Pluto bylo kdysi vzdálenou anomálií v naší sluneční soustavě. Po desetiletí byla považována za devátou planetu. Vše se změnilo v srpnu 2006. Mezinárodní astronomická unie (IAU) zbavila Pluta jeho planetárního statusu. Byla překlasifikována na trpasličí planetu. Toto rozhodnutí nebylo svévolné. Odráží rostoucí porozumění tomu, co Pluto skutečně je. Toto je velký objekt Kuiperova pásu. Tato oblast je prstenec ledu a skalnatých úlomků, které zbyly z formování sluneční soustavy. Nachází se za oběžnou dráhou Neptunu.
Mezinárodní astronomická unie zaujímá tvrdý postoj. Planety musí „vyčistit“ svůj orbitální prostor od jiných velkých těles. Pluto sdílí svou dráhu s bezpočtem dalších objektů Kuiperova pásu. Proto v tomto testu neuspěje. Tato změna v klasifikaci zdůrazňuje rozdíl mezi trpasličími a velkými planetami. Mluvíme o kontrole nad oběžnou dráhou. Pluto je důležité. Ale není „králem“ své oblasti.
Duální systém ve tmě
Pluto je pouhým okem neviditelné. Je příliš daleko. Je příliš malý. Je to příliš tmavé. Jeho největší měsíc, Charon, tuto dynamiku obrací. Charon je ve srovnání s Plutem obrovský. Kvůli jejich podobné velikosti je vědci často považují za binární systém. Dva objekty rotují kolem společného těžiště. Symbol Pluta je ♇. Toto je pocta římskému bohu podsvětí. Jeho řecký ekvivalent je Hádes. Jméno je dokonalé. Je to chladné a tmavé místo.
Světlo se šíří velmi rychle. Asi 300 000 kilometrů za sekundu. Slunečnímu záření však trvá více než pět hodin, než se k Plutu dostane. Představte si Slunce jako velmi jasnou hvězdu. To je vše. Intenzita tohoto světla je přibližně 1/1600 intenzity světla přijímaného Zemí. Teplota klesne natolik, že normální plyny zamrznou. Dusík. Oxid uhelnatý. Na povrchu se jeví jako pevný led. Toto je svět, kde je zamrzlý vzduch.
New Horizons prolomí ticho
Teleskopy na Zemi se léta potýkají s problémy. I ty nejlepší přístroje na oběžné dráze poskytují málo detailů. To hlavní zůstává nejasné. Jaký je poloměr Pluta? Jaká je jeho hmotnost? Čísla jsou rozmazaná. Po celá desetiletí jsme se dozvěděli více o povrchu Marsu než o této vzdálené ledové kouli.
Vše se změnilo v červenci 2015. Sonda NASA New Horizons proletěla blízko Pluta a Charonu. Bylo to poprvé v historii, kdy byly získány detailní snímky zblízka. Mise odpověděla na důležité otázky. Vytvořila reliéfní mapu. Otevřel se složitý svět hor a plání. Před New Horizons bylo Pluto jen rozmazaný pixel. Pak se stal skutečným cílem.
Podivná oběžná dráha trpasličí planety
Dráha Pluta kolem Slunce je ve srovnání s jinými planetami chaotická. Průměrná vzdálenost je asi 5,9 miliardy kilometrů. To je 39,5 astronomických jednotek (AU). 1 astronomická jednotka je vzdálenost mezi Zemí a Sluncem. Dráha Pluta je protáhlá. Astronomové tomu říkají vysoká excentricita. Je také nakloněn o 17,1 stupně vzhledem k rovině ekliptiky. Většina planet zůstává v plochém orbitálním systému. Pluto je nakloněno.
Tato výstřednost vytváří zvláštní problémy s intimitou. Vzdálenost Pluta od Slunce se pohybuje od 29,7 AU. (perihelium) v nejbližším bodě k 49,5 AU. (afélium) na nejvzdálenějším místě. Dráha Neptunu je téměř kruhová, 30,1 AU. V určitém okamžiku během každého oběhu Pluto skutečně protne dráhu Neptunu. Ukázalo se, že je blíže Slunci než Neptun.
Nezpůsobí to kolizi? Ne, gravitace zde brání chaosu. Pluto a Neptun jsou v rezonanci 3:2. Neptun obíhá kolem Slunce po třech, zatímco Pluto po dvou. Tento gravitační tanec jim neumožňuje dostat se blíže než 17 AU. Procházejí bezpečně. Naposledy Pluto dosáhlo perihélia v roce 1989 a asi 10 let předtím a potom bylo Pluto osmou planetou od Slunce.
Postranní pražec
Pluto se otáčí pomalu. Doba rotace je 6,3873 pozemských dnů. Byl to jeho hvězdný den. Z velkých planet rotují tak pomalu jen Merkur a Venuše. Axiální sklon Pluta je však extrémní. Jeho osa je nakloněna o 120 stupňů od normály k orbitální rovině.
To znamená, že se Pluto otáčí „na své straně“. Severní pól míří 30 stupňů pod oběžnou rovinu. Severní pól Země je nakloněn nahoru o 23,5 stupně. Retrográdní rotace Pluta je ještě podivnější. Otáčí se opačným směrem než Slunce a většina planet. Kdybyste stáli na Plutu, viděli byste Slunce vycházet na západě. Zapadá na východ. Den v podsvětí je matoucí zážitek.
Pluto se tam nehodí.
Ani velikostí, ani hustotou a zejména ne fyzikálním složením. Ve srovnání s jinými planetami je to anomálie. Jeho poloměr je menší než polovina poloměru Merkuru. Je to jen asi dvě třetiny velikosti Měsíce Země. Vedle plynných a ledových obrů vnější sluneční soustavy – Jupitera, Saturnu, Uranu a Neptunu – vypadá jako kámen.
Ale skutečným vodítkem není jen jeho malá velikost. To je to, z čeho se skládá.
Když zkombinujete jeho malou velikost s nízkou hustotou a složením, Pluto začne vypadat méně jako trpasličí planeta a více jako satelit. Přesněji řečeno, zdá se, že jde o velký ledový satelit obíhající kolem vnější obří hvězdy.
Argumenty ve prospěch původu satelitu
Nejbližší dvojče Pluta v celé sluneční soustavě není jiná planeta. Toto je největší měsíc Neptunu, Triton.
Podobnosti jsou nápadné. Jejich hustota je téměř stejná. Jejich složení naznačuje, že oba objekty vznikly ze stejného prvotního materiálu v chladných oblastech rané sluneční soustavy. To naznačuje společný původ. Pravděpodobně nezačali svůj život jako planety, ale jako nezávislé objekty zachycené v gravitační síti většího obra.
Pokud je Pluto v podstatě neviditelný satelit, proč obíhá přímo kolem Slunce? Odpověď spočívá v jeho chaotické historii. Triton obíhá kolem Neptunu v opačném směru, než je rotace planety. Toto je zachycený objekt. Podobný osud by mohl potkat i Pluto, nebo by mohlo být součástí populace objektů Kuiperova pásu rozptýlených putujícími obřími planetami.
Čísla nelžou
Můžete vidět mezeru v datech. Pluto není skalnatý svět jako Mars. Není to plynný obr jako Jupiter.
- Průměrná vzdálenost od Slunce: 5 910 000 000 km (39,5 AU)
- Poloměr: 1 185 km (menší než pozemský Měsíc)
- Průměrná hustota: Asi 2 g/cm³ (označuje směs kamene a ledu)
- Doba rotace: 6,3873 pozemských dnů (retrográdní)
- Průměrná povrchová teplota: 40 K (-387 °F / -233 °C)
Tato nízká hustota je nezvratným důkazem. Čistě skalnaté těleso by bylo mnohem hustší. Pluto je směs. Obsahuje dostatek ledu, aby měl vztlak, a dostatek kamene, aby byl pevný.
Nakloněná existence
Zvláštní je také dráha Pluta. Nenachází se v rovině ekliptiky, jako osm hlavních planet.
- Excentricita: 0,251 (vysoce protáhlá elipsa)
- Sklon: 17,1° vzhledem k ekliptice
Přestože její dráha protíná dráhu Neptunu, obě planety se nikdy nesrazily kvůli orbitální rezonanci. Výmluvnější je ale sklon. Rovník Pluta je vůči své dráze nakloněn o 120°. Při pohybu kolem Slunce se převaluje na bok. Tento extrémní sklon způsobuje, že roční období trvají desítky let, přičemž různé póly jsou vystaveny slunci po stovky pozemských let.
Slabý nádech vzduchu
pro
Vědci měli mlhavou představu o atmosféře Pluta dlouho předtím, než se jim to podařilo prokázat. Objev metanového ledu na povrchu Pluta v 70. letech 20. století dal vědcům brzy jistotu, že trpasličí planeta je víc než jen mrtvá skála. To naznačovalo, že tělo bylo schopno udržet něco nestabilního. Ale dokázat existenci této atmosféry? Tohle muselo počkat. Přímé pozorování bylo možné až v příštím desetiletí.
Tento průlom nastal v roce 1988. Ani čočky dalekohledu, ani nové senzory neunesly všechnu těžkou práci. Zde vstoupila do hry geometrie. Průchod Pluta přímo před vzdálenou hvězdou je jev známý jako zatmění. Pozorovatelé na Zemi sledovali záři hvězdy. Nešlo to rychle pryč. Místo toho světlo postupně sláblo a nakonec zmizelo za siluetou. Pomalý rozklad byl nezvratným důkazem. Prokázala přítomnost tenké, vysoce napjaté atmosféry, která filtruje světlo hvězdy.
Fyzika je zde krutá. Atmosféra Pluta se musí skládat z páry v rovnováze s ledem, díky čemuž je systém extrémně křehký. Malé změny teplot posunují vzduchové hmoty. To může způsobit velké kolísání hladiny plynu. Atmosféra je v podstatě motorem fázového přechodu. Pevný led se mění v plyn. Plyn se opět usadí a změní se v led. Toto je spínač, ne regulátor.
Trpasličí planeta se v roce 1989 nacházela poblíž perihelia Pluta a byla o něco chladnější, než je průměr. Tato malá změna je důležitá. Více zmrzlého plynu se odpařilo. Atmosféra expandovala a dosáhla svého nejhustšího stupně. Díky tomu je toto období vhodnou dobou k prozkoumání těla. Pokud chcete vidět vzduch Pluta, musíte ho zachytit ve chvíli, kdy se Pluto snaží zadržet dech.
Rychle vpřed do roku 2000. Astronomové odhadli povrchové tlaky v rozmezí od několika mikrobarů do desítek mikrobarů. Pro srovnání, 1 mikrobar odpovídá jedné miliontině tlaku na hladině moře na Zemi. Podle pozemských měřítek je to vakuum. Šepot vzduchu.
Pak ale bylo Pluto mnohem blíže Slunci. Aphelion, kde je trpasličí planeta nejdále a dostává nejméně slunečního světla, je chladný. Plyn zamrzne a vrátí se na povrch. Daleko, v Kuiperově pásu, atmosféra Pluta nemusí být vůbec zjistitelná. Zhroutí se. Zmizí v ledu.
Atmosféra není stálým rysem. Toto je sezónní puls. Slapy. Dýchejte, když se slunce blíží. Zadržte dech, když slunce ustupuje. Vidíme ji, až když Pluto najde odvahu ji pustit.
Co je tam, kde nic není?
Pluto primárně dýchá dusík. Víme to z pozemních pozorování hvězdného světla procházejícího za trpasličí planetou během zatmění. New Horizons ale udělal víc než jen kontrolu základních dat. Podívejme se hlouběji. Detektory ve směsi objevily metan a oxid uhelnatý. Objevil se i kyanovodík. Jeho množství je malé, ale má velký význam. Dusík není pro Pluto jedinečný. Země to dýchá. Je jím zahalen největší Saturnův měsíc Titan. Má ji i Neptunův satelit Triton. Ve vnější sluneční soustavě se zdá být normou studená míle bohatá na dusík.
Čísla však vypovídají o zranitelnosti něco jiného. Povrchový tlak je pouze 10 mikrobarů. Jemný. Papír tenký. Sonda také detekovala přítomnost acetylenu, ethylenu a ethanu. Nová spojení. Nové chemické reakce probíhají ve tmě.
Povrchová teplota? 45 Kelvinů. To je minus 228 stupňů Celsia nebo minus 379 stupňů Fahrenheita. Je tak chladno, že většina látek zmrzne. Atmosféra se však nezhroutí. Protahuje se.
Nebe, které odmítá skončit
Vrstva mlhy je vidět ve výšce 200 kilometrů. 120 mil částic vzduchu. Nejúžasnější ale je, kam až sahá atmosféra. Zvedá se do výše 1800 kilometrů. 1100 mil nad povrchem. Přestože je planeta tak malá, je obrovská.
Proč nezmizí? Horní vrstvy atmosféry jsou stále poměrně chladné. Studené molekuly dusíku se pohybují pomalu. Nemají takovou rychlost, aby překonali slabou gravitaci Pluta. Vzduch proto zůstává na místě. Visí tam, natažený a tenký, vzpírá se tomu, co by se dalo čekat od malého, chladného nebeského tělesa.
Povrch a podpovrch
New Horizons měl štěstí. Nebo možná máte smůlu, podle toho, jak se díváte na pravděpodobnost. Když zařízení proletělo kolem Pluta, vidělo pouze jednu polokouli. Je tu jen jeden problém. Tato strana je dostatečně složitá na to, aby přepsala vše, co jsme si mysleli, že víme o trpasličích planetách.
Tombo Regno tomuto obrázku dominuje. Bílá plošina ve tvaru srdce je tak působivá, že se stala nejikoničtějším obrazem mise. Ale pozorně se podívejte na západní lalok srdce. satelit Planitia. Bazén měkkého dusíkového ledu.
Krátery s nulovým dopadem.
Tato absence není prázdný prostor. To je důkaz. Krátery jsou jizvy po kosmických srážkách trvajících miliardy let. Jejich hladkost znamenala, že je něco nedávno opotřebovalo. Geologická činnost. Pluto není mrtvá skála. Žije si svým vlastním ledovým způsobem.
Tento neposkvrněný bazén je obklopen nerovným terénem. Hory se zvedaly ze země a vypadaly ostře a cize. Nejsou z kamene jako hory Země. Tohle je vodní led. Tvrdý, prastarý vodní led plave na oceánu měkčího dusíkového ledu. Je to geologický rozpor, který dává dokonalý smysl ve zmrzlém vakuu Kuiperova pásu.
Pak se objeví tmavé skvrny.
Podívejte se na sever. Čím vyšší zeměpisná šířka, tím tmavší barva. Stínové pláně. Skutečný kontrastní rozdíl je ale na západě. Cthulhu Regno. Původně se kvůli svému tvaru nazývala „velryba“, nyní je pojmenována po Cosmic Horror H.F. Lovecraftovi. Toto je nejtemnější oblast Pluta. Je to mozaika plání, strmých svahů, hor a kráterů.
Proč je tak tmavá? Organické sloučeniny. Toly. Když jsou jednoduché uhlovodíky vystaveny slunečnímu záření nebo záření, vznikají složité molekuly. Barví led. Dodávají oblasti hluboký červenohnědý odstín.
Není to jen otázka barvy. Všechno je to o reflexi. Albedo. Pluto má průměrné albedo 0,72. Odráží 55% světla. Porovnejte to s Měsícem – 0,1. Pro Triton je to 0,8. Pluto je jasné.
Tento průměr však skrývá pravdu. Rozsah je velmi široký. Odrazivost regionu Cthulhu je pouze 0,1–0,2. Absorbuje většinu světla. Tombo Regno? Odráží 0,8–1,0. Je to skoro zrcadlo.
Tohle je víc než jen krásná fotka. Toto je záznam času. Aktivita. Chemie. Podívali jsme se na jednu stranu. Druhá strana zůstává záhadou, skrytá ve tmě a čeká na misi, která se nikdy neuskuteční. Nebo možná stačí vědět, co jsme viděli.
Co je na Plutu zamrzlé?
Historie povrchu Pluta začíná chaotickým prvním pohledem. V roce 1976 astronomové provedli první hrubá infračervená spektroskopická měření. Přestože byly údaje smíšené, poukazovaly na nepopiratelný fakt: na povrchu byl přítomen pevný metan. Nebyl to odhad. Byl to objev.
Přesuňme se na začátek devadesátých let. Pozemní přístroje byly vylepšeny do té míry, že eliminují vliv atmosférického rušení. Obraz se stal jasnějším. Pozorovatelé objevili víc než jen metan. Všimli si vodního ledu. Našli oxid uhelnatý. Dále přišla molekula dusíku.
Detekce dusíku je noční můra. Jeho spektrální vlastnosti v přírodě jsou slabé. Skrývá se na očích a odmítá dát najevo svou přítomnost. Data ale nakonec odhalila signál. Dusík není jen stopový prvek. Toto je hlavní látka pokrývající povrch.
Metan neexistuje sám. Vyskytuje se ve dvou různých formách. Někdy se tvoří čistý metanový led. Může také zmrznout jako roztok v dusíkovém ledu. Je to směs. Zmrazená směs. Povrch je složitou mozaikou těchto těkavých ledů, většinou dusíku, ale zbarvených metanem.
Přestože je spektrální podpis dusíku zpočátku velmi slabý, nyní je jasné, že tato látka musí být hlavní složkou povrchu.
Tato kombinace je důležitá. Dusíkatý led dominuje, protože je nejhojnější těkavou látkou na trpasličí planetě. Metan se mísí a vytváří zmrzlý „roztok“. Vodní led uvízne ve velkých hloubkách, kde může být příliš studený na to, aby se mohl pohybovat. Oxid uhelnatý koexistuje s dusíkem, ale v malých množstvích.
Studie z roku 1976 otevřela dveře. Prošly jím nástroje z 90. let. Realita se ukázala být chladnější a složitější, než předpokládaly dřívější modely. Povrch se mění. Postupem času led sublimuje a znovu se vysráží. Ale základní struktura zůstává a dusíkový led smíchaný s metanem pokrývá zbytek světa.
Podívejte se na čísla. Hustota Pluta je 1,85 gramu na centimetr krychlový. Charonův je lehčí – 1,7. Tento rozdíl je důležitý. To je víc než jen statistika. Mluví o tom, z čeho jsou tyto mrtvé světy vyrobeny.
Oba objekty jsou naplněny látkou, která je hustší než vodní led. Led plave. Horniny a organické sloučeniny klesají. Vysoká hustota Pluta naznačuje, že jeho vnitřek je obrovská masa horniny. Charon je podobný, ale o něco lehčí. Možná je více porézní. Může mít méně kamenů. Nejsem si jistý. Matematicky však demonstruje společný původ.
Vzpomeňme na ledové satelity Jupiteru. Satelity Saturnu. Hustota Pluta zasáhne správné místo. Kamenné jádro uprostřed. Je obklopena silnou vrstvou zmrzlé vody. Toto je standardní model pro malé objekty sluneční soustavy. Pluto má ale vlastní chytrý trik.
Tajemství temné strany
Pozorování povrchu odhalilo zmrzlý dusík, oxid uhelnatý a metan. Jedná se o těkavé látky. Sublimují. Pokud se chlad neudrží, zmizí ve vzduchu. Zde tvoří tenkou kůru. Je jako oceány země: tenké, plovoucí, těžké.
Následuje Sputnik Planitia.
Je to obří bazén. Kráter. Vznikla srážkou před miliardami let. Alespoň to říká povrch. Místo ale vyvolává otázky. To není náhoda. Bazén je umístěn na přílivové ose. Přesný opak Charona.
Proč je to důležité?
Pokud je nárazová vana na zadní straně předmětu zablokovaného odlivem, neměla by tam zůstat. Slapové síly by přeorientovaly planetu. Těžké prvky se potopí. Čím lehčí předmět, tím více plave. Pokud už něco neexistuje. Těžké věci.
Umístění družice Plateau vyžaduje další hmotu pod ní.
Bazén je prázdný. Mělo by to být světlo. Ale je to opravené. Na druhé straně je měsíc. To znamená přítomnost podpovrchového oceánu. Kapalná voda se nachází nad jádrem horniny. Pod ledovou krustou.
Kapalná vrstva působí jako balast. Posouvá těžiště. Stáhne bazén do zarovnání. Moře není jen geologický útvar. Toto je stabilizátor.
Které měsíce mají podpovrchové oceány?
Víme, že Evropa na to má. Totéž platí pro Enceladus. Ganymede? Možná. A co Pluto? Už je tak daleko. Tmavý. Studený. Tam je Slunce jen jasná hvězda. Jak ho udržet dostatečně horký, aby uvnitř zůstala tekutina?
Radioaktivní rozpad. The rock core contains radioactive isotopes. Rozpadají se. Vytvářejí teplo. Postupem času. Pomalu. Dost na to, aby rozhraní mezi kamenem a ledem zůstalo teplé. Dost na rozpuštění spodní části ledové kůry.
Charon may not have that luxury. Nízká hustota znamená méně kamenů. There will be less radioactive materials. Méně tepla. Není tam moře. Only frozen rocks and ice.
Why does Pluto have an ocean?
Teplo z nárazu? Teplo raného narůstání? Or is radioactive energy released gradually?
The presence of the sea changed everything. To znamená, že Pluto není jen kus ledu a špíny. Je velmi aktivní. Diferenciace. Vrstvení. Kámen se potopil. Led plave. Voda se stala tekutou.
To neplatí jen pro Pluto. This applies to the Kuiper Belt. Kolik z těchto trpasličích planet má skryté oceány? Kolik?
Charon is more than just a satellite. O polovinu menší než jeho „rodič“ je to obří společník, který ovládá tento systém. Většina satelitů ve sluneční soustavě jsou pouze doplňky. Charon je partner.
Tyto dva objekty obíhají kolem společného těžiště asi 12 200 mil (19 640 km) od sebe v otevřeném prostoru mezi nimi. To je přibližně 8násobek průměru Pluta. Přemýšlejte o měřítku.
Porovnejte to se Zemí a Měsícem. Náš Měsíc je o něco větší než čtvrtina velikosti Země. Vzdálenost od Země k Měsíci je asi 30 průměrů Země. Pluto a Charon se nacházejí velmi blízko sebe. Jsou chyceni v gravitačním objetí, které definuje celou jejich existenci.
This proximity creates a strangely quiet sky. Charonova oběžná doba je přesně stejná jako oběžná doba Pluta. They are tidally connected. Výsledkem je nebeský stisk ruky, který se nikdy nemění.
Kdybyste stáli na polokouli Pluta čelem k Charonovi, nikdy byste ho neviděli stoupat ani zapadat. Ve dne i v noci visí na stejném místě na obloze. Je to pevný bod ve tmě, jako geostacionární satelit na Zemi.
Charon je zcela neviditelný z opačné strany Pluta. Je navždy skryto zakřivením planety.
A face frozen in time
Není to jen o umístění. Charon also rotates in unison. Plutu ukazuje vždy stejnou stranu.
Jedná se o dvojité blokování. Obličeje obou těl jsou proti sobě. Jejich rotace a orbitální pohyb jsou zcela a hladce synchronizovány.
Proč je to důležité? To určuje tepelnou a geologickou historii obou světů. Strana Charonu přivrácená k Plutu vždy zažívá jiný proud slunečního větru a záření než strana opačná. To během miliard let formovalo složení povrchu Charonu.
Charon nelze považovat za pasivní kámen. Je aktivním účastníkem složitého a pevně provázaného systému. Absence rotace vzhledem k Plutu znamená stabilní teplotní gradient. Stabilní gradient znamená stabilní geologické procesy.
Stále se učíme, co přesně tyto procesy jsou. New Horizons nám poskytl snímek. Dlouhodobé důsledky tohoto binárního vztahu však zůstávají záhadou, kterou teprve začínáme odhalovat.
Cítí se nikdy nehybný Měsíc jako satelit nebo vězeň na obloze? Odpověď závisí na tom, zda chcete utéct nebo zůstat.
Charon nemá jasný charakter Pluta. Je šero. Jeho albedo se pohybuje kolem 0,25, takže je méně reflexní než samotná trpasličí planeta. Barva je neutrální. Téměř monotónní. Pojďme se ale na spektrum podívat blíže.
Vodní led pokrývá povrch. To je nejdůležitější složka. Není zde žádný pevný metan. Je soused Pluta pokrytý jasně červenou? Úplně zmizel. Místo toho se hluboko uvnitř některých impaktních kráterů nacházejí stopy amoniaku.
Hustota vypráví hlubší příběh. Charon je dostatečně hustý, aby obsahoval křemičitany a organické sloučeniny. Něco těžšího než vodní led. Něco, co se dávno usadilo v jádru. To znamená vnitřní strukturu, která se nepodobá ničemu jinému. Měsíc má vrstvy.
Druhá strana velkého měsíce
Charon není sám. Ale tohle je hlavní. Ostatní čtyři měsíce, Styx, Nyx, Kerberos a Hydra, se ve srovnání zdají malé. Jsou protáhlé. Hrudkovitý. Nepravidelný tvar.
Jejich dráha je daleko od Charonovy dráhy. Vzdálenost je úžasná.
Hydra je přibližně 64 721 kilometrů daleko.
Kerberos se blíží 57 750 kilometrům.
Dráha Nyx je vzdálená 48 690 kilometrů.
Styx je nejvnitřnější z malých měsíců ve vzdálenosti 42 413 km.
Jejich oběžné dráhy jsou přibližně kruhové. Charon taky. Sdílejí stejnou orbitální rovinu. Jedná se o plochý systém. Objednáno.
Odraz a rotace
Jak světlé jsou tyto malé kameny? Styx, Nyx a Cerberus odrážejí světlo stejným způsobem jako Charon. Hydra je jasnější. Více reflexní.
Charon je fixován v synchronní rotaci. Jeho rotace se shoduje s jeho oběžnou dráhou. Jedna strana vždy směřuje k Plutu. Malé měsíčky? Jejich doby cyklu jsou záhadou. Vlastně je to matoucí.
Styx a Kerberus padají. Jejich radiální rozměry se velmi liší. Styx se pohybuje od 10 do 25 kilometrů. Kerberos má délku 13 až 34 kilometrů. Nyx a Hydra jsou ještě větší, s poloměry asi 44 km a 36 km.
| Název | Průměrná vzdálenost (km) | Orbitální doba (dny) | Sklon (stupně) | Excentricita | Oběhová doba (dny) | Poloměr (km) | Hmotnost ($10^{20}$kg) | Hustota (g/cm3) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Charon | 17 536 | 6,387 | 0 | 0,0022 | 0,0022 | Synchronizovat. | 604 | 15 |
| Styx | 42 000 | 20.2 | 20.2 | 10-25 | 10-25 | |||
| Knicks | 48 708 | 24,86 | 0,195 | 0,003 | 0,003 | 44 | 0,0058 | 0,0058 |
| Kerberus | 59 000 | 32,1 | 32,1 | 13–34 | ||||
| Hydra |
Chaotický tanec měsíců Pluta
Orbitální mechanika kolem Pluta je složitá. Charon vládne tanečnímu parketu. Při každé úplné rotaci Charonu dokončí Hydra jen asi jednu šestinu své oběžné dráhy. Kerberos urazí asi pětinu své cesty. Nix je asi čtvrtina celkové vzdálenosti. Styx je třetí.
To není nehoda. Poměr oběžných drah Hydry, Kerberos, Nyx a Styx je přesně 6:5:4:3. Tyto vztahy založené na malých celých číslech naznačují existenci stabilních dynamických rezonancí. Pravidelně se míjí pět těl. Gravitace táhne a tlačí, aby schůzky byly pravidelné. Je to křehká rovnováha.
Obor se však neustále mění. Pluto a Charon obíhají kolem společného těžiště a vytvářejí tak neustále se měnící gravitační krajinu. Výsledek? Chaos. Nyx a Hydra se točí chaoticky. Jejich póly mění místa. Toto není stabilní rotace.
Na rozdíl od většiny měsíců sluneční soustavy se čtyři menší měsíce Pluta neotáčejí synchronně. Jejich rotační perioda není pevně dána podle oběžné doby. Hydra se otáčí rychle a celou otáčku dokončí za pouhých 0,4295 dne. Kerberos se otáčí pomalu a tráví 5,31 dne na otáčku.
Objevení planety náhodou
Když bylo Pluto objeveno, bylo považováno za devátou planetu. Spolu s Uranem a Neptunem je to třetí objevená planeta po starověkých světech viditelných pouhým okem. Logika se zdá rozumná. Astronomové spekulovali o existenci devátého objektu od konce 19. století.
Pozorovali Uran. Nápadné jsou výrazné poruchy jeho orbitálního pohybu. Matematika naznačovala, že vzdálenější objekty způsobovaly gravitační poruchy. Pátrání pokračovalo.
Ukázalo se, že tyto předpoklady byly mylné. Hmotnost Pluta je příliš malá. Jeho gravitace není dostatečně silná, aby způsobila očekávané poruchy na oběžné dráze Uranu. Tento objev byla úžasná náhoda. Nejednalo se o přesnou předpověď hypotetické planety, ale spíše o výsledek pečlivého pozorování.
Pátrání vedla Lowellova observatoř ve Flagstaffu v Arizoně. Zakladatel Percival Lowell zahájil toto hnutí. Proslavil se svými veřejnými prohlášeními, že na Marsu jsou kanály. Až do jeho smrti v roce 1916 pátrání pokračovalo i přes dva neúspěšné pokusy o nalezení planety.
V roce 1929 byla představena astronomická komora speciálně postavená pro tento účel. Shromažďuje světlo ze zakryté oblasti oblohy. Clyde Tombaugh, mladý amatérský astronom, byl najat, aby studoval oblohu.
- února 1930 objevil Pluto. Od zahájení prací neuplynul ani rok. Objevil ho v souhvězdí Blíženců.
Objekt vypadal jako slabá „hvězda“ 15. magnitudy. Pomalu se pohyboval na pozadí stálic. Dokončení jedné revoluce kolem Slunce trvá 248 let.
Lowell a jeho kolegové předpovídali větší a jasnější objekty. Tombo, co našel, bylo malé. Za očekávanou devátou planetu však bylo brzy identifikováno Pluto. Symbol ♇, určený k tomuto účelu, představuje první dvě písmena jména „Pluto“ a iniciály Percivala Lowella.
Příběh Charona nezačal dalekohledem nebo průletem planety. Vše začalo rozmazanou fotografií pořízenou na americké námořní observatoři ve Flagstaffu. Na místě záleží. Observatoř je necelých 6 kilometrů od místa, kde bylo před desítkami let objeveno Pluto – krátká vzdálenost, ale s obrovskou historickou váhou.
Za kamerou stojí James W. Christie a Robert S. Harrington. Jejich cíle byly všední, ale důležité. Bylo zapotřebí přesnějších informací o oběžné dráze Pluta. Snažili se o přesnost. Hledali malé změny a drobné výkyvy, které by mohly odhalit gravitační anomálie nebo chyby měření ve stávajících modelech.
Místo toho našli ducha.
V roce 1978 si Christie při prohlížení fotografických desek všimla zvláštního jevu. Jeden snímek ukázal slabou, vystouplou šmouhu na okraji Pluta. Na druhém obrázku byla na jedné straně boule. Není to chyba filmu. Toto nejsou kosmické paprsky. Byl to satelit.
Toto nové nebeské těleso, Měsíc, se skrývalo před očima. Bylo to malé. Byla tma. Ale existovala.
Proč je mytologie méně důležitá než mechanika
Měsíc známe jako Charon, pojmenovaný po nositeli duší do podsvětí. Tento mýtus se dobře hodí do temného a vzdáleného světa. Tato mytologie však fyziku nevysvětluje.
Tento objev donutil astronomy přehodnotit svůj pohled na Pluto. Před Charonem bylo Pluto vnímáno jako osamělá trpasličí planeta, osamělý bod v Kuiperově pásu. Po objevení Charona se stal součástí systému.
Zamyslete se nad tím rozdílem.
Jakmile jsme se dozvěděli o existenci Měsíce, byli jsme schopni změřit hmotnost systému. Bylo možné vypočítat hustotu. Pochopte dynamiku. Bez Charona by byla hmotnost Pluta jen odhad. S Charonem se stala osadou.
Jeho vliv se rozšiřuje i navenek.
- Hmotnost Pluta se výrazně snížila.
- Hustota ukazuje, že většina Pluta je vyrobena spíše z ledu než z kamene.
- Orbitální doba páru odhalila přílivové uzamčení.
Slapové uzamčení: tanec, ne orbit
Tady je ta divná část. Charon neobíhá jen kolem Pluta. Pluto se prostě neotáčí. Blokováno.
Jsou k sobě slapově uzamčeny. To znamená, že Charon zůstane na stejném místě na obloze Pluta. Pluto zůstává na Charonově nebi ve stejné pozici. Toto je binární vztah v pravém slova smyslu. Otočením obou objektů vůči sobě se nezmění jejich plochy.
Kdybyste stáli na povrchu Pluta a dívali se na Charon, měsíc by stál na obloze. Nikdy se nezvedá. Nikdy nevstoupí. Jen by tam viset, stálá přítomnost.
K tomuto zablokování dochází vlivem gravitace. V minulosti slapové síly zpomalovaly rotaci Pluta, dokud se nevyrovnala Charonově orbitální době. To je společný osud měsíců v naší sluneční soustavě, ale vidět to na okraji známého světa bylo jiné. Díky tomu je vnější systém intimnější. Více připojeno.
Proč je to teď důležité?
Možná se divíte, proč je dnes satelit objevený v roce 1978 důležitý.
To je důležité, protože Charon je klíčem k Plutu.
Bez Charona bychom mohli považovat Pluto za neúspěšnou planetu, kosmický omyl. Mohli jsme minout
Než jsme se dozvěděli o Charonovi, bylo Pluto záhadou, zahalenou v mlze spekulací. Vypadal masivněji. Tato dvě čísla však nelze přímo měřit. Nemůžete jen tak vážit kámen plovoucí 3,7 miliardy mil daleko. Musíte si vytvořit předpoklady. A naše předpoklady byly mylné.
Dokonce ani na prvním obrázku, který ukazuje Charona, to nevypadá jako zjevná koule. Byla to jen rána. Na jedné straně Pluta byla mírná vyboulenina. To naznačuje dvě věci: tyto objekty jsou velmi blízko sebe a velmi daleko od Země. Pak byl problém s atmosférou. Zemská atmosféra vše skryla, zkreslila světlo a rozmazala jasné okraje.
Tento problém byl vyřešen až koncem 90. let.
Hubbleův vesmírný dalekohled dorazil. Pozemní přístroje byly vybaveny adaptivní optikou. Tyto systémy kompenzují atmosférické turbulence v reálném čase. Najednou rozmazání zmizelo. Pluto a Charon se staly samostatnými těly. Ne dva tuberkuly. Dva světy.
Hledat další členy skupiny
Charon není jediný satelit. Najít zbytek ale vyžaduje jiný druh trpělivosti.
V roce 2005 tým devíti astronomů studoval temnotu pomocí snímků z HST. Hledali předměty o průměru pouhých 25 kilometrů. Objevili Hydru a Nike. Malé. Maličký. Je těžké si jich všimnout.
Nezůstali ale jen u nových fotek. Hluboce analyzovali archivní data. K mapování povrchu byl použit zejména snímek z HST z roku 2002. Byly tam objeveny další dva objekty, matné, ale jasně viditelné. Pohybovali se. To bylo v souladu s orbitálními dráhami vypočítanými z dat z roku 2005. Potvrzení.
Tento vzorec se opakoval.
V roce 2011 šest astronomů objevilo Kerberos na snímcích z HST. Znovu zkontrolovali. Stopy jsou vidět na fotografiích z let 2006 a 2010. Je to jen malá skvrna. Ale je to tam.
Další přišel Styx. V roce 2012 ji objevil také Hubble.
V současné době víme, že Pluto má pět měsíců. Charon. Hydra. Nika. Kerber. Styx. Musíte prosít hluk, abyste našli každý signál.
Odkud se vzali?
Převládající teorie před Charonovým objevem byla šílená.
Pluto je satelit Neptunu. To si lidé mysleli. Utekl. Jak? V důsledku blízkých setkání – gravitační tlak, který vytlačil Pluto ze soustavy Neptun. To vysvětluje Tritonovu retrográdní dráhu.
Logika se zdá rozumná. Pluto a Triton jsou přibližně stejně velké. Pluto dokončí jednu otáčku na své ose každých 6,4 dne. Tritonovi trvá jeden oběh kolem Neptunu 5,9 dne. Toto číslo je příliš blízko k ignorování.
Matematika však nesedí.
Revidovaná hmotnost Pluta je pouze poloviční oproti hmotnosti Tritonu. Půl. Nestačí obrátit Tritonovu dráhu. Síla nestačí. Teorie útěku tam zemřela.
Pak je tu velikost Charona. Pluto má měsíc, který je neúměrně velký. Pokud Pluto uteklo z Neptunu, proč s sebou vzalo tak velký satelit? Díky tomu je scénář úniku nepravděpodobný.
Moderní model je čistší. Kruté, ale logičtější.
Pluto a Charon vznikly nezávisle ve sluneční mlhovině. Oblak plynu a prachu, který zkondenzoval a vytvořil naši sluneční soustavu. Srazili se. Proto-Charon se srazil s Plutem. Srážka vytvořila prstenec trosek. Tento prsten narostl. Gravitace přitahovala prach. Tak vznikl Charon.
Stejný příběh s lunárním satelitem Země. Objekt velikosti Marsu narazil do Země. Trosky vytvořily prstenec. Měsíc se zhroutil do jediného celku.
Podívejte se na chemii. Měsíc má vysokoteplotní původ, takže postrádá těkavé prvky. Na Charonu není metan. Pluto a Charon mají relativně vysoké hustoty. Tato kolize vysvětluje obě skutečnosti. Těkavé látky vytlačené teplem. Hustota zůstala stejná.
Původ malých satelitů
A co Hydra, Nyx, Kerberos a Styx?
Někteří astronomové věří, že se narodili nezávisle. Později byli zajati. Jejich původ je jiný. Různé typy “náklaďáků”.
Ale nebeská mechanika říká něco jiného.
Čtyři malé satelity mají kruhové dráhy ve stejné rovině. Otáčejí se ve stejné rovině. Mají společné dynamické rezonanční zapojení. Nejedná se o náhodný záchvat. Tohle je rodina.
Náraz s Charonem uvolnil dostatek úlomků na vytvoření zbytku. Materiál z jeho prstence narostl na všechny tři měsíce. Pravděpodobně víc. Jen se ještě nenašli.
To ukazuje na něco z rané sluneční soustavy.
Asi před 4,6 miliardami let byla vnější mlhovina přeplněná. Bylo tam hodně ledových těles. Stejné velikosti jako Pluto a Charon. Nebyly jedinečné. Skládaly se z menších objektů. Dnes těmto objektům říkáme jádra komet.
Triton je pravděpodobně jednou z těch obřích ledových planetesimál. V rané historii zachycen Neptunem. Dalším příkladem je Chiron, obíhající mezi Saturnem a Uranem. Jádro obří komety. Toto je menší verze Saturnova měsíce Phoebe.
Hledáme přeživší. Střepy. Pozůstatky éry chaotické formace. Systém Pluto není žádná anomálie. Toto je snímek struktury vnější sluneční soustavy.
Číst se stále učíme. Slabé stopy starých Hubbleových dat nám připomínají, že vesmír skrývá detaily, dokud nejsme připraveni je vidět. Nebo dokud nevytvoříme správné nástroje.
Kuiperův pás a Oortův oblak
Většina ledových planetesimál je absorbována obřími planetami během jejich formování. Ale to není všechno.
Mnoho předmětů zůstalo na místě. Stali se nesourodými prvky Kuiperova pásu. Je to tlustý plochý disk umístěný za oběžnou dráhou Neptunu. Leží v rovině Sluneční soustavy. Zahrnuje zejména vnější část oběžné dráhy Pluta.
Za jeho hranicemi byly rozptýleny miliardy dalších objektů. Stalo se to při formování Uranu a Neptunu. Pravděpodobně tvoří Oortův oblak, obří kulovou skořápku nacházející se ve vzdálenosti asi 50 000 astronomických jednotek.
Na začátku 90. let astronomové objevili více než 1000 objektů Kuiperova pásu (KBO). Závěr je zřejmý: Pluto a Charon jsou pouze velkými členy tohoto pásu. Objekty jako Chiron a Neptunův měsíc Triton mohou pocházet z objektů Kuiperova pásu. Totéž platí pro mnoho dalších ledových měsíců.
Podívejme se na jejich oběžné dráhy. Některé objekty Kuiperova pásu mají vysoce eliptické dráhy. Jsou nakloněny k rovině Sluneční soustavy. S Plutem mají společné rysy: stabilní poměr orbitální rezonance 3:2 s Neptunem. Astronomové je nazývali plutinos (Plutinos). Malý Plutos.
Proč se postavení Pluta jako planety změnilo
Než bylo Pluto zbaveno svého planetárního statutu, neexistovala žádná přísná definice. Astronomové se zatím nedohodli na minimální hmotnosti, poloměru nebo mechanismu vzniku.
Staré dělení bylo intuitivní. Velká nebeská tělesa jsou planety. Menší jsou asteroidy a komety. Měsíc je něco jiného. Tento přístup funguje, pokud se rozdíly zdají významné. Funguje to, když jsou malé předměty sotva vnímány jako stavební kameny pro ostatní.
Toto je raná a fragmentární reprezentace. Jako podobenství o slepcích a slonovi: každý cítí jinou část těla. Každý pozná jiné předměty.
Později jsme si uvědomili, že původní seskupení bylo neudržitelné. Součásti solárního systému je třeba překlasifikovat. To vyžaduje složité a vzájemně propojené definice.
Když bylo Pluto poprvé objeveno, astronomové si mysleli, že jde o osamělého tuláka. Tento pocit izolace ospravedlňoval jeho místo v Klubu planet Inner Solar System. Pokud by byla objevena později a obklopena objekty Kuiperova pásu, nikdo by ji nenazval planetou.
Po celá desetiletí na velikosti nezáleželo. Složení ledu nepomohlo. Podivná oběžná dráha také nepřispěla k uznání. Někteří odborníci její stav neustále zpochybňují. Pak přišlo 21. století.
Eris mění matematiku
Astronomové začali objevovat další objekty Kuiperova pásu. Objekty velikosti Charona se staly samozřejmostí. Objevila se Eris.
Eris je o něco větší než Pluto.
Najednou už Pluto nebylo zvláštní. Stal se jen jedním z mnoha. Astronomové byli postaveni před volbu: přidat planety na seznam nebo vyloučit Pluto. Druhou cestu zvolila Mezinárodní astronomická unie (IAU) v roce 2006. Vytvořila také novou kategorii: trpasličí planety.
Tato kategorie zahrnuje velké objekty s podobným původem a oběžnými dráhami. Pluto, Eris a Ceres získaly označení trpasličí planeta. Ceres se nachází v pásu asteroidů. Jeho průměr je asi 940 kilometrů.
Definice plutoidů
Další aktualizace byla provedena v červnu 2008. Mezinárodní astronomická unie klasifikuje trpasličí planety do několika podkategorií. Přidali termín „plutonidy“.
Pluto je trpasličí planeta dále od Slunce než Neptun. Ve skutečnosti je to velký objekt Kuiperova pásu.
Pluto je plutoid. Eris je také plutoid. Ceres je jiná. Nachází se v pásu asteroidů, příliš blízko Slunci.
Od té doby se seznam plutoidů prodlužoval a prodlužoval. K nim se připojily Makemake a Haumea. Obě jsou trpasličí planety. Oba jsou plutoidy.
