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环绕太阳运行 · 矮行星

阋神星

已知质量最大的矮行星——它于 2005 年在离散盘中的发现,正是冥王星被重新归类的导火索。

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阋神星是已知质量最大的矮行星,也正是这颗天体,终结了冥王星作为第九大行星长达76年的地位。它在远远超出海王星的一片被称为“离散盘”的区域绕太阳运行,质量比冥王星大约27%,天体直径为2,326公里——宽度略小于冥王星,但明显更重,密度也相当高(约2.4克/立方厘米),表明其冰壳之下大部分是岩石。当它首次被发现时,天文学家们意识到,他们要么是发现了第十大行星,要么就找到了一个不再把冥王星称为行星的有力理由。科学界最终选择了后者。

这正是这个世界以希腊神话中纷争与不和女神命名的原因:它迫使人们重新审视“行星”这个词究竟意味着什么。如今,阋神星标志着已编目太阳系的外缘,是一个冰冻、如镜面般明亮的球体,距离遥远到在它长达558年的公转周期中,大部分时间里,它那稀薄的大气都以雪的形式冻结在地面上。

一次重绘太阳系版图的发现

阋神星最初出现在2003年10月21日、用帕洛马天文台1.2米口径塞缪尔·奥申·施密特望远镜拍摄的影像中,但当时它从自动搜索程序的筛选中溜了过去——这个天体在天空中移动得太慢,软件将其判定为无关信号而予以剔除。经过调整参数的重新分析,它于2005年1月5日被重新标记出来,由迈克·布朗(加州理工学院)、查德·特鲁希略(双子座天文台)和大卫·拉比诺维茨(耶鲁大学)组成的团队,在当年公布了这一发现,私下给它起了个绰号“齐娜”。

由于阋神星看起来比冥王星更大,而且显然属于同一类天体,它的出现让当时“行星”这一定义再也无法自圆其说。2006年8月,国际天文学联合会划定了一条新的界限,创设了“矮行星”这一类别,将冥王星和阋神星双双归入其中。次月,这个天体获得了它的正式名字——阋神星,对这个引发如此多纷争与混乱的世界而言,这是一个恰如其分的名字。

远在离散盘之中

阋神星并不遵循主要行星那种近乎圆形、近乎平坦的运行轨迹。它的轨道倾角十分陡峭——相对太阳系平面倾斜约44度——而且被强烈拉长,运行范围从近日点约38天文单位,一直延伸到远日点接近97天文单位。这使它归属于“离散盘”,这是一群被认为在太阳系历史早期、因与海王星发生引力交会而被甩向倾斜、偏心轨道的冰质天体所构成的群体。

完成一圈公转大约需要558个地球年。阋神星目前正处于这条漫长轨道中较远的一端,距离接近96天文单位——是太阳系已编目天体中最遥远的几个之一,远超冥王星约40天文单位的平均距离。它要到23世纪中叶,才会抵达下一次近日点。

太阳系中最明亮的霜层

阋神星的反射率异常之高。它的几何反照率约为0.96,也就是说,它的表面能反射掉照射到它身上约96%的阳光——这使它成为太阳系中已知第二明亮的表面,仅次于土星的卫星土卫二,远比冥王星明亮。原因在于它表面覆盖着一层崭新的冰层,主要由冻结的氮气构成,其中夹杂着甲烷。

这层冰层与阋神星极其遥远的轨道距离密切相关。当这颗矮行星运行到离太阳较近的位置时,一层稀薄的氮气与甲烷大气会从地表升华而出;而当它重新退回远日点附近、温度降至约零下243摄氏度到零下217摄氏度之间时,这层大气便会重新冻结,沉降为一层明亮、纯净的雪层。这一循环不断为阋神星的表面重新“铺面”,这也是它看起来如此均匀、洁净的原因。

阋卫一与一次精确的“称重”

阋神星拥有一颗已知卫星——阋卫一,于2005年被发现,以阋神星之女、代表“无法无天”精神的女神命名。它直径约600公里,每15.8天绕阋神星一圈,距离约37,000公里。这对天体似乎实现了相互潮汐锁定,在彼此环绕运行时始终以同一面朝向对方。

阋卫一的意义远不止是一个奇特的存在——它更像是一台宇宙秤。通过追踪这颗卫星的轨道,天文学家运用开普勒定律直接“称量”了整个阋神星系统,得出阋神星自身的质量约为1.66×10²²千克。正是这一测量结果,证实了阋神星的质量比冥王星重约四分之一,从而在掩星数据显示冥王星的宽度略胜一筹之后,最终敲定了这两个世界之间究竟谁更“重”的问题。

究竟有多大

要精确测定阋神星的大小,需要一次难得的天象排列。2010年11月,这颗矮行星从一颗暗淡的背景恒星前方经过——即一次恒星掩星事件——通过在多个观测地点精确记录恒星消失和重新出现的时刻,测得其直径约为2,326公里,半径接近1,163公里。这一结果带来了一个小小的意外:它使阋神星的宽度比冥王星略小,而非更大,推翻了早先那个曾一度促使冥王星被“降级”的假设。

结合阋卫一测得的质量数据,这次掩星测得的尺寸,得出阋神星的密度约为2.4克/立方厘米——高于冥王星——暗示其内部拥有一个相当可观的岩质核心,外面包裹着一层冰质幔层。在这一点上,阋神星和冥王星堪称近亲:规模相近,都富含岩石与挥发性冰,也都是被外太阳系的严寒深深塑造而成。

观测阋神星

阋神星是留给耐心且装备精良的业余爱好者的目标,而非肉眼或普通望远镜能够触及的天体。它的亮度约为18.7等,比肉眼可见的极限还要暗上约一百倍,需要一台大型后院望远镜搭配一台灵敏的CCD或CMOS相机,加上黑暗的夜空和精确的星图,才能将它记录为夜复一夜、相对恒星几乎难以察觉地缓慢移动的一个暗淡光点。

从未有任何航天器造访过阋神星,也没有相关探测计划;我们所知的一切,都来自地面和太空望远镜的观测、2010年那次掩星事件,以及对阋卫一轨道的细致追踪记录。对大多数观测者而言,探索阋神星的最佳方式,与其说是透过目镜观察,不如说是通过数据——这提醒着我们,太阳系中仍有多少角落,依然处在我们所能触及范围之外那暗淡、冰冻的边缘。

数据一览

类型矮行星
环绕天体太阳
平均半径1,163 km
质量1.66 × 10²² kg
平均轨道距离67.78 AU
公转周期558.1 年
轨道倾角44.04°

资料来源与延伸阅读