冥王星史话

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冥王星史话

2024-07-11 23:50| 来源: 网络整理| 查看: 265

很多事情已经不是以前的样子了,比如太阳系的行星数量。自1930年以来的很长一段时间里,我们一直认为太阳系有九大行星。然而这一切在2006年发生了改变。曾经的九大行星之一,也是美国人引以为豪的唯一一颗由美国科学家发现的行星——冥王星,被移出了行星宝座,我们把他重新定义为矮行星。

失去行星地位的冥王星一定很没落,不过他会遇到新的伙伴,更何况人类朋友并没有放弃探索他。而现在,就让我们沿着历史的轨迹,听一听冥王星的故事,感受那来自遥远柯伊伯带的呼唤。

年轻星匠

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年轻时的汤博

提到一颗星星不得不提到它的发现者,正是自古以来成千上万的天文学家们秉持着对星空对未知的探索,才塑造了今天科学的高楼大厦。冥王星的发现者克莱德·威廉·汤博,是一个地地道道的美国人。他于1906年出生于伊利诺斯州,后随父母迁往康塞萨斯州。他并不出生于赫赫有名的学术世家,反而我们可以称呼他为一个“农民的儿子”。

家庭的变故并没有消灭他对星空的渴望,从小时候在农场上仰望夜空,到用叔叔送给他的小型望远镜观测行星,再到自己制作望远镜观察木星和火星。汤博并没有上过大学,但是他从小酷爱天文。虽然我们不知晓他遇到了多少困难,但是他并没有放弃过探索。

功夫不负有心人,汤博一直向罗威尔天文台(又译洛厄尔天文台,是由一名由商人“转行”而来的天文学家罗威尔出资建设的私人天文台,他曾描述“火星运河”并预测了第九大行星的存在,不过在冥王星发现以前,他已经去世,并且他的绝大数预测也是不准确的)邮寄自己的观察结果,而他的举动得到了天文台台长维斯托·斯里弗的赏识。1929年,汤博应邀来到这里工作,并参与到新行星的发现工作中(当时称呼它为行星X)。

天文观察是一个非常枯燥的工作,汤博当时通过折射摄星镜拍摄不同日期的同一天区,再通过闪视比较仪分析不同时间的底片,确定天体的亮度和位置变化。简单的说,就是发现不同时间夜空的不同之处。

在经过长达一年的艰苦搜寻,年轻的汤博终于找到了答案。“看,那颗行星不在星图上!”1930年2月18日,是一个具有历史性的重要日子。汤博在比较两个星期前拍摄的两张星空图时,发现了一个位置在变动的星体。一个月后,经过确认,罗威尔天文台正式宣布发现了第九大行星,并采纳了一个英国11岁小姑娘的建议用希腊和罗马神话中的冥王Pluto命名。要知道汤博发现冥王星的时候仅仅只有23岁!一个没有文凭,没有受过高等教育的农家弟子。

年轻的星匠师获得了巨大的成功,他不仅获得了大学的邀请,后来还当上了大学教授。然而谁能想象出身并不很好且年轻的汤博能有这么大成就,毕竟发现新行星是多少天文学家梦寐以求的梦想!

等等,为什么我们这么坚定它就是一颗行星?

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闪视比较仪

行星宝座

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人类对天文的探索可谓是一个复杂曲折的过程,中国神话中“盘古开天辟地”“女娲补天”到“嫦娥奔月”都凝聚了古代人民的冥思遐想。中国是世界上最早进行天文观测的国家之一,“懿王元年天再旦于郑”就是对周朝年间发生日食的记载。古代朝廷都有专门管理天象的官员,把空中的自然现象和皇帝和国家的命运联系在一起。

从“天圆地方”到“地心说”再到“日心说”,再到现在我们认识到了太阳系只是宇宙中的沧海一粟。现代天文学的发展经历了曲折的过程,这个过程中甚至伴随着“权威”们对科学分子们的迫害。

太阳系的行星中,金、木、水、火、土,都是我们耳熟能详的,早在古代人们就观测到了他们(当然还有地球,但是当时人们并不知道地球本质上和它们是一样的)。

下一个转折点来自天王星的发现,英国天文学家家弗里德里希·威廉·赫歇尔(当然他也是个音乐家和作曲家)在1781年3月13日夜晚10点到11点之间发现了一个新的天体。起初他认为这是一颗彗星,后来经过其他天文学家的确认,才确认这是一颗行星!几千年来太阳系的疆界终于扩展了。那年他已经42岁了。

另外一颗新行星海王星是一颗“被算出来的行星”,天文学家们发现天王星的轨道总是偏离“应有路线”,于是预言了第八大行星的存在。1846年9月,天文学家用望远镜在推算出的轨道上看到了当时尚未发现的新行星,这就是海王星(找到海王星的人是德国的伽勒,而推算轨道的人是法国的勒威耶,但是英国的亚当斯也声称推算出了结果)。

然而海王星的发现并不能完整解决天王星带来的问题,科学家们认为海王星外还有一颗行星,于是天文学家们都在尽力寻找这颗海王星之外的未知天体,渴望得到伟大发现。而幸运之神把发现新行星的桂冠赐予了汤博之手,最终他发现了冥王星。并没有多少人质疑冥王星作为行星的真实性——更何况当时错误估计冥王星质量比地球还要大!

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部分天文学家对新行星的预言

天文单位用A.U.表示,其数值取地球和太阳之间的平均距离

争议不断

九大行星的格局已经形成,九大行星也就此写入了教科书,经老师们辛苦相传。最初似乎没人质疑冥王星的合法性,然而,随着更多的发现,疑点也渐渐浮出水面。首先是冥王星不断缩水的质量。

一些统计学家们曾记录了冥王星发现之前以及发现之后对质量的预测和观测,发现趋势如下图所示:

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1984年以后冥王星会消失!

更不可思议的是,冥王星会于2256年重新出现,2392年质量会达到球的13倍!

当然这离奇的结果源自天文学家们对冥王星观测数据的不断缩小,发现它的直径只有地球的百分之20,质量不到地球的百分之1(实际上连0.24%都不到)。更何况,我们在冥王星周围发现了很多和冥王星差不多大小的天体,不,可能比冥王星还要大!

20世纪50年代,天文学家柯伊伯和埃吉沃斯预言:在海王星轨道以外的太阳系边缘地带,充满了微小冰封的物体,它们是原始太阳星云的残留物,也是短周期彗星的来源地。这便是后来被证实的由众多冰质物质组成的柯伊伯带。

2000年以后随着对柯伊伯带发现的深入,我们在这里发现了更多的天体,甚至当时有的天体当时认为比冥王星还要大。

那么,这些天体都有哪些呢?让我们来欣赏一部分:(以下均为想象图)

图片 柯伊伯带示意图

图片 阋神星,2005年被发现,当初认为阋神星比冥王星要大。

图片 妊神星,2004年被发现,呈现出椭球形状。

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鸟神星,2005年被发现,直径大约是冥王星的四分之三。

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共工星,2007年被发现,以中国上古水神“共工”命名。

是否接受太阳系的第十大行星?类似于冥王星的天体在柯伊伯带是否大量存在?更何况又发现了许多和冥王星相似的天体,它们是否也会成为行星?这样的话太阳系的行星就不是八个或九个了,而会成为十几个!

面对这个棘手的问题,2006年的国际天文联合会大会做出了历史性的决定。

冥王退位

“行星”一词,从诞生之日起我们一直就这样称呼,可是谁又能想到在2006年以前这个词一直没有一个明确的定义?一个天体究竟满足怎样的条件才能成为行星?这一切终于有了答案。

2006年8月24日,捷克首都布拉格,国际天文学联合会(IAU)第26届大会。经过科学家们的投票表决,冥王星被移除了“行星籍“,并赋予了小行星编号——134340.

然而科学家们并没有完全抛弃冥王星,他们把冥王星分类成了另外一种天体——矮行星,并归纳出了一种以冥王星命名的天体类型——类冥天体。

同时决议的还有行星和矮行星的定义。

行星:

必须是围绕恒星运转的天体;

质量必须足够大,来克服固体引力以达到流体静力平衡的形状(近于球体);

必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体;

未能发生核聚变。

矮行星:

绕着着恒星公转;

有足够的质量克服刚体力,使其达到一个近似球体;

未能清除在近似轨道上的其它小天体;

不是行星的卫星。

由于冥王星不能清除在近似轨道上的其他小天体,所以冥王星不是行星,我们把它分类为矮行星。冥王星被移除行星家族,拒于曾经属于自己家门外, 一定十分落寞。但实事求是地说,冥王星与其他八个曾经的“兄弟”相比,真的是太另类了。

冥王星的独特之处在于:

它非常小,仅有月球质量的1/6、月球体积的1/3;

距离太阳非常遥远却不是一颗气态巨行星,而是由岩石构成;

冥王星轨道呈扁平的椭圆形,有时候还跑到了海王星轨道范围之内,而其他八大行星轨道则具有近圆性和共面性。

卡戎(冥卫一)的直径是冥王星的一半,质量是冥王星的八分之一,与其母行星相比,它是一个非常大的卫星。因此,有的天文学家认为他们构成了双矮行星系统。

所幸的是,他有了新的伙伴——矮行星家族。而且他的降级还代表着他人的升迁!那就是谷神星,也就是小行星1号,曾经是位于火星和木星之间小型带中最大的小行星,而现在,他成为了太阳系内最小的矮行星。

图片 冥王星轨道示意图

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谷神星(“黎明”号探测器拍摄)

探索冥王

冥王星成为了矮行星,所以就结束了吗?不,好戏还没有开始。

由于冥王星距离我们遥远,并且非常的暗,我们并不能观测它的全面貌。那有什么办法呢?没错,发射一艘飞船!

2006年1月19日在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心,新视野号(又译新地平线号)探测器发射升空了!它的目的地正是48亿公里远外的那颗孤独星球——冥王星,此时它还是一颗行星。

经过漫长的飞行,穿越了大半个太阳系,2015年7月14日,新视野号探测器掠过了冥王星,拍下了历史上珍贵的一组照片。冥王星的真面目终于浮出了水面!

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科学家们发现它的表面竟然有一块心形区域,该区域被命名为“汤博区”,可能由冰构成(是固态一氧化碳和甲烷)。得益于心形区域的存在,一系列冥王星的表情包流传开来,哈哈!原来冥王星这么可爱。(见上图)

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新视野号也探测到冥王星稀薄的大气。冥王星拥有由氮气(N2),甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)组成的薄弱大气,这层大气与冥王星表面的冰处于平衡状。观测表明,大气中氮气的逸出量比预期的少10,000倍。有一部分科学家认为冥王星存在云层,但是目前还缺乏充足的证据。 图片

关于冥王星的表面构成,冥王星表面的平原由98%以上的氮冰、微量的甲烷和一氧化碳组成。天文学家报告了冥王星首次形成时可能存在内部海洋的证据。同时冥王星的表面变化很大,亮度和颜色都有很大差异,是太阳系中反差最大的天体之一。

图片 同时探测器还获得了冥王星与卡戎的“合照”。卡戎又叫做冥卫一,曾经认为是冥王星最大的卫星。现在有的科学家认为应该将卡戎和冥王星各自视为的双星系统的一部分。因为质心位于这两个天体的外部。冥王星和卡戎也常被用作爱情的象征(但其实加上卡戎的话冥王星有五颗卫星)。

2015年7月,美国航天局公布的最新数据中,冥王星直径约为2370公里,阋神星直径约为2326公里,也就是说冥王星又成为了体积最大的矮行星!(不过在质量上还是阋神星更大些)。

新视野号完成了对冥王星的探测,但这并不是结束,它目前已经飞越了柯伊伯带内遥远的小天体2014 MU69(中文名:阿罗科斯,或天涯海角)。它会前往太阳系的更边缘,就像他的前辈旅行者1号一样,前往更深更辽阔的宇宙中。

图片 (新视野号拍摄的2014 MU69 它长得像一个葫芦)

值得一提的是,新视野号探测器带着一份特殊的礼物——冥王星发现者汤博的一点骨灰。嗯,汤博是迄今为止骨灰离开地球最远的人。

新的疆界

探索永远没有尽头,我们对于宇宙的认识仍然是小得不能再小。

一些人相信旅行者1号已经离开了地球。 但是很多科学家认为它离着太阳系的边界还很遥远。

在前面的介绍中,我们最远也仅仅是到达了柯伊伯带,可是柯伊伯带外面是什么?

奥尔特云(Oort Cloud)是一个假设包围着太阳系的球体云团,布满着不少不活跃的彗星,距离太阳约50000~100000个天文单位,最大半径差不多为1光年,即太阳与比邻星距离的四分之一。天文学家普遍认为奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云之残余物质,并包围着太阳系。

下面介绍的是我最喜欢的一颗星星:塞德娜。她是一颗神奇的天体。

塞德娜,小行星编号为90377。以传说中居住在北冰洋的女神命名。

塞德娜拥有非常接近椭圆的公转轨道,她的近日点及远日点估计分别约为76天文单位及937天文单位,是天文学家观测到的天体中近日点距离太阳最遥远的一个她的公转周期是1.14万年,是太阳系最红最遥远,最冷的天体之一。有人认为他是来自太阳系外,也有人认为是太阳的伴星造成轨道的高度偏差。

图片 塞德娜想象图

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冥王星的故事到此结束了,但是探索的道路没有尽头。我们将永不停息,向更远的目标奔去。

随着科学技术的发展,我们或许有一天会解开这一系列谜题。终有一天,我们这要去探索太阳系的疆界,寻找宇宙的秘密!

最后,用英国作家作品《朝圣者》中的一段诗句来结尾:

心如朝圣般追寻险境,

远离平凡的通途大道。

灵魂展翼,直面未知,

无所畏惧,追寻梦想,

劳其筋骨,饿其体肤。

生命中寻求无数个挑战,

我们的征途是星辰破晓!



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