冥王星的发现

◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

冥王星发现史

1781年，天王星的发现大大鼓舞了天文学家致力于天体力学轨道计算的研究，同时也吸引了一些人继续寻找“海外行星”的热情。不过，“海外行星”的搜寻比“天外行星”搜寻要困难多了，一是距离太阳更远，目标可能会更暗，运动也会更慢（更难与恒星区别）；二是海王星轨道的不规则误差并不明显，这使得用寻找海王星的方法计算并定位未知天体证据不足。这些都给搜寻工作带来了较大的盲目性，以至于历史上最坚持不懈的搜寻者——美国罗威尔天文台的创建人（罗威尔台长）为此奋斗到临终都没有实现愿望。

美国天文学家罗威尔

美国天文学家汤博

冥王星的发现要归功于继承罗威尔台长遗志，在洛威尔天文台专门从事行星搜寻工作的汤博。1929年4月，汤博使用一台13英寸（约为33厘米）口径的望远镜开始搜索，每天晚上汤博系统地、一片一片地、隔段时间重复地拍摄黄道星空的照片（辛亏那时候照相技术已经引入到天文观测中，大大提高了观测效率），白天则比较不同日期对同一片天区拍摄的照片，仔细找出照片中同一位置有变化的目标（位置有变化的可能是移动天体，直到现在天文学家都沿用这种方法搜寻移动天体）。这个工作说起来容易，做起来却需要极大的刻苦精神。

汤博几乎把黄道一圈的天区都找遍了，每幅照片里都含有几万甚至几十万颗星星，为了不漏掉一个目标，汤博把每幅照片切割成若干小块，一点点地比较，这显然增加了多倍的工作量，但能够减小误判的概率。就这样，汤博没日没夜地工作了10个月，机会终于垂青了这位有准备的年轻人。1930年2月18日，汤博终于发现了一个亮度只有15等的移动候选体。经过反复核查和多次望远镜追踪观测，1930年3月13日，罗威尔天文台正式对外宣布了发现新行星的特大好消息。

汤博发现冥王星所用的望远镜

美国天文学家汤博对冥王星的发现做出了重大贡献

冥王星降级风波

冥王星被发现后短短几个月，天文学家就大体确定了其主要的轨道参数，其中有两点与众不同：一是冥王星的轨道不像其他行星那样近似圆形，而是扁长的椭圆形，其近日点约30个天文单位，远日点约50个天文单位；二是冥王星的轨道不像其他行星那样与黄道基本平行，三是与黄道倾斜角约17度。

多年来冥王星的大小和质量估算一直是困扰天文学家的难题，因为用当时的望远镜无法观测到冥王星的清晰圆面，因此无法用几何方法推断它的直径，也就无法估计它的大小和质量。直到1978年，美国海军天文台发现了冥王星的卫星——卡戎，根据冥王星与其卫星的引力运动特点才测到了冥王星的质量，当然后来也用其他方法做了验证。总之，天文学家测得的冥王星质量比预想的小很多（约为地球质量的500分之一），比月亮质量还小，这些都预示着冥王星不同于其他大行星。

时间进入90年代，天文学家陆续发现了一些轨道扁长，远日点远在海王星外，但质量有的比冥王星还大的天体。这使科学家不得不考虑怎样归类这些新发现的天体，于是在2006年8月24日的国际天文学联合会经过讨论表决，对它们给出了太阳系“矮行星”的定义，并把当了76年行星的冥王星降级到矮行星行列。

冥王星与地球比大小

探访冥王星

我们对冥王星的认识，从地球上的望远镜观察所获信息非常有限。2006年，美国发射了“新视野号”探测器，其主要任务是探测冥王星及其卫星卡戎和位于柯伊柏带的小行星群。“新视野号”于2015年7月14日飞掠冥王星，对冥王星进行了近距离观察，得到了非常丰富的资料。

冥王星轨道与众不同

通过“新视野号”传回的信息，我们看到了冥王星上高耸的冰山、广阔的平原、流动的氮气、雕刻般的峡谷；一座座冰山漂浮在各色各样的冰原上，横跨全球的冰海；天空捕捉了光线并将其散射，形成了许多层次复杂并呈蓝色的大气；冥王星周围的小卫星像陀螺一样疯狂旋转；卡戎与冥王星成对并行……“新视野号”传回的迄今最清晰的冥王星照片，还揭示了冥王星表面的一个心型区域，这个“完美之心”的浅色光影，横跨约2000千米，是由液化氮冷冻组成的冰原，被命名为“汤博斑”。“新视野号”带我们观看的冥王星比科学家们想象中能在太阳系外围发现的任何系统都要复杂和动态得多。

自从汤博在1930年发现了冥王星后，他便将余生都致力于研究冥王星，甚至在他临终时还留下遗言：希望自己的骨灰能跟随探测器一起前往冥王星。人们真的把他的一半骨灰放在了“新视野号”飞行器上，随探测器访问了冥王星，然后一直向太空深处飞去，而汤博也因此成为人类迄今为止飞得最远的“太空人”。

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