冥卫一（冥王星的卫星）

▌简介

冥卫一是矮行星冥王星中五颗已知天然卫星中最大的一颗。它的平均半径为606千米。冥卫一是继冥王星，阋神星，妊神星，鸟神星和共工星之后的第六大外海王星天体。1978年6月22日，美国天文学家詹姆斯·克里斯蒂（James Christy）在美国华盛顿特区的美国海军天文台发现冥卫一，使用的是在美国海军天文台弗拉格斯塔夫站（NOFS）望远镜拍摄的照相底片。

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。它的引力影响使得冥王星系统的质心位于冥王星之外。冥卫一北极的红棕色帽盖由托林（Tholins）有机大分子组成，它们可能是生命必不可少的成分。这些托林是由冥王星大气中释放出的甲烷，氮气和相关气体产生的，并转移到19000千米外的该卫星表面。

▌发现

美国海军天文台天文学家詹姆斯·克里斯蒂（James Christy）使用美国海军天文台弗拉格斯塔夫站（NOFS）的1.55米（61英寸）望远镜发现了冥卫一。1978年6月22日，在两个月前用望远镜拍摄的照相板上，克里斯蒂注意到冥王星的高倍率图像周期性地出现了轻微的凸起，这种凸起可追溯到1965年4月29日的照片上。国际天文联合会于1978年7月7日正式向世界宣布克里斯蒂的发现。

随后对冥王星的观察确定了该凸起是由于较小的伴星引起的。从之前冥王星的光变曲线得知，该凸起的周期性与冥王星的自转周期相吻合。这表明冥王星存在一个同步轨道卫星，这强烈表明凸起效应是真实的而不是虚假的。因此，冥王星的大小，质量和其他物理特征需要重新评估，因为先前计算的冥王星的质量和反照率，实际上是冥王星-冥卫一系统的。

当冥卫一和冥王星进入1985年至1990年的五年相互掩星和凌星时，科学家消除了对它的存在的怀疑。从地球上看，冥王星-冥卫一的轨道平面与天球面垂直时，就会发生这种情况，这种情况在248年的冥王星轨道周期内仅发生两次。非常幸运的是，这些间隔中的一个恰好在冥卫一被发现之后不久发生。

▌命名

作家埃德蒙·汉密尔顿（Edmond Hamilton）在他1940年的科幻小说《呼唤未来队长》（Calling Captain Future）中提到了冥王星的三个卫星，分别将它们命名为Charon，Styx和Cerberus。如今冥卫一命名为Charon，冥卫五命名为Styx，冥卫四名为Kerberos（Cerberus的希腊文形式，Cerberus已用于1865号小行星）。根据当时制定的惯例， 冥卫一发现后最初使用临时名称S/1978 P 1。 1978年6月24日，克里斯蒂（Christy）首次建议使用Charon这个名字，作为其妻子Charlene昵称“Char”的科学发音版本。尽管海军天文台的同事们提出Persephone这个名字，但克里斯蒂在发现Charon恰巧是希腊神话人物后仍然坚持这一命名。Charon（/ˈkɛərən/，希腊文：Χάρων）是死者的摆渡人，与希腊神话中的冥王哈迪斯 （Hades或Plouton，希腊文：Πλούτων，Ploútōn）相关，罗马神话中冥王称为Pluto。国际天文联合会于1985年底正式采用该名称，并于1986年1月3日宣布。

关于该名称的首选发音尚有少量争论。主要的英语词典，例如韦氏词典和牛津词典，都沿用了为神话中的摆渡人Charon建立的古典发音，带有“k”音。当专指冥王星的卫星冥卫一时，这些仅表示Charon的“ k”发音。讲英语以外的其他语言的人，以及许多说英语的天文学家，都遵循此发音。

然而，克里斯蒂本人则根据妻子夏琳（Charlene）名字将初始ch发音为“sh”声音（IPA /ʃ/）。因此，作为对克里斯蒂的认可，有时甚至可以看成一种玩笑，天文学家之间说英语时也常用“sh”作为Charon的初始发音，这也是NASA和新视野团队官方使用的发音。

▌形成

罗宾·坎普（Robin Canup）2005年发表在《科学》杂志上的模拟研究表明， 冥卫一可能是由大约在45亿年前的碰撞形成的，就像形成地球和月球的大碰撞假说一样。 在这个模型中，一个巨大的柯伊伯带天体以高速度撞击冥王星，摧毁了自身并炸出了冥王星的外地幔，而冥卫一则由这些碎片合并形成。但是，这种情况会导致科学家发现的更多冰物质的冥卫一，以及更多岩石物质的冥王星。后来则认为，冥王星和冥卫一在相互绕转之前，可能是两个相互碰撞的物体。碰撞程度应该足以气化甲烷（CH4）等易挥发的冰物质，但还不足以导致其中任何一个被摧毁。冥王星和冥卫一的密度非常相似，这意味着撞击发生时它们并没有完全解体。

▌轨道

冥卫一和冥王星每隔6.387天相互绕转一圈。这两个物体在引力上相互锁定，因此彼此保持相同的朝向。这种是相互潮汐锁定的情况，与之相比地球对月球的潮汐锁定有所不同，月球的一面始终面朝地球，但地球却没有被月球锁定。冥卫一和冥王星之间的平均距离是19570千米（12160英里）。冥卫一的发现使天文学家可以准确地计算出冥王星系统整体质量，相互掩星揭示了它们的大小，但无法计算这两个天体的单独质量。直到2005年末冥王星的外层卫星被发现后，才得以计算出它们的质量。通过外层卫星轨道的详细信息得出，冥卫一质量为冥王星的12％。

▌物理性质

冥卫一的直径为1212千米（753英里），虽然仅是冥王星直径的一半，但它却比矮行星谷神星更大，是太阳系中的第十二大天然卫星。冥卫一的慢速旋转意味着，如果冥卫一足够大以至于处于流体静力平衡状态，则应该几乎没有被拉伸或潮汐变形。以致于新视野号无法通过观测发现冥卫一与理想球体的任何偏差。土星卫星的土卫八与冥卫一相比，大小相似，但明显的扁率可追溯到其历史的早期。冥卫一扁率很低可能意味着它处于流体静力平衡状态，或者仅仅是它的轨道接近其历史的早期相对温暖的时期。

冥卫一的质量约为月球的1/45，但以卫星与其行星的大小之比而论，它却是太阳系里最大的卫星。冥王星的质量大约只是冥卫一的8倍左右，而地球的质量却是月球的81倍，木星则更是比它最大的卫星大上千倍。根据新视野观测的质量更新，冥卫一与冥王星的质量比为0.1218：1。这比月球与地球的质量比（0.0123：1）大得多。由于高质量比，质心在冥王星的半径之外，冥王星- 冥卫一系统被非正式的称为双矮行星。因四颗较小的卫星围绕两个较大天体运转的独特性，冥王星-冥卫一系统可以用于研究环绕双星运行的行星轨道的稳定性。

▌星球内部

用冥卫一的体积和质量可以计算出其密度1.702±0.017 g / cm3，因此可以确定冥卫一的密度略低于冥王星，并暗示了55％的岩石与45％的冰组成（±5％），而冥王星的组成大约是70％的岩石。差异远低于大多数疑似因碰撞形成的卫星。在新视野号飞掠之前，关于冥卫一的内部结构存在两种相互矛盾的理论：一些科学家认为冥卫一是像冥王星这样的内部分化天体，具有岩石核心和冰质地幔，而另一些人则认为冥卫一在内部从来都没有分化。2007年发现了支持前一立场的证据，当时双子座天文台对冥卫一表面的氨水合物和结晶体进行了观察，发现存在活跃的低温喷泉。冰仍然处于结晶形式这一事实表明它是最近沉积的，因为太阳辐射可用大约三万年的时间将其降解为非晶态。

▌星球表面

冥王星表面由氮和甲烷冰组成，冥卫一的表面则不同，似乎由挥发性较小的水冰为主。2007年，双子座天文台在 冥卫一表面观察到的氨水合物和水晶体斑块表明存在活跃的低温喷泉和冰火山。其表面大气仅约为0.1毫巴左右，是地球表面大气浓度的万分之一，稀薄到几近于无，现时科学家正努力研究冥卫一的表面，以确定该卫星有没有大气层。

冥卫一表面的光度映射显示了反照率随纬度变化的趋势，赤道带较亮，两极较暗。新视野小组非正式地将北极地区称为“魔多”（Mordor，源自《指环王》），这是一个很大的暗区。对此现象的最好解释是，它们是由从冥王星大气中逸出的气体凝结形成的。在冬季温度为−258°C，这些气体（包括氮气，一氧化碳和甲烷）凝结成固体形式。当这些冰受到太阳辐射时，它们会发生化学反应，形成各种微红色的托林（Tholins，有机大分子混合物）。后来，随着冥卫一的季节变化，该区域再次被太阳加热，极点的温度上升至-213°C，导致挥发物升华并逸出冥卫一，仅留下了托林。在数百万年的时间里，残留的托林会堆积成厚层，掩盖冰质外壳。除了Mordor地区，新视野号还发现了过去广泛的地质证据，表明冥卫一可能与众不同；特别是，南半球的陨石坑比北部少，而且地势相对较低，这表明可能发生了大规模的重塑表面事件。由部分或完全冰冻的内部海洋引起-在过去的某个时候发生，消除了许多较早的撞击坑。

2018年，国际天文学联合会将冥卫一上的一个撞击坑命名为Revati，他是印度史诗《摩诃婆罗多》中的角色。冥卫一表面有一系列广阔的地堑或峡谷，例如宁静峡谷（Serenity Chasma），作为赤道带延伸至少1,000千米（620英里）。阿尔戈峡谷（Argo Chasma）可能达至9千米（6英里）深，其陡峭的悬崖可能会与天卫五（Miranda）上的维罗纳断崖（Verona Rupes）媲美，得到太阳系中最高悬崖的称号。

在新视野号发布的照片中，一个不寻常的表面特征使这项任务的科学家团队着迷并感到困惑。该图像显示了从低洼处升起的一座山。 美国宇航局艾姆斯研究中心的杰夫·摩尔在一份声明中说，这是“一条壕沟中的大山”。 他补充说：“这是一个让地质学家感到震惊和困扰的地质特征。” 新视野号在79000千米（49000英里）的距离上拍摄了这张照片。