太阳系边境之王--冥王星
太阳系九大行星中，地位最受争议的冥王星（Pluto），从发现至今，即将届满75周年！

1894年成立的罗威尔天文台（Lowell Observatory），自1905年开始，便在创建者、同时也是天文爱好者罗威尔（Percival Lowell，如下照片）的主导下，以非常有系统的方式展开第九颗行星的搜寻工作。当时距离太阳系第八颗行星—海王星于1846年的发现，已经相隔80多年，天文学家仍不放弃搜寻其他行星的存在（到现在都还如此）。

1930年2月18日的傍晚，汤葆（Clyde Tombaugh）非常仔细地检视两组天空照片，这是他于1月23日与29日，利用罗威尔天文台13英吋罗威尔望远镜（Abbott Lawrence Lowell Telescope）拍摄的成果；这支望远镜当时才刚启用了一年而已。由于太阳系中的天体离地球比较近，所以在天空中的移动速度比其它背景恒星还快，于是他可利用所谓的「闪视比较镜（blinked comparator）」，来回地显示两张底片，看看是否有某颗天体会在两张底片上「跳动」。这些底片并不如现今的技术，因此所拍摄到的天体都相当昏暗而模糊，要在这种底片上寻找新天体，必须有相当的经验、技巧、专注的精神，和运气。因此，当他在双子座δ星附近发现14等的冥王星时，还一度不敢置信。右上方星图便是他发现冥王星当时的那张照片。

他赶忙通知天文台另两位同事Carl Lampland和V.M. Slipher（台长）来确认，而从底片上的位置计算之后，看来就像是颗行星。Slipher要求汤葆当晚再度拍摄一张照片，以便做最后确认。汤葆心情忐忑地度过白天，傍晚就迫不及待冲进天文台中等待天黑，但等到却是一整晚的云。终于在数天之后，天气放晴，汤葆又在拍到冥王星，而这些天文学家也再度确认了它的行星地位，成为太阳系中最小、最冷、最暗、最远的行星。

天文台创办人罗威尔非常热中于行星X的搜寻，也很认真地进行各种计算来预测行星X的位置，但终其一生都未发现那颗无名的行星，也未活着见到这历史的一刻（逝世于1916年）。因此罗威尔天文台一直到1930年3月13日—罗威尔的75岁冥诞，才正式对外公布这个消息（有注意到最上方报纸的日期吗？）。经过激烈争议之后，终于决定遵循其他行星的命名传统，按照英格兰牛津地区11岁女孩Venetia Burney的建议，将这颗位在太阳系边境的行星命名为「Pluto」，即罗马神祇之一的「冥府之神」（希腊神话之名为Hades），并同时取冥王星（Pluto）和罗威尔之名（PL for Percival Lowell），以「P」为冥王星的符号。

虽然天文学家至今还在持续研究冥王星这颗寒冷而昏暗的世界，罗威尔天文台也仍是冥王星研究的领导者，但由于这颗位在太阳系的边际地带、又暗又小的天体，非常难以观察，连哈伯太空望远镜也看不清它的表面（左图即为哈伯拍摄的冥王星），仅知其表面有明暗不同的分布，与其唯一的卫星--凯伦（Chiron）成同步自转与公转等；它也是唯一不曾有任何太空船造访过的行星，因此人们至今对冥王星仍所知无几。美国航太总署（NASA）则预定将在2006年发射「新视界任务：冥王星--库伯带任务（New Horizons: A Pluto-Kuiper Belt Mission）」，于这艘太空船预定将在2015年左右抵达冥王星附近，对其展开研究，希望解开这颗连哈伯太空望远镜都看不清表面的天体的真面貌。

汤葆--一位苦学向上的农家子弟
汤葆1906年生于美国伊利诺州Streator镇，高中之后随家人移居西堪萨斯州（Western Kansas），却被一场雹暴摧毁他上大学的愿望。不过，汤葆并不灰心，继续在家自学，努力修习立体几何和三角函数等艰涩的学科。
1926年，年方20的他，建造了他的第一架望远镜，不过他不太满意这架望远镜的光学品质，随后两年又再自行研磨镜片，建造了两架望远镜。

他将利用这些自制望远镜所绘制的火星、木星等行星的表面特征图寄至位在亚历桑纳州的罗威尔天文台，使天文台内人员对他印象深刻，继而邀请他到天文台任职。汤葆因而在罗威尔天文台工作了14年之久，更在这14年间，因发现冥王星而赢得全世界的瞩目。发现冥王星之后，汤葆再接再厉，继续以系统性观测与分析的方式，沿着黄道面上下搜寻，但并未发现其他太阳系星体。

1932年，他终于如愿以偿地进入堪萨斯州立大学，暑期仍待在罗威尔天文台中工作。1936年毕业后回到天文台，成为全职人员，1938年取得硕士学位。在罗威尔天文台工作期间，他发现了数百颗新的变星、数百颗新的小行星和两颗新彗星、新的星团、星系团和超新星团等，并统计了约29000个星系。直到第二次世界大战，他被征调到美国海军教授航海方面的知识。

1945年大战结束后，罗威尔天文台无力再聘任他，他于1946年转任至白沙飞弹试射场（White Sands Missile Range）从事弹道研究，并研发新的光学仪器，以检测飞弹发射的准确性。他在此期间所发明的 IGOR (Intercept Ground Optical Recorder)甚至使用了30之久。

1955年，汤葆转至新墨西哥大学任职。在他有生之年的最后几年，他穿梭于美加之间，到处演讲，以赚取新墨西哥州立大学「汤葆奖学金」的基金。最后，1997年1月17日，于他91岁生日的前几天，逝世于他位在Las Cruces的家中。
汤葆视为一一位发现行星的美国人，因此美国天文学界相当以他为荣。回顾汤葆的一生，坚持信念、努力不懈，就是让他这一生成功的主因吧！

行星X搜寻战，方兴未艾
1846年利用天王星的轨道扰动加以计算而发现海王星，并再发现天王星和海王星的轨道还有扰动之后，天文学家便从海王星的发现事迹，认为海王星以外一定还有行星，并开始疯狂搜寻，成为全世界的一股狂潮。

经历数十年的奋斗，汤葆终于发现冥王星的存在，更坚定地显示太阳系外侧还存有许多的天体。但经过详细测量之后，天文学家发现，冥王星的体积与质量都非常小，半径1137公里，体积仅有地球的0.006倍，质量则为地球的0.0023倍；相较之下，我们的月球半径约1738公里，体积约为地球的0.0203倍，质量约地球的0.0123倍，甚至比冥王星还大。事实上，冥王星不仅是九大行星中最小的一员，整个太阳系中，总共有七颗卫星比冥王星大，分别是：地球的卫星--月球（半径1738公里），木星的伽利略四大卫星--艾欧（木卫一，1815公里）、欧罗巴（木卫二，1565公里）、加尼米德（木卫三、2634公里）、卡利斯多（木卫四，2403公里），土星的卫星--泰坦（土卫六，2575公里），海王星的卫星--崔顿（海卫一，1355公里）。此外，冥王星是太阳系中，表面反差第二高的星体（第一高的是土卫八Iapetus）。

冥王星的质量和体积都这么小，小得不足以引起天王星和海王星的轨道扰动。因此，天文学家相信，在冥王星以外，一定还有其他的行星存在。因尚未发现，故暂时称为「行星X（Planet X）」。不过，一直没有任何进展。直到航海家二号太空船（Voyager 2）飞掠海王星并重新测定其质量后，发现之前的海王星质量有误；将此错误校正后，则海王星的轨道就几乎完全与预测相符，没有之前所谓的「重力扰动」了。天文学家也由此推测：第十颗行星存在的可能性非常低。知道这项事实后，天文学家并未放弃行星X的搜寻，也正因为如此，近年来陆续发现了夸瓦尔（Quaoar）和赛德纳（Sedna）等比冥王星稍小的「大型」小行星。

行星，还是小行星？
正因为冥王星的质量与体积都非常小，轨道偏心率非常高，轨道平面相对于黄道面（地球公转的平均轨道面）的倾角也比较大（约为17度），这些特性与小行星比较相近，因此天文界近乎一半的学者对冥王星的「行星」资格有意见。他们认为冥王星只能算是小行星中，尤其是「库伯带天体（Kuiper Belt Objects）」中最大的一员。库伯带天体（缩写为KBO），又称为越海王星天体（Trans-Neptunian Objects，TNO），是聚集在海王星轨道以外的小行星。另一半的天文学家则认为，冥王星的行星地位有其历史意义，不因其质量与体积的大小而改变，所以还是必须维持它的「太阳系第九颗行星」宝座。目前是后者的主张占上风，所以，冥王星仍未从行星名单中除名。

最遥远的世界？
冥王星曾一度「不是」太阳系中最远的行星，原因就在于它高偏心率的轨道。由于轨道极椭圆，因此冥王星的近日点距离比海王星离太阳还近。在1979年1月至1999年2月11日、总共约20年的这段期间，冥王星就位在这个位置附近，所以当时离太阳最远的行星是海王星而非冥王星。

看到这里，一定有人会问：冥王星和海王星的轨道会交叉，那么两颗行星会不会相撞？答案是：不会！因为如前所述，冥王星的轨道倾角很大，而海王星的轨道则几乎与黄道面平行，所以虽然冥王星与海王星的轨道距离锁定在3:2的「共振」位置上，但是它比海王星靠近太阳的这段距离内，都位在黄道面以上的位置，当它靠近黄道面附近而有机会与海王星相撞时时，它的距离早已远大于海王星；所以，想看到它们兄弟两自相残杀的镜头，没机会的啦！

冰封天地
无论冥王星是不是离太阳最远的行星，它都是行星中最冷的世界。冥王星的表面温度只有摄氏零下235～210度左右（绝对温度38～63K）。天文学家发现，冥王星表面最「温暖」的地区，通常也是可见光波长中「最暗」的地方。

又不论冥王星还算不算行星，它在行星分类中的位置都不明。太阳系中的行星基本上分成「类地行星」与「类木行星」。类地行星包含水金地火等四颗内行星，体积质量小，但密度大，以岩石和金属为主要成分，卫星少，没有光环。类木行星则包含木土天海四颗外行星，体积质量都大，但密度小（土星密度甚至比水还小），以气体和冰为主要成分，卫星多，且有光环。冥王星的性质介在这两者之间，体积质量小、卫星少与无光环等特性与类地行星相符，但其密度小，可能主要由冰所组成，则与类木行星类似。

事实上，冥王星的性质与海王星最大的卫星--崔顿（Triton）最相近，密度约2 gm/cm3，显示其内部组成约有70％为岩石，30％为水冰。所以，天文学家以前曾有一度认为冥王星是海王星的卫星之一，只是后来发生某些事件而脱离海王星的掌握而自立门户。现在虽已否定曾为海王星卫星之一的想法，不过，取而代之的是：冥王星、凯伦和崔顿都是库伯带天体之一，只是崔顿后来为海王星重力所捕获，而成为海王星家族的一份子。

冥王星表面比较明亮的部分可能覆盖大量由氮气凝华而成的冰，另外参杂少量甲烷、乙烷、一氧化碳等凝华而成的冰。至于暗区，目前所知甚少，不过可能是冥王星的原始基本物质，或是因宇宙线等高能粒子撞击引起光化反应而形成的物质。更有趣的是，冥王星背对凯伦的一面，主要是一氧化碳的冰；面对凯伦的一面，则主要是甲烷冰。

冥王星有没有大气层？有没有四季变化？答案是：有！1988年，天文学家发现冥王星拥有大气层，但冥王星的大气非常稀薄，几近于无，只有几千分之一百帕（hPa，气压的单位）而已，地球表面大气的压力平均约为1013百帕。冥王星大气主要成分是氮气，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轨道近日点前后，表面温度较高时，大气层才会存在；其它的200多年漫漫岁月，大气物质便都冰封在表面上。目前有天文学家研究指出：因冥王星的质量与体积过小，表面重力小得留不住大气气体，因此从冥王星表面逃逸至太空的气体，或许有部分会与凯伦大气（如果有的话）交互作用。

NASA明年即将发射的「新视界任务」，其中一项工作，就是想趁冥王星大气完全凝华冰封之前，抵达冥王星以进行它的大气的研究。

冥王星唯一的伴侣--卫星凯伦
冥王星的卫星凯伦（Charon）于1978年由James W. Christy发现，当时凯伦的轨道平面恰好侧面朝向地球，因此当它行经冥王星前方时，会造成冥王星亮度降低，Christy就是经由这种「掩星」的方式发现的。而「凯伦」之名，便是罗马神话中，在冥河带领亡者进入冥界的那位摆渡人。Christy一度要以他的妻子Charlen的名字为这颗卫星命名，但后来仍遵从太阳系天体命名的惯例，接受了凯伦这个名字。

冥王星和凯伦，名为「行星」与「卫星」的主从关系，但实质上，它们更像一对双行星系统（double planet）。因为凯伦的半径约586±13公里，为冥王星的一半大，是太阳系所有卫星中，与其行星的体积相对比例最大的。不过，它正确的质量和密度，至今尚未完全确定。

冥王星和凯伦也是太阳系中最有趣的行星-卫星系统，因为不仅凯伦绕冥王星的公转周期已和它的自转周期相同，均为6.39天，此即所谓的「同步自转」，而且甚至连冥王星的自转周期也相同；换句话说，这两颗星体，永远以同一面面对彼此，两者永远不可能看到彼此的背面。地球和月球这一对系统中，只有月球相对于地球有同步自转的现象，所以月亮会始终以同一面面对地球。

此外，虽然天文学家猜测凯伦的表面被水冰覆盖，且与冥王星同时形成，但却与冥王星截然不同：凯伦的表面反照率不若冥王星这么高，也似乎没有面积比较大的亮区。又，冥王星的自转方像是所谓的「逆转」方向，也就是与地球自转相反的方向，行星中只有金星、天王星与冥王星为逆转。因此，天文学家现在认为：凯伦的诞生可能与月球相同，即在太阳系早期，冥王星受到某颗小行星的撞击，冥王星部分物质被撞出而形成凯伦；而此强大的撞击力量，也改变了冥王星的自转方向。

「新视界任务（New Horizons）」
虽已发现75年了，但人们对冥王星的认识还是非常有限。此外，我们太阳系中较内侧的类地行星与类木行星等，都已经有比较好的研究成果；唯独太阳系库伯带以外、范围最广泛的外围区域，仍无良好认知。因此，天文学家们从1980年代，便积极策划推动冥王星其附近区域的太空探测任务。

天文学家推测：库伯带中可能含有无数的小天体，这些天体是掠过地球地球附近的短周期彗星的来源。此外，库伯带天体或许都是太阳系形成当时留下的残渣，换言之，都是太阳系中比较原始的物质所组成的天体，只是因体积都非常小（直径约200～2000公尺）、亮度不高，因此难以观测。虽然有如中研院与中央大学合作之TAOS计画等，企图从地球表面搜寻这些小天体，但或许仍不如直接送一艘太空船去观察这个地区的真实情况来得直接。

由于经费的问题，这个「新视界：冥王星-库伯带任务（New Horizons: Pluto-Kuiper Belt Mission）」一度胎死腹中，美国国家科学研究院（ National Academy of Sciences）及其他有关人员（包括汤葆本身）足足争取了20年才终于获得NASA的资助，而于2002年正式成立「汤葆科学维控中心（The Tombaugh Science Operations Center，TSOC）」，负责进行太阳系边境的探测任务。

这艘太空船预定将于2006年1～2月发射（2006年2月4日是汤葆的100岁冥诞），2007年飞掠木星，并利用木星的重力改变太空船的轨道方向与速度，使之得以朝向冥王星而去，于2016年抵达冥王星与凯伦，之后再朝库伯带飞去，探测那些地球上「看」不到的小天体们。

天文学家希望能先从冥王星和凯伦表面的陨石坑的数量和大小比例，大致推测库伯带天体的大小与数量。之后，再继续探测冥王星和库伯带天体上的化学组成，寻找可能形成生命的原始有机分子（含碳物质）和水冰。此外，冥王星表层大气的流失如同彗星一般，只是规模比彗星大得多；天文学家希望藉由直接测量冥王星大气的结构与逃逸的过程，来了解地球早期大气的演化，甚至是整个太阳系的演化历程。

自前一艘「航海家2号」太空船发射到经历木土天海等外行星至今已将30年，冥王星仍是太阳系中唯一没有被太空船探测过的行星，天文学家希望经由「新视界任务」的推动，使得人类对太阳系的了解能更加完整。

出处来源：http://www.tam.gov.tw/news/2005/200502/05021702.htm

接着第十行星也将要被发现了