Năm 1930, Clyde Tombaugh – một chàng nông dân Mỹ không được đào tạo chính qui về thiên văn học – đã phát hiện sao Diêm Vương, chấm dứt cuộc săn tìm “Hành tinh X” nằm ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương vào đầu thế kỷ 20.
Clyde Tombaugh sinh ra tại bang Illinois (Mỹ) vào ngày 4/2/1906 và lớn lên trong một trang trại của gia đình ở bang Kansas. Ngay từ lúc còn nhỏ, Tombaugh tỏ ra thích thú với thiên văn học sau khi quan sát các miệng hố trên Mặt trăng và vành đai sao Thổ thông qua chiếc kính viễn vọng khẩu độ 7,6 cm mượn của người chú ruột. Nhận thấy niềm đam mê của con trai, cha mẹ mua cho cậu bé một chiếc kính thiên văn lớn hơn để thỏa sức khám phá bầu trời.
Ước mơ vào đại học của Tombaugh bị gián đoạn sau khi một trận mưa đá dữ dội phá hủy hết ruộng đồng của gia đình, khiến vụ mùa thất bát và chàng trai trẻ không có tiền trang trải việc học hành. Tombaugh quyết định tạm thời ở nhà để hỗ trợ gia đình phát triển nông trại. Tuy nhiên khó khăn không thể cản trở ước mơ. Những lúc rảnh rỗi, Tombaugh tự tìm tòi trong các sách về vật lý, lượng giác, hình học,… và bắt đầu tự thiết kế cho riêng mình một chiếc kính viễn vọng vào năm 20 tuổi.
Năm 1928, Tombaugh chế tạo thành công một chiếc kính viễn vọng có gương phản xạ 23 cm để quan sát chi tiết sao Hỏa và sao Mộc. Tombaugh vẽ lại cẩn thận những gì mình nhìn thấy, sau đó gửi các bản vẽ tới Vesto M. Slipher, Giám đốc Đài thiên văn Lowell ở Flagstaff, bang Arizona (Mỹ), để xin ý kiến bình luận. Khá ấn tượng với tài năng của Tombaugh, Slipher mời chàng trai 22 tuổi đến làm việc tại đài thiên văn mà không cần trải qua giai đoạn thử việc. Nhiệm vụ chính của Tombaugh là tìm kiếm “Hành tinh X”.
Sự tồn tại của Hành tinh X trước đó được dự đoán bởi Percival Lowell, một doanh nhân thành đạt đồng thời là nhà thiên văn học nổi tiếng người Mỹ. Lowell tin rằng sao Hỏa sở hữu mạng lưới kênh rạch chằng chịt do một nền văn minh tiên tiến ngoài Trái đất tạo nên. Do đó, ông xây dựng Đài thiên văn Lowell để thu thập bằng chứng ủng hộ cho giả thuyết của mình. Nhưng khi nhận thấy lý thuyết này là sai lầm, ông bắt đầu tập trung vào việc tìm kiếm một hành tinh mới. Lowell quan sát thấy một số đặc điểm khác thường trong quỹ đạo của sao Hải Vương và sao Thiên Vương, do đó ông suy đoán phải có một hành tinh khác tác động lực hấp dẫn lên chúng từ phía ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương. Lowell đã nỗ lực tìm kiếm hành tinh này, thiên thể mà ông gọi là Hành tinh X, từ năm 1905 cho đến khi ông qua đời vào năm 1916.
Tombaugh bắt đầu công việc săn tìm Hành tinh X bí ẩn tại Đài thiên văn Lowell từ tháng 1/1929. Tombaugh sử dụng kính thiên văn khẩu độ 33 cm được trang bị camera để chụp các vùng khác nhau của bầu trời đêm, nơi hành tinh mới có thể xuất hiện. Đối với mỗi vùng trời như vậy, Tombaugh chụp hai bức ảnh tại cùng vị trí, thời gian chụp cách nhau vài ngày. Chàng trai trẻ đã trải qua nhiều đêm lạnh lẽo dưới mái vòm của đài quan sát, từng bước hoàn thành khối lượng công việc nặng nề này.
Sau khi tạo ra nhiều cặp ảnh chụp các phần nhỏ của bầu trời, Tombaugh tiến hành so sánh chúng với nhau. Các ngôi sao xa xôi sẽ xuất hiện ở cùng một vị trí trên cả hai tấm ảnh, nhưng một hành tinh sẽ có sự dịch chuyển trong vài ngày, giữa hai lần phơi sáng. Tombaugh sử dụng một thiết bị gọi là máy so sánh nhấp nháy (blinking comparator) để quan sát luân phiên hai tấm ảnh nhiều lần trong một giây. Đa số các trường hợp, các cặp ảnh đều giống nhau và Tombaugh không nhìn thấy điều gì khác biệt. Nhưng nếu có một thiên thể di chuyển giữa hai lần chụp ảnh, Tombaugh sẽ nhìn thấy nó nhấp nháy. Đây là công việc vô cùng tẻ nhạt, đòi hỏi sự tập trung cao độ.
Sau nhiều tháng tìm kiếm, Tombaugh chỉ phát hiện một số tiểu hành tinh, nhưng không tìm thấy thiên thể nào phù hợp với các dữ liệu tiên đoán về Hành tinh X. Cuối cùng vào tháng 2/1930, trong lúc kiểm tra cẩn thận các tấm ảnh chụp vài tuần trước đó, chàng trai trẻ nhận ra một thiên thể bí ẩn chuyển động. Nó đã dịch chuyển khoảng 3mm trên các tấm ảnh giữa hai lần chụp. Mức độ dịch chuyển này cho thấy, khoảng cách quỹ đạo của thiên thể so với Trái đất khoảng 40 – 43 AU, nằm ngoài quỹ đạo sao Hải Vương. [AU là đơn vị thiên văn có độ lớn bằng khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời, khoảng 150 triệu km].
Tombaugh báo cáo với Slodes rằng mình đã tìm thấy Hành tinh X. Sau khi cẩn thận xác minh lại, các nhà khoa học tại Đài thiên văn Lowell chính thức thông báo về việc phát hiện hành tinh mới vào ngày 13/3/1930. Ngày công bố nói trên được chọn trùng với ngày kỷ niệm khám phá sao Thiên Vương của Herschel năm 1781 và ngày sinh của Percival Lowell năm 1855.
Cuối tháng 3/1930, hành tinh ngoài cùng trong hệ Mặt trời có tên gọi chính thức là sao Diêm Vương theo tên vị thần La Mã cai quản địa ngục. Tên gọi trên được đề xuất bởi một bé gái 11 tuổi người Anh tên là Venetia Burney trong cuộc thi tìm kiếm tên gọi cho hành tinh mới. Thật trùng hợp, hai chữ cái đầu tiên của sao Diêm Vương (Pluto) cũng là chữ cái đầu của Percival Lowell, người xây dựng Đài thiên văn Lowell. Tên gọi này thực sự là một lựa chọn phù hợp.
Sao Diêm Vương được xem là một hành tinh trong hơn 70 năm. Tuy nhiên, khi các thiết bị thiên văn ngày càng trở nên chính xác, những thiên thể có kích cỡ tương tự khác đã được tìm thấy bên ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương. Năm 2006, gần một thập kỷ sau khi Tombaugh qua đời, Hiệp hội Thiên văn học Quốc tế (IAU) đã định nghĩa lại thuật ngữ “hành tinh”, theo đó hành tinh phải đáp ứng đủ ba tiêu chí sau: (1) Nó phải có quỹ đạo quay quanh một ngôi sao, (2) Nó phải đủ lớn để có một hình dạng gần tròn do tác động của trọng lực, (3) Nó phải có quỹ đạo riêng biệt với các thiên thể khác. Theo những tiêu chuẩn này, sao Diêm Vương không còn là hành tinh vì quỹ đạo hình elip của nó chồng chéo với quỹ đạo của sao Hải Vương. Do đó, các nhà khoa học phân loại sao Diêm Vương là hành tinh lùn.
Sau khi phát hiện sao Diêm Vương, Tombaugh được nhận học bổng nghiên cứu tại Đại học Kansas và tiếp tục cống hiến cuộc đời mình cho thiên văn học. Tombaugh có nhiều khám phá nổi tiếng khác về tiểu hành tinh, sao chổi, cụm sao và cụm thiên hà. Tombaugh cũng được biết đến là một trong số ít các nhà khoa học nghiên cứu nghiêm túc về vật thể bay không xác định (UFO).
Tombaugh qua đời vào ngày 17/1/1997. Theo nguyện vọng của ông trước khi qua đời, tàu vũ trụ New Horizons của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đã chở tro cốt của ông trong chuyến hành trình bay tới sao Diêm Vương. Tàu vũ trụ mang theo chiếc hộp nhỏ in dòng chữ: “Đây là nơi lưu giữ tro cốt của Clyde Tombaugh, người phát hiện sao Diêm Vương.”