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冥王星

位於太陽系中的矮行星
此條目介紹的是矮行星之一。關於羅馬的冥王，請見「普路托」。

冥王星（行星序號：134340 Pluto；天文符號：⯓[15]，Unicode編碼U+2BD3、♇[16]，Unicode編碼U+2647）又稱冥神星，是太陽系外圍古柏帶中的一顆矮行星。冥王星是第一顆被發現的古柏帶天體，在被發現之時是太陽系內當時已知體積最小、質量第九大的行星質量天體；在直接圍繞太陽運行的天體中，冥王星體積排名第九、質量排名第十。冥王星是體積最大的海王星外天體，其質量僅次於位於離散盤中的鬩神星，但僅有月球質量的六分之一、體積的三分之一。與其他古柏帶天體一樣，冥王星主要由岩石和冰組成[17]。

冥王星 ⯓♇
由新視野號拍攝到的冥王星真實色彩照片[a]，攝於2015年7月
發現
發現者克萊德·湯博（美國）
發現日期1930年2月18日
美國 美國亞利桑那州羅威爾天文台
編號
MPC編號134340 Pluto
命名依據普路托
小行星分類
形容詞Plutonian
軌道參數[4][b]
曆元 J2000
遠日點
  • 49.319 AU
  • (73.7807億公里)
  • 2114年2月
近日點
  • 29.656 AU
  • (44.364億公里)
  • (1989年9月5日)[1]
半長軸
  • 39.54 AU
  • (59.15億公里)
離心率0.24905
軌道週期
會合週期366.73日[2]
平均軌道速度4.7km/s[2]
平近點角14.53 度
軌道傾角
  • 17.1405°
  • （相對於太陽赤道11.88°）
升交點黃經110.299°
近日點參數113.834°
已知衛星5
物理特徵
平均半徑
  • 1,188.3±0.8 km[5][6]
  • 0.19 地球
扁率<1%[7]
表面積
  • 1.77×107 km2[c]
  • 0.035 地球
體積
  • (7.006±0.071)×109 km3[d]
  • 0.0059 地球
質量
  • (1.303±0.003)×1022 kg[7]
  • 0.00218 地球
  • 0.177 月球
平均密度1.854±0.006 g/cm3[5][7]
表面重力
  • 0.620 m/s2[e]
  • 0.063 g
1.212km/s[f]
恆星週期
  • 6.387230 日
  • 6日9小時17分36秒
赤道自轉速度47.18km/h
轉軸傾角119.591°±0.014°（與軌道夾角）[8][g]
北極赤經132.993°[9]
北極赤緯−6.163°[9]
反照率0.49到0.66（幾何，有35%浮動）[2][10]
表面溫度 最低 平均 最高
K 33 K 44 K (約−229 °C) 55 K
視星等13.65[2]到16.3[11]
(平均為15.1）[2]
絕對星等(H)−0.7[12]
角直徑0.065″到0.115″[2][h]
大氣特徵
表面氣壓1.0 Pa[7][14]
成分氮氣、甲烷、一氧化碳[13]
不同角度拍攝到的冥王星最清晰照片的拼接圖

冥王星的軌道離心率及傾角皆較高，近日點為30天文單位（44億公里），遠日點為49天文單位（74億公里）。冥王星因此會週期性進入海王星軌道內側，但海王星與冥王星因相互的軌道共振而不會碰撞。在冥王星距太陽的平均距離上，陽光抵達冥王星需時5.5小時。

冥王星目前已知的衛星總共有五顆，分別是冥衛一（凱倫）、冥衛二（尼克斯）、冥衛三（許德拉）、冥衛四（科伯羅斯）和冥衛五（斯提克斯）[18]。五顆衛星]中冥衛一的體積和質量遠大於其餘四個，而冥王星與冥衛一的共同質心不在兩者任何一個的內部，因此有時被視為一個聯星系統[19]。但IAU並沒有正式定義矮行星聯星，因此冥衛一仍被定義為冥王星的衛星[20]。

1930年克萊德·湯博發現冥王星，並將其視為第九行星，太陽系「九大行星」也在之後幾代人的認知中成為共識。但1992年後在古柏帶發現的一些質量與冥王星相若的冰製天體挑戰了冥王星的行星地位，2005年發現的鬩神星質量甚至比冥王星質量多出27%。在2006年，國際天文聯合會（IAU）修正了行星定義，將沒能獨佔軌道的冥王星降級為矮行星，與其它八大古典行星相區分[21]。

2015年7月14日，「新視野號」探測器成為首架飛掠冥王星的宇宙飛船[22][23][24]。在飛掠的過程中，新視野號對冥王星及其衛星進行了細緻的觀測[25][26]，發現冥王星的地貌特徵與太陽系八大行星有許相似之處，而且有冰火山與數千公尺的山脈佇立於甲烷層與冰凍的氮氣上面，冰川溫度可能達攝氏零下200度以下。新視野號的影像顯示，冥王星地底下可能有由半融化的冰形成的海洋，這意味着地底可能存在熱源[27]。

歷史

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發現

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更多資訊：海外行星
 
克萊德·湯博於堪薩斯

1840年代，法國天文學家於爾班·勒威耶等人通過經典力學分析天王星軌道的攝動後成功預測並發現了海王星。[28]。受此啟發，其後的天文學家根據對海王星的觀察，推測仍有其他行星攝動天王星的軌道。

1894年，美國波士頓的天文學家及富商帕西瓦爾·羅威爾創立了羅威爾天文台，並在1906年開始搜索這顆可能存在的第九大行星——X行星。[29]1909年，羅威爾曾和天文學家威廉·亨利·皮克林提出若干個該天體可能處於的天球坐標。[30]此項搜索一直持續到1916年羅威爾逝世，但未取得任何成果。1915年3月，巡天的望遠鏡已拍攝到兩張帶有模糊的冥王星圖像的照片，但是這些圖像並沒有被正確辨認出來。[30][31]已知的此類前向重建照片還有15張，最早可追溯至葉凱士天文台於1909年8月拍攝的照片。[32]其後，羅威爾的遺孀康斯坦斯·羅威爾為取得其夫遺產與天文台展開了十年訴訟，對X行星的搜索由此被延遲1929年才恢復。[33]當年，時任天文台主管的維斯托·斯里弗在看到天文學者克萊德·湯博的繪圖樣品後，決定將搜索X行星的任務交給了湯博。[33]

湯博的任務是系統、成對地拍攝夜空照片並分析每對照片中位置變化的天體，他藉助閃爍比對器快速調換感光干板（英語：Photographic plate）搜索天體的位置變化或外觀變化。在經歷近一年的搜索後，1930年2月18日，湯博在當年1月23日與29日拍攝兩張的照片中發現了一個可能移動的天體，並在1月21日拍攝的一張品質不佳的照片中確認了該天體的運動。[34]在天文台進一步驗證後，該消息於1930年3月13日由電報發往哈佛大學天文台。[30]自被發現以來，冥王星還沒有完成繞太陽一周的運動，因為冥王星的公轉週期是247.68年。[35]

命名

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更多資訊：威妮夏·伯尼

發現第九大行星的消息在全世界引起轟動。羅威爾天文台擁有對此天體的命名權並從全世界收到超過一千條建議。[36]湯博敦促斯里弗儘快在他人為星球起名前提出名字。

英國牛津的11歲學童威妮夏·伯尼因其對古典神話的興趣建議以冥王普路托命名此行星。[37]伯尼在與其祖父福爾克納·梅丹（英語：Falconer Madan）交談中提出這個名字。原任牛津大學博德利圖書館館員的梅丹將這個名字交給天文學教授赫伯特·霍爾·特納。特納將此電報給美國同行。[37]

該天體正式於1930年3月24日命名。[38][39]所有羅威爾天文台成員允許在三個候選命名方案中投票選擇一個：彌涅耳瓦（已被一小行星使用）、克洛諾斯（因由托馬斯·傑佛遜·傑克遜·希（英語：Thomas Jefferson Jackson See）提出而不受歡迎）、普路托。普路托以全票通過。該命名於1930年5月1日公佈。[37]梅丹在得知此消息後獎勵其孫女5英鎊（相當於2024年的336英鎊或430美元）。[40][37]

普路托獲選的部分原因是普路托首兩個字母（英語：PL）為帕西瓦爾·羅威爾的首字母縮寫。該天體的一個天文符號（ , unicode U+2647, ♇）也是由PL構成的花押字。[15]另一個符號則類似於海王星的符號（ ），但是在三叉戟中間的叉改為圓圈（ , U+2BD3 ⯓）。[15] 這些符號在今天的天文學中很少見，但在占星術中很常見。

該名字迅速被大眾文化所接受。1930年華特·迪士尼似乎受普路托啟發設計米老鼠的寵物布魯托。但是迪士尼動畫師本·夏普斯廷（英語：Ben Sharpsteen）無法確認布魯託名字的來源。[41]1941年格倫·西奧多·西博格按照鈾和鎿以新發現行星命名的傳統將新創造的元素鈽以該天體命名。[42]

大多數語言中以普路托的不同變體稱呼該天體。在普路托這個名字公佈的同一年，日本天文學者野尻抱影提議在日語中以「冥王星」（冥王星（めいおうせい）；Meiōsei）一名稱呼普路托。因而，後來漢字文化圈的漢語、韓語、越語都是以「冥王星」來稱呼普路托。[43][44][45]冥王星被降級為矮行星後，有學者提出將其改稱「冥神星」，這樣才會與主要的小行星的命名法一致，但此提議最終並未實行[46]。

部分印度語言（如印地語的 प्लूटो；Plooto）使用普路托稱呼該冥王星。但是其他印度語言使用印度教中的閻摩或佛教的閻羅王稱呼冥王星。越南語也以閻王星（Sao Diêm Vương；星閻王）稱呼冥王星。[44]波利尼西亞語言也傾向於使用本土文化中地獄之神稱呼冥王星，例如毛利語中的Whiro（英語：Whiro）。[44]

被駁倒的X行星

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冥王星質量的估計值
年份 質量 估算者
1915 7地球 羅威爾（對X行星的預測）[29]
1931 1地球 尼克爾森與梅奧爾（英語：Nicholas U. Mayall）[47][48][49]
1948 0.1（1/10）地球 凱伯[50]
1976 0.01（1/100）地球 克魯克香克（英語：Dale Cruikshank）、佩爾徹、莫里森[51]
1978 0.0015（1/650）地球 克里斯蒂與哈靈頓（英語：Robert Sutton Harrington）[52]
2006 0.00218（1/459）地球 布伊（英語：Marc W. Buie）等[8]

自發現冥王星起，人們就因圖像模糊而懷疑冥王星是不是羅威爾所設想的X行星。[29]二十世紀以來人們對冥王星質量的估計值在逐步縮小。[53]

天文學家最初按照冥王星假定對天王星與海王星軌道的影響計算冥王星質量。1931年計算得出的冥王星質量和地球質量相若，1948年的進一步計算結果則接近火星質量。[48][50]1976年夏威夷大學的戴爾·克魯克香克（英語：Dale Cruikshank）、卡爾·佩爾徹與莫里森首次計算出冥王星的反照率；計算得到的反照率與固態甲烷相似。冥王星因此比與相同尺寸的其他天體明亮，其大小不會超過地球質量的百分之一。[51]（冥王星的反照率 比地球反射率大1.3–2.0倍[2]）

1978年冥衛一的發現允許天文學家首次測量冥王星的質量，結果測算冥王星質量僅相當於地球質量的0.2%，不足以解釋天王星的軌道擾動。隨後包括羅伯特·薩頓·哈靈頓（英語：Robert Sutton Harrington）在內的諸多天文學家[54]未能找到冥王星以外的X行星。1992年邁爾斯·斯坦迪什（英語：E. Myles Standish）用航行者2號1989年飛掠海王星時所測數據重新計算海王星對天王星的引力作用。航行者2號的數據將海王星質量的估計值降低0.5%，相當於一火星質量。重新計算的結果中天王星的軌道並沒有異常，自此X行星也無存在的必要。[55]現在大多數科學家同意羅威爾所定義的X行星並不存在。[56]羅威爾曾在1915年預測X行星的位置接近於當時冥王星的位置。恩尼斯特·威廉·布朗（英語：Ernest William Brown）在冥王星的發現後不久認為羅威爾的預測是個巧合[57]，此看法至今仍受支持。[55]

分類

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更多資訊：行星定義

1992年起在冥王星附近發現的諸多天體顯示冥王星是科伊伯帶的一部分。冥王星的行星地位因此受到挑戰。博物館和天文館偶爾會因在太陽系模型中忽略冥王星而引起爭議。海登天文館於2000年2月翻新後重新對外開放後展出只有八顆行星的太陽系模型，在將近一年後登上報紙頭條。[58]

天文學家在科伊伯帶發現越來越多與冥王星大小相似的天體後，認為冥王星應重新劃為科伊伯帶天體。2005年7月29日發現新的海外天體鬩神星的消息對外公佈。根據推測鬩神星比冥王星大很多，是1846年發現海衛一後發現的太陽系內最大天體。儘管當時並沒有將其歸為行星的正式共識，媒體與發現鬩神星的天文學家最初將其稱為第十大行星。[59]天文學界有人將此視為將冥王星劃為小行星的最有力論據。[60]

IAU分類

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主條目：IAU的行星定義

對冥王星地位的辯論隨着2006年8月24日IAU決議的出台進入關鍵階段。IAU決議列出三個條件，符合這些條件的天體可被視為行星：

  1. 該天體的軌道必須圍繞太陽運轉；
  2. 該天體必須有足夠的質量通過自身引力成為球形；
  3. 該天體必須清理軌道附近的其他天體。[61][62]

冥王星的質量是其軌道上其他所有天體質量之和的7%，因此無法滿足第三項條件（地球的質量是地球軌道上其他天體質量之和的170萬倍）[60][62]。IAU進一步決定將同冥王星一樣無法滿足第三項條件的天體歸類為矮行星。

2006年9月13日IAU決定將冥王星、鬩神星及鬩衛一編入小行星目錄並正式授予小行星序號： "(134340) Pluto"、"(136199) Eris"、"(136199) Eris I Dysnomia"。[63]如果冥王星在被發現時授予小行星序號，其序號則可能為1164。

天文學界有反對重新分類的聲音。[64][65][66]NASA新視野號項目負責人阿蘭·斯特恩曾公開嘲笑IAU決議，聲稱：「從技術角度看這個定義太差勁了。」（the definition stinks, for technical reasons）[67]斯特恩認為地球、火星、木星和海王星的軌道上都有諸多小行星，按照新定義這些天體也不屬於行星。[68]斯特恩還認為包括月球在內的所有大型球形衛星都應被視為行星。[69]當時在羅威爾天文台工作的馬克·布伊（英語：Marc W. Buie）在其網站上反對新定義。[70]還有天文學界也有支持IAU決議的聲音：鬩神星的發現者麥克·布朗說：「我們通過這雜耍般的程序無意中發現了正確答案。很久之前就該如此修改定義。雖然有強烈情緒反應，但科學總會自我糾正。」（through this whole crazy circus-like procedure, somehow the right answer was stumbled on. It's been a long time coming. Science is self-correcting eventually, even when strong emotions are involved.）[71]

公眾對IAU決議看法反應不一。很多人接受重新分類，但有人發起在線請願來號召IAU重新將冥王星劃為行星。加利福尼亞州眾議院部分議員提出的一項決議中開玩笑地將IAU的決定稱為「科學上的異端」。[72]鑑於湯博長期居住於新墨西哥州，該州眾議院通過一項紀念湯博的議案，宣佈冥王星在新墨西哥州的天空中永遠屬於行星行列，並將2007年3月13日定為冥王星日。[73][74]伊利諾伊州參議院在2009年考慮到湯博出生於伊利諾伊州通過相似決議。該決議中宣稱冥王星被IAU「不公平地降為矮行星。」[75]一些人還以不同理由堅持認為冥王星屬於行星。[76]

美國方言學會（英語：American Dialect Society）於2006年第17屆年度詞彙投票上將plutoed選為年度詞彙。to pluto意為將「某人或某事降級」。[77]

2008年8月14日至16日IAU定義討論中兩方研究人員參加在約翰霍普金斯大學應用物理實驗室舉行的會議，會上討論現行IAU行星定義。[78]此次會議因此得名為「行星大辯論」，[79]，會後新聞發佈會上顯示科學家並沒有對行星的定義達成共識。[80]大會前，IAU在一次新聞發佈會上表示類冥小行星一詞將會用於稱呼冥王星及其他軌道半長軸比海王星半長軸長、有足夠的質量實現流體靜力平衡的天體。[81][82][83]

公轉與自轉

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從黃道面上看冥王星軌道。此視角展示冥王星的高度傾斜軌道。

冥王星的軌道週期為248地球年。冥王星軌道與太陽系內其他的行星軌道有極大的不同。太陽系內其他行星軌道接近圓形、靠近黃道面。冥王星軌道高度傾斜（相對黃道面大於17°）、是高度偏心的橢圓軌道。冥王星因離心率高其軌道的一小部分比海王星軌道更接近太陽。冥王星－冥衛一系統的質心於1989年9月5日到達近日點，[1]自1979年2月7日至2月11日該系統的質心比海王星更靠近太陽。[84]

冥王星的軌道從長遠看是混沌的。計算機模擬可以向前或向後（英語：time reversibility）預測數百萬年內冥王星的位置。因冥王星會受太陽系內細微因素的影響改變軌道，超過李雅普諾夫時間（一千萬年到兩千萬年）後的預測不確定性大。[85][86]

與海王星的關係

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從極面看冥王星軌道。此視角顯示冥王星的軌道（紅色）比海王星軌道（藍色）離心率更高、冥王星有時比海王星更靠近太陽。深色部分表示該段軌道穿過黃道面進入黃道下方。

從極面上看冥王星的軌道穿過海王星軌道，但是這兩個天體由於以下原因不會靠近或碰撞。

冥王星軌道與海王星軌道並沒有交點。從極面上看冥王星與海王星的距離在冥王星處於近日點時最近，但此時冥王星因與海王星軌道相隔8天文單位而不會產生碰撞。[87][88][89]冥王星的升交點和降交點與海王星的對應交點相隔超過21°。[90]

冥王星的軌道可能受到其他行星的攝動（拱點進動（英語：apsidal precession））而最終與海王星相撞。因此還有其他機制防止兩顆天體相撞。其中最主要的機制是冥王星與海王星的2：3平均運動軌道共振：冥王星完成兩次公轉時，海王星完成三次公轉。該過程以約五百年的週期周而復始。每個週期內當冥王星首次抵達近日點時，海王星位於冥王星後50°。在冥王星第二次抵達近日點時，海王星則在冥王星前方50°。因此冥王星與海王星的最近距離是17天文單位，大於冥王星與天王星的最近距離（11天文單位）。[89]

冥王星與海王星之間的2：3共振非常穩定。[91]該機制防止兩顆天體改變相對位置，使其無法靠近對方。即便冥王星軌道與海王星軌道共面，兩顆天體也不會相撞。[89]

其他因素

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冥王星與冥衛一相互旋轉一週期。由新視野號於2014年7月19日到7月24日沿黃道面拍攝

數值研究顯示冥王星和海王星的軌道在數百萬年內沒有太大變化。[87][92]除2 : 3共振外主要有兩個機制穩定冥王星與海王星的公轉。

冥王星的近日點幅角因古在機制在90°左右震盪，冥王星因此在近日點時距離黃道面最遠。[92][87]冥王星近日點幅角相對於海王星變化的幅度為38°，冥王星近日點因此與海王星軌道的角距離總不小於52° （90°–38°）。兩顆天體的角距離大約每一萬年達到最小值。[91]

冥王星與海王星的升節點黃緯存在隨着上述天平動存在共振，當兩升節點黃緯相同時冥王星近日點恰好與升節點與太陽的連線成90°。（1：1超共振）所有的類木行星都促成該現象的產生。[87]

冥王星近日點幅角的天秤動是由冥王星與海王星相互交換角速度而引起的，以兩萬年為週期。[89][91]

自轉

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冥王星的自轉週期約為6.39地球日。[93]冥王星的自轉軸與公轉平面的夾角間隔120°，冥王星因此有着極端的季節變化；在至點時陽光持續照射冥王星表面的四分之一，另外四分之一則完全沒有陽光照射。[94]

準衛星

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冥王星至少有一個準衛星：(15810) 1994 JR1。[95](15810) 1994 JR1在過去十萬年內是冥王星的準衛星並可能在未來二十五萬年中保持此狀態。(15810) 1994 JR1會以兩百萬年為週期成為冥王星的準衛星。[96]

地質

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主條目：冥王星地質

冥王星距離地球很遠，從地球上對冥王星進行細緻研究非常困難。因此在2015年7月14日新視野號飛掠冥王星系統前冥王星的諸多細節仍屬於未知數。[97]

表面

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冥王星上甲烷水合物分佈圖（2015年7月12日）

冥王星表面由超過98%的固態氮、微量甲烷、微量一氧化碳組成。[98]冥王星朝向冥衛一的一面固態甲烷較多，背向的一面一氧化碳和氮較多。[99]

冥王星表面顏色與亮度變化較大。[100]冥王星是太陽系內最表面反差最大的天體之一，反差程度與土衛八相似。[101]冥王星表面的顏色包括炭黑色、深橙色、白色。[102]冥王星的顏色與木衛一的顏色接近，但是橙色稍多。[103]外觀上看起來有一特別巨大、明亮的區域，被暱稱為「心」[104]。

內部結構

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理論上冥王星的內部結構[105]
1. 固態氮[98]
2. 水冰
3. 岩石

冥王星的密度為2.03±0.06 g/cm3。[8]冥王星內部的岩石與表面冰層可通過放射元素衰變熱分離，科學家因此判斷冥王星內部結構應已分化：岩石構成的地心被冰構成地幔所包圍。地心直徑假設為1700 公里左右，大約為冥王星直徑的70%。[105]地核與地幔之間可能有由放射衰變熱產生的100到180公里左右的液態水層。[105][106]

 
冥王星地質特徵的初步跡象（2015年7月9日）

質量與尺寸

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地球、月球、冥王星（左下）的比較。冥王星的體積是地球的0.6％
冥王星尺寸估計節選
年份 半徑（直徑） 備註
1993 1195 (2390) km 米利斯等[107]（若無霾）[108]
1993 1180 (2360) km 米利斯等（行星表面與霾）[108]
1994 1164 (2328) km 楊與賓澤[109]
2006 1153 (2306) km 布伊等[8]
2007 1161 (2322) km 楊、楊與布伊[110]
2011 1180 (2360) km 澤魯察等[111]
2014 1184 (2368) km 勒盧什等[112]
2015 1186 (2372) km 新視野號測量[113]

冥王星的質量為 1.31×1022 千克，不到地球質量的0.24%。[114]冥王星的直徑是2372km[113]。冥王星的表面積為1.665×107 平方公里，與俄羅斯國土面積相近。冥王星大氣層的存在使測定冥王星固體表面尺寸變得複雜。[110]

1978年冥衛一的發現允許科學家通過牛頓推導的開普勒第三定律測量冥王星－冥衛一系統的質量。科學家也可通過冥衛一的掩星更準確地估算冥王星直徑。科學家還通過自適應光學技術更準確地觀測冥王星的形狀。[115]

冥王星比所有類地行星都小。冥王星也比太陽系內七個自然衛星要小（木衛三、土衛六、木衛四、木衛一、月球、木衛二、海衛一）。

冥王星的直徑約是穀神星的兩倍，冥王星的質量是穀神星的數十倍。冥王星比鬩神星輕。目前還不清楚鬩神星和冥王星之間的直徑大小關係，這兩顆矮行星直徑的估計值都在2330公里左右。[108]

冥王星的直徑因大氣層和碳氫化合物所產生的霾而不易測量。[108]2014年3月勒盧什等根據冥王星中甲烷比例判斷冥王星尺寸應不小於2360公里，大約為2368公里，比鬩神星稍大。[112]

大氣層

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藝術家想像的冥王星大氣層。
主條目：冥王星大氣層

冥王星有一層稀薄的大氣層。冥王星的大氣層含有氮氣、甲烷、一氧化碳，這些氣體與冥王星表面達到平衡。[116]地表大氣壓約為6.5微巴到24微巴（0.64帕至2.4帕），約為地球大氣壓的一百萬分之一到十萬分之一。[117]冥王星的橢圓軌道造成的溫度變化對其大氣層有很大影響。[118]

冥王星大氣層內的甲烷產生逆溫現象：冥王星地表10公里上空的平均溫度比地表高36開爾文。低層大氣中的甲烷含量比高層大氣高。[117]

1987年冥王星南極長達120年的極夜結束，南極表面的固態氮開始升華。升華的固態氮導致冥王星2002年大氣壓比1988年大氣壓高。[119]

衛星

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主條目：冥王星的衛星
 
哈伯太空天文望遠鏡於2012年7月拍攝的冥王星系統：冥王星、冥衛一、冥衛二、冥衛三、冥衛四、冥衛五。[120]
 
冥王星與其衛星大小和亮度的對比（藝術想像）[121]

冥王星有五個已知的天然衛星：1978年占士·克里斯蒂發現的冥衛一、2005年發現的冥衛二和冥衛三[122]、2011年發現的冥衛四[123]、2012年發現的冥衛五。[124]冥王星的衛星軌道都為圓形（離心率小於0.006）、與冥王星赤道共面（傾角小於1°）。[125][126] 冥王星的衛星與冥王星軌道平面的夾角因此為120°。冥王星系統非常緊湊，五顆衛星都處於穩定順行軌道可能存在區域中最靠內的部分。[127]冥衛一離冥王星最近，其質量足以實現流體靜力平衡。冥王星－冥衛一系統的質心在冥王星外。剩下的四顆衛星都位於冥衛一軌道外。

冥王星衛星的軌道都處於或接近軌道共振。[128][126]冥衛二、冥衛三、冥衛五的軌道週期比例在計入進動（英語：apsidal precession）作用後為18：22：33。[126]冥衛一、冥衛二、冥衛三、冥衛四、冥衛五的軌道週期之比也接近1：3：4：5：6。[126][129]

冥王星－冥衛一系統的質心在中心星體外，此類系統在太陽系內部不多。（例如小行星617或太陽－木星系統）[130]一些天文學家據此將冥王星－冥衛一系統稱為雙矮行星。[131]冥王星與冥衛一相互潮汐鎖定。[132]兩天體沿質心公轉的週期與各自自轉週期相同。[93]2007年雙子星天文台在冥衛一表面觀察到氨水和水的晶體，暗示活躍冰火山的存在。[133]

一般認為冥王星的衛星由太陽系早期冥王星與較小天體碰撞產生的碎片聚集而成。[134] 然而冥衛四的反照度比其他衛星都低，[135]無法用撞擊說解釋。[136]

起源

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更多資訊：古柏帶和尼斯模型
 
已知的古柏帶天體以及四個巨行星

冥王星的起源長期困擾着天文學家。以前有人認為冥王星曾是海王星的衛星[137]，但被海衛一撞出軌道。動力學研究否定了這個假說，因為冥王星的軌道從未接近海王星。[138]

天文學家在1992年發現海王星外還有一些軌道、成分和大小都類似冥王星的天體，揭示冥王星在太陽系的真正歸宿。這些海王星外天體是許多短週期彗星的來源。冥王星是古柏帶中已知最大的天體。[i]2011年，對古柏帶視星等21以下的天體的勘測已接近完成，而其它可能存在、大小類似冥王星的天體和太陽的距離會超過100 AU。[139]和其它古柏帶天體一樣，冥王星和彗星有類似的地方，例如表面都會被太陽風吹走。[140]有人聲稱如果冥王星和地球一樣靠近太陽，它就會形成彗尾[141]，但這個說法因為冥王星的逃逸速度太高而被否定。[142]有人認為冥王星可能是由眾多彗星和古柏帶天體合併而成的。[143][144]

雖然冥王星是已知最大的古柏帶天體，[108]但比冥王星大的海衛一的地質和大氣層都與冥王星相似，被認為是海王星從古柏帶中捕獲的天體。[145]鬩神星（見上)雖然和冥王星差不多大（但更重），但嚴格來說並不是古柏帶天體，而是黃道離散天體。[146]

許多古柏帶天體和冥王星一樣都和海王星有2:3共振，這些天體被稱為冥族小天體。[147]和其它古柏帶天體一樣，冥王星可能是殘留的微行星，但未能成為行星。大多數天文學家都認為冥王星今天的軌道是因為早期太陽系中海王星的遷移導致的。隨着海王星的軌道越來越遠，它正向原始古柏帶的天體靠近，捕獲一個天體（海衛一），與一部分天體產生共振，並拋出其餘天體。位於的離散盤的天體也應該是海王星的遷移使它們來到那裏。[148]亞歷山德羅·莫比德利（英語：Alessandro Morbidelli (astronomer)）於2004年建立的電腦模型尼斯模型認為海王星的遷移是由木星和土星的1:2共振導致的。這個共振產生的引力使得天王星和海王星遠離太陽，交換位置並使海王星離太陽的距離翻倍。海王星因此拋出的原始古柏帶天體也可以解釋太陽系形成六億年後的後期重轟炸期和特洛伊小行星的起源。[149]在海王星遷移之前，冥王星可能曾經有接近圓形的軌道，和太陽的距離約為33 AU。[150]尼斯模型要求原始的微行星盤中有大約一千個冥王星大小的天體，包括海衛一和鬩神星。[149]

對冥王星的探索

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美國國家航空暨太空總署在2006年1月19日發射無人探測船新視野號，對冥王星及古柏帶進行探索任務[151]。

在制定這探索計劃與發射探測器當時，冥王星是太陽系中唯一一個尚未有人造衛星探測器到訪的行星，但當探測器經過漫長的旅行成功到達目的地前，冥王星已於2006年8月24日被列為矮行星。當然，冥王星的等級劃分並不會真的影響到探索任務本身。新視野號在2015年7月14日到達冥王星10,000公里的距離，以進行觀測。在最接近冥王星時新視野號相對於冥王星的速度是13.78公里/秒，與卡倫的距離將接近至約27,000公里，但在飛行的過程中還可以修改這些參數。

圖片

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諾蓋山脈（左側前景）、希拉莉山脈（左側天際線）以及史波尼克高原（右側）的景象。
鄰近日落時分可見大氣中瀰漫着層層疊疊的煙霧
 
來自新視野號的球面馬賽克圖像
（2015年9月10日發佈）[152][153]
  •  
    基於哈勃太空望遠鏡的觀測結果由電腦繪製的冥王星三維旋轉圖像（2002年–2003年）
  •  
    新視野號拍攝的冥王星和冥衛一照片（2015年1月）
  •  
    冥王星和冥衛一。冥王星上可能存在極冠（2015年4月）[154]
  •  
    LORRI長距離探測成像儀在4,660萬英里（約7,500萬公里）的距離所見的冥王星（2015年5月12日）[155]
  •  
    新視野號拍攝的冥王星系統圖（2015年6月26日）
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    新視野號所拍的冥王星（左）和冥衛一（右）照片（2015年6月29日）
  •  
    冥王星背對冥衛一的一面（左）和朝向冥衛一的一面（右）（2015年6月27日）
  •  
    冥王星的兩個不同半球（2015年6月27日）
  •  
    新視野號拍攝的冥王星和冥衛一照片（2015年7月）
  •  
    新視野號拍攝的一組冥王星黑白照片（2015年7月）
  •  
    2015年7月: 新視野號拍攝的冥王星系統
  •  
    基於新視野號觀測的冥王星彩色動態圖像（2015年7月6日）
  •  
    新視野號所見的冥王星和冥衛一（彩圖，2015年7月11日）
  •  
    新視野號所見的冥王星和冥衛一（假色彩圖，2015年7月13日）
  •  
    新視野號所見的冥衛一（2015年7月13日）
  •  
    冥王星地質特徵（2015年7月10日）
  •  
    哈伯望遠鏡製作的冥王星表面地圖
  •  
    新視野號所見的冥王星（2015年7月11日）
  •  
    新視野號所見的冥王星（2015年7月12日）
  •  
    新視野號所見的冥王星（2015年7月13日）
  •  
    新視野號所見的冥王星（彩圖，2015年7月11日）
  •  
    新視野號從45萬公里距離所見的冥王星（2015年7月14日）
  •  
    新視野號所見的冥王星（赤道地區附近，2015年7月14日）
  •  
    新視野號製作的冥王星表面地圖
  •  
    新視野號的冥王星地表圖，附帶一些地表特徵的（非正式）名稱[156]

參見

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註釋

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  1. ^ 該照片是由新視野號於2015年7月14日距冥王星720,000 km（450,000 mi）時拍攝到的四張近真彩色照片數字合成的。圖中右下角明亮區域是新形成的湯博區和史波尼克高原。左下角昏暗區域是撞擊坑較多的克蘇魯區。冥王星南半球因其119.591°軸傾角僅可見到一小部分。冥王星赤道穿過克蘇魯區和史波尼克高原南部。
  2. ^ 下列軌道元素來自天體力學與歷算研究所（法語：Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides）（IMCCE）外行星論中的（TOP2013）解。TOP2013以J2000星表分點為原點，以J2000曆元為時間。
  3. ^ 表面積由半徑（r）計算而來： 
  4. ^ 體積由半徑（r）計算而： 
  5. ^ 表面重力由質量（M），重力常數（G）和半徑（r）計算而來:  。
  6. ^ 逃逸速度由質量（M），重力常數（G）和半徑（r）計算而來:  。
  7. ^ 基於冥衛一軌道的方向，由於相互潮汐鎖定，假設冥衛一的軌道與冥王星的自轉軸相同。
  8. ^ 基於事實表中離地球最小和最大距離以及冥王星半徑的幾何形狀
  9. ^ 矮行星鬩神星的大小和冥王星相似，約為2330 km，但比冥王星重28%。它是黃道離散天體，通常排除於古柏帶天體（例如冥王星）以外。

參考文獻

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引用

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引用錯誤：在<references>標籤中name屬性為「hubblesite2007/24」的參考文獻沒有在文中使用

來源

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刊物文章
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  • Henderson, Mark (Oct. 30, 2005). "Pluto may lose status of planet". New Straits Times, p. F17. （英文）
  • Chhabra et al., "Prediction of Pluto by Ketakar", Indian Journal of History of Science, 19(1), pp.18–26, 1984 （英文）
  • International Astronomical Union Approves Second Set of Pluto Feature Names （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）， NASA, Aug 8, 2019
書籍
  • Alan Stern, Jaqueline Mitton: Pluto and Charon. Univ. of Arizona, Tucson 1997, Wiley-VCH, Weinheim 2005 (2. erw. Aufl.). ISBN 978-0-8165-1840-1, ISBN 978-3-527-40556-5 （英文）
  • Kaufmann III, William J., Universe, 2nd Edition, pp.302–303 （英文）
  • Pasachoff, Jay M., and Alex Filippenko, 2007, The Cosmos: Astronomy in the New Millennium, 3rd Edition. （英文）

外部連結

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