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冥王星（小惑星番号134340）は、海王星の軌道の外側にある天体の環であるカイパーベルトにある準惑星です。太陽を直接公転する既知の天体の中で、9番目に大きく、10番目に質量が大きい天体です。体積では、海王星以遠の天体の中でわずかに最大ですが、質量はエリスより小さいです。他のカイパーベルト天体と同様に、冥王星は主に氷と岩石でできており、内惑星よりはるかに小さいです。冥王星の質量は月の約6分の1 、体積は月の約3分の1です。当初は惑星と考えられていましたが、天文学者が新しい基準でこの言葉の新しい定義を採用した際に、その地位が変更されました。
冥王星は、太陽から30～49天文単位（45億～73億キロメートル、28億～46億マイル）の距離にある、やや偏心した傾斜軌道を持っています。太陽からの光が冥王星に到達するまでには、軌道距離39.5天文単位（59億1000万キロメートル、36億7000万マイル）で5.5時間かかります。冥王星の偏心軌道は周期的に海王星よりも太陽に近づきますが、安定した軌道共鳴によって両者が衝突することはありません。
冥王星には、カロン（最大の衛星で、直径は冥王星の半分強）、スティクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラの5つの衛星が知られています。冥王星とカロンは、軌道の重心（つまり質量の中心）がどちらの天体にも存在せず、潮汐固定されているため、連星系とみなされることがあります。ニュー・ホライズンズは、冥王星とその衛星を訪れた最初の宇宙船で、 2015年7月14日にフライバイを行い、詳細な測定と観測を行いました。
冥王星は1930年にクライド・W・トンボーによって発見され、カイパーベルトで最初に発見された天体となった。発見直後から第9惑星として称賛されたが、予想よりもはるかに小さいことが判明し、惑星としての地位に疑問が呈された。1990年代以降、カイパーベルトで新たな天体が発見されるにつれ、特に2005年に発見された質量の大きい散乱円盤天体エリスによって、こうした疑問はさらに深まった。2006年、国際天文学連合（IAU）は、冥王星のような準惑星を惑星から除外するよう正式に定義を改めた。しかしながら、多くの惑星天文学者は、冥王星や他の準惑星を依然として惑星とみなしている。
1840年代、ウルバン・ル・ヴェリエはニュートン力学を用いて、天王星の軌道の摂動を分析した後、当時まだ発見されていなかった海王星の位置を予測した。19世紀後半の海王星のその後の観測により、天文学者たちは天王星の軌道が海王星以外の別の惑星によって乱されているのではないかと推測するようになった。[ 16 ]
1906年、 1894年にアリゾナ州フラッグスタッフにローウェル天文台を設立した裕福なボストン市民パーシバル・ローウェルは、第9惑星の可能性を探る大規模なプロジェクトを開始し、それを「惑星X」と名付けた。[ 17 ] 1909年、ローウェルとウィリアム・H・ピッカリングは、そのような惑星の可能性のある天球座標をいくつか提案した。[ 18 ]ローウェルと彼の天文台は、エリザベス・ウィリアムズによる数学的計算を用いて、1916年に彼が亡くなるまで探査を行ったが、成果は得られなかった。ローウェルは知らなかったが、彼の調査は1915年3月19日と4月7日に冥王星の2つのかすかな画像を捉えていたが、それが何であるかは認識されなかった。[ 18 ] [ 19 ]回収前の観測は他に14件知られており、最も古いものは1909年8月20日にヤーキス天文台によって行われた。 [ 20 ]
パーシバルの未亡人コンスタンス・ローウェルは、夫の遺産をめぐってローウェル天文台と10年間にわたる法廷闘争を繰り広げ、惑星Xの探索は1929年まで再開されなかった。[ 21 ]天文台長のヴェスト・メルビン・スライファーは、23歳のクライド・トンボーに惑星Xの探索を任せた。トンボーは、スライファーが彼の天体スケッチのサンプルに感銘を受けた後、天文台に着任したばかりだった。[ 21 ]
トンボーの任務は、夜空をペアの写真で体系的に撮影し、各ペアを調べて、物体の位置が移動したかどうかを判断することだった。彼はブリンクコンパレータを使用して、各プレートのビューを素早く切り替え、写真間で位置や外観が変わった物体が動いているように見せかけた。1930年2月18日、ほぼ1年間の調査の後、トンボーは1月23日と29日に撮影された写真プレート上に動いている可能性のある物体を発見した。1月21日に撮影された画質の劣る写真が、その動きを確認するのに役立った。[ 22 ]天文台がさらに確認写真を入手した後、1930年3月13日に発見のニュースがハーバード大学天文台に電報で伝えられた。 [ 18 ]
その天体はすぐに第9惑星として称賛された。しかし、[ 23 ] : 27予想よりもはるかに小さいことが判明したため、その惑星としての地位に疑問が呈された。
冥王星の1年は地球の247.94年に相当します。[ 3 ]したがって、2178年には冥王星は発見以来最初の公転を完了します。
プルートという名前はローマ神話の冥界の神に由来し、またハデス（プルートのギリシャ神話における同義語）の異名でもある。
発見の発表後、ローウェル天文台には1000件以上の名前の提案が寄せられた。[ 24 ]上位にはミネルバ、冥王星、クロノスの3つの名前が挙がった。「ミネルバ」はローウェル天文台のスタッフの第一候補だったが[ 25 ] 、すでに小惑星に使われていたため却下された。クロノスは、不人気で自己中心的な天文学者トーマス・ジェファーソン・ジャクソン・シーが提唱したため不評だった。その後投票が行われ、「冥王星」が満場一致で選ばれた。名前が定着し、天王星のように名前が変更されないようにするため、ローウェル天文台はアメリカ天文学会と王立天文学会に名前を提案し、両会とも満場一致で承認した。[ 23 ] : 136 [ 26 ]この名前は1930年5月1日に発表された。[ 27 ] [ 28 ]
冥王星という名前は、ローウェルに送られた手紙や電報の中で約150件の候補が挙がっていた。最初の候補は、イギリスのオックスフォードに住む11歳の女子学生、ヴェネティア・バーニー（1918-2009）で、古典神話に興味を持っていた。[ 23 ] [ 27 ]彼女は、朝食時に家族に冥王星の発見のニュースを読み聞かせた祖父のファルコナー・マダンにその名前を提案した。マダンはその提案を天文学教授のハーバート・ホール・ターナーに伝え、ターナーは発表から3日後の3月16日にローウェルの同僚に電報を送った。[ 25 ] [ 27 ]
「冥王星」という名前は神話的に適切だった。冥王星は土星の6人の生き残った子供の1人で、他の2人はすでに主要惑星または小惑星の名前として選ばれていた（兄弟のジュピターとネプチューン、姉妹のケレス、ジュノー、ベスタ）。神と惑星はどちらも「暗い」領域に住んでおり、神は惑星が長い間そうであったように、姿を消すことができた。[ 30 ]さらに、冥王星 の最初の2文字がパーシバル・ローウェルのイニシャルであるという事実も、この選択を後押しした。実際、「パーシバル」は新しい惑星の名前として最も人気のある提案の1つだった。[ 25 ] [ 31 ]
冥王星が命名されると、その惑星記号⟨⟩は
「PL」のモノグラムとして作成されました。 [ 32 ]この記号は天文学ではほとんど使用されなくなりましたが、[ h ]占星術では今でもよく使われています。しかし、冥王星の最も一般的な占星術記号は、冥王星の二叉槍⟨⟩の
上に球体（おそらく冥王星の透明キャップを表している）が乗ったもので、これは1930年代初頭に遡ります。[ 36 ] [ i ]
「冥王星」という名前はすぐに広く文化に受け入れられた。1930年、ウォルト・ディズニーはミッキーマウスの相棒にプルートという名の犬のキャラクターを登場させたが、これは明らかにこの名前からインスピレーションを得たものと思われる。ただし、ディズニーのアニメーターであるベン・シャープスティーンは、なぜこの名前が付けられたのか確認できなかった。[ 40 ] 1941年、グレン・T・シーボーグは、新しく発見された惑星にちなんで元素に名前を付けるという伝統に従い、新たに作られた元素を冥王星にちなんでプルトニウムと名付けた。これは、天王星にちなんで名付けられたウランや、海王星にちなんで名付けられたネプツニウムに続くものである。[ 41 ]
ほとんどの言語では、さまざまな音訳で「冥王星」という名前が使われています。[ j ]日本語では、野尻宝栄が冥王星（冥王星）という直訳 を提案し、これが中国語と韓国語に借用されました。インドの言語の中には冥王星という名前を使うものもありますが、ヒンディー語などではヒンドゥー教の死の神ヤマという名前を使っています。[ 42 ]ポリネシア語もマオリ語のウィロのように、土着の冥界の神を使う傾向があります。[ 42 ] ベトナム語は音韻上の制約により中国語の用法には従っていません。シナベトナム語の「冥minh」 （暗い）は「明minh」 （明るい）と同音異義語です。代わりに、ベトナム人は仏教の神でもあるヤマを、中国の閻王Yán Wáng / Yìhm Wòhng 「ヤマ王」に由来するSao Diêm Vương星閻王「ヤマの星」の形で使用します。[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
冥王星が発見された後、その暗さと目に見える円盤がないことから、それがローウェルの惑星Xであるという考えに疑問が投げかけられた。[ 17 ]冥王星の質量の推定値は20世紀を通じて下方修正された。[ 45 ]
天文学者たちは当初、冥王星が海王星と天王星に及ぼす影響に基づいてその質量を計算した。1931年には冥王星の質量は地球とほぼ同じと計算され、1948年のさらなる計算で火星とほぼ同じ質量にまで下方修正された。[ 47 ] [ 49 ] 1950年、カイパーは冥王星の円盤を初めて観測し、その半径は約2,950 km、つまり火星よりわずかに小さいと推定した。1965年に予測されていた恒星食が観測されなかったことでこの制約が確認され、上限は3,400 kmに設定された。 [ 52 ] [ 55 ]冥王星が海王星の軌道を乱しているという仮定に基づき、1971年にセイデルマンらは冥王星の質量を地球の質量の0.11 ± 0.02 倍と推定した。 [ 50 ] 1976年、ハワイ大学のデール・クルックシャンク、カール・ピルチャー、デビッド・モリソンは冥王星の表面がメタンの氷で覆われている証拠を発見し、これに基づいて冥王星のアルベドを初めて計算することができた。 [ 52 ]彼らは冥王星はその大きさに対して非常に明るく、幾何学的アルベドは0.4 ～ 0.6 であり、半径は 1,400 ～ 1,650 km で、月 よりも小さいと結論付けた。地球の質量の 1 パーセントを超えることはない。[ 51 ]クルックシャンクらは、冥王星の質量は地球の質量の数千分の一程度と推定され、天王星や海王星の軌道に目立った影響を与えるには不十分であると指摘し、トムボーの発見は予測ではなく徹底的な探索の結果であると認めた。[ 52 ]
1978年、冥王星の衛星カロンの発見により、冥王星の質量が初めて測定されました。その質量は地球の約0.2%で、天王星の軌道の不一致を説明するには小さすぎました。その後、ロバート・サットン・ハリントン[ 56 ]をはじめとする、代替の惑星Xを探す試みは失敗に終わりました。1992年、マイルズ・スタンディッシュは、1989年のボイジャー2号による海王星フライバイのデータを用いて、海王星の質量の推定値を0.5%（火星の質量に匹敵する量）下方修正し、天王星への重力の影響を再計算しました。新しい数値を加えることで、不一致、ひいては惑星Xの必要性はなくなりました。[ 57 ]
2000年現在大多数の科学者は、ローウェルが定義した惑星Xは存在しないという点で一致した。[ 58 ]ローウェルは1915年に惑星Xの軌道と位置を予測したが、それは当時の冥王星の実際の軌道と位置にかなり近かった。アーネスト・W・ブラウンは冥王星の発見後まもなく、これは偶然の一致だと結論付けた。[ 59 ]
1992年以降、冥王星と同じ領域を周回する天体が多数発見され、冥王星がカイパーベルトと呼ばれる天体群の一部であることが示された。これにより、冥王星の惑星としての正式な地位は物議を醸し、冥王星を周囲の天体群とまとめて扱うべきか、それとも別個に扱うべきかという疑問が多くの人々の間で持ち上がった。博物館やプラネタリウムの館長が太陽系の惑星モデルから冥王星を除外することで、時折論争が巻き起こった。2000年2月、ニューヨーク市のヘイデン・プラネタリウムは、わずか8つの惑星しか示さない太陽系モデルを展示し、ほぼ1年後にニュースの見出しを飾った。[ 60 ]
ケレス、パラス、ジュノー、ベスタは、1840年代に他の多くの小惑星が発見された後、ほとんどの天文学者の間で惑星としての地位を失いました。一方、惑星地質学者は、ケレス、そしてそれほど頻繁ではありませんがパラスとベスタを、地質学的進化を経るのに十分な大きさであるため、より小さな小惑星とは異なると考えることが多かったのです。[ 61 ]最初に発見されたカイパーベルト天体は非常に小さかったものの、冥王星に近い大きさの天体がすぐに発見され、中には（冥王星自体のように）惑星としての地質学的概念を満たすほど大きいものの、力学的概念を満たさないものもありました。[ 62 ]
1998年、ハーバード大学小惑星センターのブライアン・G・マースデンは、冥王星を惑星としての公式な地位を維持したまま、小惑星番号10000を与えることを提案した。 [ 63 ] [ 64 ]冥王星の「降格」の可能性は世論の反発を招き、これに対し国際天文学連合（IAU）は、当時冥王星を惑星リストから削除することを提案しているわけではないと明言した。[ 65 ] [ 64 ]
2000年代初頭、マイケル・E・ブラウン率いるカリフォルニア工科大学の天文学者たちは、デジタル検出技術を用いて広範囲にわたる天体観測を行い、多数の太陽系外縁天体を発見した。これらの天体の多くは当初、冥王星以上の大きさであると測定され、惑星とみなすべきかどうかについての議論が巻き起こった。その後、予想よりも高いアルベドのため、推定値は下方修正された。[ 66 ]
2005年7月、これらの天文学者たちが冥王星よりはるかに質量が大きく、1846年のトリトン以来太陽系で発見された最も質量の大きい天体であるエリスという新天体の発見を発表したとき、議論は避けられなくなった。報道機関は当初これを10番目の惑星と呼んだが、当時、これを惑星と呼ぶべきかどうかについて公式な合意はなかった。[ 67 ]天文学界の一部の人々は、この発見を冥王星を小惑星に再分類する最も強力な根拠とみなした。[ 68 ]
この議論は、2006年8月に開催された国際天文学連合（IAU）の3年に一度の会合で、ウルグアイの天文学者フリオ・アンヘル・フェルナンデスとゴンサロ・タンクレディが「惑星」という用語の新しい定義を初めて提案した際に最高潮に達した。[ 69 ] [ 70 ]彼らの提案によれば、太陽系内の天体が惑星とみなされるためには、次の3つの条件を満たす必要がある。
冥王星は第 3 の条件を満たしていません。[ 73 ]その質量は、軌道上の他の天体の合計質量よりも大幅に小さく、0.07 倍です。これに対し、地球は 軌道上の残りの質量 (月を除く) の 170 万倍です。[ 68 ] [ 72 ] IAU はさらに、冥王星のように基準 1 と 2 を満たすが基準 3 を満たさない天体を準惑星と呼ぶことに決定しました。2006 年 9 月、IAU は冥王星、エリス、およびその衛星ディスノミアを小惑星カタログに含め、公式の小惑星の名称として「(134340) 冥王星」、「(136199) エリス」、「(136199) エリス I ディスノミア」を与えました。[ 74 ]冥王星が1930年の発見時に含まれていたら、1か月前に発見された1163サガに続いて、おそらく1164と命名されていたでしょう。 [ 75 ]
天文学界では再分類に抵抗があり、特に惑星科学者は、冥王星、カロン、エリスを惑星とみなすのと同じ理由で、セレスを惑星とみなすため、再分類を拒否し続けることが多い。事実上、これはIAUの定義の2番目の条項のみを受け入れることに相当する。[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] NASAの冥王星探査ミッション「ニュー・ホライズンズ」の主任研究員であるアラン・スターンは、 IAUの決議を嘲笑した。[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]また、天文学者の5%未満しか賛成票を投じなかったため、この決定は天文学界全体を代表するものではないと述べた。[ 80 ]当時ローウェル天文台にいたマーク・W・ブイは、この定義に反対する請願を行った。[ 82 ]エリスを発見した天文学者マイク・ブラウンなど、IAUを支持する者もいる。 [ 83 ]
IAUの決定に対する世間の反応は賛否両論だった。カリフォルニア州議会に提出された決議では、IAUの決定を皮肉を込めて「科学的異端」と呼んだ。[ 84 ]ニューメキシコ州下院は、冥王星の発見者であり、同州に長年住んでいたクライド・トンボーを称える決議を可決し、冥王星はニューメキシコの空では常に惑星とみなされ、2007年3月13日は冥王星の日であると宣言した。[ 85 ] [ 86 ]イリノイ州上院は、トンボーがイリノイ州で生まれたことを理由に、2009年に同様の決議を可決した。この決議は、冥王星がIAUによって「不当に準惑星に格下げされた」と主張した。[ 87 ]
一般市民の中には、この問題に関する科学界の意見の相違を理由に、あるいは感情的な理由から、冥王星を惑星として認識してきたし、IAUの決定に関係なく今後もそう認識し続けると主張して、この変更を拒否した人もいる。[ 88 ] 2006年、アメリカ方言学会は、17回目の年間最優秀単語投票で、plutoedを年間最優秀単語に選出した。「pluto」とは、「誰かまたは何かを格下げしたり、価値を下げたりする」という意味である。 [ 89 ] 2024年4月、アリゾナ州（冥王星が1930年に初めて発見された場所）は、冥王星を州の公式惑星とする法律を可決した。[ 90 ]
2008 年 8 月、この議論の両陣営の研究者がジョンズ ホプキンス大学応用物理研究所に集まり、IAU による惑星の定義に関する連続講演を含む会議を開催した。[ 91 ]「惑星の大論争」と題されたこの会議では、[ 92 ]会議後に発表されたプレスリリースで、科学者たちは惑星の定義について合意に至らなかったことが示された。[ 93 ] 2008 年 6 月、IAU はプレスリリースで、「冥王星型天体」という用語は、今後、海王星よりも軌道長半径が大きい冥王星やその他の惑星質量天体を指すために使用されると発表したが、この用語はそれほど広く使われていない。[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]
冥王星の公転周期は約248年です。その軌道特性は、黄道と呼ばれる平坦な基準面に近い太陽の周りをほぼ円形の軌道で回る惑星とは大きく異なります。対照的に、冥王星の軌道は黄道に対して中程度の傾斜（17°以上）を持ち、中程度の離心率（楕円形）を持っています。この離心率のため、冥王星の軌道のごく一部が海王星よりも太陽に近い位置にあります。冥王星とカロンの重心は1989年9月5日に近日点に達し[ 4 ] [ k ]、最後に海王星よりも太陽に近かったのは1979年2月7日から1999年2月11日の間です[ 97 ]。
海王星との 3:2 の共鳴 (下記参照) は維持されるものの、冥王星の軌道傾斜角と離心率は混沌とした挙動を示します。コンピュータ シミュレーションを使用して、数百万年 (時間的に前後両方)の位置を予測できますが、 1000 万～ 2000 万年のリアプノフ時間よりもはるかに長い期間が経過すると 、計算は信頼できなくなります。冥王星は、太陽系の計り知れないほど小さな詳細に敏感であり、冥王星の軌道上の位置を徐々に変化させる予測困難な要因です。[ 98 ] [ 99 ]
冥王星の軌道の長半径は約39.3～39.6天文単位の間で変動し、周期は約19,951年で、軌道周期は246～249年の間で変動します。現在、長半径と周期は長くなっています。[ 100 ]
太陽系の北または南から見ると冥王星の軌道が海王星の軌道と交差しているように見えるが、2つの天体の軌道は交差しない。冥王星が太陽に最も近づき、そのような位置から見て海王星の軌道に最も近づくとき、冥王星は海王星の軌道の最も北に位置する。冥王星の軌道は海王星の軌道の約8 AU北を通過するため、衝突は起こらない。[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ l ]
これだけでは冥王星を守るには不十分です。惑星（特に海王星）からの摂動によって、冥王星の軌道（歳差運動など）が数百万年かけて変化し、衝突が起こる可能性があります。しかし、冥王星は海王星との2:3の軌道共鳴によっても守られています。冥王星が太陽の周りを2周するごとに、海王星は3周します。この軌道共鳴は、冥王星の近日点歳差運動と同じ速度（約100万年）で回転する座標系で行われます。0.97 × 10⁻⁴度/年[ 100 ] ）。
各周期は約 495 年続きます。同じ共鳴状態にある他の多くの天体はプルティノと呼ばれています。現在、495 年周期ごとに、冥王星が初めて近日点を通過するとき (1989 年など)、海王星は冥王星より 57° 進んでいます。冥王星が 2 回目の近日点通過までに、海王星はさらに 1.5 周回を完了し、冥王星より 123° 遅れます。[ 105 ]冥王星と海王星の最小距離は 17 AU 以上で 、これは冥王星と天王星の最小距離 (11 AU) よりも大きいです。[ 103 ]冥王星と海王星の最小距離は、実際には冥王星の遠日点付近で発生します。[ 100 ]
2つの天体間の2:3の共鳴は非常に安定しており、数百万年にわたって維持されてきました。[ 106 ]これにより、2つの天体の軌道が互いに相対的に変化することが防止され、2つの天体が互いに接近することはありません。冥王星の軌道が傾いていなかったとしても、2つの天体が衝突することはありません。[ 103 ]
冥王星の公転周期が海王星の公転周期の 3/2 とわずかに異なると、海王星からの距離のパターンが変動します。近日点付近では、冥王星は海王星の軌道の内側に移動し、そのためより速く移動するため、495 年周期の 2 つの公転のうち最初の公転では、海王星の後ろから接近します。現在、冥王星は 100 年間 (例えば 1937 年～2036 年)、海王星の 50° ～ 65° の後ろに留まります。[ 105 ]
2つの天体間の重力によって角運動量が冥王星に伝達されます。この状況により、冥王星はわずかに大きな軌道に移動し、ケプラーの第3法則に従って周期がわずかに長くなります。このような繰り返しが数回繰り返されると、冥王星は十分に遅れ、各サイクルの2回目の近日点では、冥王星は後ろから来る海王星よりそれほど先行せず、海王星は再び冥王星の周期を短くし始めます。このサイクル全体は約20,000年かかります。[ 103 ] [ 106 ] [ 107 ]
数値研究により、数百万年にわたって冥王星と海王星の軌道の整列の一般的な性質は変化しないことが示されています。[ 101 ] [ 100 ]冥王星の安定性を高める他の共鳴と相互作用がいくつかあります。これらは主に、(2:3平均運動共鳴の他に) 2 つの追加メカニズムから生じます。
まず、冥王星の近日点引数、つまり黄道面（または不変面）と太陽に最も近づく点との間の角度は、約 90° で秤動します。 [ 100 ]これは、冥王星が太陽に最も近づくとき、太陽系の平面から最も北に位置することを意味し、海王星との遭遇を防ぎます。これは、軌道の離心率と、より大きな摂動天体（この場合は海王星）に対する軌道傾斜角を関連付けるコザイ機構の結果です。[ 101 ]海王星に対する秤動の振幅は 38° なので、冥王星の近日点と海王星の軌道との角分離は常に 52° (90°-38°)より大きくなります。このような角分離が最も小さくなるのは 10,000 年ごとです。[ 106 ]
第二に、2つの天体の昇交点の経度（不変面と交わる点）は、上記の秤動とほぼ共鳴しています。2つの経度が同じ場合、つまり両方の昇交点と太陽を通る直線を引くことができる場合、冥王星の近日点は正確に90°の位置にあり、したがって冥王星は海王星の軌道の北側で最も遠いときに太陽に最も近づきます。これは1:1超共鳴として知られています。木星の惑星（木星、土星、天王星、海王星）はすべて、超共鳴の生成に役割を果たしています。[ 101 ]
冥王星の自転周期、つまり自転周期は、地球の6.387日に相当する。[ 3 ] [ 108 ]天王星や2パラスと同様に、冥王星は軌道面で「横向き」に自転しており、自転軸の傾きは120°であるため、季節による変化が極端である。至点では、表面の4分の1が連続して昼間であるのに対し、別の4分の1は連続して夜となる。[ 109 ]この特異な向きの理由は議論されてきた。アリゾナ大学の研究では、天体の自転が常にエネルギーを最小化するように調整される方法による可能性があると示唆されている。これは、天体が余分な質量を赤道付近に配置し、質量が不足している領域が極に向かうように向きを変えることを意味する可能性がある。これは極移動と呼ばれる。[ 110 ]
アリゾナ大学が発表した論文によると、これは準惑星の影になっている領域に大量の凍結した窒素が蓄積することによって引き起こされる可能性がある。これらの塊によって天体の向きが変わり、120°という異常な自転軸の傾きが生じる。窒素の蓄積は、冥王星が太陽から非常に遠く離れていることに起因する。赤道では気温が-240 ℃（-400.0 °F、33.1K ）まで下がり、地球で水が凍るように窒素が凍る。冥王星で見られるのと同じ極移動効果は、南極の氷床が数倍大きければ地球でも観測されるだろう。 [ 111 ]
冥王星の表面の平原は、98%以上が窒素氷で構成されており、メタンと一酸化炭素が微量含まれています。[ 112 ]窒素と一酸化炭素は冥王星の反カロン面（経度約180°、トンボーレギオの西側のローブであるスプートニク平原がある場所）で最も多く、メタンは東経300°付近で最も多くなっています。[ 113 ]山々は水氷でできています。[ 114 ]冥王星の表面は非常に多様で、地形、[ 115 ]明るさ、色に大きな違いがあります。[ 116 ] [ 115 ]
冥王星は、太陽系で最もコントラストの強い天体の1つであり、土星の衛星イアペトゥスと同じくらいコントラストが強い。[ 117 ]色は炭黒から濃いオレンジ、白まで変化する。[ 118 ]冥王星の色は、火星よりもオレンジ色がやや多く、赤みがかなり少ないイオの色に似ている。[ 119 ]注目すべき地理的特徴としては、トンボー地域、または「ハート」（カロンの反対側にある大きな明るい領域）、ベルトン地域[ 6 ]、または「クジラ」（後方の半球にある大きな暗い領域）、および「真鍮のナックル」（前方の半球にある一連の赤道上の暗い領域）などがある。
「ハート」の西側のローブであるスプートニク平原は、 幅1,000 km、深さ3 km の衝突盆地で、凍結した窒素と一酸化炭素の氷で部分的に覆われており、多角形のセルに分かれています。これらのセルは、浮遊する水氷の地殻と昇華ピットを縁に向かって運ぶ対流セルであると解釈されています。 [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]盆地への流入と流出の両方に氷河の流れの明らかな痕跡があります。[ 123 ] [ 124 ]ニューホライズンズで確認できたクレーターはなく、その表面は1,000万年未満であることを示しています。[ 125 ]最新の研究では、表面の年齢は 180,000 +90,000 −40,000年。[ 126 ] ニューホライズンズの科学チームは、初期の調査結果を「冥王星は、氷河作用や地表と大気の相互作用、衝突、地殻変動、可能性のある低温火山活動、質量移動プロセスによって生じたものを含め、驚くほど多様な地質学的地形を示している」と要約した。[ 7 ]
スプートニク平原の西部には、スプートニク平原の中心部から周囲の山々に向かって吹く風によって形成された横断砂丘の地帯がある。砂丘の波長は0.4～1kmの範囲で 、おそらく200～300μmの大きさのメタン粒子で構成されている 。[ 127 ]
冥王星の密度は1.853 ± 0.004 g/cm 3。[ 8 ]放射性元素の崩壊によって最終的に氷が十分に加熱され、岩石が氷から分離するため、科学者たちは冥王星の内部構造は分化しており、岩石物質が水氷のマントルに囲まれた高密度の核に沈んでいると予想している。ニューホライズンズ以前の核の直径の推定値は1700 km、冥王星の直径の70%。[ 129 ]
このような加熱が継続し、核とマントルの境界で厚さ100 ～ 180 kmの液体の水の地下海が形成される可能性がある。 [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ] 2016 年 9 月、ブラウン大学の科学者たちは、スプートニク平原を形成したと考えられている衝突をシミュレーションし、衝突後に下から液体の水が湧昇した結果である可能性があり、少なくとも 100 km の深さの地下海の存在を示唆していることを示した。[ 132 ]
2020年6月、天文学者たちは、冥王星が最初に形成されたとき、地下に海が存在し、その結果、居住可能であった可能性があるという証拠を報告した。 [ 133 ] [ 134 ] 2022年3月、研究者チームは、ライト・モンスとピカール・モンスは実際には多くの小さな氷火山ドームが合体したものであり、これまで不可能と考えられていたレベルの熱源が天体にあることを示唆していると提唱した。[ 135 ]
冥王星の直径は2,376.6 ± 1.6 km [ 5 ]であり、その質量は（1.303 ± 0.003）× 10 22 kg 、月の17.7% （地球の0.22%）。[ 136 ]その表面積は1.774 443 × 10 7 km 2 で、ロシアよりわずかに大きい。[ 137 ]表面重力は 0.063 gである (地球の1 g 、月の0.17 gと比較)。 [ 3 ]これにより、冥王星の脱出速度は 毎時 4,363.2 km / 毎時 2,711.167 マイル (地球の 毎時 40,270 km / 毎時 25,020 マイルと比較) となる。冥王星は、小惑星帯で最大の天体であるケレスの直径の 2 倍以上、質量は 12 倍である。冥王星は、2005 年に発見された海王星以遠の天体である準惑星エリスより質量は小さいが、冥王星の直径は 2,376.6 km [ 5 ]で、エリスの直径は約 2,326 km [ 138 ]である。
月の質量の0.2倍未満である冥王星は、地球型惑星よりもはるかに質量が小さく、ガニメデ、タイタン、カリスト、イオ、月、エウロパ、トリトンの7つの衛星よりも質量が小さい。 1978年に冥王星の衛星カロンが発見されたことで、ニュートンのケプラーの第三法則の定式化を適用して冥王星-カロン系の質量を決定することが可能になった。カロンによる冥王星の掩蔽の観測により、科学者は冥王星の直径をより正確に決定することができ、適応光学の発明により、その形状をより正確に決定することができた。[ 139 ]
冥王星の大きさの決定は、その大気[ 140 ]と炭化水素のヘイズ[ 141 ]によって複雑化している。 2014年3月、Lellouch、de Berghらは、冥王星の大気中のメタン混合比に関する調査結果を発表し、冥王星の直径が2,360 km以上であることと一致すること、そして「最良の推定値」が2,368 kmであることを明らかにした[ 142 ] 。 2015年7月13日、NASAのニューホライズンズ探査機の長距離偵察撮像装置（LORRI）の画像と他の機器からのデータに基づいて、冥王星の直径は2,370 km（1,473 mi）と決定された[ 138 ] [ 143 ] 。これは後に7月24日に2,372 km（1,474 mi）に修正され[ 144 ]、その後さらに修正された。 2374 ± 8 km。[ 7 ]ニューホライズンズ電波科学実験（REX）の電波掩蔽データを使用して、直径は2,376.6 ± 1.6 km。[ 5 ]
冥王星には、窒素(N 2 )、メタン(CH 4 )、一酸化炭素 (CO)からなる希薄な大気があり、これらは冥王星の表面の氷と平衡状態にある。[ 145 ] [ 146 ]ニュー ホライズンズの測定によると、表面気圧は約 1 Pa (10 μbar ) で、[ 7 ]地球の大気圧のおよそ 100 万分の 1 から 10 万分の 1 である。当初は、冥王星が太陽から遠ざかるにつれて、その大気は徐々に表面に凍結すると考えられていたが、ニュー ホライズンズのデータと地上からの掩蔽の研究により、冥王星の大気密度は増加し、冥王星の軌道全体にわたって気体のままである可能性が高いことが示されている。[ 147 ] [ 148 ]
ニューホライズンズの観測では、窒素の大気からの脱出は予想よりも 10,000 倍少ないことが示されました。[ 148 ]アラン・スターンは、冥王星の表面温度がわずかに上昇するだけでも、冥王星の大気密度が指数関数的に増加し、18 hPa から 280 hPa まで （火星の 3 倍から地球の 4 分の 1）になる可能性があると主張しています。このような密度では、窒素は液体として表面を流れる可能性があります。[ 148 ]汗が皮膚から蒸発して体を冷やすのと同じように、冥王星の大気の昇華は表面を冷やします。[ 149 ]冥王星には対流圏がないか、ほとんどありません。ニューホライズンズの観測では、薄い対流圏境界層のみが存在することが示唆されています。測定地点での厚さは 4 km、温度は 37±3 K でした。この層は連続していません。[ 150 ]
2019年7月、冥王星による掩蔽により、予想に反して、冥王星の大気圧が2016年以降20%低下したことが明らかになった。[ 151 ] 2021年、サウスウエスト研究所の天文学者たちは、2018年の掩蔽のデータを用いてこの結果を確認し、冥王星の円盤の後ろからの光が徐々に現れなくなっていることを示し、大気が薄くなっていることを示唆した。[ 152 ]
冥王星の大気には強力な温室効果ガスであるメタンが存在するため、温度逆転が生じ、大気の平均温度は地表よりも数十度高くなっています。[ 153 ]ただし、ニューホライズンズによる観測では、冥王星の上層大気は予想よりもはるかに低温であることが明らかになっています（ 約100 Kではなく70 K）。[ 148 ]冥王星の大気は、高さ150 kmまでの約20の規則的な間隔のヘイズ層に分かれており 、[ 7 ]これは冥王星の山々を横切る気流によって生じる圧力波の結果であると考えられています。[ 148 ]
冥王星には5つの既知の自然衛星がある。その中で最も大きく、冥王星に最も近いのはカロンである。1978年に天文学者ジェームズ・クリスティによって初めて発見されたカロンは、冥王星の衛星の中で唯一、静水圧平衡状態にある可能性がある。カロンの質量は、冥王星とカロンの系の重心が冥王星の外側に位置するのに十分な大きさである。カロンのさらに外側には、はるかに小さな4つの周回衛星がある。冥王星からの距離順に、スティクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラである。ニクスとヒドラはどちらも2005年に発見され、[ 154 ]ケルベロスは2011年に発見され、[ 155 ]スティクスは2012年に発見されました。[ 156 ]衛星の軌道は円形（離心率 < 0.006）で、冥王星の赤道と同一平面（傾斜角 < 1°）であり、[ 157 ] [ 158 ]そのため冥王星の軌道に対して約120°傾いています。冥王星系は非常にコンパクトで、既知の5つの衛星は順行軌道が安定する領域の内側3%以内を公転しています。 [ 159 ]
冥王星-カロン系は、太陽系で重心が主天体の外側にある数少ない例の1つです。パトロクロス-メノエティウス系はより小さな例で、太陽-木星系は唯一より大きな例です。[ 160 ]カロンと冥王星の大きさが似ていることから、一部の天文学者はこれを二重準惑星と呼んでいます。[ 161 ]また、この系は、それぞれが潮汐固定されているという点で惑星系の中でも珍しいものです。つまり、冥王星とカロンは常に同じ半球を互いに向け合っており、この特性はエリスとディスノミアという他の既知の系にしか見られません。[ 162 ]どちらかの天体のどの位置から見ても、もう一方の天体は常に空の同じ位置にあるか、常に隠されています。[ 163 ]これはまた、それぞれの自転周期が、系全体が重心の周りを一周するのにかかる時間と等しいことを意味します。[ 108 ]
冥王星の衛星は、太陽系の初期に冥王星と似た大きさの天体との衝突によって形成されたと考えられている。この衝突によって放出された物質が、冥王星の周りの衛星へと集積した。[ 164 ]
2012年に、15810 Arawnは冥王星の準衛星、つまり特定のタイプの共軌道配置である可能性があると計算されました。 [ 165 ]計算によると、この天体は200万年ごとに約35万年間、冥王星の準衛星となるでしょう。[ 165 ] [ 166 ] 2015年にニューホライズンズ探査機が行った測定により、Arawnの軌道をより正確に計算することが可能になり、[ 167 ]以前の結果が確認されました。[ 168 ]しかし、Arawnの軌道は主に海王星によって制御され、冥王星による摂動はごくまれであるため、その軌道力学に基づいてArawnを冥王星の準衛星に分類すべきかどうかについては、天文学者の間で意見が一致していません。[ 169 ] [ 167 ] [ 168 ]
冥王星の起源と正体は、長年天文学者を悩ませてきた。初期の仮説の一つは、冥王星は海王星の衛星が海王星最大の衛星トリトンによって軌道から弾き飛ばされて脱出したというものだった[ 170 ]。しかし、冥王星は軌道上で海王星に近づくことはないため、この考えは力学的研究によって不可能であることが示され、最終的に否定された[ 171 ] 。
冥王星の太陽系における真の位置が明らかになり始めたのは、1992年に天文学者たちが海王星の外側で軌道だけでなく大きさや組成も冥王星に似た小さな氷の天体を発見し始めたときでした。この海王星以遠の天体群は、多くの短周期彗星の起源であると考えられています。冥王星は、太陽から30～50 AUの間にある安定した天体の帯であるカイパーベルト[ m ]の中で最大の天体です。2011年現在、21等級までのカイパーベルトの調査はほぼ完了しており、残りの冥王星サイズの天体は 太陽から100 AUを超えるところにあると予想されています。 [ 172 ]
他のカイパーベルト天体（KBO）と同様に、冥王星は彗星と共通の特徴を持っています。例えば、太陽風が冥王星の表面を徐々に宇宙空間に吹き飛ばしています。[ 173 ]冥王星が地球と同じくらい太陽に近づいたら、彗星のように尾が発達するだろうと主張されています。[ 174 ]この主張は、冥王星の脱出速度が高すぎるため、そのようなことは起こらないという議論で反論されています。[ 175 ]冥王星は多数の彗星とカイパーベルト天体の集積の結果として形成された可能性があると提案されています。[ 176 ] [ 177 ]
冥王星は発見された最大のカイパーベルト天体ですが、[ 141 ]冥王星よりも大きい海王星の衛星トリトンは、地質学的にも大気学的にも冥王星と似ており、捕獲されたカイパーベルト天体であると考えられています。 [ 178 ]エリス（上記参照）は冥王星とほぼ同じ大きさ（ただし質量は大きい）ですが、厳密にはカイパーベルト天体群の一員とはみなされていません。むしろ、散乱円盤と呼ばれる連結した天体群の一員と考えられています。[ 179 ]
カイパーベルトの他の天体と同様に、冥王星は残存微惑星、つまり太陽の周りの原始惑星系円盤の構成要素で、完全な惑星に合体しなかったものと考えられています。ほとんどの天文学者は、冥王星の位置は太陽系形成初期に海王星が突然移動したことによるものだと考えています。海王星が外側へ移動するにつれて、原始カイパーベルトの天体に近づき、1つを自身の周りを公転させ（トリトン）、他の天体を共鳴軌道に固定し、他の天体を混沌とした軌道に落としました。カイパーベルトと重なる動的に不安定な領域である散乱円盤の天体は、海王星の移動共鳴との相互作用によってその位置に置かれたと考えられています。[ 180 ]
ニースのコート・ダジュール天文台のアレッサンドロ・モルビデッリによる2004年のコンピューターモデルは、海王星のカイパーベルトへの移動は、木星と土星の1:2共鳴の形成によって引き起こされた可能性があり、その重力プッシュによって天王星と海王星の両方がより高い軌道に押し上げられ、位置が入れ替わり、最終的に海王星の太陽からの距離が2倍になったことを示唆している。その結果、原始カイパーベルトから天体が放出されたことで、太陽系形成から6億年後の後期重爆撃と木星トロヤ群の起源も説明できる可能性がある。[ 181 ]海王星の移動によって冥王星が共鳴捕獲される前は、冥王星は太陽から約33AUのほぼ円軌道を描いていた可能性がある。 [ 182 ]ニースモデルでは、元の微惑星円盤には、トリトンやエリスを含む冥王星サイズの天体が約1000個存在していたとされています。[ 181 ]
冥王星は地球から遠いため、詳細な研究や探査は困難です。冥王星の視等級は平均15.1で、近日点では13.65まで明るくなります。[ 3 ]見るには望遠鏡が必要で、口径約30cm （12 インチ）のものが望ましいです。[ 183 ] 大きな望遠鏡でも星のように見え、円盤は見えません。[ 184 ]なぜなら、角直径は最大で0.11インチだからです。[ 3 ]
1980年代後半に作成された冥王星の初期の地図は、最大の衛星カロンによる食の近接観測から作成された明るさマップでした。食の間、冥王星-カロン系の全体の平均明るさの変化が観測されました。たとえば、冥王星の明るい点が食されると、暗い点が食されるよりも全体の明るさの変化が大きくなります。このような観測を多数コンピュータで処理することで、明るさマップを作成できます。この方法は、時間の経過に伴う明るさの変化を追跡することもできます。[ 185 ] [ 186 ]
ハッブル宇宙望遠鏡（HST）で撮影された画像から、より高解像度で詳細がかなり鮮明な地図が作成されました。[ 117 ]数百キロメートルに及ぶ変化、極域や大きな明るい斑点なども解像されました。[ 119 ]これらの地図は、ハッブル画像のわずかなピクセルに対して最適な投影地図を見つける複雑なコンピュータ処理によって作成されました。[ 187 ]これらの地図の作成に使用されたHSTの2台のカメラが使用できなくなったため、2015年7月のニューホライズンズのフライバイまで、これらは冥王星の最も詳細な地図であり続けました。[ 187 ]
2015年7月に冥王星をフライバイしたニュー・ホライズンズ探査機は、冥王星を直接探査する最初で今のところ唯一の試みである。2006年に打ち上げられた同探査機は、2006年9月下旬に長距離偵察撮像装置の試験中に冥王星の最初の（遠距離の）画像を撮影した。[ 188 ]約42億キロメートルの距離から撮影されたこれらの画像は、冥王星や他のカイパーベルト天体への操縦に不可欠な、遠距離の目標を追跡する探査機の能力を裏付けた。2007年初頭、同探査機は木星の重力アシストを利用した。
ニューホライズンズは、太陽系を横断する3,462日間の旅を経て、2015年7月14日に冥王星に最接近しました。冥王星の科学観測は、最接近の5か月前から始まり、接近後少なくとも1か月間継続されました。観測は、画像機器や電波科学調査ツール、分光実験、その他の実験を含むリモートセンシングパッケージを使用して行われました。ニューホライズンズの科学的目標は、冥王星とその衛星カロンの地球規模の地質と形態を特徴づけ、それらの表面組成をマッピングし、冥王星の中性大気とその脱出率を分析することでした。2016年10月25日午後5時48分（東部標準時）、ニューホライズンズから冥王星への最接近時に最後のデータ（合計500億ビット、つまり6.25ギガバイトのデータ）が受信されました。[ 189 ] [ 190 ] [ 191 ] [ 192 ]
ニューホライズンズのフライバイ以来、科学者たちは新たな科学目標を達成するために冥王星に再び戻る周回探査機のミッションを提唱してきた。[ 193 ] [ 194 ] [ 195 ]これらの目標には、1ピクセルあたり9.1メートル（30フィート）での表面マッピング、冥王星の小型衛星の観測、冥王星が自転する際の変化の観測、地下海の可能性の調査、そして自転軸の傾きによって長期間暗闇に覆われている冥王星の領域の地形図作成などが含まれる。最後の目標は、レーザーパルスを使用して冥王星の完全な地形図を作成することで達成できる可能性がある。[ 196 ]
ニューホライズンズの主任研究員アラン・スターンは、2030年頃（冥王星発見100周年）に打ち上げられ、冥王星系に到着後、科学目標を達成するために必要に応じてカロンの重力を使って軌道を調整するカッシーニ型の周回機を提唱している。[ 196 ]周回機は、冥王星のすべての科学目標が完了した後、カロンの重力を使って冥王星系を離れ、さらに多くのKBOを研究することができる。NASAの革新的先進概念（NIAC ）プログラムが資金提供する概念研究では、プリンストンの磁場反転構成原子炉をベースとした核融合対応の冥王星周回機と着陸機について説明している。[ 197 ] [ 198 ]
ニューホライズンズは冥王星の北半球全体と、南緯約30度までの赤道域を撮影した。より南の高緯度は、地球から非常に低い解像度でしか観測されていない。[ 199 ] 1996年のハッブル宇宙望遠鏡の画像は冥王星の85%をカバーし、南緯約75度までの大きなアルベドの特徴を示している。[ 200 ] [ 201 ]これは温帯の黄斑の範囲を示すのに十分である。ハッブルの機器のわずかな改良により、後の画像はわずかに解像度が向上した。[ 202 ]ニューホライズンズが反カロン半球に最も接近したため、冥王星のサブカロン半球の赤道域は低解像度でしか撮影されていない。 [ 203 ]
ニューホライズンズは、カロンの反射光（カロンからの反射光）を利用して、南半球の高緯度地域におけるアルベドの変動を検出した可能性がある。南極地域は北極地域よりも暗いように見えるが、南半球には高アルベド領域があり、これは地域的な窒素またはメタンの氷の堆積物である可能性がある。[ 204 ]
冥王星の赤道半径 1188.3(km) 恒星自転周期 -6.3872 (日)
圧力はわずか約10マイクロバールであることが分かった。
スターンは、準惑星の区別はナンセンスであり、宇宙の定義を恣意的に解釈していると考えている。「小さな惑星も惑星です」と彼は言う。「太陽が小さな星だからといって、それを矮星とは呼びません。私たちは惑星の数が多いことを恐れていませんし、小学生がすべての惑星の名前を覚えなければならないことを恐れてもいません。結局のところ、子供たちは周期表のすべての元素を暗記する必要はありません。」
ミッキーマウスはかわいい犬を飼っている。
キロメートルを超える不確実性がありましたが、それをプラスマイナス2に縮め、中心は1186です。
