探索冥王星

2015年7月14日，美國東部時間晚9時左右，一個無線電遙測信號預計將完成超過48億千米的遠征，到達美國宇航局「深空網路」的一座巨型碟形天線，隨後來到位於美國馬里蘭州的一個指揮中心——行星科學家阿倫·斯特恩將在此恭候。一旦信號如期抵達，他就將知道自己25年來孜孜以求的冥王星勘測邁出了最重要的一步。

在這個信號到達之前13小時，重量約為500千克、如鋼琴大小的「新地平線號」探測器（以下簡稱「新地平線號」）將飛過冥王星（現已從行星降格為矮行星）及其衛星群，拍攝近距離照片和採集其他數據。斯特恩期待這些信息將「改寫教科書」。不過，這要求「新地平線號」避開時速高達4.99萬千米的塵埃和冰粒子的撞擊，否則，還等不到有機會向地球傳輸自己的種種發現，這艘探測器就已葬身太空。常駐美國科羅拉多州「西南研究所」的斯特恩說：「那真是一場十分嚴峻而又緊張萬分的考驗。」他的語氣似乎是很開心的，就好像他歡迎這場危機四伏的考驗似的。實際上，到了現在，作為「新地平線號」任務的主要籌劃者和推動者，斯特恩已經習慣了緊張——有關遠征冥王星的幾乎所有細節，其實都是抗爭。

25年前，當斯特恩開始尋求冥王星之旅時，他的同行們仍在期盼「旅行者號」雙飛行器（發射於1977年）對外太陽系的探測結論。籌劃者們一度考慮過把冥王星納入「旅行者1號」的探測目標，但他們隨後為「旅行者1號」選定的路線是讓它飛近探測更有吸引力的目標，例如土星的衛星泰坦（土衛六）。於是，「旅行者1號」在1980年經過土星後，直接向星際空間飛去。隨著「旅行者2號」在1989年8月飛近探測海王星，「旅行者號」雙飛行器的外太陽系探索之旅畫上了句號。

大多數科學家對冥王星未能得到近距離探測不以為然。但是，斯特恩不是其中一員。對他而言，太陽系探索並未完成。到了1989年春季，在獲得天體物理學和行星科學博士學位後，斯特恩就已在思索怎樣推動美國宇航局發射對冥王星（當時它是太陽系第九大行星）的探測器。那時的他是個年輕人，但也是天體物理學及行星探索領域的資深人士。而該領域的主要科學家都已年過五十，他們對斯特恩說：「你沒開玩笑吧？等到我們（的探測器）能到達冥王星之時，我們恐怕都已作古了。」這顯然是誇張，讓探測器去冥王星要不了太長時間。不過，要是美國宇航局遲遲不下這方面的決心，那麼這些科學家可能真得等到「作古」，也可能等不到探測器飛抵冥王星。如此一來，飛近探測冥王星就將成為他們未能了卻的一個心愿。

斯特恩召集了多名科學家，一起承擔近距離探測冥王星的壯舉。在「旅行者2號」飛近探測海王星，讓科學家首次窺探到海王星的一顆含冰衛星——特里同（海衛一）之後，這項事業變得越發誘人。科學界曾普遍認為特里同是冥王星的表兄弟。而「旅行者」拍攝的圖像顯示，特里同表面地貌怪異、扭曲，還有由凍結的氮構成的間歇泉。這讓科學家們非常驚訝。他們開始相信，冥王星或許也一樣奇異和令人激動。

1930年，在經過近一年的望遠鏡觀測後，美國一家天文台的一名年輕助理克萊德·湯博率先發現了冥王星。冥王星距離地球和太陽如此遙遠，它248年才環繞太陽一圈，與太陽的平均距離是59.5億千米。發現冥王星近半個世紀後，科學家才擁有了研究它的技術。1976年，3名美國科學家在冥王星的紅外光譜中發現了甲烷，並且推測這些甲烷冰凍在冥王星的表面。這一發現堪稱是劃時代的壯舉。幾年後，科學家們知道了冥王星的冰中還有更奇異的氮霜和一氧化碳霜。這些冰霜之所以能夠存在，僅僅是由於冥王星的表面溫度只有-228.9℃。直到1978年，科學家才探測到冥王星的衛星卡戎。後者的大小相當於美國的得克薩斯州，大約是冥王星大小的一半。其實，直到今天也無人確知冥王星究竟有多大，但估計其大小約為地球的2/3。

1988年，科學家使用美國宇航局的一部太空望遠鏡，觀測冥王星在5分鐘時間內從一顆恆星前方經過的過程。他們發現，恆星的星光並未突然暗下來（如果行星沒有大氣，就會造成星光突然變暗），而是逐漸變暗，這就證明冥王星至少有些許大氣。當時尚未就讀研究生院的蕾絲莉·楊，是這項觀測的助手之一。如今已是「新地平線號」任務副主任的她回顧說：「那5分鐘的經歷，改變了我的一生。」

至於冥王星究竟是什麼模樣，那是地球上的任何望遠鏡都力所不及的。作為「新地平線號」任務團隊成員之一，馬克·布伊在1983年觀測冥王星時就知道了這一點。到了1994年，他贏得了哈勃太空望遠鏡的觀測時段，從而首次得以一瞥冥王星的面孔，但只是很模糊的觀測——就算是在「哈勃」的視野中，冥王星也只有幾個像素。對冥王星拍攝的那些所謂最佳的照片，也只能顯示出冥王星表面看似隨著時間變化、明暗對比強烈的斑塊而已。與此同時，斯特恩及其他科學家提出，冥王星表面的揮發性冰霜以及它的稀薄大氣層鎖定於一種緩慢而複雜的舞蹈中，冰霜隨著季節變換持續遷徙：夏季，冰霜從太陽光照暗弱的極地蒸發；冬季，冰霜凝固在幽暗的極地。如此看來，冥王星竟然不是一個冰球，而是一個比大多數科學家認為的還要複雜得多的天體。

到了這時，一場已經開始的變革將重塑科學家們對太陽系的認識。在冥王星軌道外的廣漠空間搜尋時，科學家們探測到了更遙遠的世界，那裡有許多星體都與冥王星個頭相近。到了20世紀90年代末期，科學家們已經意識到，他們所看見的那些天體都屬於一個族群（如今稱為矮行星）。他們對矮行星家族成員的數量仍不清楚，但推測可能有成千上萬顆。這些天體所在區域被命名為柯伊伯帶（傑拉德·柯伊伯是美國亞利桑那大學「月球及行星實驗室」創始人，被普遍認為是行星天文學之父）。這是太陽系中一個全新的未知地帶。

至於冥王星，國際天文學聯合會把它的身份從以前名正言順的行星貶為矮行星。但對於這個新造的概念，斯特恩等科學家至今不予認同。雖然美歐等地的許多教科書中現在都說太陽系中只有8顆行星，但對於什麼天體才夠「行星」資格的爭論無疑會繼續下去。

這場爭論爆發之前，斯特恩就在「推銷」他的冥王星探測任務方面採取了一種新論調。突然之間，他不再被視為「另類」。他越來越少地論及造訪冥王星，而是更多地談論探索柯伊伯帶中已知最大和最有趣的天體的機會。雖然他對推動這類探測任務不遺餘力，但前往冥王星及柯伊伯帶所需的高昂成本和漫長航行時間卻讓人望而卻步。許多行星科學家為競爭美國宇航局有限的經費，都收回了對冥王星或柯伊伯帶探測任務的支持。從20世紀90年代進入21世紀，美國宇航局在這方面猶豫不決：冥王星一次又一次在任務計劃名冊中出現和消失。直到2003年，美國宇航局才終於批准了斯特恩的飛近探測提議——不僅是探測冥王星，而且還要儘可能探測另一顆柯伊伯帶天體。斯特恩把這項任務命名為「新地平線號」，不僅寓意該任務要探索的是太陽系中的未知領域，而且寓意相對迅速和低成本深空探測技術的研發。

行星之間的相對運動，使得2006年的最初幾周成為一個重要的發射窗口：如果在此期間升空，「新地平線號」就會經過巨大的木星，獲得強大的木星引力援助，從而把航行時間從14年縮短到9年半。否則，「新地平線號」必須等到2020年後才會抵達冥王星。按照一些理論模型，如果發生後一種情況，斯特恩團隊就可能沒有機會研究冥王星的大氣層：到那時，在高度偏離正圓的軌道中運行的冥王星將運動到距離太陽很遠處，那樣一來，冥王星的大氣層就應該已經凍結在冥王星表面。

因為「新地平線號」的設計、製造和測試時間只有不到3年，所以斯特恩團隊不得不「懸樑刺股」、爭分奪秒地加緊干。幾乎每個人都對他們說：「夥計，你們幹不成的。」最緊張時刻之一出現在2004年夏季。當時，由於安全故障，美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室暫時關閉，從而威脅到「新地平線號」的燃料——鈈的生產。好在，潛心苦幹沒有白費。斯特恩團隊最終趕在了最後期限之前完工，而且基本未超預算。斯特恩不無自豪地說：「宇航局花了超過11年時間和將近3億美元來研究冥王星任務，而我們建造該任務的硬體也只花了這麼多成本。」

2006年1月19日，「新地平線號」離開地球。當時，「擎天神5型」強力運載火箭把它推進到每小時5.79萬千米的速度，這也是飛船離開地球時的最大速度。不到9小時後，它就跨越了月球軌道，而這個時長僅為「阿波羅」飛船登月任務途中費時的幾分之一。還不到1個月，「新地平線號」就已深入太空160萬千米。2007年2月，在距離地球8億千米的地方，「新地平線號」飛奔經過木星，並且踏上飛往冥王星之路。「新地平線號」控制團隊把它這次對木星的飛近探測作為一次演練：遙控它對準木星及其衛星，以便到時候讓它對準冥王星和其他的柯伊伯帶天體。不過，由於還要等8年半的時間才能到達冥王星，所以任務控制團隊讓「新地平線號」進入冬眠模式，只在每年檢查它的系統時才把它喚醒。

在這一漫長、孤寂的巡航階段，任務控制團隊卻比你預想的要忙，因為冥王星和卡戎（冥衛一）還有其他夥伴。參與該項目的科學家哈爾·韋弗及一個小團隊就使用「哈勃」，在2005年發現了兩顆冥衛。它們的直徑都不超過160千米，稍後它們分別被命名為尼克斯和海德拉，這些名字都緣於「新地平線號」的英語發音。接著，在2011年和2012年，「哈勃」發現了另外兩顆還要小得多的冥衛——科比羅斯和斯迪克斯。這些新發現的冥衛讓軌道動力學家十分頭痛，他們搞不懂冥王星為何會有如此這般的衛星組合。不僅這樣，科比羅斯和斯迪克斯的超小個頭讓這些科學家尤其困擾：它們的引力理應很弱，所以不能把噴射自它們表面的殘骸（在漫長時間裡，由路過的柯伊伯帶天體碰撞它們而生成）布成陣列，那麼冥王星周圍區域很可能分布著微型碎冰和岩石塊，這樣就為造訪冥王星的「新地平線號」設下了一個潛在的陷阱。韋弗解釋說，就算「新地平線號」遭遇一個1毫米直徑的顆粒碰撞，這項任務也可能宣告失敗。

「新地平線號」任務團隊花了一年半時間，結合數學模型和實驗，研究這艘飛行器可能面臨的塵埃顆粒碰撞風險。在實驗中，他們使用了美國宇航局「白沙實驗設施」（位於新墨西哥州）和戴頓大學（位於俄亥俄州）的超高速槍。這些槍向「新地平線號」的備用硬體發射微型彈藥（模擬塵埃顆粒）。讓科學家們放心的是：研究結果表明，「新地平線號」的初定飛行路徑（旨在讓該任務的科學回報最大化）也是危險性最小的路徑。馬克·布伊如此形容：「唯一不那麼危險的選擇，就是不去（造訪冥王星）。」

即便如此，隨著「新地平線號」在2015年春季逼近冥王星，任務團隊仍需當心可能存在的其他冥衛，尤其是那些可能催生塵埃群的冥衛。在7月14日「新地平線號」與冥王星相遇的兩周之前或更早，如果發現了潛在的威脅，那麼依然有時間讓這艘飛行器轉換到另一種飛行軌跡，從而降低風險。在此之後，控制團隊可能會採取最後一個緊急舉措：在「新地平線號」最接近冥王星之前大約3小時，讓這艘飛行器重新定向，即讓它的2.1米碟形天線指向飛行方向，以充當一種盾牌。這將限制高解析度的科學觀測（讓「新地平線號」搭載的儀器重新定向，需要轉動整艘飛行器），但如果這種犧牲能確保飛行器在與冥王星的相遇中存活下來，或許它就是必要的。韋弗相信重新定向將不會是必要的，其概率可能只有1/1000。

「新地平線號」任務團隊的興奮度從2015年4月開始上升，因為這艘飛行器與冥王星近距離相遇階段由此正式開始。從5月中旬起，來自「新地平線號」所搭載的黑白遠距照相機的圖像已超過「哈勃」拍攝的冥王星最高質量圖像的解析度。按照蕾絲莉·楊的說法，在此後兩個月中，「每一幅（由『新地平線號』拍攝的冥王星）照片都將是迄今為止最好的冥王星肖像」。斯特恩則說，7月13日，即「新地平線號」與冥王星最近距離相會的前一天，通過這艘飛行器看到的冥王星的樣子會比世界上最好的雙筒望遠鏡所觀測到的月球「更好看」。

在這個相會之日，隨著冥王星及其衛星系統在「新地平線號」機載科學儀器視場中迅速變大，儀器組將對冥王星和卡戎的表面特徵、化學組成、大氣層及相鄰衛星進行數百次觀測。在「旅行者號」雙飛船建造40年後，「新地平線號」攜帶的是40年前看來屬於「科幻」的技術，例如高達25兆像素的彩色相機，以及能詳盡繪製冥王星及卡戎表面組成的紅外光譜儀。長期以來科學家一直推測，當冥王星表面的甲烷冰暴露在太陽和宇宙輻射中時，產生的有機分子造成了冥王星表面的紅褐色陰暗區域。但正如蕾絲莉·楊所指出的那樣，這只不過是過去30年中科學家們對冥王星表面情況的猜想而已。「新地平線號」搭載的紅外光譜儀將告訴我們這種假想是否正確。

儘管「新地平線號」很先進，斯特恩團隊卻不得不對它的設計做出一定的妥協，以減少重量和造價。尤其是，這艘飛行器缺乏一張掃描平台，因此它不具備「旅行者號」的一種能力：一邊採集數據，一邊把天線指向地球。斯特恩指出，在它與冥王星的相會日，他們既不會與「新地平線號」通話，也聽不見來自它的訊息。也就是說，這艘飛行器只能完全依賴自己。在最近距離相會後，它甚至無需向地面控制團隊「簽到」。這就意味著，控制團隊無法及時了解「新地平線號」是否在穿越冥衛所在平面（這裡的塵埃危險最大）的過程中存活了下來。只有等到當晚，才能通過飛行器向地球發來的簡短訊息，來了解它的健康狀況。斯特恩說，「經過25年之後，我們能夠再等12小時，看它（指『新地平線號』）到底怎麼樣了。」

7月14日，美國東部時間早上7時49分，在距離冥王星大約9978千米的地方，「新地平線號」將與冥王星最近距離相遇。在那裡，太陽光的亮度還不到它在地球上的亮度的1/1000，所以需要長曝光以避免模糊。為此，「新地平線號」將不得不旋轉以追蹤目標。當「旅行者2號」1989年拍攝海衛一特里同的近距離圖像時，就採用了這種技術。然而，「新地平線號」屆時距離冥王星比「旅行者2號」當時距離特里同要近得多，因此前者拍攝的照片解析度是後者的11倍都不止。其中，最好的照片將能顯示0.002平方千米大小的地貌。

從這些照片上，我們會看到什麼？斯特恩及其團隊都不願進行猜測。碰巧的是，「新地平線號」到達冥王星的日子，正好是50年前美國宇航局的「水手4號」飛船率先抓拍到火星近距離照片的同一天。這些照片震驚了科學家們：他們一直以為火星表面與地球表面差不多，孰料，這些照片卻顯示火星表面像月球一樣密布隕擊坑，也像月球一樣荒涼、了無生機。科學家們，甚至就連太空探索迷們都很清楚，從依娥（木衛一）表面的活火山到辮子和帽子似的土星環，50年來的行星探索發現帶給人們太多驚喜。可是，人們還是愛作出推測。一位匿名的美國宇航局地質學家認為，冥王星的揮發性冰實際上蒸發自陽光照射的北半球，這一過程也許會創建一種壯麗的懸崖峭壁和平頂山景觀，就像是美國亞利桑那州紀念谷的冰凍版本。還有一些科學家大膽提出，就像一些土衛和木衛可能存在地下海洋，冥王星也可能存在這樣的海洋。斯特恩團隊也將尋找冥王星表面類似於特里同（海衛一）表面間歇泉那樣的噴泉。不過，這樣的尋找需要一些運氣，原因是冥王星有一個半球被黑暗籠罩。

在相遇後離開冥王星的過程中，「新地平線號」將回望冥王星和卡戎所造成的日食。屆時，機載儀器將有短暫機會窺探這兩個天體的大氣層，並且研究它們的結構、溫度和壓力。這艘飛行器也將觀察被反射自卡戎的微弱光線照射的冥王星的黑暗半球，解析度與從地球上裸眼看月球差不多，足以查明新鮮的冰是否已開始在冥王星的冬季極地堆積。

如果「新地平線號」能夠在通過冥王星系統的航程中存活下來，那麼從7月15日早上7時左右開始，一個預先選擇的相遇數據樣本將抵達美國約翰·霍普金斯大學在美國馬里蘭州的應用物理實驗室。這個被萬眾期待的照片數據包，將以稍稍壓縮的方式傳輸，目的是為了加快傳輸速度。即便如此，由於傳輸距離巨大，而「新地平線號」的天線又相對小，因此傳輸速度將只有每秒2000比特，比20世紀80年代的數據機（傳輸速率是每秒2400比特）還慢。

出於安全考慮，「新地平線號」要在接下來的兩個月里，以壓縮數據包的形式發回所有的相遇信息，從而讓它獲得科學發現的節奏看來更像是一次軌道器任務，而不像是一次性的飛近探測。隨後，這艘飛行器將以未經壓縮的方式，重新傳輸所有數據。這個過程將一直持續到2016年秋季。到那時，「新地平線號」距離另一次飛近探測——進入柯伊伯帶內部——還有大約兩年時間。但是，這次應該探測比冥王星還遠的哪一個柯伊伯帶天體呢？這竟然是一個不小的挑戰。用地面望遠鏡搜尋多年後，這個問題依然沒有答案。直到2014年，「哈勃」才幫上了忙。斯特恩團隊一下子得到了用「哈勃」搜尋1個目標的202次機會。到2014年10月，他們宣布找到了搜尋目標：兩顆小小的柯伊伯帶天體，它們的直徑都不到56千米，並且它們都比冥王星遠大約16億千米。目前，這兩個天體的名稱分別暫定為PT1和PT3。美國宇航局將在2015年8月選定其中一個作為探測目標。2015年秋季，「新地平線號」的引擎將點火，調整它的飛行路徑，目的是讓它踏上與這個目標天體會合的行程。

蕾絲莉·楊滿懷期待地說：「我們原本打算探索的是柯伊伯帶中的兩個天體——冥王星和卡戎。而我們現在希望還能（讓『新地平線號』）飛越另外4個更小的衛星，這是沒得說的。我們探索的是（太陽系中另一個）全新環境中的全新（指科學家對其所知甚少）天體，這真奇妙！」眼下，「新地平線號」任務團隊正全心盼望著即將到來、讓他們已經著迷了幾十年的對另一個世界的探索。蕾絲莉·楊說，她最渴望探測數據能讓她開始時困惑、接著又不再困惑，不僅因為這種奧秘與揭秘充滿魅力，而且揭秘過程意味著冥王星和柯伊伯帶其他天體的全新魅力將逐漸展現。

對阿倫·斯特恩來說，「新地平線號」不會給他25年來的追求打上休止符。在他看來，「新地平線號」任務不只是對「旅行者號」探索外太陽系的一種補充，更是一次「全新的探測」。事實上，我們對外太陽系的了解可以說才剛剛起步。更令斯特恩期盼的是為冥王星「正名」。他說，如果一切順利，學生們很快就會在科學教科書中見到清晰的冥王星肖像了。

（本文圖片由美國宇航局提供。）

柯伊伯帶

柯伊伯帶是類似於小行星帶的一條大殘骸環，但前者主要由成分為冰的天體組成。柯伊伯帶從距離太陽30天文單位的地方一直延伸到距離太陽50天文單位的地方。雖然科學家估計柯伊伯帶中有幾十到幾千個矮行星，但柯伊伯帶的主要天體卻是數不清的太陽系小天體。不過，許多較大的柯伊伯帶天體將來可能會被證明是矮行星。估計有超過10萬個柯伊伯帶天體的直徑超過50千米，但柯伊伯帶的總質量據認為只有地球質量的1/10～1/25（天文學界對此數值未廣泛認同）。許多柯伊伯帶天體都有多顆衛星，大多數柯伊伯帶天體的軌道都會把它們帶到黃道面（指地球繞太陽公轉的軌道平面。任一時間這個平面總是通過太陽中心。黃道面和地球相交的大圓稱為黃道）之外。

如果它飛出柯伊伯帶……

如果「新地平線號」最終能飛出柯伊伯帶，它就有可能追隨「旅行者號」雙探測器的步伐，去探索日球層（也稱日光層或太陽風層）的外沿，並且繪製日鞘（也稱太陽風鞘）和日球層頂（也稱太陽風頂層）的地圖。「新地平線號」有可能在2047年左右抵達日球層頂。

即使「新地平線號」的發射速度比在它之前的任何飛出地球的太空飛行器都快得多，它也永遠不可能超越「旅行者號」雙探測器，因而不能成為距離地球最遠的人造飛行器。「旅行者1號」對土星及泰坦（土衛六）的飛近探測，讓它得到了額外的引力援助。當「新地平線號」到達100天文單位（1天文單位等於地球與太陽之間平均距離）的距離時，它的穿行速度大約是每秒13千米，比「旅行者1號」在同樣距離時的速度慢每秒大約4千米。

冥王星為什麼會降級？

冥王星是柯伊伯帶中的最大天體，是已知環繞太陽的第10大質量天體，也是已知質量第2大的矮行星。與其他柯伊伯帶天體一樣，冥王星也主要由岩石和冰構成。冥王星的質量相對小，只有月球質量的大約1/6，體積則只有月球的1/3。冥王星的公轉軌道是偏心的，並且高度傾斜，這讓冥王星與太陽之間的距離在30到49天文單位（44億到74億千米）之間變化。因此，冥王星周期性地比海王星更靠近太陽，但與海王星的軌道共振避免了這兩者相撞。2014年，冥王星與太陽之間的距離是32.6天文單位。在冥王星與太陽之間的平均距離（39.4天文單位）上，太陽光線要花5.5小時才能抵達冥王星。

發現於1930年的冥王星，原本被認為是距離太陽第9遠的行星。但在之後75年中，隨著對冥王星和外太陽系的研究進一步深化，冥王星作為一顆大行星的地位遭到質疑。從1977年發現小行星喀戎開始，多個擁有偏心軌道、與冥王星相似的含冰天體陸續被發現。2005年發現的離散盤天體厄里斯，質量比冥王星大27%。科學家們認識到，冥王星只是外太陽系多個大型含冰天體當中的一個而已。2006年，這促使國際天文學聯合會正式確定了「行星」定義。此定義把冥王星排除在行星隊列之外，把冥王星重新定義為「矮行星」家族的一員，具體身份則是一個類冥天體。但也有不少科學家反對國際天文學聯合會的這個決定。他們認為，冥王星的行星身份應該得以保留，其他矮行星甚至衛星則應添加到行星名冊中。

冥王星擁有5顆已知的衛星，其中最大的一顆——卡戎的直徑是冥王星直徑的一半多一點。冥王星和卡戎有時被描述為一對雙星，這是因為兩者軌道的質心並不位於其中任何一個天體內部。國際天文學聯合會尚未正式確定雙矮行星的定義，卡戎仍被歸類為一顆冥衛。

外太陽系

所謂外太陽系，是指太陽系的外圍區域，這裡是巨行星及其大質量衛星的家園。太陽系小天體及許多短周期衛星也環繞該區域。由於這些天體更遠離太陽，所以它們比內太陽系天體包含更高比例的揮發物，例如水、氨和甲烷，這是因為更低的溫度允許這些化合物保持固態。

外太陽系的4顆巨行星——木星、土星、海王星和天王星也被稱為外行星，它們的質量之和占環太陽天體總質量的99%。木星和土星的質量分別是地球的318倍和95倍，但前兩者都幾乎全由氫和氦組成。天王星和海王星的質量都是地球的十幾倍，它們的組成中有更多的冰。所有外行星都有環，但只有土星環從地球上容易觀測到。

內行星

是相對於外太陽系天體而言更靠近太陽的行星。它們都有緻密的、主要為岩石的構成，沒有衛星（有的話也很少），也沒有環系統。它們主要由難熔礦物質例如硅酸鹽組成，這些礦物質構成它們的殼與幔。它們的內核則由鐵、鎳等金屬構成。4顆內行星中的3顆（金星、地球和火星）所擁有的大氣層足以產生天氣，它們也都有隕擊坑和構造特徵，例如裂谷和火山。請勿把「內行星」這個術語跟「地內行星」這個術語混淆，後者指的是比地球更靠近太陽的行星，即水星和金星。

飛船搭載科學家部分骨灰

冥王星給太空飛行器帶來重大挑戰，這是因為它的質量小，距離地球又太遙遠。「旅行者1號」本來是可以拜訪冥王星的，但當時的科學家決定讓它造訪在當時看來更具魅力的土衛六泰坦，從而造成它的飛行軌跡與飛近探測冥王星所需的飛行軌跡不兼容。而科學家們從未考慮過讓「旅行者2號」去訪問冥王星。在1990年以前，科學界一直沒有嚴肅嘗試過派飛行器去探訪冥王星。1992年8月，美國宇航局噴氣動力實驗室科學家羅伯特·斯特勒致電冥王星的發現者克萊德·湯博，請求獲准造訪「斯特勒的行星」（指冥王星）。湯博後來回憶說：「我告訴他（斯特勒），歡迎來到冥王星。不過，他不得不追尋一條漫長、冰冷的行程（言下之意是，冥王星太遠、太冷，要想去探望它很不容易）。」儘管這種熱情可嘉，美國宇航局卻因預算太大和運載工具研發遲延等原因，在2000年取消了「冥王星-柯伊伯帶」任務。

在一場激烈的爭論後，經過修訂、名為「新地平線號」的飛近探索冥王星計劃於2003年獲得美國政府的資金許可。「新地平線號」於2006年1月19日成功發射。該任務領頭人阿倫·斯特恩證實，克萊德·湯博的一部分骨灰（湯博於1997年去世）安放在「新地平線號」上。

2007年初，「新地平線號」利用了木星的引力援助。從它與冥王星的最近距離日——2015年7月14日之前的5個月起，它就開始對冥王星系統進行科學觀測，並且這一探測將持續到最近距離日之後至少1個月。2006年9月下旬，在一次遠程勘測成像儀測試期間，「新地平線號」抓拍了第一批冥王星的遠距離圖像。這些圖像的拍攝地點距離冥王星約為42億千米，它們證實了「新地平線號」具備追蹤遙遠天體的能力，這對於操控它飛往冥王星和其他柯伊伯帶天體來說意義重大。

「新地平線號」將使用一個遙感儀器包（其中包括多部成像儀、一部無線電科學調查工具）和分光鏡，並且通過一系列實驗，來描述冥王星和卡戎的全球地質和地形，測繪它們的表面組成，檢測冥王星的中性大氣層及其逃逸速度。此外，「新地平線號」還將拍攝冥王星和卡戎的表面圖像。

在「新地平線號」發射前後不久，冥王星的小衛星們才被發現，它們可能會給「新地平線號」帶來不可預知的挑戰。小衛星以及柯伊伯帶天體之間碰撞產生的碎片的逃逸速度相對低，它們有可能產生一種稀薄的塵埃環，如果「新地平線號」飛進這樣的環系統，就可能遭到碰撞損壞。

2015年2月4日，美國宇航局發布了「新地平線號」在接近冥王星的途中拍攝的冥王星和卡戎的新圖像，拍攝時間分別是在2015年1月25日和27日，拍攝地點距離冥王星超過2.03億千米。2015年3月20日，美國宇航局邀請公眾為即將發現的冥王星和卡戎表面地貌起名字。

2003年，有科學家提議展開「冥王星軌道器-登陸器取樣返回」任務。該計劃包括從地球前往冥王星的12年航程、在軌道中為冥王星繪製地圖、多次登陸、熱水（旨在融化表面材料樣本）探測器，以及在冥王星表面為歷時12年的返回地球的航程生產推進劑。不過，這項計劃顯然太過複雜，所以不了了之。