踏入宇宙神秘地帶：冥王星，我們來了！

文章來源：《科學世界》雜誌

今天，2015年7月14日，美國宇航局（NASA）的新視野號（New Horizons）探測器終於到達了冥王星。新視野號在茫茫太空中跋涉了整整9年半，飛越了50億千米的路程，來到了距冥王星13000千米的地方，踏入不為人知的神秘地帶，即將為我們揭開冥王星的神秘面紗。

終於要看到冥王星的真面目了！

6月15日，雖然新視野號拍攝到的冥王星圖像還不是那麼清晰，但卻可以明顯看到表面的明暗。隨它越來越靠近冥王星，圖像也會迅速變得越來越清晰。

上圖為新視野號探測器用遠程勘測成像儀（LORRI）拍攝到的冥王星的樣子。明亮部分與黑暗部分的區別已經非常明顯。冥王星的自轉周期大約是6.4天（地球日），隨它的自轉，我們能看到的地方也有所變化。由於新視野號與冥王星之間的距離還很遠，所以還無法拍攝到清晰的圖像。這些圖像是每間隔一定的時間拍攝的很多圖像合成的（合成時使明亮部分的分佈基本一致）。因為有了合成處理，所以冥王星的形狀看上去並不是球形，但實際上冥王星是球形的。在最接近冥王星的位置，應該能夠拍攝到特別清晰的圖像。

上圖是用哈勃望遠鏡拍攝到的冥王星表面的彩色圖像。它跟上面新視野號拍攝的圖像一樣，也是拍攝了很多幅，在保持紋理一致的情況下合成的。各個圖像左上方的數字表示中心經度的數值。即使是用高性能的哈勃望遠鏡拍攝大量圖像，並利用高超的圖像處理技術合成，要想得到這樣效果的一組圖像也非易事。這些圖像對於研究高速通過冥王星的新視野號探測器到底該重點觀測冥王星的哪些區域也有重要的參考價值。

上圖是新視野號拍到的圖像。分別是冥王星（右下）和它的衛星卡戎（左上）。拍攝於2015年5月30日，距離冥王星約5300萬千米的地方。可以看出冥王星和它的卡戎表面的色略有不同。

上圖是新視野號拍到的照片。從中可以看到，衛星們繞冥王星在旋轉。除了卡戎之外，冥王星的衛星還有冥衛五斯提克斯（Styx，綠色的軌道）、冥衛二尼克斯（Nix，黃色的軌道）、冥衛四科波若斯（Kerberos，橙色的軌道）和冥衛三許德拉（Hydra，紅色的軌道）等。可以看出在這些衛星之中，只有冥衛四科波若斯比較特殊，色發暗（發黑）。這些衛星的不同是如何生的，我們或許可以從中獲得一些信息。

誰發現了冥王星？

早在19世紀40年代，法國天文學家奧本-勒維耶（Urbain Le Verrier）就運用牛頓定律，通過觀測天王星軌道的擾動，預測出了海王星的存在。這一預測被柏林天文台的觀測所證實。之后，人們發現，除海王星之外，應該還存在第二顆行星在擾動天王星的運行。

19世紀末，美國有一個非常有錢的大土豪叫珀西瓦爾-洛厄爾（Percival Lowell）。他很喜歡天文學，在亞利桑那州為自己修建了一座洛厄爾天文台。他唯一的愛好就是趴在望遠鏡上看星星。他堅信自己在火星上看到了智慧生命修建的運河（他寫的書后來發了《火星公主》、《世界大戰》等科幻作品），他還認為自己看到了金星表面的細節，實際上他看到的只是自己視網膜上的血管。

1894年，他開始嘗試觀測“第九大行星”——所謂的“X行星”。1915年3月15日，他拍下了兩張包含冥王星的照片，但由於照片太過黯淡模糊，他完全蒙在鼓裏。直到1916年，洛厄爾去世，他都認為自己一無所獲。

土豪去世后，最喜聞樂見的事情就是爭財了。洛厄爾的遺孀康斯坦絲和天文台為巨額財爭鬥不休，讓X行星的搜尋工作一度停滯。直到1929年，這項工作被交到一個23歲的年輕人克萊德-湯博（Clyde Tombaugh）手中。湯博並沒有上過大學，因為在他16歲時，一場雷暴摧毀了家裏的莊稼，只好輟學在家自學。他對天文非常感興趣，自學了很多知識，還自製了天文望遠鏡。他向洛厄爾天文台寄去了自己的木星和火星，於是在1929年得到了這份珍貴的工作。

一年后，1930年2月18日，湯博在比對1月23日和29日的兩張圖片時，發現一個亮點移動了位置——這就是冥王星！

湯博去世於1997年。他的30克骨灰被裝在一個小盒子裏，跟隨新視野號來到了冥王星，這裏是這位英雄理應安息之所。小盒子上篆刻：

“這裏裝美國人克萊德-W-湯博的骨灰，他是冥王星和太陽系‘第三區’的發現者，阿黛爾和米龍的兒子，帕特麗霞的丈夫，安妮特和奧爾登的父親，天文學家，老師，愛開玩笑的人，和友善的朋友——克萊德-W-湯博（1906～1997）。”

冥王星的名字是誰起的？

就是這位11歲的小姑娘，維尼西亞？伯尼（Venetia Burney），給冥王星起了名字。她當時是牛津大學圖書館管理員的孫女。她為何能為冥王星起名字呢？

原來，在發現冥王星的消息席捲全球后，起名的權力自然落到了洛厄爾天文台的手裏。他們收到了來自全球的1000多個建議，五花八門，應有盡有。洛厄爾的遺孀康斯坦絲推薦的名字是“宙斯”，后來改成“珀西瓦爾”，后來又改成了她自己的名字“康斯坦絲”。萬幸，沒有用這些名字。

1930年3月14日早上，英國牛津大學博德利圖書館員福爾克納？馬登（Falconer Madan）和孫女伯尼正在吃早餐。他一邊吃一邊讀《泰晤士報》，正好讀到了發現新行星的消息，文章提到它還沒有名字，於是催促伯尼想一個名字。11歲的伯尼對古代神話很感興趣，一下子想到了羅馬神話的冥神——普魯托（Pluto）。馬登非常喜歡這個名字，立刻向他的好友、牛津大學的天文學教授豪爾-特納（Hall Turner）提出建議。特納立刻向遠在美國的洛厄爾天文台發去了電報。

洛厄爾天文台也很喜歡這個名字，不僅因為它是羅馬神話中一個還未使用的名字，還因為它的前兩個字母“P”和“L”正好是珀西瓦爾-洛厄爾的首字母，很有紀念意義。

5月1日，Pluto這個名字被正式啟用。11歲的伯尼從祖父那裏得到了5英鎊的獎勵。2004年，新視野號發射時，上面有一個科羅拉多大學的學生們製作的測塵計，以她命名為“維尼西亞？伯尼學生測塵計”。

新視野號的行程

上圖描繪了新視野號探測器發射升空之后的行程。它於2006年1月19日發射升空，之后僅9個小時就橫穿月球軌道，又很快在次年的2月28日到達木星，在木星成功實現了引力彈弓效應（繞行星變軌），還對木星和木星的衛星進行了觀測。后來，為了延長壽命，探測器還進行了數次休眠和重。此時，冥王星位於近日點稍過一點的位置。為什麼新視野號在這個位置靠近冥王星呢？第一是因為距離比較近，容易到達。第二是因為距離太陽比較近時，冥王星表面的物質蒸發（或升華）后，大氣增多，很容易進行觀測。

史上最快的發射速度：與地球相同

新視野號發射的速度號稱史上最快——大約每秒16千米，相對於地球的速度。這是為何呢？

原來，冥王星距離很遠，要求探測器的發射速度很快。探測器發射升空后，憑藉自己的力量几乎無法繼續向外加速飛行。另外，探測器的發射速度還決定到達目標天體所需要的天數。宇宙空間環境殘酷，各種高能粒子（宇宙射線）飛來飛去。為降低探測器發生故障的風險，最保險的做法就是讓它盡快到達目標。此外，探測器飛向的宇宙空間如果遠於木星，就無法通過太陽能發電獲得電能。距離太陽太遠，發電量就不夠了。所以新視野號探測器上搭載的是“核能電池”，利用放射性元素衰變生的熱量進行發電。而核能電池壽命有限，所以，用時越短越好。

因此，新視野號是以史上最快的速度發射升空的。為了實現這一速度，探測器的重量輕至478千克（包含推進劑在內），發射時還使用了第一級“宇宙神5號”（Atlas V）火箭，上面安裝了5個輔助推進裝置，這也是史上最多的。

只看它一眼，就能弄清很多問題

新視野號探測器上搭載了7種觀測設備。LORRI（遠程勘測成像儀），用的是口徑為20.8厘米的望遠鏡，就算在很遠的地方也能夠拍攝到可見光；Ralph（可見-紅外成像光譜儀），利用紅外線和可見光成像，以此來測量天體表面的組成和溫度，弄清楚地質和地形；Alice（紫外成像光譜儀），用來調查大氣量和大氣組成……我們期待用這僅有的7種觀測設備探明各種問題。

首先，我們想知道，冥王星及其衛星，還有其他的柯伊伯帶天體都是什麼樣子的。此外，如果能看到天體的表面，還能推測出它誕生以來經歷過何種演化歷程。

一般認為，冥王星和八大行星一樣，都是先由塵埃一樣的小微粒聚整合10千米左右的微行星，然后無數的微行星再經過反復碰撞、結合成長起來為行星。隨冥王星的成長，在碰撞生的能量等作用下，內部逐漸熔化，中心會聚集較重的物質。

就地球來，塵埃的主要成分是岩石和金屬，所以地球的中心部分是金屬，周圍是岩石層。而冥王星誕生於距離太陽很遠的地方，所以它的“塵埃”主要由冰和岩石組成。有人認為，冥王星經歷過大規模天體碰撞，所以很可能內部熔化成一團。因此，推測冥王星的中心部分是岩石，周圍是冰層。

中心的岩石中應該含有微量的放射性元素，這些放射性元素衰變時會放熱。所以，在很久以前，冥王星的冰層下部融化后變為液體（地下海）。隨放射性元素的衰變，生的熱量越來越少。因此，地下海可能慢慢結冰。水變成冰后體積會增大。所以，冥王星在變冷的過程中很有可能發生了膨脹。因此推測冥王星的表面有大規模的龜裂。如果新視野號在冥王星的表面發現了龜裂，那就是這種過程的證據。

另外，還有研究者認為冥王星現在可能還保存液態的地下海洋。如果真是如此，新視野號或許能拍到水（或冰）的間歇泉從龜裂中噴湧而出的樣子。

冥王星的真面目到底是否與預想的一致？還是會呈現出完全意料之外的驚人面孔？在50億千米外的遙遠太空中，新視野號如同它的名字一樣，正在為我們開闢一片“新視野”！