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發現冥王星.jpg
圖片:克萊爾·威廉·湯博(Clyde William Tombaugh)及其工作的羅威爾天文台。

       前不久google發布了冥王星發現的紀念日。其實若就真實的天文物理學歷史,冥王星可能並沒有真正切確的發現日,但可以確知的是冥王星的被確認,確實是在二月底到三月中旬的事情。冥王星的被發現曾是二十世紀相當震撼人心的事情,也因為湊足了太陽系九大行星,將希臘神話的一些重要角色也都搬上天文當中,也因此曾有一段時間『九大行星』成為很多教科書和科普書、百科當中都在介紹的範本,然而冥王星既是最晚發現的行星,卻也是在一個世紀的時間(100年)之內就被戲劇化剔除在行星行列之外的星體,2006年IAU把冥王星掃地出門,將它和鬩神星及鬩衛一並列在矮行星當中。雖然直到現在都還有天文學家不贊同這樣的歸類,一些書籍也依舊紀念性的將冥王星標註為行星;然而實際上不管人類怎樣去分類,其實冥王星還是冥王星,它特異的自轉方式、奇怪的軌道等等,仍舊深切吸引著天文學家。曾有一位歐洲的天文學家表示她並不會因為冥王星被降等了,就把它視為序號1164這類沒啥意義的編碼星體。因為冥王星真的太特別了。很值得持續觀察研究。

      而事實上,當2015年美國太空總署(NASA)發射的新視野號在航行了十年的時間終於歷史性的飛過冥王星的時候。當時確實也拍攝下了冥王星上極為壯闊的景象。這個星體的地表具有高達五百公尺的巨型冰塔。在冥王星的塔爾塔羅斯區(Tartarus Dorsa Region),新視野號探測到了一些被稱為齒列冰錐(penitentes,英文原意有懺悔的意思,因為這些冰錐確實有點像跪在那邊懺悔的人)的奇怪山脊,在地球的高緯度地區有時也可以看到類似這些高塔形狀的冰柱或雪柱。但高度都沒有那麼高。冥王星上的這類冰柱在高度上是地球的好幾倍。這也是在太陽系當中,除了地球以外,首次發現有這樣景觀的星球。科學家目前尚未定論這個景觀的成因。但推估與當地的大氣條件有著重要的關係。這也讓更多人對冥王星又產生了一些神秘的面紗。

新視野號拍攝的冥王星(引自維基共享資源).jpg

圖片:新視野號拍攝到的冥王星(引自維基共享資源)。

      回顧行星發現的歷程。其實海王星和冥王星被發現的時間是很接近的。而且都和天王星受到的攝動有關聯。十九世紀1840年代法國數學家和天文學家奧本·勒維耶(Urbain Le Verrier)通過古典力學分析天王星軌道後推測是因為存在一顆未知行星的引力作用,使天王星的軌道運動受到干擾,也就是天文學上所謂的「攝動(Perturbation)」影響。攝動是指一個大質量天體受到一個以上質量體的引力影響而發生可察覺的複雜運動。而勒維耶又計算出這顆未知行星的軌道、位置與大小,之後請柏林天文台的伽勒尋(Johann Gottfried Galle)協助尋找這顆未知的行星。1846年9月23日,伽勒根據勒維耶數據,前後只花了一個小時,就在離勒維耶推估的位置不到1度的地方,發現了一顆新的行星。這就是海王星。但科學家雖然找到了海王星,卻推測仍有其他行星攝動天王星的軌道。

      1894年美國的帕西瓦爾‧羅威爾(Percival Lawrence Lowell)創立羅威爾天文台。1906年羅威爾便開始搜索可能存在的第九大行星—也就是當時被稱為X行星的神祕造成攝動的星體。1909年羅威爾和威廉·亨利·皮克林提出若干該天體可能位於的天球坐標。但後來一直到1916年過世為止,尚未找到X行星。但約在同一時期,其實已有一些天文台有拍攝到很模糊的冥王星圖像,只是未能夠具體確認。羅威爾的遺孀康斯坦斯和天文台之間為了繼承權的問題而展開十年的訴訟。對X行星的搜索也因此拖到至1929年才恢復。當時擔任天文台主管維斯托·斯里弗(Vesto Melvin Slipher)在看到克萊爾·威廉·湯博(Clyde William Tombaugh)的天文繪圖樣品後便將搜索X行星的任務交給湯博。湯博每天都在拍攝夜空,然後比對照片中天體的變化。後來他開始藉助閃爍比對器(Blink comparator)來搜索星體的位置變化或外觀變化。1930年2月18日湯博在經歷近一年的搜索後在那一年1月23日與1月29日拍攝的照片當中發現了一顆可能移動的天體。有些人將這一天定為冥王星的發現日。但實際上還經歷了一系列後續的拍攝驗證過程。因為最初的照片拍攝品質並不好。直到1930年3月13日,發現第九大行星的消息才透過電報發往哈佛大學天文台。

      這個消息在全世界產生轟動。那個時候由於自1929年開始的經濟大恐慌,不僅國際貿易銳減50%,世界各國的平均失業率都達到將近或甚至超過30%。是一個缺乏好消息的困苦年代。但當時的人們還是對天文學的新發現有一些嚮往。羅威爾天文台擁有對此新發現天體的命名權,而全世界也陸續寄發了一千多個不同的命名建議給羅威爾天文台。後來英國牛津的11歲小女孩威妮夏‧伯尼(Venetia Katharine Douglas Phair)因其對希臘神話的興趣建議以冥王普路托(Pluto)命名此行星。後來這項建議被採納了。威妮夏‧伯尼也成為歷史上唯一一位為太陽系行星命名的女性。不過,冥王星由於是九大行星中體積最小的一個,比其他八顆行星要小得多。冥王星早年的體積推估是錯誤的(最早曾推估和地球差不多大),但後來的研究才發現他的直徑約僅為2300千公尺左右,比地球的衛星月球還小;加上它的軌道非常特別,和其他八顆行星運轉的軌道呈現一個極大的角度。也因此自它被發現以來科學界一直不乏有質疑之聲。不過在1980-1990年代,可說是冥王星作為天文科普角色中最幸福平穩的年代,此時期,早期的爭議批評逐漸平息了,冥王星在很多天文教育的活動中被歸類在九大行星當中,一起受到學生們的喜愛。只是很可惜,這樣的景況並不長久。隨著科學家在海王星外星體的瞭解越來越多,在二十一世紀初,冥王星的定位再度受到爭論。到了2006年冥王星被降級了,當時時年88歲的威妮夏被記者採訪,她表示雖然活到這樣的歲數,對這場辯論已經不關心了,儘管她還是更希望冥王星是一顆行星。威妮夏沒有等到冥王星定位被平反的一天,2009年4月30日,威妮夏在英格蘭薩里郡過世。

Eight Largest TNOs(引自維基共享資源).jpg

圖片:八顆大型的海王星外星體(引自維基共享資源)。這是科普上很有名的一張圖,顯示了目前已知包括冥王星在內的八顆大型的海王星外天體(Trans-Neptunian object)依序為冥王星(Pluto)、鬪神星(Eris)、烏神星(Makemake)、妊神星(Haumea)、賽德娜(Sedna; 90377)、亡神星(小行星90482,又名厄耳枯斯,Orcus)、創神星(又名夸歐爾50000 Quaoar,以美國原住民通格瓦部族Tongva神話中的創世之神為名)、伐羅那(20000 Varuna,這是一顆以印度神話中天空、雨水及天海之神,同時掌管法規與陰間的神伐羅那所命名的大型古柏帶天體)。這些星體除了冥王星以外,當中多半確認的年代都在21世紀,其中又以質量最大的鬪神星的發現對當年冥王星天體的定位衝擊最大,因為這傢伙甚至質量比冥王星還大。

      在威妮夏過世的前一年,2008年6月11日國際天文聯合會在挪威首都奧斯陸定義了類冥矮行星(Plutoid):『類冥矮行星是在比海王星更遠的距離上環繞太陽運轉的天體,這類星體有足夠的質量以自身的重力克服流體靜力平衡,使形狀接近球體,但是無法在軌道上清除鄰近的小天體。而類冥矮行星的衛星本身不是類冥矮行星。』但天文學家還有其他的分類系統在激盪著,像是冥族小天體(Plutino)這個定義,是指與海王星有2:3的平均運動共振的海王星外天體,這些星體包括冥王星在內都是受困於共振軌道中的小天體。冥王星的被降等揭開了天文學對冥王星近似星體分類上的一連串爭議,但也開啟了人類對太陽系外圍的古柏帶(Kuiper belt)展開新一波研究和各類確認的研究序幕。我們對於冥王星及其相近星體仍舊有許多未知之處有待後續科學的研究。

 

 

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