拜访“冥王”

2015年7月14日，美国东部时间晚9时左右，一个无线电遥测信号预计将完成超过48亿千米的远征，到达美国宇航局“深空网络”的一座巨型碟形天线，随后来到位于美国马里兰州的一个指挥中心――行星科学家阿伦・斯特恩将在此恭候。一旦信号如期抵达，他就将知道自己25年来孜孜以求的冥王星勘测迈出了最重要的一步。

在这个信号到达之前13小时，重量约为500千克、如钢琴大小的“新地平线号”探测器（以下简称“新地平线号”）将飞过冥王星（现已从行星降格为矮行星）及其卫星群，拍摄近距离照片和采集其他数据。斯特恩期待这些信息将“改写教科书”。不过，这要求“新地平线号”避开时速高达4.99万千米的尘埃和冰粒子的撞击，否则，还等不到有机会向地球传输自己的种种发现，这艘探测器就已葬身太空。常驻美国科罗拉多州“西南研究所”的斯特恩说：“那真是一场十分严峻而又紧张万分的考验。”他的语气似乎是很开心的，就好像他欢迎这场危机四伏的考验似的。实际上，到了现在，作为“新地平线号”任务的主要筹划者和推动者，斯特恩已经习惯了紧张――有关远征冥王星的几乎所有细节，其实都是抗争。

25年前，当斯特恩开始寻求冥王星之旅时，他的同行们仍在期盼“旅行者号”双飞行器（发射于1977年）对外太阳系的探测结论。筹划者们一度考虑过把冥王星纳入“旅行者1号”的探测目标，但他们随后为“旅行者1号”选定的路线是让它飞近探测更有吸引力的目标，例如土星的卫星泰坦（土卫六）。于是，“旅行者1号”在1980年经过土星后，直接向星际空间飞去。随着“旅行者2号”在1989年8月飞近探测海王星，“旅行者号”双飞行器的外太阳系探索之旅画上了句号。

大多数科学家对冥王星未能得到近距离探测不以为然。但是，斯特恩不是其中一员。对他而言，太阳系探索并未完成。到了1989年春季，在获得天体物理学和行星科学博士学位后，斯特恩就已在思索怎样推动美国宇航局发射对冥王星（当时它是太阳系第九大行星）的探测器。那时的他是个年轻人，但也是天体物理学及行星探索领域的资深人士。而该领域的主要科学家都已年过五十，他们对斯特恩说：“你没开玩笑吧？等到我们（的探测器）能到达冥王星之时，我们恐怕都已作古了。”这显然是夸张，让探测器去冥王星要不了太长时间。不过，要是美国宇航局迟迟不下这方面的决心，那么这些科学家可能真得等到“作古”，也可能等不到探测器飞抵冥王星。如此一来，飞近探测冥王星就将成为他们未能了却的一个心愿。

斯特恩召集了多名科学家，一起承担近距离探测冥王星的壮举。在“旅行者2号”飞近探测海王星，让科学家首次窥探到海王星的一颗含冰卫星――特里同（海卫一）之后，这项事业变得越发诱人。科学界曾普遍认为特里同是冥王星的表兄弟。而“旅行者”拍摄的图像显示，特里同表面地貌怪异、扭曲，还有由冻结的氮构成的间歇泉。这让科学家们非常惊讶。他们开始相信，冥王星或许也一样奇异和令人激动。

1930年，在经过近一年的望远镜观测后，美国一家天文台的一名年轻助理克莱德・汤博率先发现了冥王星。冥王星距离地球和太阳如此遥远，它248年才环绕太阳一圈，与太阳的平均距离是59.5亿千米。发现冥王星近半个世纪后，科学家才拥有了研究它的技术。1976年，3名美国科学家在冥王星的红外光谱中发现了甲烷，并且推测这些甲烷冰冻在冥王星的表面。这一发现堪称是划时代的壮举。几年后，科学家们知道了冥王星的冰中还有更奇异的氮霜和一氧化碳霜。这些冰霜之所以能够存在，仅仅是由于冥王星的表面温度只有-228.9℃。直到1978年，科学家才探测到冥王星的卫星卡戎。后者的大小相当于美国的得克萨斯州，大约是冥王星大小的一半。其实，直到今天也无人确知冥王星究竟有多大，但估计其大小约为地球的2/3。

1988年，科学家使用美国宇航局的一部太空望远镜，观测冥王星在5分钟时间内从一颗恒星前方经过的过程。他们发现，恒星的星光并未突然暗下来（如果行星没有大气，就会造成星光突然变暗），而是逐渐变暗，这就证明冥王星至少有些许大气。当时尚未就读研究生院的蕾丝莉・杨，是这项观测的助手之一。如今已是“新地平线号”任务副主任的她回顾说：“那5分钟的经历，改变了我的一生。”

至于冥王星究竟是什么模样，那是地球上的任何望远镜都力所不及的。作为“新地平线号”任务团队成员之一，马克・布伊在1983年观测冥王星时就知道了这一点。到了1994年，他赢得了哈勃太空望远镜的观测时段，从而首次得以一瞥冥王星的面孔，但只是很模糊的观测――就算是在“哈勃”的视野中，冥王星也只有几个像素。对冥王星拍摄的那些所谓最佳的照片，也只能显示出冥王星表面看似随着时间变化、明暗对比强烈的斑块而已。与此同时，斯特恩及其他科学家提出，冥王星表面的挥发性冰霜以及它的稀薄大气层锁定于一种缓慢而复杂的舞蹈中，冰霜随着季节变换持续迁徙：夏季，冰霜从太阳光照暗弱的极地蒸发；冬季，冰霜凝固在幽暗的极地。如此看来，冥王星竟然不是一个冰球，而是一个比大多数科学家认为的还要复杂得多的天体。

到了这时，一场已经开始的变革将重塑科学家们对太阳系的认识。在冥王星轨道外的广漠空间搜寻时，科学家们探测到了更遥远的世界，那里有许多星体都与冥王星个头相近。到了20世纪90年代末期，科学家们已经意识到，他们所看见的那些天体都属于一个族群（如今称为矮行星）。他们对矮行星家族成员的数量仍不清楚，但推测可能有成千上万颗。这些天体所在区域被命名为柯伊伯带（杰拉德・柯伊伯是美国亚利桑那大学“月球及行星实验室”创始人，被普遍认为是行星天文学之父）。这是太阳系中一个全新的未知地带。

至于冥王星，国际天文学联合会把它的身份从以前名正言顺的行星贬为矮行星。但对于这个新造的概念，斯特恩等科学家至今不予认同。虽然美欧等地的许多教科书中现在都说太阳系中只有8颗行星，但对于什么天体才够“行星”资格的争论无疑会继续下去。

这场争论爆发之前，斯特恩就在“推销”他的冥王星探测任务方面采取了一种新论调。突然之间，他不再被视为“另类”。他越来越少地论及造访冥王星，而是更多地谈论探索柯伊伯带中已知最大和最有趣的天体的机会。虽然他对推动这类探测任务不遗余力，但前往冥王星及柯伊伯带所需的高昂成本和漫长航行时间却让人望而却步。许多行星科学家为竞争美国宇航局有限的经费，都收回了对冥王星或柯伊伯带探测任务的支持。从20世纪90年代进入21世纪，美国宇航局在这方面犹豫不决：冥王星一次又一次在任务计划名册中出现和消失。直到2003年，美国宇航局才终于批准了斯特恩的飞近探测提议――不仅是探测冥王星，而且还要尽可能探测另一颗柯伊伯带天体。斯特恩把这项任务命名为“新地平线号”，不仅寓意该任务要探索的是太阳系中的未知领域，而且寓意相对迅速和低成本深空探测技术的研发。

行星之间的相对运动，使得2006年的最初几周成为一个重要的发射窗口：如果在此期间升空，“新地平线号”就会经过巨大的木星，获得强大的木星引力援助，从而把航行时间从14年缩短到9年半。否则，“新地平线号”必须等到2020年后才会抵达冥王星。按照一些理论模型，如果发生后一种情况，斯特恩团队就可能没有机会研究冥王星的大气层：到那时，在高度偏离正圆的轨道中运行的冥王星将运动到距离太阳很远处，那样一来，冥王星的大气层就应该已经冻结在冥王星表面。

因为“新地平线号”的设计、制造和测试时间只有不到3年，所以斯特恩团队不得不“悬梁刺股”、争分夺秒地加紧干。几乎每个人都对他们说：“伙计，你们干不成的。”最紧张时刻之一出现在2004年夏季。当时，由于安全故障，美国洛斯・阿拉莫斯国家实验室暂时关闭，从而威胁到“新地平线号”的燃料――钚的生产。好在，潜心苦干没有白费。斯特恩团队最终赶在了最后期限之前完工，而且基本未超预算。斯特恩不无自豪地说：“宇航局花了超过11年时间和将近3亿美元来研究冥王星任务，而我们建造该任务的硬件也只花了这么多成本。”

2006年1月19日，“新地平线号”离开地球。当时，“擎天神5型”强力运载火箭把它推进到每小时5.79万千米的速度，这也是飞船离开地球时的最大速度。不到9小时后，它就跨越了月球轨道，而这个时长仅为“阿波罗”飞船登月任务途中费时的几分之一。还不到1个月，“新地平线号”就已深入太空160万千米。2007年2月，在距离地球8亿千米的地方，“新地平线号”飞奔经过木星，并且踏上飞往冥王星之路。“新地平线号”控制团队把它这次对木星的飞近探测作为一次演练：遥控它对准木星及其卫星，以便到时候让它对准冥王星和其他的柯伊伯带天体。不过，由于还要等8年半的时间才能到达冥王星，所以任务控制团队让“新地平线号”进入冬眠模式，只在每年检查它的系统时才把它唤醒。

在这一漫长、孤寂的巡航阶段，任务控制团队却比你预想的要忙，因为冥王星和卡戎（冥卫一）还有其他伙伴。参与该项目的科学家哈尔・韦弗及一个小团队就使用“哈勃”，在2005年发现了两颗冥卫。它们的直径都不超过160千米，稍后它们分别被命名为尼克斯和海德拉，这些名字都缘于“新地平线号”的英语发音。接着，在2011年和2012年，“哈勃”发现了另外两颗还要小得多的冥卫――科比罗斯和斯迪克斯。这些新发现的冥卫让轨道动力学家十分头痛，他们搞不懂冥王星为何会有如此这般的卫星组合。不仅这样，科比罗斯和斯迪克斯的超小个头让这些科学家尤其困扰：它们的引力理应很弱，所以不能把喷射自它们表面的残骸（在漫长时间里，由路过的柯伊伯带天体碰撞它们而生成）布成阵列，那么冥王星周围区域很可能分布着微型碎冰和岩石块，这样就为造访冥王星的“新地平线号”设下了一个潜在的陷阱。韦弗解释说，就算“新地平线号”遭遇一个1毫米直径的颗粒碰撞，这项任务也可能宣告失败。

“新地平线号”任务团队花了一年半时间，结合数学模型和实验，研究这艘飞行器可能面临的尘埃颗粒碰撞风险。在实验中，他们使用了美国宇航局“白沙实验设施”（位于新墨西哥州）和戴顿大学（位于俄亥俄州）的超高速枪。这些枪向“新地平线号”的备用硬件发射微型弹药（模拟尘埃颗粒）。让科学家们放心的是：研究结果表明，“新地平线号”的初定飞行路径（旨在让该任务的科学回报最大化）也是危险性最小的路径。马克・布伊如此形容：“唯一不那么危险的选择，就是不去（造访冥王星）。”

即便如此，随着“新地平线号”在2015年春季逼近冥王星，任务团队仍需当心可能存在的其他冥卫，尤其是那些可能催生尘埃群的冥卫。在7月14日“新地平线号”与冥王星相遇的两周之前或更早，如果发现了潜在的威胁，那么依然有时间让这艘飞行器转换到另一种飞行轨迹，从而降低风险。在此之后，控制团队可能会采取最后一个紧急举措：在“新地平线号”最接近冥王星之前大约3小时，让这艘飞行器重新定向，即让它的2.1米碟形天线指向飞行方向，以充当一种盾牌。这将限制高分辨率的科学观测（让“新地平线号”搭载的仪器重新定向，需要转动整艘飞行器），但如果这种牺牲能确保飞行器在与冥王星的相遇中存活下来，或许它就是必要的。韦弗相信重新定向将不会是必要的，其概率可能只有1/1000。

“新地平线号”任务团队的兴奋度从2015年4月开始上升，因为这艘飞行器与冥王星近距离相遇阶段由此正式开始。从5月中旬起，来自“新地平线号”所搭载的黑白远距照相机的图像已超过“哈勃”拍摄的冥王星最高质量图像的分辨率。按照蕾丝莉・杨的说法，在此后两个月中，“每一幅（由‘新地平线号’拍摄的冥王星）照片都将是迄今为止最好的冥王星肖像”。斯特恩则说，7月13日，即“新地平线号”与冥王星最近距离相会的前一天，通过这艘飞行器看到的冥王星的样子会比世界上最好的双筒望远镜所观测到的月球“更好看”。

在这个相会之日，随着冥王星及其卫星系统在“新地平线号”机载科学仪器视场中迅速变大，仪器组将对冥王星和卡戎的表面特征、化学组成、大气层及相邻卫星进行数百次观测。在“旅行者号”双飞船建造40年后，“新地平线号”携带的是40年前看来属于“科幻”的技术，例如高达25兆像素的彩色相机，以及能详尽绘制冥王星及卡戎表面组成的红外光谱仪。长期以来科学家一直推测，当冥王星表面的甲烷冰暴露在太阳和宇宙辐射中时，产生的有机分子造成了冥王星表面的红褐色阴暗区域。但正如蕾丝莉・杨所指出的那样，这只不过是过去30年中科学家们对冥王星表面情况的猜想而已。“新地平线号”搭载的红外光谱仪将告诉我们这种假想是否正确。

尽管“新地平线号”很先进，斯特恩团队却不得不对它的设计做出一定的妥协，以减少重量和造价。尤其是，这艘飞行器缺乏一张扫描平台，因此它不具备“旅行者号”的一种能力：一边采集数据，一边把天线指向地球。斯特恩指出，在它与冥王星的相会日，他们既不会与“新地平线号”通话，也听不见来自它的讯息。也就是说，这艘飞行器只能完全依赖自己。在最近距离相会后，它甚至无需向地面控制团队“签到”。这就意味着，控制团队无法及时了解“新地平线号”是否在穿越冥卫所在平面（这里的尘埃危险最大）的过程中存活了下来。只有等到当晚，才能通过飞行器向地球发来的简短讯息，来了解它的健康状况。斯特恩说，“经过25年之后，我们能够再等12小时，看它（指‘新地平线号’）到底怎么样了。”

7月14日，美国东部时间早上7时49分，在距离冥王星大约9978千米的地方，“新地平线号”将与冥王星最近距离相遇。在那里，太阳光的亮度还不到它在地球上的亮度的1/1000，所以需要长曝光以避免模糊。为此，“新地平线号”将不得不旋转以追踪目标。当“旅行者2号”1989年拍摄海卫一特里同的近距离图像时，就采用了这种技术。然而，“新地平线号”届时距离冥王星比“旅行者2号”当时距离特里同要近得多，因此前者拍摄的照片分辨率是后者的11倍都不止。其中，最好的照片将能显示0.002平方千米大小的地貌。

从这些照片上，我们会看到什么？斯特恩及其团队都不愿进行猜测。碰巧的是，“新地平线号”到达冥王星的日子，正好是50年前美国宇航局的“水手4号”飞船率先抓拍到火星近距离照片的同一天。这些照片震惊了科学家们：他们一直以为火星表面与地球表面差不多，孰料，这些照片却显示火星表面像月球一样密布陨击坑，也像月球一样荒凉、了无生机。科学家们，甚至就连太空探索迷们都很清楚，从依娥（木卫一）表面的活火山到辫子和帽子似的土星环，50年来的行星探索发现带给人们太多惊喜。可是，人们还是爱作出推测。一位匿名的美国宇航局地质学家认为，冥王星的挥发性冰实际上蒸发自阳光照射的北半球，这一过程也许会创建一种壮丽的悬崖峭壁和平顶山景观，就像是美国亚利桑那州纪念谷的冰冻版本。还有一些科学家大胆提出，就像一些土卫和木卫可能存在地下海洋，冥王星也可能存在这样的海洋。斯特恩团队也将寻找冥王星表面类似于特里同（海卫一）表面间歇泉那样的喷泉。不过，这样的寻找需要一些运气，原因是冥王星有一个半球被黑暗笼罩。

在相遇后离开冥王星的过程中，“新地平线号”将回望冥王星和卡戎所造成的日食。届时，机载仪器将有短暂机会窥探这两个天体的大气层，并且研究它们的结构、温度和压力。这艘飞行器也将观察被反射自卡戎的微弱光线照射的冥王星的黑暗半球，分辨率与从地球上裸眼看月球差不多，足以查明新鲜的冰是否已开始在冥王星的冬季极地堆积。

如果“新地平线号”能够在通过冥王星系统的航程中存活下来，那么从7月15日早上7时左右开始，一个预先选择的相遇数据样本将抵达美国约翰・霍普金斯大学在美国马里兰州的应用物理实验室。这个被万众期待的照片数据包，将以稍稍压缩的方式传输，目的是为了加快传输速度。即便如此，由于传输距离巨大，而“新地平线号”的天线又相对小，因此传输速度将只有每秒2000比特，比20世纪80年代的调制解调器（传输速率是每秒2400比特）还慢。

出于安全考虑，“新地平线号”要在接下来的两个月里，以压缩数据包的形式发回所有的相遇信息，从而让它获得科学发现的节奏看来更像是一次轨道器任务，而不像是一次性的飞近探测。随后，这艘飞行器将以未经压缩的方式，重新传输所有数据。这个过程将一直持续到2016年秋季。到那时，“新地平线号”距离另一次飞近探测――进入柯伊伯带内部――还有大约两年时间。但是，这次应该探测比冥王星还远的哪一个柯伊伯带天体呢？这竟然是一个不小的挑战。用地面望远镜搜寻多年后，这个问题依然没有答案。直到2014年，“哈勃”才帮上了忙。斯特恩团队一下子得到了用“哈勃”搜寻1个目标的202次机会。到2014年10月，他们宣布找到了搜寻目标：两颗小小的柯伊伯带天体，它们的直径都不到56千米，并且它们都比冥王星远大约16亿千米。目前，这两个天体的名称分别暂定为PT1和PT3。美国宇航局将在2015年8月选定其中一个作为探测目标。2015年秋季，“新地平线号”的引擎将点火，调整它的飞行路径，目的是让它踏上与这个目标天体会合的行程。

蕾丝莉・杨满怀期待地说：“我们原本打算探索的是柯伊伯带中的两个天体――冥王星和卡戎。而我们现在希望还能（让‘新地平线号’）飞越另外4个更小的卫星，这是没得说的。我们探索的是（太阳系中另一个）全新环境中的全新（指科学家对其所知甚少）天体，这真奇妙！”眼下，“新地平线号”任务团队正全心盼望着即将到来、让他们已经着迷了几十年的对另一个世界的探索。蕾丝莉・杨说，她最渴望探测数据能让她开始时困惑、接着又不再困惑，不仅因为这种奥秘与揭秘充满魅力，而且揭秘过程意味着冥王星和柯伊伯带其他天体的全新魅力将逐渐展现。

对阿伦・斯特恩来说，“新地平线号”不会给他25年来的追求打上休止符。在他看来，“新地平线号”任务不只是对“旅行者号”探索外太阳系的一种补充，更是一次“全新的探测”。事实上，我们对外太阳系的了解可以说才刚刚起步。更令斯特恩期盼的是为冥王星“正名”。他说，如果一切顺利，学生们很快就会在科学教科书中见到清晰的冥王星肖像了。

（本文图片由美国宇航局提供。）

柯伊伯带

柯伊伯带是类似于小行星带的一条大残骸环，但前者主要由成分为冰的天体组成。柯伊伯带从距离太阳30天文单位的地方一直延伸到距离太阳50天文单位的地方。虽然科学家估计柯伊伯带中有几十到几千个矮行星，但柯伊伯带的主要天体却是数不清的太阳系小天体。不过，许多较大的柯伊伯带天体将来可能会被证明是矮行星。估计有超过10万个柯伊伯带天体的直径超过50千米，但柯伊伯带的总质量据认为只有地球质量的1/10～1/25（天文学界对此数值未广泛认同）。许多柯伊伯带天体都有多颗卫星，大多数柯伊伯带天体的轨道都会把它们带到黄道面（指地球绕太阳公转的轨道平面。任一时间这个平面总是通过太阳中心。黄道面和地球相交的大圆称为黄道）之外。

如果它飞出柯伊伯带……

如果“新地平线号”最终能飞出柯伊伯带，它就有可能追随“旅行者号”双探测器的步伐，去探索日球层（也称日光层或太阳风层）的外沿，并且绘制日鞘（也称太阳风鞘）和日球层顶（也称太阳风顶层）的地图。“新地平线号”有可能在2047年左右抵达日球层顶。

即使“新地平线号”的发射速度比在它之前的任何飞出地球的太空飞行器都快得多，它也永远不可能超越“旅行者号”双探测器，因而不能成为距离地球最远的人造飞行器。“旅行者1号”对土星及泰坦（土卫六）的飞近探测，让它得到了额外的引力援助。当“新地平线号”到达100天文单位（1天文单位等于地球与太阳之间平均距离）的距离时，它的穿行速度大约是每秒13千米，比“旅行者1号”在同样距离时的速度慢每秒大约4千米。

冥王星为什么会降级？

冥王星是柯伊伯带中的最大天体，是已知环绕太阳的第10大质量天体，也是已知质量第2大的矮行星。与其他柯伊伯带天体一样，冥王星也主要由岩石和冰构成。冥王星的质量相对小，只有月球质量的大约1/6，体积则只有月球的1/3。冥王星的公转轨道是偏心的，并且高度倾斜，这让冥王星与太阳之间的距离在30到49天文单位（44亿到74亿千米）之间变化。因此，冥王星周期性地比海王星更靠近太阳，但与海王星的轨道共振避免了这两者相撞。2014年，冥王星与太阳之间的距离是32.6天文单位。在冥王星与太阳之间的平均距离（39.4天文单位）上，太阳光线要花5.5小时才能抵达冥王星。

发现于1930年的冥王星，原本被认为是距离太阳第9远的行星。但在之后75年中，随着对冥王星和外太阳系的研究进一步深化，冥王星作为一颗大行星的地位遭到质疑。从1977年发现小行星喀戎开始，多个拥有偏心轨道、与冥王星相似的含冰天体陆续被发现。2005年发现的离散盘天体厄里斯，质量比冥王星大27%。科学家们认识到，冥王星只是外太阳系多个大型含冰天体当中的一个而已。2006年，这促使国际天文学联合会正式确定了“行星”定义。此定义把冥王星排除在行星队列之外，把冥王星重新定义为“矮行星”家族的一员，具体身份则是一个类冥天体。但也有不少科学家反对国际天文学联合会的这个决定。他们认为，冥王星的行星身份应该得以保留，其他矮行星甚至卫星则应添加到行星名册中。

冥王星拥有5颗已知的卫星，其中最大的一颗――卡戎的直径是冥王星直径的一半多一点。冥王星和卡戎有时被描述为一对双星，这是因为两者轨道的质心并不位于其中任何一个天体内部。国际天文学联合会尚未正式确定双矮行星的定义，卡戎仍被归类为一颗冥卫。

外太阳系

所谓外太阳系，是指太阳系的区域，这里是巨行星及其大质量卫星的家园。太阳系小天体及许多短周期卫星也环绕该区域。由于这些天体更远离太阳，所以它们比内太阳系天体包含更高比例的挥发物，例如水、氨和甲烷，这是因为更低的温度允许这些化合物保持固态。

外太阳系的4颗巨行星――木星、土星、海王星和天王星也被称为外行星，它们的质量之和占环太阳天体总质量的99%。木星和土星的质量分别是地球的318倍和95倍，但前两者都几乎全由氢和氦组成。天王星和海王星的质量都是地球的十几倍，它们的组成中有更多的冰。所有外行星都有环，但只有土星环从地球上容易观测到。

内行星

是相对于外太阳系天体而言更靠近太阳的行星。它们都有致密的、主要为岩石的构成，没有卫星（有的话也很少），也没有环系统。它们主要由难熔矿物质例如硅酸盐组成，这些矿物质构成它们的壳与幔。它们的内核则由铁、镍等金属构成。4颗内行星中的3颗（金星、地球和火星）所拥有的大气层足以产生天气，它们也都有陨击坑和构造特征，例如裂谷和火山。请勿把“内行星”这个术语跟“地内行星”这个术语混淆，后者指的是比地球更靠近太阳的行星，即水星和金星。

飞船搭载科学家部分骨灰

冥王星给太空飞行器带来重大挑战，这是因为它的质量小，距离地球又太遥远。“旅行者1号”本来是可以拜访冥王星的，但当时的科学家决定让它造访在当时看来更具魅力的土卫六泰坦，从而造成它的飞行轨迹与飞近探测冥王星所需的飞行轨迹不兼容。而科学家们从未考虑过让“旅行者2号”去访问冥王星。在1990年以前，科学界一直没有严肃尝试过派飞行器去探访冥王星。1992年8月，美国宇航局喷气动力实验室科学家罗伯特・斯特勒致电冥王星的发现者克莱德・汤博，请求获准造访“斯特勒的行星”（指冥王星）。汤博后来回忆说：“我告诉他（斯特勒），欢迎来到冥王星。不过，他不得不追寻一条漫长、冰冷的行程（言下之意是，冥王星太远、太冷，要想去探望它很不容易）。”尽管这种热情可嘉，美国宇航局却因预算太大和运载工具研发迟延等原因，在2000年取消了“冥王星-柯伊伯带”任务。

在一场激烈的争论后，经过修订、名为“新地平线号”的飞近探索冥王星计划于2003年获得美国政府的资金许可。“新地平线号”于2006年1月19日成功发射。该任务领头人阿伦・斯特恩证实，克莱德・汤博的一部分骨灰（汤博于1997年去世）安放在“新地平线号”上。

2007年初，“新地平线号”利用了木星的引力援助。从它与冥王星的最近距离日――2015年7月14日之前的5个月起，它就开始对冥王星系统进行科学观测，并且这一探测将持续到最近距离日之后至少1个月。2006年9月下旬，在一次远程勘测成像仪测试期间，“新地平线号”抓拍了第一批冥王星的远距离图像。这些图像的拍摄地点距离冥王星约为42亿千米，它们证实了“新地平线号”具备追踪遥远天体的能力，这对于操控它飞往冥王星和其他柯伊伯带天体来说意义重大。

“新地平线号”将使用一个遥感仪器包（其中包括多部成像仪、一部无线电科学调查工具）和分光镜，并且通过一系列实验，来描述冥王星和卡戎的全球地质和地形，测绘它们的表面组成，检测冥王星的中性大气层及其逃逸速度。此外，“新地平线号”还将拍摄冥王星和卡戎的表面图像。

在“新地平线号”发射前后不久，冥王星的小卫星们才被发现，它们可能会给“新地平线号”带来不可预知的挑战。小卫星以及柯伊伯带天体之间碰撞产生的碎片的逃逸速度相对低，它们有可能产生一种稀薄的尘埃环，如果“新地平线号”飞进这样的环系统，就可能遭到碰撞损坏。

2015年2月4日，美国宇航局了“新地平线号”在接近冥王星的途中拍摄的冥王星和卡戎的新图像，拍摄时间分别是在2015年1月25日和27日，拍摄地点距离冥王星超过2.03亿千米。2015年3月20日，美国宇航局邀请公众为即将发现的冥王星和卡戎表面地貌起名字。

2003年，有科学家提议展开“冥王星轨道器-登陆器取样返回”任务。该计划包括从地球前往冥王星的12年航程、在轨道中为冥王星绘制地图、多次登陆、热水（旨在融化表面材料样本）探测器，以及在冥王星表面为历时12年的返回地球的航程生产推进剂。不过，这项计划显然太过复杂，所以不了了之。