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冥王星是九大行星中唯一沒被太陽系空間探測器光顧的天體。正由于還沒有宇宙飛船訪問過冥王星，因此它至今還是一顆很神秘的星球。長期以來，天文學家對冥王星知之甚少，但好奇心驅使人們探索這顆遙遠的天體。近年來，為了進一步探索冥王星的秘密，美國的天文學家要求美國宇航局（NASA）加大對冥王星探測計劃的投入，雖然NASA也曾對此做出過積極的回應，但龐大的預算經費（將近8億美元）使得NASA于2000年秋決定暫時將探測計劃擱置一旁。由于公眾的強烈要求，使得NASA不得不重新考慮已經做出的決定。美國行星協會發動了一場聲勢浩大的“拯救冥王星任務”運動。在2001年11月，從美國得克薩斯州聖安東尼奧西南研究院（SRI）和約翰•霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）的一個聯合小組傳出好消息，他們的名為“新視野（New Horizons Spacecraft）的研究計劃終于通過了NASA的嚴格評估，預計2006年初發射升空。”
太陽系邊疆的“老九”
冥王星在太陽系九大行星中是最晚一個被發現的。20世紀初，美國天文學家洛韋爾推算出在海王星之外還應有一顆行星，可是一直到1916年他去世之前也沒有發現這顆行星。1930年1月，洛韋爾天文台的青年天文學家湯博，終于在用新望遠鏡拍下的照相底片中發現了這顆行星，即太陽系第九大行星。後來按照慣例用羅馬神話中冥王普魯托的名字命名它，即冥王星。冥王星的公轉周期約為248年，從發現至今，它在軌道上只走了約1/4圈。
根據冥王星具有周期性亮度變化，天文學家在1973年測定了它的自轉周期為6天9時17分。1978年7月，美國海軍天文台的克星里斯蒂在研究冥王星照片時，發現冥王星上有個隆起，于是他把1970年以來所有的冥王星照片統統找出來研究，發現這個隆起在有規律地圍著冥王星旋轉。經過研究，克里斯蒂認為這個隆起物是冥王星的衛星。于是，應用開普勒定律人們可以算出冥王星的質量，它的質量為1.43×1025克。冥王星的衛星被命名為“卡戎”，意為專門把亡靈渡過冥河進入冥府的艄公。卡戎距冥王星約19000千米，它的公轉周期與冥王星的自轉周期一樣。
1980年6月，天文學家通過天文望遠鏡，利用光斑干涉測量的新技術，測出冥王星及其衛星的半徑分別為2000千米和1200千米左右。以後進一步推測冥王星的直徑約為2400千米，比水星小約一半。由于冥王星及其衛星的體積、質量相差較小，遠不如其他行星和其衛星那樣相差較大，因而被看作是太陽系中的孿生兄弟，有的天文學家常把它們叫做“雙行星”。冥王星是一個陰冷、黑暗，充滿著未知的神秘世界。冥王星由于遠離太陽，所以它表面溫度很低，它是一顆冰凍（甲烷冰）的星體，至于它是否有光環目前還不清楚。可以想象，在冥王星上，太陽看起來比在地球上小得多，暗得多，所以冥王星也就冷得出奇——表面的平均溫度是-233℃比絕對零度才高出40℃。
更令人驚訝的是，這個地獄般的世界雖然如此的遙遠、陰冷，卻像地球一樣，有非常明顯的季節變化。1988年，冥王星遮掩住了一顆明亮的恆星，天文學家們巧妙地抓住這個難得的機會，發現冥王星也有一個大氣層，其地表大氣壓僅有地球上的十萬分之一；盡管如此，我們預期仍能觀察到天氣變化，風，霧，化學變化甚至電離層。冥王星太小了，直徑僅有兩千四百多千米，比月亮還小三分之一，所以它產生的引力也很弱，根本“抓”不住它的外層大氣，以至于這些氣體極快向外層空間逃逸出來，就好像一顆典型的彗星一樣。
冥王星的公轉軌道很扁，它的近日點只有44億千米，比海王星的近日點不近，而它的遠日點為74億千米，兩者相差竟達30億千米！隨著冥王星離太陽越來越遠，它的大氣就會凍結起來，凝成氮霜落到表面；由此再經過約半個冥王星年（一個冥王星年約為248個地球年）左右，冥王星就到了遠日點，其時距離太陽約有50個日地平均距離！
由于距離太陽遙遠，冥王星接收到太陽的光和熱很少，因此那里是一個永恆的冰凍世界。正午時分它的表面溫度也只有-223℃，而夜間則會降到-253℃。在這樣低的溫度下，許多物質的性質會發生奇妙的變化︰皮球會比玻璃還脆，水銀比鋼鐵還硬。也許有人會提問，既然冥王星上的溫度這麼低，那麼，它會有氣體揮發形成的大氣層嗎？
1978年，有的天文學家對冥王星進行光譜分析，發現它的表面至少有一部分由甲烷組成的冰。甲烷是一種碳氫化合物，它的冰點接近絕對零度即-273○.15С。如果冥王星上確實有甲烷的話，那麼，盡管冥王星上的光照十分微弱，甲烷還是會蒸發的，這樣就會形成一個大氣層。有一種觀點認為，冥王星上的確有大氣層，如果甲烷是冥王星的唯一氣體的話，那這個大氣層只存在于它的向陽面，背陽面卻沒有。另一種觀點認為，當冥王星處在遠日點時，冥王星上只有向陽面才有大氣層，而當它進入近日點時，在它的背面也可能出現一層甲烷蒸氣。
為什麼要探測冥王星？
（1）太陽系是否還存在著冥王星以外的大行星？從理論上說有這種可能性，天文學家至今仍在搜索。美藉荷蘭天文學家杰拉德•柯伊伯于1951年預言，海王星軌道以外有個小天體帶（後來稱為柯伊伯帶）。柯伊伯帶是太陽系早期行量形成過程的產物，據推測，柯伊伯帶中直徑在100千米以上的天體要超過10萬個；它可能為天文學家探索太陽系的形成過程提供重要線索。1992年，天文學家在美國夏威夷莫納克亞天文台第一次清楚地觀測到了柯伊伯帶天體。此後，天文學家們陸續觀測確定了600多顆柯伊伯帶天體，它們的直徑從50千米到1200千米不等。很多天文學家曾經利用計算機模擬技術模擬過冥王星與柯伊伯帶的形成過程，結果發現，這些形成于50億年前的天體起初的質量應該是現在的100倍，也就是說，當初的冥王星外圍曾經有過體積龐大的固態物質，這些物質足以形成與天王星或海王星大小相近的行星。那麼究竟是什麼因素使得它們最終分崩離析了呢？它們與天王星或海王星有沒有因果關系呢？近年，美國羅斯地球及太空中心的科學家提出新理論，認為冥王星其實不是顆大行星，而只是個巨大的冰凍塊。但大部分天文學家認為，除非有確實證據，否則仍會視冥王星為太陽系第九顆大行星。
（2）冥王星的衛星也引起科學家們的興趣。冥衛的直徑達1200千米，接近冥王星的二分之一。因為它們的體積如此接近（在太陽系中還沒有類似的情況——大多數衛星的直徑都只及它們所圍繞的行星的百分之幾），所以前些年有科學家提出，冥王星和冥衛會不會是一對雙行星呢？雖然近年來天文學家陸續發現了一些成對的小行星，但人類還從來沒有接近過它們。2001年以來，科學家陸續在柯伊伯帶中發現了一些“雙星”——對小行星系統。這些系統的共同特點是︰兩個小天體大小相似，互相圍繞著運動，但距離非常遙遠，通常是較大天體半徑的數十倍，甚至數千倍之多。火星和木星之間的小行星帶里也存在一些“雙星”系統，科學家認為那是由天體之間撞擊、裂解、殘骸重新積聚形成的。但柯伊伯帶中雙行星系統太多，兩天體間距也普遍太遠，很難用撞擊制來解釋。近年美國加州理工學院的科學家提出，這些雙行星系統應當是引力將兩個原本不相關的天體約束在一起而形成的。隨著更多柯伊伯帶天體被發現，這些假說可以得到更嚴格的檢驗。由于柯伊伯帶中的物質是太陽系形成早期剩下的，研究其中天體的性質將有助于了解太陽系的形成和演化史。
（3）天文學家把冥王星和冥衛稱作一對雙行星，在整個太陽系中恐怕僅有地球和月亮能與之相類比——這兩個兄弟親密無間，冥王星脆弱的大氣很可能就有一部分逃逸到冥衛附近的軌道上。然而奇怪的是，這兄弟倆個性迥然不同︰雖然總體來說，它們密度大約是水的兩部，主要由三分之二的岩石和三分之一的水冰構成；但是冥王星地表大部分被強揮發性的氮霜覆蓋，也不乏甲烷和一氧化碳雪層的痕跡，而冥衛卻裹在雜質水冰之中。地面天文台和哈勃空間望遠鏡的觀測結果表明，冥王星的表面有很高的反光特性，提示冥王星上有廣闊的冰帽存在。而冥衛的表面黯淡，沒有明顯的標記物。此外，冥王星的表面有大氣層存在，而冥衛則沒有。那麼究竟是什麼原因使得這兩個鄰居的地理環境如此不同呢？到底是由于它們的形狀、構成成分，還是別的形成原因？
（5）冥王星的密度、形狀和地表組成與海王星最大的衛星——海衛一很相似。先前的旅行者2號探測器在飛經海王星系時發現海衛一的表面有劇烈的火山活動。那麼在冥王星或者是它外圍的柯伊伯帶天體上是否也在類似的活動呢？現有的天文學理論認為應該沒有，但當初科學家們不是也沒有預料到海衛一的表面會有火山活動嗎？這些現象提示，人類關于太陽系演化的知識還相當有限，有些還可能從根本上就是錯誤的。
（6）冥王星大氣令人神往。理論上認為，冥王星表面大氣層密度比地球的低將近三萬倍，主要由氮氣、一氧化碳和甲烷組成。此外，冥王星大氣最外層的分子可以獲得足夠的能量掙脫冥王星的引力作用，此種現象被稱為“逃逸”現象。在其他天體上，科學家們目前還沒有發現類似的現象，而現有的理論認為，地球面表之所以能形成如今這種適合人類居住的地理和氣候環境，就在于“逃逸”使得地球表面大量的氫元素被釋放。對這種“逃逸”現象的研究也許可幫助找到其他適合人類居住的星球。還有，冥王星表面的有機物（如甲烷）和星體內部蘊藏的冰也使科學家們感到興奮。
嶄新的“新視野”探測計劃
“新視野”探測器計劃總預算額為4.88億美元，其中還包括8000萬美元的貯備預算。如果新計劃得以進行，那麼“新視野”號太空探測器將于2015年夏天抵達冥王星。如果“新視野計劃”得以進行，那麼NASA要求科學家們至少要完成三項工作︰第一，利用平均分辨率達1千米的望遠鏡觀測並描繪冥王星和冥衛的表面情況（現在分辨率最高的哈勃空間望遠鏡的分辨率為500千米左右）。第二，測定冥王星和冥衛表面土壤的構成情況。第三，測定冥王星大氣層的組成情況和“逃逸”現象發生情況。此外，NASA還希望“新視野計劃”能夠監測到冥王星的表面溫度波動情況以及將至少一個柯伊伯帶天體作為冥王星的對照天體，並對其進行與冥王星完全相同的研究，以獲得對照資料。
目前，“新視野”太空探測器的研制工作正積極進行。“新視野”的重量預計將達到416千克。它將攜帶至少4套實驗設備——一台地表分析光譜儀（可以利用紅外線遙感技術探測冥王星和冥衛的地表情況），一台無線電探測裝置（用以探測冥王星和冥衛表面的大氣組成和溫度變化），一台帶電粒子探測儀（用以探測冥王星和冥衛表面逸出的粒子以及它們的運動情況），一台分辨率達50千米的攝像機（用以對經過光譜儀篩選的地域進行更高分辨率的地形圖繪制工作）。
“新視野”號探測器將于2006年1月發射。升空後，探測器將首先飛向木星，然後借用木星的引力作用奔向冥王星。在飛經木星的過程中，“新視野”還將順便對木星和它的20多個衛星進行為期4個多月的探測工作。此後，探測器便將一直飛向冥王星，並于2015年的某一天抵達那里。在從木星飛向冥王星的這段時間里，“新視野”號探測器上的絕大部分儀器將處于“冬眠”狀態，以減少能量消耗和儀器故障的發生。當然，地球上的控制人員將無時不刻不密切關注“新視野”的運行情況。為了保險起見，地面控制人員將每年“喚醒”一次“新視野”，並利用50天左右的時間對它上邊的所有裝置進行一次檢查和校準工作。
當“新視野”距離冥王星還有100萬千米（大約相當于75天的飛行時間）的時候，各種機載設備就要投入工作了。在接下來的時間里，科學家們將借助各種機載設備對冥王星和冥衛進行全方位的探測。當探測器飛過冥王星到達它的陰面里，探測器將借助于冥衛反射過來的光線繼續對冥王星陰面的地表情況進行探測。此外，地球上的控制人員將開始向冥王星發射無線電波。那些穿過冥王星大氣的無線電波被探測器上的巨型天線接收後，探測器上的儀器就會根據無線電波的折射情況推算出冥王星大氣層的溫度和密度。當探測器最終飛越冥王星後，它還要利用5年時間對冥王星附近的柯伊伯帶進行一系列類似的探測。對柯柯伊伯帶的探測數目將由當時的動力儲備情況決定。
如果在2006年以前科學家們不能將探測器發射升空，那麼屆時太陽系各大行星的排列位置將發生變化（由它們的公轉運動所致），探測器將無法利用木星這一天然助推器的“彈射”作用飛向冥王星。那樣的話，科學家們就不得不再等上至少12年，因為木星下一次的理想位置要到2018年才出現。而那個時候，冥王星將運行到距離太陽數億千米的位置，加上冥王星獨特的傾角，屆時冥王星表面將有400多萬平方千米的面積被冰帽覆蓋，表面溫度也將明顯下隆。科學家們擔心，如果那樣的話，探測器將無法完成預定的地表探測和氣溫監測工作，而要等到冥王星也運行到合適的空間位置，恐怕要到23世紀了。目前科學家們正在加緊“新視野”號太空探測器的研制工作。
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