卡戎(太阳系中的一个天体)

卡戎是矮行星冥王星五颗已知天然卫星中最大的一颗，也叫冥卫一，大陆译作卡戎（中国台湾译作凯伦），平均半径为606km，于1978年在美国华盛顿特区的海军天文台被发现。卡戎的直径是冥王星的一半，质量是冥王星质量的八分之一，与冥王星相比，相当于是这个矮星星的一个非常大的月亮。名称源于罗马神话中冥王普路托的役卒卡戎，向亡魂索取金钱为他们划船渡过冥河。天文学家在2005年发现另外两颗冥王星的卫星：冥卫二和冥卫三，2011年7月哈勃太空望远镜发现了第四颗卫星，临时命名为S/2011 P4，2012年7月11日又宣布发现了第五颗卫星S/2012 P1。依现行的定义，冥卫一是冥王星最大的卫星，可与冥王星组成双矮行星。新视野号于2015年7月14日飞掠冥王星和卡戎，也是唯一拜访过冥王星的探测器。

基本介绍

中文名：卡戎
外文名：Charon
别称：冥卫一
分类：矮行星
发现者：詹姆斯·克里斯蒂
发现时间：1978年6月22日
质量：1.52×1021千克（2.54×10^−4 地球质量）
平均密度：（1.65 ± 0.06）克/立方厘米
直径：1207±3 km（0.095 地球直径）
表面温度：-220℃（53K）
逃逸速度：0.580 km/s
反照率：0.36 ～ 0.39
视星等：16.8
绝对星等：1
自转周期：6.387230±0.0864 d
公转周期：248个地球年
轨道倾角：0.080°
表面重力：0.288 m/s2
表面积：4,580,000平方千米
大气层：无
太空任务：新视野号
表面积：4.6×10^6 km^2（0.0090地球表面积）

研究历史

卫星发现

1978年6月22日，美国天文学家詹姆斯·克里斯蒂以高放大率检查拍摄到的冥王星的照相底片时，注意到有一个微小的凸起会周期性的出现，由此推断冥王星有一颗卫星。之后，回溯到1965年4月29日的底片也确认了这个凸起。这个新发现的天体最终被正式命名为卡戎。

卫星研究

卡戎过去被认为是冥王星的卫星，又名冥卫一，离冥王星约有19740 千米。它于1978年被美国天文学家詹姆斯·克里斯蒂发现。

2006年，冥王星和卡戎被定义为矮行星。由于卡戎的体积与冥王星相差不大，冥王星-卡戎的质心落在这两个天体之外（如图），因此冥王星与卡戎是一个双矮行星系统。

冥王星和卡戎的表面，从光度的变化被确认是在相互掩蔽的时期。冥王星和卡戎在潮汐锁定的状态下，以6.387天的周期互绕，所以永远以相同的位置遥遥相对。两者的平均距离是19,570 千米（12,163英里）。卡戎的发现使天文学家可以精确的测量冥王星系统的总质量，而互掩可以计算各自的大小(直径)，但是个别的质量依然只能用估计的，直到2005年发现冥王星外围的卫星，才依据外面卫星的轨道细节揭露出卡戎的质量大约是冥王星的11.65%，同时也显示密度为1.65±0.06公克/厘米³，并建议有55±5%是"岩石"，45%是冰。冥王星的密度较高，约有70%的"岩石"。

卫星命名

卡戎原来的临时名称是S/1978 P 1，是根据当时大会制定的新的命名规则给予的。稍后，克里斯蒂称之为“卡戎（Charon）”，但直到1985年国际天文联合会才认同这个名字是官方的名称。在希腊神话中卡戎是死者的摆渡人，与冥王哈得斯（在罗马神话是普鲁托）在神话图中是紧密联繫在一起的神祇。

虽然在传统的英语发音中神话图中的是坚硬的k声音，但是克里斯蒂在这颗卫星的发音上将k的发声改为ch的发音，之后他的妻子Charlene的绰号就是“Char”（碳灰），而sh的发音也在天文界流行了，大家也都随俗的使用这样的发音。在除了英语以外的欧洲语系，依然是使用神话中的发音，念ch的声音。

形成原因

美国西南观象台科学家鲁宾·卡努普在美国一期《科学》杂誌上着文，展示他採用计算机模拟计算得到的卡戎是一个星体与冥王星碰撞的结果。

鲁宾·卡努普的工作就是建立一个数学模型，通过计算机模拟，再现这一过程。鲁宾·卡努普模拟计算的结论显示，当年有一颗直径在1600公里到2000公里的星体与冥王星发生了碰撞，碰撞后在冥王星附近产生了彼此相距不远的很多碎片，这些碎片逐渐结合在一起，最后形成了卡戎。

鲁宾·卡努普模拟计算的结论不仅解释了卡戎的形成过程，而且还证实，在太阳系形成的初期，星体碰撞对太阳系的最后形成起到重大作用。

罗宾·坎二做了一次模拟的结果在2005年出版，建议卡戎是在约45亿年前的大碰撞中形成的，非常像地球和月球的状况。在这个模型中，一个巨大的柯伊柏带天体以高速撞击冥王星，摧毁了自己，也轰掉了冥王星大部分的地幔，卡戎则从这些碎片中聚合而成。但是，这样的撞击应该会使冥王星有比我们发现的更多岩石成分，而卡戎会有更多冻的成分。因此认为冥王星和卡戎在轨道上碰撞之前就是两个不同的天体，而这次碰撞虽然猛烈，但仅能将冰像甲烷一样的蒸发掉，却不足以造成瓦解的情形。

天体特点

卡戎的质量约为月球的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卡戎的10倍左右，而地球的质量却是月球的81倍，木星比它最大的卫星大上千倍。

卡戎绕冥王星公转的周期，恰好等于卡戎自身的自转周期和冥王星的自转周期，也就是说它们始终保持同一面朝向对方。卡戎绕太阳公转的周期与冥王星同样是248个地球年。它与太阳的距离也与冥王星基本相同，平均约59亿公里。

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于外空间里，并不位于冥王星内部。这些特徵使一些天文学家认为，冥王星与卡戎更像是一个双星系统，彼此是平等的伴星关係，而不是行星与卫星的关係。

卡戎的密度很低，大约是每立方厘米2克，表示它可能很像土星的冰质卫星，如土卫五，它的表面可能覆盖着冰水。

卡戎的直径约为750英里，正好约为冥王星的一半，表面积约为|4,580,000平方千米，表面布满了冰冻的氮和甲烷。与冥王星不同的是，卡戎的表面看起来可能是被冻结的不易挥发的水。卡戎表面温度约为-230℃，密度为1.63克/立方厘米cm³，显示组成成分中，岩石占了一半多，冰则比一半少一点。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。

“新视野号”在美国东部时间7月13日晚10：41分，拍摄距离约为29万英里，传回的照片上可以看出，“卡戎”北极为深色区域。该区域被研究人员称为“魔多”（Mordor）。奥尔金表示，深色或代表着该区域表面覆盖着一层“薄薄的物质”。

地位争议

冥王星-卡戎的质心落在这两个天体之外，因此其中一个并不是真正绕着另一个在公转，而且两者的质量是可以相互比较的，因此卡戎不适合被当作冥王星的卫星。取而代之的是双矮行星，应随着冥王星一起重分类。

在国际天文学联合会的年会中有一项草案是2006年行星重定义，建议行星必须绕着太阳运转，并且有足够大的重力使本身成为球体。在这样的草案下，卡戎有资格成为行星，因为草案明确定义卫星的条件是系统的重心必须在主要的天体内部。但最后的重分类将冥王星归类为矮行星，但却没有正式的定义行星的卫星，使卡戎的身分变得很不明确。(迄今，卡戎仍未被国际天文学联合会列入矮行星的认可名单中)

国际天文学联合会的行星标準规定：在一个绕恆星公转的多天体系统中，如果主天体是行星，次天体也是球状，又满足一定的条件也可称为行星，也就是主天体和次天体之间的引力中心不在主天体的内部。这样卡戎星就符合这个条件。

冥卫二、冥卫三、冥卫四和冥卫五也环绕着相同的重心，但是它们不够大而不是球体，所以很简单的可以认定是冥王星的卫星。（或者，以另类的看法，是冥王星-卡戎系统的卫星）。

构成物质

卡戎的密度大约是水的1.7倍，这意味着这颗卫星差不多是由60%的岩石和40%的冰构成的。科罗拉多州玻尔得市西南研究所的行星学者罗宾表示，由于冥王星的岩石构成只略微多了一点（70%），因此卡戎和冥王星可能是很早以前碰撞在一起的两颗原始行星，并且以这样一种方式彼此盘绕在一起。

探测发现

新视野号探测器在2006年1月发射升空，预计最早将于2015年年中到达冥王星。它要观测冥王星，然后还将探测冥王星的卫星——卡戎，然后继续前往冥王星外的柯伊伯带，并置身于茫茫太空之中。

2015年7月14日新视野号探测器飞掠冥王星，测得卡戎直径约1208km。

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