冥王星

太阳系九大行星中同太阳的平均距离最远的、也是最小的一颗行星。在天文学中用符号 圸表示。冥王星有一个卫星(见冥王星卫星)。

发现

1846年发现海王星后,许多人猜测它的轨道外面可能还会有行星。不少人仿效勒威耶和J.C.亚当斯的方法,想从天王星和海王星的轨道摄动去推算海王星外的未知行星,其中洛韦尔和W.H.皮克林详细算出这个未知行星的位置,经过许多年寻找,直到1930年初才被汤博发现。天文界对这一发现有很大争议。除了冥王星实际轨道与预测的有差距外,亮度也比预测的暗得多,看不出视圆面,它的质量太小,对天王星和海王星的轨道不会引起足够大的摄动。因此有人认为,这一发现不能看作是计算的功劳,而是偶然的巧合。

公转和自转

冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点(距太阳29.8天文单位)附近时,比海王星离太阳还近,这时海王星成了离太阳最远的行星。冥王星绕太阳的公转周期约为248年,从发现至今只走了1/5圈。冥王星、海王星和天王星的公转周期存在近通约性,在大约500年中,冥王星公转2圈,海王星公转3圈,天王星公转6圈。每隔一定时间它们就会彼此接近。虽然在黄道投影图上冥王星轨道与海王星轨道交叉,但由于这两个轨道平面并不相合,所以即使在交叉点附近它们之间的距离还是很大的。冥王星发现后不久,就发觉它的亮度有些变化,但限于当时的技术水平,不能进行准确的测量。到了五十年代,用光电方法测出它的亮度有 6天多的周期性变化。1971~1973年又做了更准确的测量,得出亮度变幅为0.22个星等,变化周期为6天9小时17分。这种亮度变化可用它表面反射太阳光不均匀和自转来解释。根据冥王星卫星的资料估算出冥王星自转轴与公转轴交角大于60°,因而是侧向自转,与天王星相似。

冥王星照片(箭头所指为冥王星) 图 物理状况

过去根据冥王星对天王星和海王星轨道的摄动来推算冥王星质量,结果很不准确。1971年以前所定的质量值是0.8地球质量,1971年重定为0.11地球质量,直到1978年发现冥王星卫星后,才准确定出冥王星的质量值为0.0024地球质量(1.43×1025克),这不仅比水星质量小,甚至比月球质量还小,但仍比小行星的质量大。

冥王星的视角径太小,其线直径至今仍未定准。最早定出直径为6,400公里,1950年柯伊伯重定为5,000~6,000公里, 后来从它掩恒星的观测定出直径不会大于5,800公里,根据亮度和距离估计出直径下限为2,000公里。目前公认值是2,400~2,900公里,常采用2,700公里。

根据冥王星的质量和直径可以算出平均密度。采用1971年以前数据算出密度超过35克/厘米3,比其他行星的密度大十多倍,这显然是难以接受的。用1971年的质量值得出的密度仍大于5.8克/厘米3,因而有人把冥王星划归近太阳的类地行星一类,但这与它远离太阳的位置很不相称。用1978年最新质量值算出的密度约为1.5克/厘米3,这与天王星、海王星的密度相近,因此,可把这三颗行星归成一类──远日行星,它们应当有相似的化学组成和性质。

冥王星离太阳太远,接受的太阳辐射少,估计其日照表面的温度为50K左右,背面为20K左右。在如此低温下,绝大部分物质已凝结为固态或液态,只有氢、氦、氖还可能是气态。因此,冥王星如果有大气的话,也是极稀薄的、透明的。冥王星光谱的特征与太阳相同,略红,并有甲烷的特征谱线,表明冥王星表面可能有一层甲烷冰。

起源

由于冥王星轨道偏心率和倾角都大,自转周期长,而且近日距又小于海王星轨道半长径,里特顿于1936年首先提出:冥王星原来是海王星的卫星,和海卫一同时绕海王星顺向转动,一度与海卫一靠近,相互引力作用使海卫一变为逆行卫星;而冥王星则获得额外速度,离开海王星,成为第九颗行星。根据当时推算的冥王星质量大于海卫一,这种看法似乎合理,因而长期为许多人所赞成。但是,最新测定的冥王星质量还不及海卫一的质量,它不可能使海卫一运动方向改变很大,所以,里特顿的看法便不能成立。中国天文学家戴文赛提出下述新看法:冥王星不是原来的海王星卫星,而是由海王星轨道内的大星子形成的,由于该区域一较大星子与它对心碰撞,使它的轨道偏心率和倾角变大;之后,冥王星又一次被另一星子掠碰表面,碰撞力矩使它变为侧向自转,而碰出物质抛到几万公里远,再集聚形成冥王星的卫星,也许形成的卫星不止一个。

参考文章