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冥王星是九大行星中唯一没被太阳系空间探测器光顾的天体。正由于还没有宇宙飞船访问过冥王星，因此它至今还是一颗很神秘的星球。长期以来，天文学家对冥王星知之甚少，但好奇心驱使人们探索这颗遥远的天体。近年来，为了进一步探索冥王星的秘密，美国的天文学家要求美国宇航局（NASA）加大对冥王星探测计划的投入，虽然NASA也曾对此做出过积极的回应，但庞大的预算经费（将近8亿美元）使得NASA于2000年秋决定暂时将探测计划搁置一旁。由于公众的强烈要求，使得NASA不得不重新考虑已经做出的决定。美国行星协会发动了一场声势浩大的“拯救冥王星任务”运动。在2001年11月，从美国得克萨斯州圣安东尼奥西南研究院（SRI）和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的一个联合小组传出好消息，他们的名为“新视野（New Horizons Spacecraft）的研究计划终于通过了NASA的严格评估，预计2006年初发射升空。”
太阳系边疆的“老九”
冥王星在太阳系九大行星中是最晚一个被发现的。20世纪初，美国天文学家洛韦尔推算出在海王星之外还应有一颗行星，可是一直到1916年他去世之前也没有发现这颗行星。1930年1月，洛韦尔天文台的青年天文学家汤博，终于在用新望远镜拍下的照相底片中发现了这颗行星，即太阳系第九大行星。后来按照惯例用罗马神话中冥王普鲁托的名字命名它，即冥王星。冥王星的公转周期约为248年，从发现至今，它在轨道上只走了约1/4圈。
根据冥王星具有周期性亮度变化，天文学家在1973年测定了它的自转周期为6天9时17分。1978年7月，美国海军天文台的克星里斯蒂在研究冥王星照片时，发现冥王星上有个隆起，于是他把1970年以来所有的冥王星照片统统找出来研究，发现这个隆起在有规律地围着冥王星旋转。经过研究，克里斯蒂认为这个隆起物是冥王星的卫星。于是，应用开普勒定律人们可以算出冥王星的质量，它的质量为1.43×1025克。冥王星的卫星被命名为“卡戎”，意为专门把亡灵渡过冥河进入冥府的艄公。卡戎距冥王星约19000千米，它的公转周期与冥王星的自转周期一样。
1980年6月，天文学家通过天文望远镜，利用光斑干涉测量的新技术，测出冥王星及其卫星的半径分别为2000千米和1200千米左右。以后进一步推测冥王星的直径约为2400千米，比水星小约一半。由于冥王星及其卫星的体积、质量相差较小，远不如其他行星和其卫星那样相差较大，因而被看作是太阳系中的孪生兄弟，有的天文学家常把它们叫做“双行星”。冥王星是一个阴冷、黑暗，充满着未知的神秘世界。冥王星由于远离太阳，所以它表面温度很低，它是一颗冰冻（甲烷冰）的星体，至于它是否有光环目前还不清楚。可以想象，在冥王星上，太阳看起来比在地球上小得多，暗得多，所以冥王星也就冷得出奇——表面的平均温度是-233℃比绝对零度才高出40℃。
更令人惊讶的是，这个地狱般的世界虽然如此的遥远、阴冷，却像地球一样，有非常明显的季节变化。1988年，冥王星遮掩住了一颗明亮的恒星，天文学家们巧妙地抓住这个难得的机会，发现冥王星也有一个大气层，其地表大气压仅有地球上的十万分之一；尽管如此，我们预期仍能观察到天气变化，风，雾，化学变化甚至电离层。冥王星太小了，直径仅有两千四百多千米，比月亮还小三分之一，所以它产生的引力也很弱，根本“抓”不住它的外层大气，以至于这些气体极快向外层空间逃逸出来，就好像一颗典型的彗星一样。
冥王星的公转轨道很扁，它的近日点只有44亿千米，比海王星的近日点不近，而它的远日点为74亿千米，两者相差竟达30亿千米！随着冥王星离太阳越来越远，它的大气就会冻结起来，凝成氮霜落到表面；由此再经过约半个冥王星年（一个冥王星年约为248个地球年）左右，冥王星就到了远日点，其时距离太阳约有50个日地平均距离！
由于距离太阳遥远，冥王星接收到太阳的光和热很少，因此那里是一个永恒的冰冻世界。正午时分它的表面温度也只有-223℃，而夜间则会降到-253℃。在这样低的温度下，许多物质的性质会发生奇妙的变化：皮球会比玻璃还脆，水银比钢铁还硬。也许有人会提问，既然冥王星上的温度这么低，那么，它会有气体挥发形成的大气层吗？
1978年，有的天文学家对冥王星进行光谱分析，发现它的表面至少有一部分由甲烷组成的冰。甲烷是一种碳氢化合物，它的冰点接近绝对零度即-273○.15С。如果冥王星上确实有甲烷的话，那么，尽管冥王星上的光照十分微弱，甲烷还是会蒸发的，这样就会形成一个大气层。有一种观点认为，冥王星上的确有大气层，如果甲烷是冥王星的唯一气体的话，那这个大气层只存在于它的向阳面，背阳面却没有。另一种观点认为，当冥王星处在远日点时，冥王星上只有向阳面才有大气层，而当它进入近日点时，在它的背面也可能出现一层甲烷蒸气。
为什么要探测冥王星？
（1）太阳系是否还存在着冥王星以外的大行星？从理论上说有这种可能性，天文学家至今仍在搜索。美藉荷兰天文学家杰拉德·柯伊伯于1951年预言，海王星轨道以外有个小天体带（后来称为柯伊伯带）。柯伊伯带是太阳系早期行量形成过程的产物，据推测，柯伊伯带中直径在100千米以上的天体要超过10万个；它可能为天文学家探索太阳系的形成过程提供重要线索。1992年，天文学家在美国夏威夷莫纳克亚天文台第一次清楚地观测到了柯伊伯带天体。此后，天文学家们陆续观测确定了600多颗柯伊伯带天体，它们的直径从50千米到1200千米不等。很多天文学家曾经利用计算机模拟技术模拟过冥王星与柯伊伯带的形成过程，结果发现，这些形成于50亿年前的天体起初的质量应该是现在的100倍，也就是说，当初的冥王星外围曾经有过体积庞大的固态物质，这些物质足以形成与天王星或海王星大小相近的行星。那么究竟是什么因素使得它们最终分崩离析了呢？它们与天王星或海王星有没有因果关系呢？近年，美国罗斯地球及太空中心的科学家提出新理论，认为冥王星其实不是颗大行星，而只是个巨大的冰冻块。但大部分天文学家认为，除非有确实证据，否则仍会视冥王星为太阳系第九颗大行星。
（2）冥王星的卫星也引起科学家们的兴趣。冥卫的直径达1200千米，接近冥王星的二分之一。因为它们的体积如此接近（在太阳系中还没有类似的情况——大多数卫星的直径都只及它们所围绕的行星的百分之几），所以前些年有科学家提出，冥王星和冥卫会不会是一对双行星呢？虽然近年来天文学家陆续发现了一些成对的小行星，但人类还从来没有接近过它们。2001年以来，科学家陆续在柯伊伯带中发现了一些“双星”——对小行星系统。这些系统的共同特点是：两个小天体大小相似，互相围绕着运动，但距离非常遥远，通常是较大天体半径的数十倍，甚至数千倍之多。火星和木星之间的小行星带里也存在一些“双星”系统，科学家认为那是由天体之间撞击、裂解、残骸重新积聚形成的。但柯伊伯带中双行星系统太多，两天体间距也普遍太远，很难用撞击制来解释。近年美国加州理工学院的科学家提出，这些双行星系统应当是引力将两个原本不相关的天体约束在一起而形成的。随着更多柯伊伯带天体被发现，这些假说可以得到更严格的检验。由于柯伊伯带中的物质是太阳系形成早期剩下的，研究其中天体的性质将有助于了解太阳系的形成和演化史。
（3）天文学家把冥王星和冥卫称作一对双行星，在整个太阳系中恐怕仅有地球和月亮能与之相类比——这两个兄弟亲密无间，冥王星脆弱的大气很可能就有一部分逃逸到冥卫附近的轨道上。然而奇怪的是，这兄弟俩个性迥然不同：虽然总体来说，它们密度大约是水的两部，主要由三分之二的岩石和三分之一的水冰构成；但是冥王星地表大部分被强挥发性的氮霜覆盖，也不乏甲烷和一氧化碳雪层的痕迹，而冥卫却裹在杂质水冰之中。地面天文台和哈勃空间望远镜的观测结果表明，冥王星的表面有很高的反光特性，提示冥王星上有广阔的冰帽存在。而冥卫的表面黯淡，没有明显的标记物。此外，冥王星的表面有大气层存在，而冥卫则没有。那么究竟是什么原因使得这两个邻居的地理环境如此不同呢？到底是由于它们的形状、构成成分，还是别的形成原因？
（5）冥王星的密度、形状和地表组成与海王星最大的卫星——海卫一很相似。先前的旅行者2号探测器在飞经海王星系时发现海卫一的表面有剧烈的火山活动。那么在冥王星或者是它外围的柯伊伯带天体上是否也在类似的活动呢？现有的天文学理论认为应该没有，但当初科学家们不是也没有预料到海卫一的表面会有火山活动吗？这些现象提示，人类关于太阳系演化的知识还相当有限，有些还可能从根本上就是错误的。
（6）冥王星大气令人神往。理论上认为，冥王星表面大气层密度比地球的低将近三万倍，主要由氮气、一氧化碳和甲烷组成。此外，冥王星大气最外层的分子可以获得足够的能量挣脱冥王星的引力作用，此种现象被称为“逃逸”现象。在其他天体上，科学家们目前还没有发现类似的现象，而现有的理论认为，地球面表之所以能形成如今这种适合人类居住的地理和气候环境，就在于“逃逸”使得地球表面大量的氢元素被释放。对这种“逃逸”现象的研究也许可帮助找到其他适合人类居住的星球。还有，冥王星表面的有机物（如甲烷）和星体内部蕴藏的冰也使科学家们感到兴奋。
崭新的“新视野”探测计划
“新视野”探测器计划总预算额为4.88亿美元，其中还包括8000万美元的贮备预算。如果新计划得以进行，那么“新视野”号太空探测器将于2015年夏天抵达冥王星。如果“新视野计划”得以进行，那么NASA要求科学家们至少要完成三项工作：第一，利用平均分辨率达1千米的望远镜观测并描绘冥王星和冥卫的表面情况（现在分辨率最高的哈勃空间望远镜的分辨率为500千米左右）。第二，测定冥王星和冥卫表面土壤的构成情况。第三，测定冥王星大气层的组成情况和“逃逸”现象发生情况。此外，NASA还希望“新视野计划”能够监测到冥王星的表面温度波动情况以及将至少一个柯伊伯带天体作为冥王星的对照天体，并对其进行与冥王星完全相同的研究，以获得对照资料。
目前，“新视野”太空探测器的研制工作正积极进行。“新视野”的重量预计将达到416千克。它将携带至少4套实验设备——一台地表分析光谱仪（可以利用红外线遥感技术探测冥王星和冥卫的地表情况），一台无线电探测装置（用以探测冥王星和冥卫表面的大气组成和温度变化），一台带电粒子探测仪（用以探测冥王星和冥卫表面逸出的粒子以及它们的运动情况），一台分辨率达50千米的摄像机（用以对经过光谱仪筛选的地域进行更高分辨率的地形图绘制工作）。
“新视野”号探测器将于2006年1月发射。升空后，探测器将首先飞向木星，然后借用木星的引力作用奔向冥王星。在飞经木星的过程中，“新视野”还将顺便对木星和它的20多个卫星进行为期4个多月的探测工作。此后，探测器便将一直飞向冥王星，并于2015年的某一天抵达那里。在从木星飞向冥王星的这段时间里，“新视野”号探测器上的绝大部分仪器将处于“冬眠”状态，以减少能量消耗和仪器故障的发生。当然，地球上的控制人员将无时不刻不密切关注“新视野”的运行情况。为了保险起见，地面控制人员将每年“唤醒”一次“新视野”，并利用50天左右的时间对它上边的所有装置进行一次检查和校准工作。
当“新视野”距离冥王星还有100万千米（大约相当于75天的飞行时间）的时候，各种机载设备就要投入工作了。在接下来的时间里，科学家们将借助各种机载设备对冥王星和冥卫进行全方位的探测。当探测器飞过冥王星到达它的阴面里，探测器将借助于冥卫反射过来的光线继续对冥王星阴面的地表情况进行探测。此外，地球上的控制人员将开始向冥王星发射无线电波。那些穿过冥王星大气的无线电波被探测器上的巨型天线接收后，探测器上的仪器就会根据无线电波的折射情况推算出冥王星大气层的温度和密度。当探测器最终飞越冥王星后，它还要利用5年时间对冥王星附近的柯伊伯带进行一系列类似的探测。对柯柯伊伯带的探测数目将由当时的动力储备情况决定。
如果在2006年以前科学家们不能将探测器发射升空，那么届时太阳系各大行星的排列位置将发生变化（由它们的公转运动所致），探测器将无法利用木星这一天然助推器的“弹射”作用飞向冥王星。那样的话，科学家们就不得不再等上至少12年，因为木星下一次的理想位置要到2018年才出现。而那个时候，冥王星将运行到距离太阳数亿千米的位置，加上冥王星独特的倾角，届时冥王星表面将有400多万平方千米的面积被冰帽覆盖，表面温度也将明显下隆。科学家们担心，如果那样的话，探测器将无法完成预定的地表探测和气温监测工作，而要等到冥王星也运行到合适的空间位置，恐怕要到23世纪了。目前科学家们正在加紧“新视野”号太空探测器的研制工作。
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