冥王星的發(fā)現(xiàn)

◎文圖 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 郭紅鋒

冥王星發(fā)現(xiàn)史

1781年，天王星的發(fā)現(xiàn)大大鼓舞了天文學(xué)家致力于天體力學(xué)軌道計(jì)算的研究，同時(shí)也吸引了一些人繼續(xù)尋找“海外行星”的熱情。不過(guò)，“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(yáng)更遠(yuǎn)，目標(biāo)可能會(huì)更暗，運(yùn)動(dòng)也會(huì)更慢（更難與恒星區(qū)別）；二是海王星軌道的不規(guī)則誤差并不明顯，這使得用尋找海王星的方法計(jì)算并定位未知天體證據(jù)不足。這些都給搜尋工作帶來(lái)了較大的盲目性，以至于歷史上最堅(jiān)持不懈的搜尋者——美國(guó)羅威爾天文臺(tái)的創(chuàng)建人（羅威爾臺(tái)長(zhǎng)）為此奮斗到臨終都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)愿望。

美國(guó)天文學(xué)家羅威爾

美國(guó)天文學(xué)家湯博

冥王星的發(fā)現(xiàn)要?dú)w功于繼承羅威爾臺(tái)長(zhǎng)遺志，在洛威爾天文臺(tái)專(zhuān)門(mén)從事行星搜尋工作的湯博。1929年4月，湯博使用一臺(tái)13英寸（約為33厘米）口徑的望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始搜索，每天晚上湯博系統(tǒng)地、一片一片地、隔段時(shí)間重復(fù)地拍攝黃道星空的照片（辛虧那時(shí)候照相技術(shù)已經(jīng)引入到天文觀測(cè)中，大大提高了觀測(cè)效率），白天則比較不同日期對(duì)同一片天區(qū)拍攝的照片，仔細(xì)找出照片中同一位置有變化的目標(biāo)（位置有變化的可能是移動(dòng)天體，直到現(xiàn)在天文學(xué)家都沿用這種方法搜尋移動(dòng)天體）。這個(gè)工作說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)卻需要極大的刻苦精神。

湯博幾乎把黃道一圈的天區(qū)都找遍了，每幅照片里都含有幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)顆星星，為了不漏掉一個(gè)目標(biāo)，湯博把每幅照片切割成若干小塊，一點(diǎn)點(diǎn)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(méi)日沒(méi)夜地工作了10個(gè)月，機(jī)會(huì)終于垂青了這位有準(zhǔn)備的年輕人。1930年2月18日，湯博終于發(fā)現(xiàn)了一個(gè)亮度只有15等的移動(dòng)候選體。經(jīng)過(guò)反復(fù)核查和多次望遠(yuǎn)鏡追蹤觀測(cè)，1930年3月13日，羅威爾天文臺(tái)正式對(duì)外宣布了發(fā)現(xiàn)新行星的特大好消息。

湯博發(fā)現(xiàn)冥王星所用的望遠(yuǎn)鏡

美國(guó)天文學(xué)家湯博對(duì)冥王星的發(fā)現(xiàn)做出了重大貢獻(xiàn)

冥王星降級(jí)風(fēng)波

冥王星被發(fā)現(xiàn)后短短幾個(gè)月，天文學(xué)家就大體確定了其主要的軌道參數(shù)，其中有兩點(diǎn)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(zhǎng)的橢圓形，其近日點(diǎn)約30個(gè)天文單位，遠(yuǎn)日點(diǎn)約50個(gè)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(lái)冥王星的大小和質(zhì)量估算一直是困擾天文學(xué)家的難題，因?yàn)橛卯?dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法觀測(cè)到冥王星的清晰圓面，因此無(wú)法用幾何方法推斷它的直徑，也就無(wú)法估計(jì)它的大小和質(zhì)量。直到1978年，美國(guó)海軍天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了冥王星的衛(wèi)星——卡戎，根據(jù)冥王星與其衛(wèi)星的引力運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)才測(cè)到了冥王星的質(zhì)量，當(dāng)然后來(lái)也用其他方法做了驗(yàn)證?？傊?，天文學(xué)家測(cè)得的冥王星質(zhì)量比預(yù)想的小很多（約為地球質(zhì)量的500分之一），比月亮質(zhì)量還小，這些都預(yù)示著冥王星不同于其他大行星。

時(shí)間進(jìn)入90年代，天文學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些軌道扁長(zhǎng)，遠(yuǎn)日點(diǎn)遠(yuǎn)在海王星外，但質(zhì)量有的比冥王星還大的天體。這使科學(xué)家不得不考慮怎樣歸類(lèi)這些新發(fā)現(xiàn)的天體，于是在2006年8月24日的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)經(jīng)過(guò)討論表決，對(duì)它們給出了太陽(yáng)系“矮行星”的定義，并把當(dāng)了76年行星的冥王星降級(jí)到矮行星行列。

冥王星與地球比大小

探訪冥王星

我們對(duì)冥王星的認(rèn)識(shí)，從地球上的望遠(yuǎn)鏡觀察所獲信息非常有限。2006年，美國(guó)發(fā)射了“新視野號(hào)”探測(cè)器，其主要任務(wù)是探測(cè)冥王星及其衛(wèi)星卡戎和位于柯伊柏帶的小行星群?！靶乱曇疤?hào)”于2015年7月14日飛掠冥王星，對(duì)冥王星進(jìn)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(guò)“新視野號(hào)”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(dòng)的氮?dú)?、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(fù)雜并呈藍(lán)色的大氣；冥王星周?chē)男⌒l(wèi)星像陀螺一樣瘋狂旋轉(zhuǎn)；卡戎與冥王星成對(duì)并行……“新視野號(hào)”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(gè)心型區(qū)域，這個(gè)“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”?！靶乱曇疤?hào)”帶我們觀看的冥王星比科學(xué)家們想象中能在太陽(yáng)系外圍發(fā)現(xiàn)的任何系統(tǒng)都要復(fù)雜和動(dòng)態(tài)得多。

自從湯博在1930年發(fā)現(xiàn)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(shí)還留下遺言：希望自己的骨灰能跟隨探測(cè)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(hào)”飛行器上，隨探測(cè)器訪問(wèn)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(lèi)迄今為止飛得最遠(yuǎn)的“太空人”。

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