PLUTON (PLANETA): CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, RUCH - ARTE - 2026

Pluton to obiekt niebieski, obecnie uważany za planetę karłowatą, choć przez długi czas była to najbardziej odległa planeta w Układzie Słonecznym. W 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna zdecydowała o włączeniu go do nowej kategorii: planet karłowatych, ponieważ Pluton nie ma niektórych niezbędnych wymagań, aby być planetą.

Należy zauważyć, że kontrowersje wokół natury Plutona nie są nowe. Wszystko zaczęło się, gdy młody astronom Clyde Tombaugh odkrył ją 18 lutego 1930 roku.

Rysunek 1. Zdjęcie Plutona wykonane w 2015 roku przez sondę New Horizons. Źródło: NASA za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Astronomowie przypuszczali, że być może planeta znajduje się dalej niż Neptun i aby ją znaleźć, postępowali zgodnie z tym samym schematem odkrycia tego. Korzystając z praw mechaniki niebieskiej, określili orbitę Neptuna (i Urana), porównując obliczenia z obserwacjami rzeczywistych orbit.

Ewentualne nieprawidłowości były spowodowane przez nieznaną planetę poza orbitą Neptuna. Dokładnie to zrobił Percival Lowell, założyciel Lowell Observatory w Arizonie i entuzjastyczny obrońca istnienia inteligentnego życia na Marsie. Lowell znalazł te nieregularności i dzięki nim obliczył orbitę nieznanej „planety X”, której masę oszacował na 7 razy większą od masy Ziemi.

Rysunek 2. Percival Lowell po lewej i Clyde Tombaugh ze swoim teleskopem po prawej. Źródło: Wikimedia Commons.

Kilka lat po śmierci Lowella Clyde Tombaugh znalazł nową gwiazdę za pomocą samodzielnie wykonanego teleskopu, tylko planeta okazała się mniejsza niż przewidywano.

Nowa planeta została nazwana na cześć Plutona, rzymskiego boga podziemia. Bardzo trafne, ponieważ dwie pierwsze litery odpowiadają inicjałom Percivala Lowella, twórcy odkrycia.

Jednak domniemane nieprawidłowości, które stwierdził Lowell, były niczym innym, jak wynikiem kilku przypadkowych błędów w jego obliczeniach.

Charakterystyka Plutona

Pluton jest małą gwiazdą, więc nieregularności na orbicie gigantycznego Neptuna nie mogły wynikać z tego. Początkowo sądzono, że Pluton będzie wielkości Ziemi, ale stopniowo obserwacje doprowadziły do ​​coraz większego obniżania się jego masy.

Ostatnie szacunki masy Plutona, na podstawie wspólnych danych orbitalnych z niego i jego satelity Charona, wskazują, że masa układu Pluton-Charon jest 0,002 razy większa od masy Ziemi.

To naprawdę zbyt mała wartość, aby przeszkadzać Neptunowi. Większość tej masy odpowiada Plutonowi, który z kolei jest 12 razy masywniejszy niż Charon. Stąd gęstość Plutona oszacowano na 2000 kg / m ³ , składającego się w 65% ze skał i 35% z lodu.

Bardzo ważną cechą lodowego i nieobliczalnego Plutona jest jego wysoce eliptyczna orbita wokół Słońca. Prowadzi to od czasu do czasu do zbliżenia się do Słońca niż do samego Neptuna, jak to miało miejsce w okresie od 1979 do 1999 roku.

Podczas tego spotkania gwiazdy nigdy się nie zderzyły, ponieważ nachylenie ich odpowiednich orbit na to nie pozwalało i ponieważ Pluton i Neptun są również w rezonansie orbitalnym. Oznacza to, że ich okresy orbitalne są powiązane ze względu na wzajemny wpływ grawitacji.

Pluton zastrzega sobie jeszcze jedną niespodziankę: emituje promienie rentgenowskie, wysokoenergetyczne promieniowanie widma elektromagnetycznego. Nie byłoby to zaskakujące, ponieważ sonda New Horizons potwierdziła obecność cienkiej atmosfery na Plutonie. A kiedy cząsteczki w tej cienkiej warstwie gazów oddziałują z wiatrem słonecznym, emitują promieniowanie.

Ale teleskop rentgenowski Chandra wykrył znacznie wyższą emisję niż oczekiwano, co zaskoczyło ekspertów.

Podsumowanie głównych cech fizycznych Plutona

-Masa: 1,25 x 10 ²² kg

-Radius: 1185 km (mniejszy niż Księżyc)

-Kształt: zaokrąglony.

-Średnia odległość do Słońca: 5900 mln km.

- Nachylenie orbity : 17º względem ekliptyki.

-Temperatura : -229,1 ºC średnia.

-Grawitacja: 0,6 m / s ²

-Własne pole magnetyczne: Nie.

-Atmosfera: Tak, przyciemniona.

-Gęstość: 2 g / cm ³

-Satelity: 5 znanych do tej pory.

-Rings: nie w tej chwili.

Dlaczego Pluton nie jest planetą?

Powodem, dla którego Pluton nie jest planetą, jest to, że nie spełnia on kryteriów Międzynarodowej Unii Astronomicznej, aby ciało niebieskie można było uznać za planetę. Te kryteria to:

-Orbit wokół gwiazdy lub jej pozostałości.

-Ma wystarczającą masę, aby jej grawitacja pozwalała mu mieć mniej lub bardziej kulisty kształt.

-Brak własnego światła.

-Ma dominację orbitalną, to znaczy wyłączną orbitę, która nie koliduje z orbitą innej planety i jest wolna od mniejszych obiektów.

I chociaż Pluton spełnia pierwsze trzy wymagania, jak widzieliśmy wcześniej, jego orbita koliduje z orbitą Neptuna. Oznacza to, że Pluton nie opuścił swojej orbity, że tak powiem. A ponieważ nie ma dominacji orbitalnej, nie można jej uznać za planetę.

Oprócz kategorii planet karłowatych, Międzynarodowa Unia Astronomiczna stworzyła inną: pomniejsze ciała Układu Słonecznego, w których znajdują się komety, asteroidy i meteoroidy.

Wymagania, aby być planetą karłowatą

Międzynarodowa Unia Astronomiczna również dokładnie określiła wymagania, jakie należy spełnić, aby być planetą karłowatą:

-Orbit wokół gwiazdy.

-Ma wystarczającą masę, aby mieć kulisty kształt.

-Nie emituj własnego światła.

-Brak czystej orbity.

Tak więc jedyna różnica między planetami a planetami karłowatymi tkwi w ostatnim punkcie: planety karłowate po prostu nie mają „czystej” lub wyłącznej orbity.

Rysunek 3. Pięć znanych dotychczas planet karłowatych wraz z ich satelitami. Na dole obrazu znajduje się Ziemia w celach informacyjnych. Źródło: Wikimedia Commons.

Ruch tłumaczeniowy

Orbita Plutona jest bardzo eliptyczna i jest tak daleko od Słońca, że ​​ma bardzo długi okres: 248 lat, z czego 20 jest bliżej Słońca niż sam Neptun.

Rysunek 4. Animacja przedstawiająca wysoce eliptyczną orbitę Plutona. Źródło: Wikimedia Commons.

Orbita Plutona jest najbardziej nachylona w stosunku do płaszczyzny ekliptyki: 17º, więc kiedy przecina orbitę Neptuna, planety są dość daleko od siebie i nie ma niebezpieczeństwa kolizji między nimi.

Rysunek 5. Przecięcie orbit Plutona i Neptuna, jak widać, planety są dość daleko od siebie, więc nie ma niebezpieczeństwa kolizji. Źródło: Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1200703

Rezonans orbitalny, który istnieje między obiema planetami, jest taki, który gwarantuje stabilność ich trajektorii.

Dane ruchu Plutona

Poniższe dane krótko opisują ruch Plutona:

-Średni promień orbity: 39,5 AU * lub 5,9 miliarda kilometrów.

- Nachylenie orbity : 17º w stosunku do płaszczyzny ekliptyki.

-Ekcentryczność: 0,244

- Średnia prędkość orbitalna : 4,7 km / s

- Okres transferu: 248 lat i 197 dni

- Okres rotacji: około 6,5 dnia.

* Jedna jednostka astronomiczna (AU) to 150 milionów kilometrów.

Jak i kiedy obserwować Plutona

Pluton jest zbyt daleko od Ziemi, aby można go było zobaczyć gołym okiem, ponieważ znajduje się nieco ponad 0,1 sekundy łukowej. Dlatego konieczne jest użycie teleskopu, wystarczą nawet modele hobbystyczne. Ponadto najnowsze modele zawierają programowalne elementy sterujące, aby znaleźć Plutona.

Jednak nawet z teleskopem Pluton będzie postrzegany jako maleńki punkt wśród tysięcy innych, więc aby go odróżnić, musisz najpierw wiedzieć, gdzie patrzeć, a następnie podążać za nim przez kilka nocy, tak jak zrobił to Clyde Tombaugh. Pluton będzie punktem poruszającym się na tle gwiazd.

Ponieważ orbita Plutona znajduje się poza orbitą Ziemi, najlepszym momentem na jej zobaczenie (ale należy wyjaśnić, że nie jest jedyna) jest sytuacja, gdy znajduje się ona w opozycji, co oznacza, że ​​Ziemia znajduje się między planetą karłowatą a Słońcem. .

Dotyczy to również Marsa, Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna, tak zwanych planet wyższych. Najlepsze obserwacje robią się, gdy są w opozycji, chociaż oczywiście mogą być widoczne w innym czasie.

Aby poznać opozycję planet, warto odwiedzić wyspecjalizowane strony internetowe lub pobrać aplikację astronomiczną na smartfony. W ten sposób można odpowiednio zaplanować obserwacje.

W przypadku Plutona od 2006 do 2023 roku przesuwa się on z konstelacji Serpens Cauda do Konstelacji Strzelca.

Ruch obrotowy

Ruch obrotowy Plutona. Źródło: PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Pluton wykonuje ruch obrotowy wokół własnej osi, podobnie jak Ziemia i inne planety. Pluton potrzebuje 6 i pół dnia, aby okrążyć siebie, ponieważ jego prędkość obrotowa jest mniejsza niż na Ziemi.

Będąc tak daleko od Słońca, mimo że jest to najjaśniejszy obiekt na niebie Plutona, gwiezdny król wygląda jak punkt nieco większy niż pozostałe gwiazdy.

Dlatego dni na planecie karłowatej mijają w ciemności, nawet najczystszej, ponieważ cienka atmosfera jest w stanie rozproszyć trochę światła.

Rysunek 6. Odwzorowanie lodowego krajobrazu Plutona przez artystę, po lewej stronie Neptuna i po prawej, odległe Słońce wygląda jak wielka gwiazda. Nawet w ciągu dnia na planecie panuje ciągły mrok. Źródło: Wikimedia Commons.ESO / L. Calçada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0).

Z drugiej strony jego oś obrotu jest nachylona o 120º w stosunku do pionu, co oznacza, że ​​biegun północny znajduje się poniżej poziomu. Innymi słowy, Pluton obraca się na bok, tak jak Uran.

To nachylenie jest znacznie większe niż nachylenie osi Ziemi wynoszącej zaledwie 23,5 °, dlatego pory roku na Plutonie są ekstremalne i bardzo długie, ponieważ okrążenie Słońca zajmuje nieco ponad 248 lat.

Rysunek 7. Porównanie osi obrotu Ziemi po lewej i po prawej stronie Plutona, nachylonych o 120º w stosunku do pionu. Źródło: F. Zapata.

Wielu naukowców uważa, że ​​wsteczne rotacje, jak w przypadku Wenus i Urana, lub takie pochylone osie obrotu, ponownie jak Uran i Pluton, są spowodowane przypadkowymi uderzeniami, spowodowanymi przez inne duże ciała niebieskie.

Jeśli tak, to ważne pytanie, które pozostaje do rozwiązania, to dlaczego oś Plutona zatrzymała się dokładnie na 120º, a nie na innej wartości.

Wiemy, że Uran zrobił to przy 98º, a Wenus przy 177º, podczas gdy Merkury, planeta najbliżej Słońca, ma oś całkowicie pionową.

Rysunek pokazuje nachylenie osi obrotu planet, ponieważ oś jest pionowa, na Merkurym nie ma pór roku:

Rysunek 8. Pochylenie osi obrotu na ośmiu głównych planetach Układu Słonecznego. Źródło: NASA.

Kompozycja

Pluton składa się ze skał i lodu, chociaż wyglądałyby zupełnie inaczej niż na Ziemi, ponieważ Pluton jest zimny nie do uwierzenia. Naukowcy szacują, że temperatura planety karłowatej waha się między -228 ºC a -238 ºC, przy czym najniższą temperaturę obserwuje się na Antarktydzie wynoszącą -128 ºC.

Oczywiście pierwiastki chemiczne są powszechne. Na powierzchni Plutona znajdują się:

-Metan

-Azot

-Tlenek węgla

Kiedy orbita Plutona zbliża go do Słońca, ciepło odparowuje lód z tych substancji, które stają się częścią atmosfery. A kiedy się odsuwa, zamarzają z powrotem na powierzchnię.

Te okresowe zmiany powodują pojawienie się jasnych i ciemnych obszarów na powierzchni Plutona, które zmieniają się w czasie.

Na Plutonie często spotyka się ciekawe cząsteczki zwane „tholinami” (nazwa nadana im przez znanego astronoma i popularyzatora Carla Sagana), które powstają, gdy promieniowanie ultrafioletowe Słońca rozbija cząsteczki metanu i oddziela te od azotu. Reakcja między powstałymi cząsteczkami tworzy bardziej złożone cząsteczki, chociaż bardziej nieuporządkowane.

Tholiny nie powstają na Ziemi, ale można je znaleźć w obiektach w zewnętrznym Układzie Słonecznym, nadając im różowy kolor, na przykład na Tytanie, satelicie Saturna i oczywiście na Plutonie.

Struktura wewnętrzna

Jak dotąd wszystko wskazuje na to, że Pluton ma skaliste jądro utworzone przez krzemiany i prawdopodobnie pokryte warstwą lodowatej wody.

Teoria powstawania planet wskazuje, że najgęstsze cząstki gromadzą się w centrum, podczas gdy lżejsze, takie jak lód, pozostają powyżej, konfigurując płaszcz, warstwę pośrednią między jądrem a powierzchnią.

Pod powierzchnią i nad zamarzniętym płaszczem może znajdować się warstwa wody w stanie ciekłym.

Rysunek 9. Struktura wewnętrzna Plutona. Źródło: Wikimedia Commons. PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Wnętrze planety jest bardzo gorące ze względu na obecność pierwiastków radioaktywnych, których rozpad wytwarza promieniowanie, którego część rozprzestrzenia się w postaci ciepła.

Pierwiastki promieniotwórcze są z natury niestabilne, dlatego mają tendencję do przekształcania się w inne, bardziej stabilne, emitując w sposób ciągły cząsteczki i promieniowanie gamma, aż do osiągnięcia stabilności. W zależności od izotopu pewna ilość materiału radioaktywnego rozpada się w ułamku sekundy lub trwa miliony lat.

geologia

Zimna powierzchnia Plutona składa się głównie z zamarzniętego azotu ze śladami metanu i tlenku węgla. Te dwa ostatnie związki nie są rozłożone równomiernie na powierzchni planety karłowatej.

Zdjęcia przedstawiają jasne i ciemne obszary, a także wariacje kolorystyczne, co sugeruje istnienie różnych formacji i przewagę niektórych związków chemicznych w określonych miejscach.

Mimo że do Słońca dociera bardzo mało światła, wystarczy promieniowanie ultrafioletowe, aby wywołać reakcje chemiczne w cienkiej atmosferze. Wytworzone w ten sposób związki mieszają się z opadami deszczu i śniegu, nadając im kolory od żółtego do różowego, z którymi Pluton jest obserwowany przez teleskop.

Prawie wszystko, co wiadomo o geologii Plutona, pochodzi z danych zebranych przez sondę New Horizons. Dzięki nim naukowcy wiedzą teraz, że geologia Plutona jest zaskakująco zróżnicowana:

-Lodowe równiny

-Lodowce

-Góry zamarzniętej wody

-Niektóre kratery

-Świadectwa kriowulkanizmu, wulkanów wyrzucających wodę, amoniak i metan, w przeciwieństwie do wulkanów lądowych, które wypluwają lawę.

Satelity Plutona

Pluton ma kilka naturalnych satelitów, z których Charon jest największym.

Przez pewien czas astronomowie wierzyli, że Pluton jest znacznie większy niż w rzeczywistości, ponieważ Charon krąży po orbicie tak blisko i prawie kołowo. Dlatego początkowo astronomowie nie mogli ich rozróżnić.

Rysunek 10. Pluton po prawej i jego główny satelita Charon. Źródło: Wikimedia Commons.

W 1978 roku astronom James Christy odkrył Charona na zdjęciach. Jest o połowę mniejszy od Plutona, a jego nazwa również pochodzi z mitologii greckiej: Charon był przewoźnikiem, który przewoził dusze do podziemi, królestwa Plutona lub Hadesu.

Później, w 2005 roku, dzięki teleskopowi kosmicznemu Hubble'a, znaleziono dwa małe księżyce Hydra i Nix. A potem, odpowiednio, w 2011 i 2012 roku, pojawiły się Cerberus i Styx, wszystkie z mitologicznymi nazwami.

Satelity te mają również okrągłe orbity wokół Plutona i mogą być przechwytywanymi obiektami z pasa Kuipera.

Pluton i Charon tworzą bardzo interesujący układ, w którym środek masy lub środek masy znajduje się na zewnątrz większego obiektu. Innym niezwykłym przykładem jest układ Słońce-Jowisz.

Oba są również w synchronicznym obrocie ze sobą, co oznacza, że ​​zawsze wyświetlana jest ta sama ściana. Tak więc okres orbitalny Charona wynosi około 6,5 dnia, czyli tyle samo co Pluton. Tyle czasu zajmuje również Charonowi wykonanie jednego obrotu wokół własnej osi.

Rysunek 11. Synchroniczna rotacja Plutona i jego satelity Charona. Źródło: Wikimedia Commons. Tomruen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Wielu astronomów uważa, że ​​są to dobre powody, aby uznać tę parę za podwójną planetę. Takie podwójne układy nie są rzadkie w obiektach wszechświata, wśród gwiazd często spotyka się układy podwójne.

Zaproponowano nawet, że Ziemia i Księżyc są również uważane za planety podwójne.

Inną ciekawostką Charona jest to, że może zawierać w sobie wodę w stanie ciekłym, która dociera na powierzchnię przez szczeliny i tworzy gejzery, które natychmiast zamarzają.

Czy Pluton ma pierścienie?

To dobre pytanie, ponieważ Pluton znajduje się na skraju Układu Słonecznego i kiedyś był uważany za planetę. Wszystkie planety zewnętrzne mają pierścienie.

W zasadzie, ponieważ Pluton ma 2 księżyce wystarczająco małe o małej grawitacji, uderzenia w nie mogą unieść i rozproszyć wystarczająco dużo materiału, aby gromadził się on na orbicie planety karłowatej, tworząc pierścienie.

Jednak dane z misji NASA New Horizons pokazują, że Pluton nie ma obecnie pierścieni.

Ale układy pierścieni są strukturami tymczasowymi, przynajmniej w czasie astronomicznym. Obecnie dostępne informacje o układach pierścieni planet olbrzymów pokazują, że ich powstanie nastąpiło stosunkowo niedawno i że tak szybko, jak się uformują, mogą zniknąć i vice versa.

Misje na Plutona

New Horizons to misja wyznaczona przez NASA w celu zbadania Plutona, jego satelitów i innych obiektów w pasie Kuipera, regionie otaczającym Słońce w promieniu od 30 do 55 jednostek astronomicznych.

Pluton i Charon to jedne z największych obiektów w tym regionie, który zawiera również inne, takie jak komety i asteroidy, tak zwane mniejsze ciała Układu Słonecznego.

Szybka sonda New Horizons wystartowała z przylądka Canaveral w 2006 r. I dotarła do Plutona w 2015 r. Otrzymała liczne obrazy przedstawiające niewidziane wcześniej cechy planety karłowatej i jej satelitów, a także pomiary pola magnetycznego, spektrometrię i inne.

New Horizons nadal wysyła informacje do dziś i znajduje się obecnie około 46 jednostek astronomicznych od Ziemi, pośrodku pasa Kuipera.

W 2019 roku badał obiekt zwany Arrokoth (Ultima Thule) i obecnie oczekuje się, że wkrótce przeprowadzi pomiary paralaksy i prześle z ziemi obrazy gwiazd z zupełnie innego punktu widzenia, które posłużą jako przewodnik nawigacyjny.

Oczekuje się również, że New Horizons będzie nadal przesyłać informacje do co najmniej 2030 r.

Bibliografia

1. Lew, K. 2010. Przestrzeń kosmiczna: planeta karłowata Pluton. Marshall Cavendish.
2. GARNEK. Eksploracja Układu Słonecznego: Pluton, planeta karłowata. Odzyskany z: solarsystem.nasa.gov.
3. Dom Plutona. Wyprawa do odkrycia. Pobrane z: www.plutorules.
4. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (i jak je zidentyfikować). Odzyskany z: nakedeyeplanets.com
5. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Geologia Plutona. Odzyskane z: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Pluton (planeta). Odzyskane z: es.wikipedia.org.
8. Zahumensky, C. Odkrywają, że Pluton emituje promienie X. Odzyskane z: es.gizmodo.com.