冥王星是地球的...
冥王星的直徑、體積、質量、表面重力
約為地球的幾倍？ 有幾個衛星？
冥王星發現75周年！
檢視圖片檢視圖片太陽系邊境之王--冥王星 太陽系九大行星中
地位最受爭議的冥王星（Pluto）
從發現至今
即將屆滿75周年！
檢視圖片 1894年成立的羅威爾天文台（Lowell Observatory）
自1905年開始
便在創建者、同時也是天文愛好者羅威爾（Percival Lowell
如下照片）的主導下
以非常有系統的方式展開第九顆行星的搜尋工作。
當時距離太陽系第八顆行星—海王星於1846年的發現
已經相隔80多年
天文學家仍不放棄搜尋其他行星的存在（到現在都還如此）。
檢視圖片 1930年2月18日的傍晚
湯葆（Clyde Tombaugh）非常仔細地檢視兩組天空照片
這是他於1月23日與29日
利用羅威爾天文台13英吋羅威爾望遠鏡（Abbott Lawrence Lowell Telescope）拍攝的成果；這支望遠鏡當時才剛啟用了一年而已。
由於太陽系中的天體離地球比較近
所以在天空中的移動速度比其它背景恆星還快
於是他可利用所謂的「閃視比較鏡（blinked comparator）」
來回地顯示兩張底片
看看是否有某顆天體會在兩張底片上「跳動」。
這些底片並不如現今的技術
因此所拍攝到的天體都相當昏暗而模糊
要在這種底片上尋找新天體
必須有相當的經驗、技巧、專注的精神
和運氣。
因此
當他在雙子座δ星附近發現14等的冥王星時
還一度不敢置信。
右上方星圖便是他發現冥王星當時的那張照片。
他趕忙通知天文台另兩位同事Carl Lampland和V.M. Slipher（台長）來確認
而從底片上的位置計算之後
看來就像是顆行星。
Slipher要求湯葆當晚再度拍攝一張照片
以便做最後確認。
湯葆心情忐忑地度過白天
傍晚就迫不及待衝進天文台中等待天黑
但等到卻是一整晚的雲。
終於在數天之後
天氣放晴
湯葆又在拍到冥王星
而這些天文學家也再度確認了它的行星地位
成為太陽系中最小、最冷、最暗、最遠的行星。
檢視圖片 天文台創辦人羅威爾非常熱中於行星X的搜尋
也很認真地進行各種計算來預測行星X的位置
但終其一生都未發現那顆無名的行星
也未活著見到這歷史的一刻（逝世於1916年）。
因此羅威爾天文台一直到1930年3月13日—羅威爾的75歲冥誕
才正式對外公佈這個消息（有注意到最上方報紙的日期嗎？）。
經過激烈爭議之後
終於決定遵循其他行星的命名傳統
按照英格蘭牛津地區11歲女孩Venetia Burney的建議
將這顆位在太陽系邊境的行星命名為「Pluto」
即羅馬神祇之一的「冥府之神」（希臘神話之名為Hades）
並同時取冥王星（Pluto）和羅威爾之名（PL for Percival Lowell）
以「P」為冥王星的符號。
檢視圖片 雖然天文學家至今還在持續研究冥王星這顆寒冷而昏暗的世界
羅威爾天文台也仍是冥王星研究的領導者
但由於這顆位在太陽系的邊際地帶、又暗又小的天體
非常難以觀察
連哈伯太空望遠鏡也看不清它的表面（左圖即為哈伯拍攝的冥王星）
僅知其表面有明暗不同的分佈
與其唯一的衛星--凱倫（Chiron）成同步自轉與公轉等；它也是唯一不曾有任何太空船造訪過的行星
因此人們至今對冥王星仍所知無幾。
美國航太總署（NASA）則預定將在2006年發射「新視界任務：冥王星--庫伯帶任務（New Horizons: A Pluto-Kuiper Belt Mission）」
於這艘太空船預定將在2015年左右抵達冥王星附近
對其展開研究
希望解開這顆連哈伯太空望遠鏡都看不清表面的天體的真面貌。
檢視圖片檢視圖片湯葆--一位苦學向上的農家子弟 湯葆1906年生於美國伊利諾州Streator鎮
高中之後隨家人移居西堪薩斯州（Western Kansas）
卻被一場雹暴摧毀他上大學的願望。
不過
湯葆並不灰心
繼續在家自學
努力修習立體幾何和三角函數等艱澀的學科。
1926年
年方20的他
建造了他的第一架望遠鏡
不過他不太滿意這架望遠鏡的光學品質
隨後兩年又再自行研磨鏡片
建造了兩架望遠鏡。
他將利用這些自製望遠鏡所繪製的火星、木星等行星的表面特徵圖寄至位在亞歷桑納州的羅威爾天文台
使天文台內人員對他印象深刻
繼而邀請他到天文台任職。
湯葆因而在羅威爾天文台工作了14年之久
更在這14年間
因發現冥王星而贏得全世界的矚目。
發現冥王星之後
湯葆再接再厲
繼續以系統性觀測與分析的方式
沿著黃道面上下搜尋
但並未發現其他太陽系星體。
1932年
他終於如願以償地進入堪薩斯州立大學
暑期仍待在羅威爾天文台中工作。
1936年畢業後回到天文台
成為全職人員
1938年取得碩士學位。
在羅威爾天文台工作期間
他發現了數百顆新的變星、數百顆新的小行星和兩顆新彗星、新的星團、星系團和超新星團等
並統計了約29000個星系。
直到第二次世界大戰
他被徵調到美國海軍教授航海方面的知識。
1945年大戰結束後
羅威爾天文台無力再聘任他
他於1946年轉任至白沙飛彈試射場（White Sands Missile Range）從事彈道研究
並研發新的光學儀器
以檢測飛彈發射的準確性。
他在此期間所發明的 IGOR (Intercept Ground Optical Recorder)甚至使用了30之久。
檢視圖片 1955年
湯葆轉至新墨西哥大學任職。
在他有生之年的最後幾年
他穿梭於美加之間
到處演講
以賺取新墨西哥州立大學「湯葆獎學金」的基金。
最後
1997年1月17日
於他91歲生日的前幾天
逝世於他位在Las Cruces的家中。
湯葆視為一一位發現行星的美國人
因此美國天文學界相當以他為榮。
回顧湯葆的一生
堅持信念、努力不懈
就是讓他這一生成功的主因吧！
檢視圖片行星X搜尋戰
方興未艾 1846年利用天王星的軌道擾動加以計算而發現海王星
並再發現天王星和海王星的軌道還有擾動之後
天文學家便從海王星的發現事蹟
認為海王星以外一定還有行星
並開始瘋狂搜尋
成為全世界的一股狂潮。
經歷數十年的奮鬥
湯葆終於發現冥王星的存在
更堅定地顯示太陽系外側還存有許多的天體。
但經過詳細測量之後
天文學家發現
冥王星的體積與質量都非常小
半徑1137公里
體積僅有地球的0.006倍
質量則為地球的0.0023倍；相較之下
我們的月球半徑約1738公里
體積約為地球的0.0203倍
質量約地球的0.0123倍
甚至比冥王星還大。
事實上
冥王星不僅是九大行星中最小的一員
整個太陽系中
總共有七顆衛星比冥王星大
分別是：地球的衛星--月球（半徑1738公里）
木星的伽利略四大衛星--艾歐（木衛一
1815公里）、歐羅巴（木衛二
1565公里）、加尼米德（木衛三、2634公里）、卡利斯多（木衛四
2403公里）
土星的衛星--泰坦（土衛六
2575公里）
海王星的衛星--崔頓（海衛一
1355公里）。
此外
冥王星是太陽系中
表面反差第二高的星體（第一高的是土衛八Iapetus）。
冥王星的質量和體積都這麼小
小得不足以引起天王星和海王星的軌道擾動。
因此
天文學家相信
在冥王星以外
一定還有其他的行星存在。
因尚未發現
故暫時稱為「行星X（Planet X）」。
不過
一直沒有任何進展。
直到航海家二號太空船（Voyager 2）飛掠海王星並重新測定其質量後
發現之前的海王星質量有誤；將此錯誤校正後
則海王星的軌道就幾乎完全與預測相符
沒有之前所謂的「重力擾動」了。
天文學家也由此推測：第十顆行星存在的可能性非常低。
知道這項事實後
天文學家並未放棄行星X的搜尋
也正因為如此
近年來陸續發現了夸瓦爾（Quaoar）和賽德納（Sedna）等比冥王星稍小的「大型」小行星。
檢視圖片行星
還是小行星？ 正因為冥王星的質量與體積都非常小
軌道偏心率非常高
軌道平面相對於黃道面（地球公轉的平均軌道面）的傾角也比較大（約為17度）
這些特性與小行星比較相近
因此天文界近乎一半的學者對冥王星的「行星」資格有意見。
他們認為冥王星只能算是小行星中
尤其是「庫伯帶天體（Kuiper Belt Objects）」中最大的一員。
庫伯帶天體（縮寫為KBO）
又稱為越海王星天體（Trans-Neptunian Objects
TNO）
是聚集在海王星軌道以外的小行星。
另一半的天文學家則認為
冥王星的行星地位有其歷史意義
不因其質量與體積的大小而改變
所以還是必須維持它的「太陽系第九顆行星」寶座。
目前是後者的主張佔上風
所以
冥王星仍未從行星名單中除名。
檢視圖片最遙遠的世界？檢視圖片 冥王星曾一度「不是」太陽系中最遠的行星
原因就在於它高偏心率的軌道。
由於軌道極橢圓
因此冥王星的近日點距離比海王星離太陽還近。
在1979年1月至1999年2月11日、總共約20年的這段期間
冥王星就位在這個位置附近
所以當時離太陽最遠的行星是海王星而非冥王星。
看到這裡
一定有人會問：冥王星和海王星的軌道會交叉
那麼兩顆行星會不會相撞？答案是：不會！
因為如前所述
冥王星的軌道傾角很大
而海王星的軌道則幾乎與黃道面平行
所以雖然冥王星與海王星的軌道距離鎖定在3:2的「共振」位置上
但是它比海王星靠近太陽的這段距離內
都位在黃道面以上的位置
當它靠近黃道面附近而有機會與海王星相撞時時
它的距離早已遠大於海王星；所以
想看到它們兄弟兩自相殘殺的鏡頭
沒機會的啦！
檢視圖片冰封天地檢視圖片 無論冥王星是不是離太陽最遠的行星
它都是行星中最冷的世界。
冥王星的表面溫度只有攝氏零下235～210度左右（絕對溫度38～63K）。
天文學家發現
冥王星表面最「溫暖」的地區
通常也是可見光波長中「最暗」的地方。
又不論冥王星還算不算行星
它在行星分類中的位置都不明。
太陽系中的行星基本上分成「類地行星」與「類木行星」。
類地行星包含水金地火等四顆內行星
體積質量小
但密度大
以岩石和金屬為主要成分
衛星少
沒有光環。
類木行星則包含木土天海四顆外行星
體積質量都大
但密度小（土星密度甚至比水還小）
以氣體和冰為主要成分
衛星多
且有光環。
冥王星的性質介在這兩者之間
體積質量小、衛星少與無光環等特性與類地行星相符
但其密度小
可能主要由冰所組成
則與類木行星類似。
事實上
冥王星的性質與海王星最大的衛星--崔頓（Triton）最相近
密度約2 gm/cm3
顯示其內部組成約有70％為岩石
30％為水冰。
所以
天文學家以前曾有一度認為冥王星是海王星的衛星之一
只是後來發生某些事件而脫離海王星的掌握而自立門戶。
現在雖已否定曾為海王星衛星之一的想法
不過
取而代之的是：冥王星、凱倫和崔頓都是庫伯帶天體之一
只是崔頓後來為海王星重力所捕獲
而成為海王星家族的一份子。
冥王星表面比較明亮的部分可能覆蓋大量由氮氣凝華而成的冰
另外參雜少量甲烷、乙烷、一氧化碳等凝華而成的冰。
至於暗區
目前所知甚少
不過可能是冥王星的原始基本物質
或是因宇宙線等高能粒子撞擊引起光化反應而形成的物質。
更有趣的是
冥王星背對凱倫的一面
主要是一氧化碳的冰；面對凱倫的一面
則主要是甲烷冰。
冥王星有沒有大氣層？有沒有四季變化？答案是：有！
1988年
天文學家發現冥王星擁有大氣層
但冥王星的大氣非常稀薄
幾近於無
只有幾千分之一百帕（hPa
氣壓的單位）而已
地球表面大氣的壓力平均約為1013百帕。
冥王星大氣主要成分是氮氣
另外加上少量的一氧化碳和甲烷
而且
可能只在冥王星靠近軌道近日點前後
表面溫度較高時
大氣層才會存在；其它的200多年漫漫歲月
大氣物質便都冰封在表面上。
目前有天文學家研究指出：因冥王星的質量與體積過小
表面重力小得留不住大氣氣體
因此從冥王星表面逃逸至太空的氣體
或許有部分會與凱倫大氣（如果有的話）交互作用。
NASA明年即將發射的「新視界任務」
其中一項工作
就是想趁冥王星大氣完全凝華冰封之前
抵達冥王星以進行它的大氣的研究。
檢視圖片冥王星唯一的伴侶--衛星凱倫檢視圖片 冥王星的衛星凱倫（Charon）於1978年由James W. Christy發現
當時凱倫的軌道平面恰好側面朝向地球
因此當它行經冥王星前方時
會造成冥王星亮度降低
Christy就是經由這種「掩星」的方式發現的。
而「凱倫」之名
便是羅馬神話中
在冥河帶領亡者進入冥界的那位擺渡人。
Christy一度要以他的妻子Charlen的名字為這顆衛星命名
但後來仍遵從太陽系天體命名的慣例
接受了凱倫這個名字。
冥王星和凱倫
名為「行星」與「衛星」的主從關係
但實質上
它們更像一對雙行星系統（double planet）。
因為凱倫的半徑約586±13公里
為冥王星的一半大
是太陽系所有衛星中
與其行星的體積相對比例最大的。
不過
它正確的質量和密度
至今尚未完全確定。
冥王星和凱倫也是太陽系中最有趣的行星-衛星系統
因為不僅凱倫繞冥王星的公轉週期已和它的自轉週期相同
均為6.39天
此即所謂的「同步自轉」
而且甚至連冥王星的自轉週期也相同；換句話說
這兩顆星體
永遠以同一面面對彼此
兩者永遠不可能看到彼此的背面。
地球和月球這一對系統中
只有月球相對於地球有同步自轉的現象
所以月亮會始終以同一面面對地球。
此外
雖然天文學家猜測凱倫的表面被水冰覆蓋
且與冥王星同時形成
但卻與冥王星截然不同：凱倫的表面反照率不若冥王星這麼高
也似乎沒有面積比較大的亮區。
又
冥王星的自轉方像是所謂的「逆轉」方向
也就是與地球自轉相反的方向
行星中只有金星、天王星與冥王星為逆轉。
因此
天文學家現在認為：凱倫的誕生可能與月球相同
即在太陽系早期
冥王星受到某顆小行星的撞擊
冥王星部分物質被撞出而形成凱倫；而此強大的撞擊力量
也改變了冥王星的自轉方向。
檢視圖片「新視界任務（New Horizons）」 雖已發現75年了
但人們對冥王星的認識還是非常有限。
此外
我們太陽系中較內側的類地行星與類木行星等
都已經有比較好的研究成果；唯獨太陽系庫伯帶以外、範圍最廣泛的外圍區域
仍無良好認知。
因此
天文學家們從1980年代
便積極策劃推動冥王星其附近區域的太空探測任務。
天文學家推測：庫伯帶中可能含有無數的小天體
這些天體是掠過地球地球附近的短週期彗星的來源。
此外
庫伯帶天體或許都是太陽系形成當時留下的殘渣
換言之
都是太陽系中比較原始的物質所組成的天體
只是因體積都非常小（直徑約200～2000公尺）、亮度不高
因此難以觀測。
雖然有如中研院與中央大學合作之TAOS計畫等
企圖從地球表面搜尋這些小天體
但或許仍不如直接送一艘太空船去觀察這個地區的真實情況來得直接。
由於經費的問題
這個「新視界：冥王星-庫伯帶任務（New Horizons: Pluto-Kuiper Belt Mission）」一度胎死腹中
美國國家科學研究院（ National Academy of Sciences）及其他有關人員（包括湯葆本身）足足爭取了20年才終於獲得NASA的資助
而於2002年正式成立「湯葆科學維控中心（The Tombaugh Science Operations Center
TSOC）」
負責進行太陽系邊境的探測任務。
檢視圖片 這艘太空船預定將於2006年1～2月發射（2006年2月4日是湯葆的100歲冥誕）
2007年飛掠木星
並利用木星的重力改變太空船的軌道方向與速度
使之得以朝向冥王星而去
於2016年抵達冥王星與凱倫
之後再朝庫伯帶飛去
探測那些地球上「看」不到的小天體們。
天文學家希望能先從冥王星和凱倫表面的隕石坑的數量和大小比例
大致推測庫伯帶天體的大小與數量。
之後
再繼續探測冥王星和庫伯帶天體上的化學組成
尋找可能形成生命的原始有機分子（含碳物質）和水冰。
此外
冥王星表層大氣的流失如同彗星一般
只是規模比彗星大得多；天文學家希望藉由直接測量冥王星大氣的結構與逃逸的過程
來瞭解地球早期大氣的演化
甚至是整個太陽系的演化歷程。
自前一艘「航海家2號」太空船發射到經歷木土天海等外行星至今已將30年
冥王星仍是太陽系中唯一沒有被太空船探測過的行星
天文學家希望經由「新視界任務」的推動
使得人類對太陽系的瞭解能更加完整。
關於此項任務更詳細的資料
可參考http://pluto.jhuapl.edu。
參考資料來源：http://www.lowell.edu/press_room/releases/recent_releases/PL_75_rls.html
2005.02.03 http://www.achievement.org/autodoc/page/tom0bio-1 http://www.nineplanets.org/pluto.html http://pluto.jhuapl.edu/science/everything_pluto/2_discovery_pluto.html 參考資料 http://www.tam.gov.tw/news/2005/200502/05021702.htm
