卡戎(冥衛一):研究歷史,衛星發現,衛星研究,衛星命名,形成原因,天體特點,地位爭

卡戎是矮行星冥王星五顆已知天然衛星中最大的一顆，也叫冥衛一，大陸譯作卡戎（中國台灣譯作凱倫），平均半徑為606km，於1978年在美國華盛頓特區的海軍天文台被發現。卡戎的直徑是冥王星的一半，質量是冥王星質量的八分之一，與冥王星相比，相當於是這個矮星星的一個非常大的月亮。名稱源於羅馬神話中冥王普路托的役卒卡戎，向亡魂索取金錢為他們划船渡過冥河。天文學家在2005年發現另外兩顆冥王星的衛星：冥衛二和冥衛三，2011年7月哈勃太空望遠鏡發現了第四顆衛星，臨時命名為S/2011 P4，2012年7月11日又宣布發現了第五顆衛星S/2012 P1。依現行的定義，冥衛一是冥王星最大的衛星，可與冥王星組成雙矮行星。新視野號於2015年7月14日飛掠冥王星和卡戎，也是唯一拜訪過冥王星的探測器。

基本介紹

中文名：卡戎
外文名：Charon
別稱：冥衛一
分類：矮行星
發現者：詹姆斯·克里斯蒂
發現時間：1978年6月22日
質量：1.52×1021千克（2.54×10^−4 地球質量）
平均密度：（1.65 ± 0.06）克/立方厘米
直徑：1207±3 km（0.095 地球直徑）
表面溫度：-220℃（53K）
逃逸速度：0.580 km/s
反照率：0.36 ～ 0.39
視星等：16.8
絕對星等：1
自轉周期：6.387230±0.0864 d
公轉周期：248個地球年
軌道傾角：0.080°
表面重力：0.288 m/s2
表面積：4,580,000平方千米
大氣層：無
太空任務：新視野號
表面積：4.6×10^6 km^2（0.0090地球表面積）

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研究歷史

衛星發現

1978年6月22日，美國天文學家詹姆斯·克里斯蒂以高放大率檢查拍攝到的冥王星的照相底片時，注意到有一個微小的凸起會周期性的出現，由此推斷冥王星有一顆衛星。之後，回溯到1965年4月29日的底片也確認了這個凸起。這個新發現的天體最終被正式命名為卡戎。

衛星研究

卡戎過去被認為是冥王星的衛星，又名冥衛一，離冥王星約有19740 千米。它於1978年被美國天文學家詹姆斯·克里斯蒂發現。

2006年，冥王星和卡戎被定義為矮行星。由於卡戎的體積與冥王星相差不大，冥王星-卡戎的質心落在這兩個天體之外（如圖），因此冥王星與卡戎是一個雙矮行星系統。

冥王星和卡戎的表面，從光度的變化被確認是在相互掩蔽的時期。冥王星和卡戎在潮汐鎖定的狀態下，以6.387天的周期互繞，所以永遠以相同的位置遙遙相對。兩者的平均距離是19,570 千米（12,163英里）。卡戎的發現使天文學家可以精確的測量冥王星系統的總質量，而互掩可以計算各自的大小(直徑)，但是個別的質量依然只能用估計的，直到2005年發現冥王星外圍的衛星，才依據外面衛星的軌道細節揭露出卡戎的質量大約是冥王星的11.65%，同時也顯示密度為1.65±0.06公克/厘米³，並建議有55±5%是"岩石"，45%是冰。冥王星的密度較高，約有70%的"岩石"。

衛星命名

卡戎原來的臨時名稱是S/1978 P 1，是根據當時大會制定的新的命名規則給予的。稍後，克里斯蒂稱之為“卡戎（Charon）”，但直到1985年國際天文聯合會才認同這個名字是官方的名稱。在希臘神話中卡戎是死者的擺渡人，與冥王哈得斯（在羅馬神話是普魯托）在神話圖中是緊密聯繫在一起的神祇。

雖然在傳統的英語發音中神話圖中的是堅硬的k聲音，但是克里斯蒂在這顆衛星的發音上將k的發聲改為ch的發音，之後他的妻子Charlene的綽號就是“Char”（碳灰），而sh的發音也在天文界流行了，大家也都隨俗的使用這樣的發音。在除了英語以外的歐洲語系，依然是使用神話中的發音，念ch的聲音。

形成原因

美國西南觀象台科學家魯賓·卡努普在美國一期《科學》雜誌上著文，展示他採用計算機模擬計算得到的卡戎是一個星體與冥王星碰撞的結果。

魯賓·卡努普的工作就是建立一個數學模型，通過計算機模擬，再現這一過程。魯賓·卡努普模擬計算的結論顯示，當年有一顆直徑在1600公里到2000公里的星體與冥王星發生了碰撞，碰撞後在冥王星附近產生了彼此相距不遠的很多碎片，這些碎片逐漸結合在一起，最後形成了卡戎。

魯賓·卡努普模擬計算的結論不僅解釋了卡戎的形成過程，而且還證實，在太陽系形成的初期，星體碰撞對太陽系的最後形成起到重大作用。

羅賓·坎二做了一次模擬的結果在2005年出版，建議卡戎是在約45億年前的大碰撞中形成的，非常像地球和月球的狀況。在這個模型中，一個巨大的柯伊柏帶天體以高速撞擊冥王星，摧毀了自己，也轟掉了冥王星大部分的地幔，卡戎則從這些碎片中聚合而成。但是，這樣的撞擊應該會使冥王星有比我們發現的更多岩石成分，而卡戎會有更多凍的成分。因此認為冥王星和卡戎在軌道上碰撞之前就是兩個不同的天體，而這次碰撞雖然猛烈，但僅能將冰像甲烷一樣的蒸發掉，卻不足以造成瓦解的情形。

天體特點

卡戎的質量約為月球的1/45。但以衛星與其行星的大小之比而論，它卻是太陽系裡最大的衛星。冥王星的質量大約只是卡戎的10倍左右，而地球的質量卻是月球的81倍，木星比它最大的衛星大上千倍。

卡戎繞冥王星公轉的周期，恰好等於卡戎自身的自轉周期和冥王星的自轉周期，也就是說它們始終保持同一面朝向對方。卡戎繞太陽公轉的周期與冥王星同樣是248個地球年。它與太陽的距離也與冥王星基本相同，平均約59億公里。

此外，卡戎自身的引力大到足以使它呈球形，而冥王星和卡戎的共同重心位於外空間裡，並不位於冥王星內部。這些特徵使一些天文學家認為，冥王星與卡戎更像是一個雙星系統，彼此是平等的伴星關係，而不是行星與衛星的關係。

卡戎的密度很低，大約是每立方厘米2克，表示它可能很像土星的冰質衛星，如土衛五，它的表面可能覆蓋著冰水。

卡戎的直徑約為750英里，正好約為冥王星的一半，表面積約為|4,580,000平方千米，表面布滿了冰凍的氮和甲烷。與冥王星不同的是，卡戎的表面看起來可能是被凍結的不易揮發的水。卡戎表面溫度約為-230℃，密度為1.63克/立方厘米cm³，顯示組成成分中，岩石占了一半多，冰則比一半少一點。其表面大氣僅約為0.1毫巴左右，是地球表面大氣濃度的萬分之一，稀薄到幾近於無，現時科學家正努力研究冥衛一的表面，以確定該衛星有沒有大氣層。

“新視野號”在美國東部時間7月13日晚10：41分，拍攝距離約為29萬英里，傳回的照片上可以看出，“卡戎”北極為深色區域。該區域被研究人員稱為“魔多”（Mordor）。奧爾金表示，深色或代表著該區域表面覆蓋著一層“薄薄的物質”。

地位爭議

冥王星-卡戎的質心落在這兩個天體之外，因此其中一個並不是真正繞著另一個在公轉，而且兩者的質量是可以相互比較的，因此卡戎不適合被當作冥王星的衛星。取而代之的是雙矮行星，應隨著冥王星一起重分類。

在國際天文學聯合會的年會中有一項草案是2006年行星重定義，建議行星必須繞著太陽運轉，並且有足夠大的重力使本身成為球體。在這樣的草案下，卡戎有資格成為行星，因為草案明確定義衛星的條件是系統的重心必須在主要的天體內部。但最後的重分類將冥王星歸類為矮行星，但卻沒有正式的定義行星的衛星，使卡戎的身分變得很不明確。(迄今，卡戎仍未被國際天文學聯合會列入矮行星的認可名單中)

國際天文學聯合會的行星標準規定：在一個繞恆星公轉的多天體系統中，如果主天體是行星，次天體也是球狀，又滿足一定的條件也可稱為行星，也就是主天體和次天體之間的引力中心不在主天體的內部。這樣卡戎星就符合這個條件。

冥衛二、冥衛三、冥衛四和冥衛五也環繞著相同的重心，但是它們不夠大而不是球體，所以很簡單的可以認定是冥王星的衛星。（或者，以另類的看法，是冥王星-卡戎系統的衛星）。

構成物質

卡戎的密度大約是水的1.7倍，這意味著這顆衛星差不多是由60%的岩石和40%的冰構成的。科羅拉多州玻爾得市西南研究所的行星學者羅賓表示，由於冥王星的岩石構成只略微多了一點（70%），因此卡戎和冥王星可能是很早以前碰撞在一起的兩顆原始行星，並且以這樣一種方式彼此盤繞在一起。

探測發現

新視野號探測器在2006年1月發射升空，預計最早將於2015年年中到達冥王星。它要觀測冥王星，然後還將探測冥王星的衛星——卡戎，然後繼續前往冥王星外的柯伊伯帶，並置身於茫茫太空之中。

2015年7月14日新視野號探測器飛掠冥王星，測得卡戎直徑約1208km。

卡戎(太陽系中的一個天體)