與太陽的平
均距離 | 39.5AU 5,890,000,000 km |
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直徑(km) | 2,300 |
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質
量(M/M地球) | 0.0022 |
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密度(g/cm3) | 2.03 |
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表面溫度(C) | -230 |
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公轉週期 | 247.7 years |
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自轉週期 | 6.37 days |
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內容綱要
冥王星的發現
1845年找到了海王星之後,天文學家發現,海王星並不足以解釋,天王星軌道所
受擾動的程度。而海王星的軌道,也像受另一個未知天體的引響。所以,很
自然的引發了,尋找太陽系第九個行星的工作。1930年二月十八日,美國天文學家
湯苞(Clyde W. Tombaugh, 1906-1997),在他所拍的乾版厎片上,發現了亮度為十五
視星等的第九顆行星,後來命名為冥王星(Pluto)。Pluto在羅馬神話中,是掌管冥界
的神祗。
在尋找冥王星的初期,天文學家沿用海王星發現的模式──計算、預測與拍照尋找。
所以在表面上,冥王星的發現,像是天體物理計算的另一次重大成就。不過,後來
天文學家發現,天王星與海王星軌道的不規則,事實上並不存在。另則,冥王星的
質量也太小,不足以造成原來認為存在的干擾。現在回顧,我們只能說冥王星的發
現,幸運的成份居多。
冥王星的軌道面和黃道面夾17.2度,軌道較扁長,離心率達0.248。近日點時,距太陽
29.64 AU,遠日點時,距太陽49.24 AU。在1979年一月與1999年三月間,進入海王星
的軌道之內,成為本太陽系次遠的行星。冥王星的公轉周期為247.7年,發現至今繞
行了不到1/4軌道。
因冥王星距離遠且體積小,其質量甚至小於部份的衛星,哈柏太空望遠鏡最近才
略辨其表面特徵,我們對冥王星的認知相當有
限。過去的外行星探測器,如先鋒者、水手號與航行者皆未造訪冥王星,揭開它
神祕的面紗的任務,只有留待未來發射的其他探測器來完成。
雙行星:冥王星與冥衛一
冥王星既遠又暗,觀測不易。到1970年代,我們只知道它的自轉周期大約是一星期,
但對其半徑與質量,仍一無所知。但在1978年,美國天文學家克利斯第(J. Christy)
發現了冥衛一(Charon) 後,情勢就從此改觀。Charon 在羅馬神話中,相傳是冥河
的擺渡人,用來命名冥王星的衛星,非常貼切。
因潮汐鎖定(tidal locking),冥衛一為冥王星的同步衛星,即冥衛一繞行冥王星
的周期,和冥王星的自轉周期相同,都是6.37天。經由克卜勒第三定律及食現象,
更進一步找出,冥王星的質量是0.0022 地球質量,半徑為2250 公里。冥衛一
的半徑是1270 公里,質量為1.47 x 1021 公斤(冥王星質量的1/9),與
冥王星相距19640 公里。
在本太陽系的衛星,如月球、木衛一(Io)、木衛二(Europa)、木衛三(Ganymede)、
木衛四(Callisto)、土衛六(Titan) 與海衛一(Triton) 的質量,都比冥王星大。因此,
有天文學家認為冥王星不能歸類成大行星。由於冥衛一與冥王星的質量差距不大,
系統的質量中心在冥王星外部。所以,冥王星與冥衛一繞行其共同質心的運動,
非常顯著,故有天文學家提議,應把冥王星和冥衛一看成是雙行星。
冥王星的組成與大氣
冥王星的組成,和類地行星與類木行星差異很大。但冥王星海衛一(Triton)
在組成與大小都很接近。主要是由80%的岩石與20%的水冰所組成,表面由
甲烷冰、氮冰(%)及一氧化碳冰所覆蓋,可知其表面溫度低於攝氏-223 度。
冥衛一的密度略低於冥王星,約是1.8 g/cm3。所以,在其組成中,
岩石所佔的比率低於冥王星。
由光譜分析得知,冥王星的大氣是氮及微量的甲烷所組成。冥衛一的
質量太小,無法保有大氣。
冥王星的起源
天文學家認為冥王星的行為很像彗星,在近日點時,表面受熱,行星物質被
蒸發,離開行星散逸到太空。但冥王星的質量又太大,無法歸類成彗星。
冥王星與海衛一,有能是原始太陽系失去的族類─冰矮星(ice dwarfs)。冥王星
和海衛一是近親,而其他冰矮星,可能在柯伊伯帶之內,或甚至在歐特雲之中。
這種假說是現在相當風行的觀點,但其正確仍有待未來觀測的證實。
太陽系初形成時,內太陽系可能有相當數量的冰矮星。在類木行星的重力作用
下,離太陽50AU的範圍內,只有冥王星和海衛一,找到安身的穩定軌道,
其餘的冰矮星皆被驅離。海衛一為海王星所捕獲,冥王星沿著與海王星所
形成的共振軌道(resonance orbit) 繞太陽運行。海王星公轉兩圈的時間,恰好
和冥王星公轉三圈的時間相同,或者說它們之間形成2:3 的共振軌道。冥衛一
可能是冥王星,和其他冰矮星正面碰撞,或擦撞的結果。碰撞後的許多碎片,
繞冥王星運行,後來逐漸結合成冥衛一。