Pluton

Powiększony wizerunek Plutona
fot. Powiększony wizerunek Plutona stworzony przez zespół składający się z Eliota Younga, Richarda Binzela i Keenan Crane przy pomocy Teleskopu Hubble'a.
(autor: NASA)

Po odkryciu Neptuna astronomowie zauważyli, że obserwowane odchyłki w ruchu Urana nie mogą być wywołane tylko przez tę planetę. Co więcej, podobne zaburzenia zaobserwowano również w ruchu samego Neptuna. Powstało więc pytanie, czy przyczyną rozbieżności pomiędzy teorią i obserwacjami nie jest przypadkiem dalsza nieznana planeta. Odpowiedź na to pytanie usiłowali znaleźć astronomowie amerykańscy: Percival Lowell i William H. Pickering. Z zaburzeń Urana i Neptuna w 1905 roku Lowell obliczył orbitę dalszej planety i usilnie zaczął jej poszukiwać na niebie. Nie dożył jednak jej odkrycia: po żmudnych poszukiwaniach planetę odnalazł młody asystent Obserwatorium Lowella. Clyde Tombaugh, na kliszy wykonanej 18 lutego 1930 roku. Planeta leżała w gwiazdozbiorze Bliźniąt, oddalona o 6° od przewidywanej prze Lowella pozycji. Po kilku tygodniach dalszych obserwacji, w 75 rocznicę urodzin Lowella 13 marca 1930 roku, Obserwatorium Lowella wydało oficjalny komunikat o odkryciu nowej planety. Na skutek zbiegu okoliczności zdarzyło się to dokładnie w 149 lat po tym, jak Herschel odkrył Urana w tym samym gwiazdozbiorze.

Rozmiary i masa nowej planety, Plutona, nie były jednak zgodne z założeniami poczynionymi przez Lowella. Obserwowane zaburzenia orbit Urana i Neptuna wymagają, aby ich źródłem była planeta o masie 6-7 razy większej niż masa Ziemi, tymczasem Tombaugh odkrył planetę znacznie mniejszą, o jasności zaledwie +15m. Szukał dalej zatem usilnie ciała większego, jednak nic nie udało mu się znaleźć, mimo iż według jego słów, teleskop, którego używał, pozwalała na odkrycie planety wielkości Ziemi, znajdującej się nawet w odległości 100 AU od Słońca. Niezgodności między masą Plutona i wielkością zaburzeń w orbitach Urana i Neptuna można objaśnić dwojako: albo za Neptunem obiega Słońce jeszcze jedna planeta i odkrycie Plutona było szczęśliwym zbiegiem okoliczności, albo wartości zaburzeń w orbitach Urana i Neptuna wynikają z błędów obserwacji.

Pluton był jeszcze do niedawna najdalszą znaną planetą w Układzie Słonecznym. Był ponieważ w sierpniu 2006 roku został uznany za planetę karłowatą. Średnia odległość Plutona od Słońca wynosi niemal 40 AU, a okres obiegu 284,09 roku. Obserwowany ruch Plutona na niebie pomiędzy gwiazdami jest bardzo wolny: w ciągu roku Pluton przesuwa się nieco więcej niż o stopień. Orbita Plutona znacznie się różni od orbit pozostałych planet-jest najbardziej spłaszczona, o mimośrodzie 0,2488 i tworzy z ekliptyką największy kąt 17,1°. Część orbity Plutona w pobliżu peryhelium leży wewnątrz Neptuna. Gdyby orbita Plutona leżała w płaszczyźnie orbity Neptuna, ich tory by się przecinały, i wcześniej czy później musiałyby się zderzyć. W rzeczywistości jednak przecinają się tylko rzuty ich orbit na płaszczyznę ekliptyki, a w punktach przecięcia tych rzutów planety są dostatecznie od siebie odległe, tak że do ich zderzenia, a nawet silniejszego oddziaływania grawitacyjnego nigdy nie dojdzie. W peryhelium znajdzie się Pluton w roku 1989. W części swej orbity od stycznie 1979 roku aż do 1999 Pluton poruszał się bliżej Słońca niż Neptun. Najdalej od Słońca będzie w 2113 roku, natomiast w pozycji, w której został odkryty przez Tombaugha, dopiero w roku 2178.

Regularnie powtarzające się nieznaczne wahania jasności Plutona pozwoliły na stosunkowo dokładne wyznaczenie okresu obrotu Plutona, wynoszącego 6,3868 dnia. Płaszczyzna równika Plutona tworzy z płaszczyzną jego orbity kąt 57°.

Nawet w największych teleskopach Pluton przestawiał się jako niezbyt jasna plamka +14,8m. O jego kształcie a także na temat powierzchni nie można w gruncie rzeczy nic powiedzieć.2 Przypuszcza się, że składa się z mieszaniny złożonej w 30% z lodu wodnego i 70% z materiału skalnego. 5Temperatura powierzchni wynosi -230°C. Przy takiej temperaturze w stanie gazowym pozostaje tylko wodór, hel, metan i neon. Rozmiary, masa i budowa Plutona są od samego momentu jego odkrycia przedmiotem licznych dyskusji.

W lipcu 1978 roku James Christy, astronom z Obserwatorium Morskiego w Waszyngtonie, odkrył na fotografiach Plutona, wykonanych w obserwatorium Flagstaff teleskopem o średnicy zwierciadła 155 cm, księżyc planety. Jak się później okazało nie jedyny. Okrągły obraz Plutona jest na zdjęciach wyraźnie rozciągnięty z jednej strony. Podobną deformację obrazu Plutona stwierdził dodatkowo Christy na zdjęciach z roku 1965 i 1970. Zdeformowany obraz Plutona astronomowie przypisywali kiedyś defektom w emulsji fotograficznej. Istnienie księżyca zostało jednak potwierdzone na fotografiach uzyskanych czterometrowym teleskopem z obserwatorium w Cerro Tololo w Chile.

Interpretacja obserwacji fotometrycznej Plutona, tym razem łącznie z jego księżycem, radykalnie zmieniła nasze wyobrażenie o nim. Okazało się, że średnica Plutona wynosi prawie 2300 km, a średnia gęstość 1,5 g/cm3, a nie 4,5 g/cm3. Pluton jest zatem mniejszy od naszego Księżyca.

Chociaż w sposób bezpośredni nie możemy wykonać badań geologicznych Plutona, to jednak potrafimy na drodze teoretycznej wyrobić sobie pogląd na najbardziej prawdopodobną jej budowę i skład chemiczny. Korzystamy przy tym z wiedzy o fizyczno-chemicznych właściwościach materii, z której powstała, i o własnościach przestrzeni, w której się porusza.

Obecnie najlepiej objaśnia wielkość Plutona, jego masę i zdolność odbijającą model z jądrem zbudowanym ze skał krzemowych, otoczonych warstwą lodu i zestalonego metanu. Średnica jądra wynosi około 1200 km, a masa jego stanowi około 1/4 masy Plutona. Jądro otacza warstwa lodu o grubości 550 km. Powierzchnię Plutona tworzy warstwa zestalonego metanu o grubości 50 km, stanowiąca tylko 3% całej jego masy. Atmosfera Plutona jest bardzo rozrzedzona i składa się głównie z metanu w stanie gazowym. Przy bardzo niskiej prędkości ucieczki z powierzchni planety, metan nieustannie ucieka do przestrzeni międzyplanetarnej.

Księżyc Plutona został nazwany przez Christiego Charonem dla upamiętnienia mitologicznego przewoźnika, który za opłatą przewoził dusze przez rzekę Acheron w świat pozagrobowy, gdzie bogiem był Pluton. Charon obiega Plutona w odległości siedmiu jego promieni w czasie równym okresowi obrotu Plutona. Znajduje się zatem stale nad tym samym miejscem powierzchni Plutona, jest to więc księżyc stacjonarny. Średnicę Charona ocenia się na 600 km, masę na 1,7 × 1020 kg, przy założeniu, że ma on identyczny skład chemiczny jak Pluton.

Niezwykła orbita Plutona, jego rozmiar i albedo podobne do tego, jakie mają księżyce Neptuna, a także niecodzienne orbity księżyców Neptuna są podstawą interesującej hipotezy o pochodzeniu Plutona. Całkiem możliwe, że Pluton nie jest w ogóle planetą w ścisłym tego słowa znaczeniu, lecz mógł być kiedyś księżycem Neptuna. Według hipotezy Raymonda A.Lyttletona, Pluton pierwotnie obiegał Neptuna z okresem 6,4 dnia. Pewnego razu, przy bardzo ciasnym zbliżeniu do jednego z księżyców Neptuna-Trytona, siły grawitacyjne wyrzuciły Plutona z układu księżyców Neptuna na własną orbitę wokółsłoneczną. Powstałe s iły pływowe mogły równocześnie oderwać część materii Plutona, tworząc z niej jego satelitę Charona. Ale również Tryton, trzykrotnie większy od Plutona, nie wyszedł z tego zbliżenia bez szwanku. Jego pierwotna orbita zmieniła się na orbitę, po której ruch księżyca jest wsteczny.

Inną hipotezę o oderwaniu Plutona z układu księżyców Neptuna wysunęli dwaj astronomowie- T.C. Van Flandern i R.S. Harrington. Według nich, przyczyną zmiany orbit Plutona i Trytona mogła być nieznana planeta, 3-4 razy masywniejsza od Ziemi. Ta hipotetyczna planeta w swojej drodze wokół Słońca znacznie się zbliżyła do Neptuna, przy czym jej orbita także uległą znacznym zmianom, a ona sama jest obecnie odległa od Słońca o 50-100 AU. Jeśli taka planeta rzeczywiście istnieje, na podstawie zaburzeń ruchu Neptuna należałoby przypuszczać, że znajduje się gdzieś na tle gwiazdozbiorów Koziorożca, Wodnika lub Raka.

Nie jest jednak wykluczone, że Pluton i inne ciała do niego podobne są pierwotnym budulcem, który nie został zużyty przy formowaniu się planety. Do tej grupy ciał należy zapewne i Charon, planetoida o dziwacznej orbicie, nieco przypominającej orbitę Plutona, odkryta w 1978 roku przez Charlesa Kowala. Charon porusza się na ogół poza orbitą Saturna, lecz część jego orbity leży wewnątrz orbity Saturna, podobnie jak część orbity Plutona leży wewnątrz orbity Neptuna. [5]

31 października 2005 roku ogłoszono o odkryciu dwóch kolejnych niewielkich księżyców Plutona. Zostały one zaobserwowane na zdjęciach wykonanych przez teleskop Hubble'a w dniach 15 maja i 18 maja 2005. Księżyce otrzymały nazwy Hydra i Nix. Okrążają one Plutona odpowiednio w odległości około 64700 km (Hydra) i 49400 km (Nix) od planety w tej samej płaszczyźnie co Charon. Średnicę księżyców szacuje się na 100 do 160 km. Obserwowana wielkość gwiazdowa wynosi 23m i jest 5000 razy mniejsza od Plutona. W dniu 15 lutego 2006 zespół astronomów pod kierownictwem Hal Weavera oraz Alana Sterna przeprowadził dalsze obserwacje nowoodkrytych księżyców przy użyciu teleskopu Hubble'a. Dalsze obserwacje przy użyciu teleskopu Hubble'a mają zostać przeprowadzone 3 marca.

Pluton posiada atmosferę o ciekawych właściwościach. Uwidacznia się ona tym bardziej im znajduje się bliżej peryhelium; będąc bliżej Słońca bardziej poddaje się jego energii, dzięki której znajdujący się na powierzchni lód sublimuje do postaci pary wodnej(przy temp.-170°C), będącej głównym składnikiem jego rzadkiej atmosfery. Zaś panująca na dalszych odległościach niższa temperatura(-230 do -220°C) powoduje zamrożenie składników atmosfery do ciała stałego. Sugeruje się, że Pluton może uczestniczyć w aktywnej cyrkulacji atmosfery ze swoim księżycem Charonem. O istnieniu rzadkiej atmosfery, przekonało w 1988 obserwowane z Ziemi zakrycie przez Plutona jasnej gwiazdy. Kiedy planeta lub inny obiekt (np. planetoida) nie posiadający atmosfery zaczyna zakrywać gwiazdę, to staje się ona zupełnie niewidoczna. Jednak w przypadku Plutona, gwiazda "ciemniała" powoli, co świadczyło o istnieniu na tej planecie atmosfery. Na podstawie stopnia zaćmienia gwiazdy ustalono ciśnienie atmosfery na 0,15 paskala.

Kolejne pomiary atmosfery Plutona przeprowadzono w 2003, podczas kolejnego tranzytu planety na tle jasnej gwiazdy. O dziwo, badania wówczas wykazały większe ciśnienie w atmosferze, mimo że planeta znajdowała się dalej od Słońca. Sugeruje się, że może to być wywołane dotarciem światła do południowego bieguna planety (który wcześniej przez 120 lat tkwił w ciemnościach) i sublimacja znajdującego się na tamtejszej powierzchni azotu.

Pluton obiega Słońce w tym samym kierunku, co planety klasyczne, ale obraca się przeciwnie niż one (z wyjątkiem Wenus i Urana). Średnia odległość Plutona od Słońca wynosi 39,5 AU, jednak silnie ekscentryczna orbita o mimośrodzie 0,248 sprawia, że podczas największego zbliżenia planeta znajduje się w odległości 29,7 AU od rodzimej gwiazdy, czyli bliżej niż Neptun. Ostatnio takie zbliżenie miało miejsce od 7 lutego 1979 do 11 lutego 1999. Wynikać może stąd przekonanie, że orbity obu planet przecinają się, jednak jest ono błędne, jako że opiera się na wyobrażeniu ruchu tych ciał w jednej płaszczyźnie. W rzeczywistości orbita Plutona jest nachylona 17° do ekliptyki. Pluton pozostaje z Neptunem w rezonansie orbitalnym 3:2, co oznacza że na 2 obiegi Plutona przypadają 3 Neptuna. Prędkość obiegu planety podlega bardzo dużej amplitudzie: w czasie gdy znajduje się on najbliżej Słońca (peryhelium), jest prawie dwa razy większa niż w aphelium.

Rozmiar obiektu i jego charakterystyczna orbita powodowały wiele dyskusji na temat wykreślenia Plutona z listy planet. Z kinematycznego i najpewniej genetycznego punktu widzenia Pluton należy do szerszej grupy obiektów transneptunowych, zwanych plutonkami. Informacja z 31 lipca 2005 o odkryciu odleglejszego i większego ciała od Plutona, osłabia jego pozycję jako planety. Na mocy uchwały przyjętej 24 sierpnia 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna uznała Plutona za planetę karłowatą.[3]

Powrót do góry

Pluton-planeta czy nie?

Z początkiem ostatniej dekady ubiegłego stulecia odkrywano coraz więcej obiektów transneptunowych. Pierwszym takim obiektem, po Plutonie i jego satelicie, był (15760) 1992 QB1. Liczba znanych plutonków wzrasta z każdym rokiem. Tempo odkrywania tych obiektów stawia pytanie: czy Pluton jest najmniejszą planetą, czy największym transneptunem?

Kolejne obserwacje dowodziły istnieniu wielu obiektów, jednak za każdym razem były to ciała wielokrotnie mniejsze od Plutona, co utwierdzało jego pozycję. Największa znana wówczas planetoida - Ceres - posiadała średnicę 950 km. Przełom nastąpił w 2002 - wtedy to odkryto 50000 Quaoar ze 1240 km średnicą, stanowiącą ponad połowę średnicy Plutona. Inne ważne odkrycie - 90482 Orcus, ze średnicą większą od Quaoara poddało w wyraźną wątpliwość rangę dziewiątej planety. W 2004 odkryto obiekt niesłychanie daleki naszej gwieździe o niebywałych rozmiarach. 90377 Sedna, bo tak go później nazwano, posiada średnicę 1800 km. Wszystkie te obiekty swoimi rozmiarami dorównywały Plutonowi i znacznie osłabiały jego pozycję.

Zdecydowanie największe znaczenie dla klasyfikacji planet miało odkrycie z 29 lipca 2005, kiedy to ogłoszono istnienie obiektu 2003UB313 nazwanego później 136199 Eris. Na podstawie jego albedo natychmiastowo określono jego rozmiar na większy od Plutona. To zaś z jednej strony spowodowało, że niektórzy włączyli go w poczet planet, inni zaś na podstawie jego rozmiaru zdegradowali Plutona do obiektu pasa Kuipera. Jest to największe zaobserwowane ciało Układu Słonecznego od odkrycia Neptuna w 1846. Jednak cechą Plutona odróżniającą go od innych transneptunów są jego księżyce i atmosfera. Bo co prawda, wiele tych oddalonych obiektów (z wyjątkiem Sedny) posiada swoje satelity, jednak zawsze są to ciała znacznie mniejsze. Wstępne badania wykazują podobieństwo geologiczne nowo odkrytego obiektu z (formalnie) ostatnią planetą.

Ten precedens stawia pytanie o definicję planety. W XIX w. każdą odkrytą asteroidę (1 Ceres, 2 Pallas, 3 Juno oraz 4 Westa) ówcześni ludzie automatycznie uznawali za planetę, głównie za sprawą braku możliwości dokładnego pomiaru wielkości obiektu). To samo tyczyło się asteroidy 5 Astraea odkrytej w 1845 (na rok przed odkryciem Neptuna), którą również potraktowano jako planetę. Jednak w kolejnych latach odkrywanie coraz większej ilości asteroid (krążących między orbitami Ziemi i Jowisza) spowodowało, że określanie ich planetami stało się nieaktualne i błędne. Owe obiekty po prostu przypisano do szerszego grona pasa planetoid.

24 sierpnia 2006 r. Międzynarodowa Unia Astronomiczna uznała, że zgodnie z nową definicją, Pluton nie jest planetą. Dla określenia statusu Plutona i innych spornych obiektów stworzono pojęcie planety karłowatej.[3]

Powrót do góry

[3] Podstawowe dane
Historia odkrycia
Odkrywca Clyde W. Tombaugh
Data odkrycia 18 lutego 1930 r
Charakterystyka orbity
Średnia odległość od Słońce 5 906 376 272 km (39,481 686 77 AU)
Długość orbity 36,530 Tm (244,186 AU)
Mimośród 0,248 807 66
Peryhelium 4 436 824 613 km (29,658 340 67 AU)
Aphelium 7 375 927 931 km (49,305 032 87 AU)
Okres orbitalny 90 613,306 dni (284,09 lat)
Okres synodyczny 366,74 d
Średnia prędkość orbitalna 4,666 km/s
Maksymalna prędkość 4,112 km/s
Minimalna prędkość3,676 km/s
Inklinacja17,142°
Satelity naturalne 3
Charakterystyka fizyczna
Średnica 2274 km
Powierzchnia 1,795 × 107 km2
Objętość7,15 × 107 km3
Masa 1,25 × 1022kg
Gęstość 1,75 g/cm3
Przyspieszenie 0,58 m/s2 (0,059 g)
Prędkość ucieczki 1,2 km/s
Okres rotacji 6d 9h 17m 35s (6,387 dnia)
Prędkość obrotu na równiku 47,18 km/h
Nachylenie osi 122,54°
Deklinacja -9,09°
Albedo 0,3
Temperatura powierzchni 33 K(min)
44 K(śred.)
55 K(max)
Skład atmosfery
Ciśnienie atmosferyczne 0,15-0,30 Pa
Skład azot, metan

Powrót do góry


Źródła:

© Instytut Astronomii UZ