是一個混有岩石物質的冰球。它的表面反照率（0.32）比冥王星的（約0.55）小，表面有水冰，還可能有氨化的水合物。目前還不知道它是否有大氣層。
2005年10月31日，國際天文學聯合會快報宣佈：用哈勃太空望遠鏡新發現了冥王星的兩顆小衛星，臨時命名為S/2005 P1和S/2005 P2，待國際天文學聯合會給予正式命名。加上冥衛一，冥王星的已知衛星已達三顆。
實際上，在2005年5月15日，哈勃太空望遠鏡的高級巡天攝像機（Advanced Camera for Surveys, ACS）就拍攝到了冥王星和冥衛一旁的兩顆疑似衛星的暗星，它們的亮度約為冥王星的1/5000。三天后的5月18日，ACS再次拍攝到這兩顆與冥王星相伴的星，但它們的位置繞冥王星轉動了。經過圖像資料分析，確定這兩顆星分別在半徑49 000公里和64 000 公里的圓形軌道上繞冥王星轉動，繞轉週期分別為25.5日和38.2日。估計S/2005 P1 的直徑約為50公里，而S/2005 P2略小些。繼續追蹤觀測確認，它們是冥王星的兩顆衛星，而且查找到它們在2002年7月14日底片上也處於相應位置。
確切地說，正如地球和月球都繞它們的公共質心轉動一樣，冥王星、冥衛一、S/2005 P1和S/2005 P2也繞它們的公共質心轉動，而公共質心在橢圓軌道上繞太陽公轉。此外，仔細搜尋了冥王星可能存在衛星的約200萬公里的“引力範圍”，沒有發現其他潛在的直徑大於28 公里的衛星。
冥王星
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