◎文圖 中國科學院國家天文臺 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(xù)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(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算并定位未知天體證據(jù)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(chuàng)建人（羅威爾臺長）為此奮斗到臨終都沒有實現(xiàn)愿望。

美國天文學家羅威爾

美國天文學家湯博

冥王星的發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(shù)已經(jīng)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(qū)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(xiàn)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(qū)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(fā)現(xiàn)了一個亮度只有15等的移動候選體。經(jīng)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(fā)現(xiàn)新行星的特大好消息。

湯博發(fā)現(xiàn)冥王星所用的望遠鏡

美國天文學家湯博對冥王星的發(fā)現(xiàn)做出了重大貢獻

冥王星降級風波

冥王星被發(fā)現(xiàn)后短短幾個月，天文學家就大體確定了其主要的軌道參數(shù)，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(zhì)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(zhì)量。直到1978年，美國海軍天文臺發(fā)現(xiàn)了冥王星的衛(wèi)星——卡戎，根據(jù)冥王星與其衛(wèi)星的引力運動特點才測到了冥王星的質(zhì)量，當然后來也用其他方法做了驗證?？傊?，天文學家測得的冥王星質(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。

時間進入90年代，天文學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些軌道扁長，遠日點遠在海王星外，但質(zhì)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(fā)現(xiàn)的天體，于是在2006年8月24日的國際天文學聯(lián)合會經(jīng)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(fā)射了“新視野號”探測器，其主要任務(wù)是探測冥王星及其衛(wèi)星卡戎和位于柯伊柏帶的小行星群?！靶乱曇疤枴庇?015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(wèi)星像陀螺一樣瘋狂旋轉(zhuǎn)；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(qū)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”?！靶乱曇疤枴睅覀冇^看的冥王星比科學家們想象中能在太陽系外圍發(fā)現(xiàn)的任何系統(tǒng)都要復雜和動態(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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