Pluto was ooit een verre anomalie in ons zonnestelsel. Het houdt al tientallen jaren de negende planeet vast. In augustus 2006 veranderden de zaken. De Internationale Astronomische Unie (IAU) heeft Pluto zijn planeetstatus ontnomen. Ze hebben het opnieuw geclassificeerd als een dwergplaneet. Deze beslissing was niet willekeurig. Dit weerspiegelt een groeiend begrip van wat Pluto werkelijk is. Het is een grote inwoner van de Kuipergordel. Dit gebied is een ring van ijs en rotsachtig puin dat overblijft na de vorming van het zonnestelsel. Het ligt buiten de baan van Neptunus.
De Internationale Astronomische Unie hanteert een harde lijn. Planeten moeten hun naburige planeten reinigen. Pluto deelt een baan met talloze andere Kuipergordelobjecten. Daarom mislukt de test. Deze verandering in classificatie benadrukt het verschil tussen dwergplaneten en reuzenplaneten. Het gaat om controle. Pluto is belangrijk. Het is niet de koning van het koninkrijk.
Dubbel systeem in het donker
Pluto is onzichtbaar voor het blote oog. Het is te ver. Het is te klein. Het is te donker. De grootste satelliet, Charon, verandert deze dynamiek volledig. Charon is enorm in verhouding tot Pluto. Omdat ze zo klein zijn, beschouwen wetenschappers ze vaak als een dubbel systeem. Twee objecten draaien rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt. Het symbool van Pluto is ♇. Dit is een eerbetoon aan de Romeinse god van de onderwereld. Het Griekse equivalent is Hades. De naam is perfect. Het is een koude en donkere plaats.
Licht reist heel snel. Ongeveer 300.000 kilometer per seconde. Het duurt echter meer dan vijf uur voordat zonlicht Pluto bereikt. Beschouw de zon als een heel heldere ster. Dat is het vanaf daar. De intensiteit van dit licht is ongeveer 1/1600 van het licht dat door de aarde wordt ontvangen. De temperatuur daalt voldoende zodat gewone gassen bevriezen. stikstof. koolmonoxide. Ze verschijnen aan de oppervlakte als vast ijs. Dit is een wereld waar de lucht bevroren is.
New Horizons verbreekt de stilte
Telescopen op aarde hebben het al jaren moeilijk. Zelfs de beste instrumenten in een baan om de aarde geven weinig details. De basis is onbegrijpelijk. Wat is de straal van Pluto? Wat is zijn massa? De cijfers zijn vaag. Decennia lang hebben we meer geleerd over het oppervlak van Mars dan over deze verre ijsbal.
In juli 2015 veranderden de zaken. NASA’s New Horizons-ruimtevaartuig vloog dicht bij Pluto en Charon. Dit is de eerste keer in de geschiedenis dat er van dichtbij wordt gekeken. De missie beantwoordde belangrijke vragen. Het bracht het terrein in kaart. De complexe wereld van bergen en vlakten wordt onthuld. Tot New Horizons was Pluto slechts een vage pixel. Toen werd het een bestemming.
De vreemde baan van de dwergplaneet
Pluto’s baan rond de zon is chaotisch vergeleken met andere planeten. De gemiddelde afstand bedraagt ongeveer 5,9 miljard kilometer. Dit zijn 39,5 astronomische eenheden (AU). 1 Astronomische eenheid is de afstand tussen de aarde en de zon. De baan van Pluto is langwerpig. Astronomen noemen dit hoge excentriciteit. Het is ook 17,1 graden gekanteld ten opzichte van het vlak van de ecliptica. De meeste planeten blijven plat. Pluto kantelt.
Deze excentriciteit zorgt voor vreemde nabijheidsproblemen. De afstand van Pluto tot de zon varieert van 29,7 AU (perihelium) op het dichtstbijzijnde punt tot 49,5 AU (aphelium) op het verste punt. De baan van Neptunus is bijna cirkelvormig, 30,1 AU. Ergens tijdens elke revolutie kruist Pluto feitelijk de baan van Neptunus. Het staat dichter bij de zon dan Neptunus.
Leidt dit niet tot een botsing? Nee, de zwaartekracht voorkomt hier chaos. Pluto en Neptunus zijn in 3:2-resonantie. Neptunus draait drie keer om de zon, terwijl Pluto twee keer om de zon draait. Deze zwaartekrachtdans verhindert dat ze dichterbij komen dan 17 AU. Ze zijn veilig voorbijgegaan. De laatste keer dat Pluto het perihelium bereikte was in 1989, en gedurende ongeveer tien jaar daarvoor en daarna was Pluto de achtste planeet vanaf de zon.
Zijwaarts slapen
Pluto roteert langzaam. De rotatieperiode bedraagt 6,3873 aardse dagen. Het was die sterrendag. Van de grote planeten roteren alleen Mercurius en Venus langzaam. De kanteling van Pluto is echter extreem. De as ervan helt 120 graden ten opzichte van de normaallijn naar het baanvlak.
Dit betekent dat Pluto op zijn kant draait. De Noordpool wijst 30 graden onder het baanvlak. De Noordpool van de aarde is 23,5 graden naar boven gekanteld. De retrograde rotatie van Pluto is zelfs nog vreemder. Het draait in de tegenovergestelde richting van de zon en de meeste planeten. Als je op Pluto zou staan, zou je de zon in het westen zien opkomen. Het zou in het oosten plaatsvinden. Een dag in de onderwereld is een verwarrende ervaring.
Pluto past niet.
Niet qua omvang, niet qua dichtheid, en zeker niet qua fysieke samenstelling. Vergeleken met de andere planeten is het een anomalie. De straal is minder dan de helft van die van Mercurius. Het is slechts ongeveer tweederde van de grootte van de maan van de aarde. Naast de gas- en ijsreuzen Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus in het buitenste zonnestelsel lijkt het op een rots.
Maar de echte aanwijzing is niet alleen hoe klein het is. Het is waar het van gemaakt is.
Wanneer je zijn kleine voetafdruk combineert met zijn lage dichtheid en samenstelling, begint Pluto minder op een dwergplaneet te lijken en meer op een maan. Meer specifiek lijkt het op een grote ijzige maan die rond een buitenste reuzenster draait.
Het pleidooi voor een maanoorsprong
Pluto’s dichtstbijzijnde tweelingbroer in het hele zonnestelsel is geen andere planeet. Het is de grootste maan van Neptunus, Triton.
De overeenkomsten zijn opvallend. Hun dichtheden zijn vrijwel identiek. Hun composities suggereren dat beide objecten uit hetzelfde oermateriaal zijn gevormd in de koude gebieden van het vroege zonnestelsel. Dit suggereert een gemeenschappelijk oorsprongsverhaal. Waarschijnlijk zijn ze hun leven niet als planeten begonnen, maar als onafhankelijke objecten die gevangen zaten in het zwaartekrachtnet van een grotere reus.
Als Pluto feitelijk een weggelopen maan is, waarom draait hij dan rechtstreeks om de zon? Het antwoord ligt in de chaotische geschiedenis ervan. Triton draait om Neptunus in de tegenovergestelde richting van de rotatie van de planeet. Het is een gevangen object. Pluto heeft misschien een soortgelijk lot ondergaan, of maakt mogelijk deel uit van een populatie Kuipergordel-objecten die verspreid zijn door rondzwervende gigantische planeten.
De cijfers liegen niet
Je kunt de ontkoppeling zien in de gegevens. Pluto is geen rotsachtige wereld zoals Mars. Het is geen gasreus zoals Jupiter.
- Gemiddelde afstand tot de zon: 5.910.000.000 km (39,5 AU)
- Straal: 1.185 km (kleiner dan de maan van de aarde)
- Gemiddelde dichtheid: Ongeveer 2 g/cm3 (duidt op een mengsel van rotsen en ijs)
- Rotatieperiode: 6,3873 aardse dagen (retrograde)
- Gemiddelde oppervlaktetemperatuur: 40 K (-387 °F / -233 °C)
Die lage dichtheid is het rokende pistool. Een puur rotsachtig lichaam zou veel dichter zijn. Pluto is een mix. Er zit genoeg ijs in om het drijfvermogen te geven en genoeg steen om het stevig te maken.
Een gekanteld bestaan
De baan van Pluto is ook vreemd. Het bevindt zich niet in het vlak van de ecliptica zoals de acht grote planeten.
- Excentriciteit: 0,251 (zeer elliptisch)
- Helling: 17,1° ten opzichte van de ecliptica
Hoewel zijn baan die van Neptunus kruist, zijn de twee planeten nooit met elkaar in botsing gekomen als gevolg van orbitale resonantie. Maar de kanteling is veelzeggender. De evenaar van Pluto staat 120° schuin ten opzichte van zijn baan. Terwijl hij rond de zon beweegt, rolt hij op zijn kant. Deze extreme kanteling zorgt ervoor dat de seizoenen tientallen jaren duren en dat de verschillende polen honderden aardse jaren aan de zon worden blootgesteld.
De zwakke ademtocht
voor
Wetenschappers hadden al een vermoeden van de atmosfeer van Pluto lang voordat ze het konden bewijzen. De ontdekking van methaanijs op het oppervlak van Pluto in de jaren zeventig leidde ertoe dat wetenschappers er al vroeg op vertrouwden dat de dwergplaneet meer was dan alleen dood gesteente. Dit laat zien dat het lichaam in staat is iets onstabiels vast te houden. Maar bewijst het bestaan van deze atmosfeer dat er atmosfeer bestond? Dat moest wachten. Directe observatie was pas in het volgende decennium mogelijk.
Deze doorbraak vond plaats in 1988. Noch de lenzen van de telescoop, noch de nieuwe sensoren deden het zware werk. Dit is geometrie. Pluto die recht voor een verre ster passeert, is een fenomeen dat bekend staat als occultatie. Waarnemers op aarde observeerden de gloed van de ster. Het ging niet snel weg. In plaats daarvan werd het licht geleidelijk zwakker en verdween uiteindelijk achter het silhouet. De langzame vervaging was het rokende pistool. Het toonde de aanwezigheid aan van een dunne, sterk opgezwollen atmosfeer die het licht van de ster filtert.
De natuurkunde hier is wreed. De atmosfeer van Pluto moet bestaan uit damp in evenwicht met ijs, wat dit systeem uiterst kwetsbaar maakt. Kleine veranderingen in temperatuur verschuiven de lucht. Dit kan grote schommelingen in het gasniveau veroorzaken. De atmosfeer is feitelijk een faseveranderingsmotor. Vast ijs verandert in gas. Het gas bezinkt en verandert in ijs. Het is een tuimelschakelaar, geen draaiknop.
De dwergplaneet bevond zich in 1989 enkele jaren in de buurt van Pluto’s perihelium en was iets minder koud dan gemiddeld. Deze kleine verandering is belangrijk. Er verdampte meer bevroren gas. De atmosfeer breidde zich uit en bereikte zijn dikste toestand. Dit maakt deze specifieke periode een goed moment om het lichaam te verkennen. Als je de lucht van Pluto wilt zien, moet je deze opvangen terwijl Pluto zijn adem probeert in te houden.
Snel vooruit naar het jaar 2000. Astronomen schatten dat de oppervlaktedruk varieert van enkele microbars tot tientallen microbars. Ter vergelijking: 1 microbar komt overeen met een miljoenste van de druk op zeeniveau op aarde. Volgens aardse normen is dat een vacuüm. Een fluistering van lucht.
Maar toen was Pluto veel dichter bij de zon. Aphelion, waar de dwergplaneet het verst weg is en de minste hoeveelheid zonlicht ontvangt, is koud. Het gas bevriest en keert terug naar de oppervlakte. Ver weg in de Kuipergordel is de atmosfeer van Pluto misschien helemaal niet waarneembaar. Het stort in. Het verdwijnt in het ijs.
De sfeer is geen permanent kenmerk. Dit is de seizoenspuls. Een tij. Adem in als de zon nadert. Houd je adem in als de zon ondergaat. We zien het alleen als Pluto de moed heeft om los te laten.
Wat is er waar niets is?
Pluto ademt voornamelijk stikstof in. We weten dit uit waarnemingen op aarde van sterlicht dat tijdens occultaties achter een dwergplaneet schijnt. Maar New Horizons deed meer dan alleen de basis controleren. Laten we dieper graven. De detectoren detecteerden methaan en koolmonoxide in het mengsel. Waterstofcyanide kwam ook voor. Het is een klein bedrag, maar het betekent veel. Stikstof is niet uniek voor Pluto. De aarde ademt het. Saturnus’ grootste maan Titan, de grootste maan van Saturnus, is erin gewikkeld. Neptunus’ maan Triton heeft het ook. in de buitenste delen van het zonnestelsel lijkt een koude, stikstofrijke wereld de norm te zijn.
De cijfers vertellen echter een ander verhaal over kwetsbaarheid. De oppervlaktedruk bedraagt slechts 10 microbar. dun. Papierdun. Het ruimtevaartuig was ook gelabeld met acetyleen, ethyleen en ethaan. Nieuwe verbindingen. Nieuwe chemische reacties vinden plaats in het donker.
Temperatuur dichtbij de grond? 45 Kelvin. Dat is min 228 graden Celsius. of min 379 graden Fahrenheit. Het is zo koud dat de meeste dingen bevriezen. Toch stort de sfeer niet in. Het strekt zich uit.
Een hemel die weigert te eindigen
De mistlaag is zichtbaar op een hoogte van 200 kilometer. 190 kilometer aan deeltjes in de lucht. Maar wat echt verrassend is, is hoe ver de sfeer gaat. Het strekt zich 1.800 kilometer omhoog uit. 1.100 mijl boven de grond. Hoewel de wereld zo klein is, is ze enorm.
Waarom gaat dit niet weg? De bovenste atmosfeer is nog steeds behoorlijk koud. Koude stikstofmoleculen bewegen langzaam. Ze hebben niet de snelheid om aan de zwakke zwaartekracht van Pluto te ontsnappen. De lucht blijft dus zitten. Het hangt daar, uitgestrekt en dun, en tart de verwachtingen van wat je zou verwachten van een klein, koud lichaam.
Oppervlak en interieur
New Horizons heeft geluk. Of misschien heb je pech, afhankelijk van hoe je de kansen bekijkt. Toen het ruimtevaartuig Pluto passeerde, zag het slechts één halfrond. Er is maar één ding. Dit gezicht is complex genoeg om alles wat we dachten te weten over dwergplaneten te herschrijven.
Tombaugh Regio leidt deze mening. Het witte hartvormige plateau is zo opvallend dat het het meest iconische beeld van de missie is geworden. Maar kijk eens goed naar de westelijke kwab van het hart. Spoetnik Planitia. Een plas zacht stikstofijs.
Geen inslagkraters.
Deze afwezigheid is geen lege ruimte. Dit is een bewijs. Kraters zijn littekens die zijn achtergelaten door kosmische botsingen die miljarden jaren duren. Hun gladheid betekende dat iets ze onlangs had weggevaagd. Geologische activiteit. Pluto is geen dode rots. Het leeft op zijn eigen ijzige manier.
Dit ongerepte zwembad is omgeven door ruig terrein. De bergen rezen uit de grond en zagen er grillig en vreemd uit. Het is niet van steen gemaakt zoals de bergen van de aarde. Het zijn waterijs. Hard, eeuwenoud waterijs drijft in een oceaan van zachter stikstofijs. Dit is een geologische tegenstrijdigheid die volkomen logisch is in het bevroren vacuüm van de Kuipergordel.
Dan verschijnen er donkere vlekken.
Kijk naar het noorden. Hoe hoger de breedtegraad, hoe donkerder de kleur. Vlakten van schaduw. Maar het echte contrast ligt in het Westen. Cthulhu-regio. Oorspronkelijk genoemd “de walvis” vanwege zijn vorm, is hij nu vernoemd naar H.P. Lovecrafts kosmische horror. Dit is het donkerste gebied van Pluto. Het is een lappendeken van vlaktes, steile hellingen, bergen en kraters.
Waarom is het zo donker? Organische verbindingen. Tholins. Wanneer eenvoudige koolwaterstoffen worden blootgesteld aan zonlicht of straling, worden complexe moleculen gevormd. Ze kleurden het ijs. Ze geven het gebied een diepe roodbruine tint.
Het is niet alleen een kwestie van kleur. Het draait allemaal om reflectie. Albedo. Pluto heeft een gemiddeld albedo van 0,72. Reflecteert 55% van het licht. Vergelijk dit met de maan van 0,1. Voor Triton is dit 0,8. Pluto is helder.
Dit gemiddelde verbergt echter de waarheid. Het bereik is zeer breed. De reflectiviteit van de Cthulhu-regio is slechts 0,1-0,2. absorbeert het grootste deel van het licht. Tombaugh-regio? Reflecteert 0,8 tot 1,0. Het is bijna een spiegel.
Dit is meer dan alleen een mooie foto. Dit is een tijdrecord. Activiteiten. Chemicaliën. Wij keken naar de ene kant. De andere kant blijft een mysterie, verborgen in het donker, wachtend op een missie die nooit zal komen. Of misschien is het voldoende om te weten wat we hebben gezien.
Wat is bevroren in Pluto?
Het verhaal van Pluto’s oppervlak begint met een chaotische eerste aanblik. In 1976 voerden astronomen de eerste ruwe infraroodspectroscopische metingen uit. Hoewel de gegevens niet doorslaggevend zijn, wijzen ze op het onmiskenbare feit dat er vast methaan aan het oppervlak aanwezig is. Dit is geen gok. Het was een detectie.
Snel vooruit naar begin jaren negentig. Instrumenten op de grond zijn zodanig verbeterd dat ze atmosferische ruis elimineren. Het beeld wordt duidelijker. De waarnemers vonden meer dan alleen methaan. Ze zagen waterijs. Ze vonden koolmonoxide. Het volgende is het stikstofmolecuul.
Stikstof detecteren is een nachtmerrie. De spectrale eigenschappen zijn zwak van aard. Hij verbergt zich in het volle zicht en weigert zijn aanwezigheid te schreeuwen. Maar de gegevens onthulden uiteindelijk een signaal. Stikstof is niet alleen een sporenelement. Het is de belangrijkste substantie die het oppervlak bedekt.
Methaan drijft niet alleen. Het bestaat in twee verschillende vormen. Soms wordt er zuiver methaanijs gevormd. Het kan ook worden ingevroren als oplossing in stikstofijs. Het is een mengsel. Een bevroren mengsel. Het oppervlak is een complex tapijt van dit vluchtige ijs, voornamelijk stikstof maar methaan van kleur.
Hoewel de spectrale signatuur van stikstof inherent erg zwak is, is het nu duidelijk dat deze soort de belangrijkste oppervlaktecomponent moet zijn.
Deze combinatie is belangrijk. Stikstofijs is dominant omdat het de meest voorkomende vluchtige stof op een dwergplaneet is. Het methaan mengt zich en vormt een bevroren “oplossing”. Waterijs komt vast te zitten op grotere diepten, waar het te koud kan zijn om te bewegen. Koolmonoxide komt naast stikstof voor, maar in kleine hoeveelheden.
Een onderzoek uit 1976 opende de deur. De instrumenten uit de jaren negentig liepen er doorheen. De realiteit is kouder en complexer dan vroege modellen suggereerden. Het oppervlak verandert. Na verloop van tijd sublimeert het ijs en slaat het opnieuw neer. Maar de kernstructuur blijft bestaan, en stikstofijs vermengd met methaan bedekt de rest van de wereld.
Kijk naar de cijfers. Pluto meet 1,85 gram per kubieke centimeter. Charon is een lichte 1.7. Deze kloof is belangrijk. Dit is meer dan alleen een statistiek. Het vertelt je wat er in deze dode werelden is.
Beide objecten zijn gevuld met een substantie die dichter is dan waterijs. IJs drijft. Gesteenten en organische verbindingen zinken. De hoge dichtheid van Pluto suggereert dat het binnenste van de planeet uit een enorme rots bestaat. Charon is vergelijkbaar, maar iets lichter. Misschien is het poreuzer. Misschien zijn er minder stenen. Ik weet het niet zeker. Wiskundig gezien wordt echter een gemeenschappelijke geschiedenis aangetoond.
Denk aan de ijzige manen van Jupiter. Van Saturnus. Pluto heeft precies gelijk. Een rotsachtige kern in het hart. Het is omgeven door een dikke laag bevroren water. Dit is het standaardmodel voor kleine objecten in het zonnestelsel. Maar Pluto heeft een leuke truc in petto.
Het mysterie van de duistere kant
Oppervlaktewaarneming bracht bevroren stikstof aan het licht. koolmonoxide. methaan. Dit zijn vluchtige stoffen. Ze sublimeren. Als je het niet koel houdt, verdwijnt het in het niets. Hier vormen ze een dunne huid. Het is net als de oceanen op aarde. dun. zwevend. zwaar.
De volgende is Spoetnik Planitia.
Het is een gigantisch bassin. Een krater. Het ontstond miljarden jaren geleden bij een botsing. Of dat zegt het oppervlak. Maar de locatie is een probleem. Dit is niet willekeurig. Het ligt op de getijdenas. Precies het tegenovergestelde van Charon.
Waarom is dit belangrijk?
Als het schokbassin zich aan de andere kant van een getijdengesloten object bevindt, mag het daar niet blijven. Getijdenkrachten zouden de planeet opnieuw uitlijnen. Zwaardere wastafels. Hoe lichter het is, hoe meer het drijft. Tenzij er al iets bestaat. Dingen zijn zwaar.
De locatie van Spoetnik Planitia vereist extra massa eronder.
Het bassin is een gat. Het moet licht zijn. Maar het is verankerd. Aan de andere kant is de maan. Dit impliceert een ondergrondse oceaan. Boven de kern van het gesteente bevindt zich vloeibaar water. Onder de ijsschelp.
De vloeistoflaag fungeert als ballast. Het verschuift het massamiddelpunt. Het trekt het bassin in lijn. De zee is meer dan alleen een geologisch kenmerk. Het is een stabilisator.
Welke manen hebben ondergrondse oceanen?
We weten dat Europa het heeft. Hetzelfde geldt voor Enceladus. Ganymedes? misschien. Maar hoe zit het met Pluto? Het is al zo ver weg. donker. koud. Daar is de zon slechts een heldere ster. Hoe houd je het warm genoeg om de vloeistof binnen te houden?
Radioactief verval. De kern van het gesteente bevat radioactieve isotopen. Ze vergaan. Ze geven warmte af. na verloop van tijd. langzaam. Genoeg om het grensvlak tussen steen en ijs warm te houden. Net genoeg om de ijskorst op de bodem te laten smelten.
Charon heeft die luxe misschien niet. Een lagere dichtheid betekent minder stenen. Er zal minder radioactief materiaal zijn. Minder hitte. Er is geen zee. Alleen bevroren rotsen en ijs.
Waarom heeft Pluto een oceaan?
Schokverwarming? Vroege aanwaswarmte? Of komt de radioactieve energie geleidelijk vrij?
De aanwezigheid van de zee veranderde alles. Dit betekent dat Pluto meer is dan alleen een brok ijs en vuil. Het is zeer actief. Differentiatie. Gelaagd. De steen zonk. IJs drijft. Water wordt vloeibaar.
Dit gaat niet alleen over Pluto. Over de Kuipergordel. Hoeveel van deze dwergplaneten hebben verborgen oceanen? Hoeveel
Charon is meer dan alleen een satelliet. Hij is half zo groot als zijn ouders en is een gigantische metgezel die het systeem regeert. De meeste satellieten in het zonnestelsel zijn slechts accessoires. Charon is een partner.
De twee objecten draaien rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt, ongeveer 19.640 km uit elkaar, in de open ruimte ertussen. Ongeveer 8 diameters van Pluto. Denk aan schaal.
Vergelijk het met de aarde en de maan. Onze maan is iets meer dan een kwart zo groot als de aarde. De diameter vanaf de aarde is ongeveer 30. Pluto en Charon staan nauw op één lijn. Ze zitten gevangen in de omhelzing van de zwaartekracht die hun hele bestaan definieert.
Deze nabijheid creëert een vreemd stille lucht. De omlooptijd van Charon is precies hetzelfde als de omlooptijd van Pluto. Ze zijn netjes op slot. Het resultaat is een hemelse handdruk die nooit verandert.
Als je op het halfrond van Pluto zou staan, met je gezicht naar Charon gericht, zou je hem nooit zien opkomen of ondergaan. Het zweeft dag en nacht op dezelfde plek aan de hemel. Het is een vast punt in het donker, net als een geostationaire satelliet op aarde.
Charon is volledig onzichtbaar vanaf de andere kant van Pluto. Het is permanent verborgen door de kromming van de planeet.
Een gezicht vergrendeld in de tijd
Het gaat niet alleen om de locatie. Charon draait ook op ritme. Het toont nog steeds hetzelfde gezicht voor Pluto.
Dit is een dubbel slot. De gezichten van beide lichamen zijn naar elkaar gericht. Hun rotaties en rotatie zijn volledig en naadloos gesynchroniseerd.
Waarom is dit belangrijk? Het bepaalt de thermische en geologische geschiedenis van beide werelden. De kant van Charon die naar Pluto is gericht ervaart altijd een ander zonnewind- en stralingspatroon dan de andere kant. Het heeft miljarden jaren lang de samenstelling van het oppervlak van de Charon bepaald.
Charon kan niet alleen als een passieve steen worden gezien. Het is een actieve deelnemer in een complex en vergrendeld systeem. Het gebrek aan rotatie ten opzichte van Pluto betekent een stabiele temperatuurgradiënt. Een stabiele helling betekent stabiele geologische processen.
We leren nog steeds wat deze processen zijn. New Horizons gaf ons een momentopname. De langetermijneffecten van dit binaire slot zijn echter een mysterie dat nog maar net begint te worden ontrafeld.
Voelt de nooit bewegende maan aan de hemel zich een metgezel of een gevangene? Het antwoord hangt af van of je wilt ontsnappen of blijven.
Charon heeft niet de opzichtige persoonlijkheid van Pluto. Het was donker. Zijn albedo schommelt rond de 0,25, waardoor hij minder reflecterend is dan de dwergplaneet zelf. De kleur is neutraal. Het is bijna eentonig. Maar laten we het spectrum eens nader bekijken.
Waterijs bedekt het oppervlak. Dit is het belangrijkste ingrediënt. Er is hier geen vast methaan. Is Pluto’s buurman bedekt met helder rood? Helemaal weg. In plaats daarvan worden sporen van ammoniak diep in sommige inslagkraters gevonden.
Dichtheid vertelt een dieper verhaal. Charon is compact genoeg om silicaten en organische verbindingen te bevatten. Iets zwaarder dan waterijs. Iets wat al lang geleden tot de kern doordrong. Het betekent een interieur als geen ander. De maan heeft lagen.
De andere kant van de grote maan
Charon is niet de enige. Maar dit is de baas. De andere vier manen, Styx, Nix, Kerberos en Hydra, lijken in vergelijking klein. Ze zijn langwerpig. Bubbel. Onregelmatig.
Hun baan ligt ver van de baan van Charon. De afstand is geweldig.
Hydra ligt ongeveer 64.721 kilometer verderop.
Kerberos nadert 57.750 kilometer.
De baan van Nix is 48.690 kilometer lang.
Styx is de binnenste van de kleine op een afstand van 42.413 km.
Hun banen zijn ruwweg cirkelvormig. Charon ook. Ze delen hetzelfde baanvlak. Dit is een plat systeem. Besteld.
Reflectie en rotatie
Hoe helder zijn deze kleine steentjes? Styx, Nix en Kerberos reflecteren licht op dezelfde manier als Charon. Hydra is helderder. Meer reflecterend.
Charon vergrendelt in synchrone rotatie. Zijn rotatie valt samen met zijn baan. Eén kant is altijd naar Pluto gericht. De kleine manen? Hun cyclustijd is een mysterie. Sterker nog, het is verwarrend.
Styx en Kerberos vallen. Hun radiale afmetingen variëren sterk. Het Styx-bereik is 10-25 kilometer. Kerberos is 13-34 kilometer lang. Nix en Hydra zijn zelfs nog groter, met een straal van respectievelijk ongeveer 44 km en 36 km.
| Naam | Gemiddelde afstand (km) | Baanperiode (dagen) | Inclinatie (graden) | Excentriciteit | Baanperiode (dagen) | Straal (km) | Massa ($10^{20}$kg) | Densiteit (g/cm3) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Charon | 17.536 | 6.387 | 0 | 0,0022 | 0,0022 | Synchroniseren. | 604 | 15 |
| Styx | 42.000 | 20.2 | 20.2 | 10-25 | 10-25 | |||
| Nix | 48.708 | 24,86 | 0,195 | 0,003 | 0,003 | 44 | 0,0058 | 0,0058 |
| Kerberos | 59.000 | 32,1 | 32,1 | 13–34 | ||||
| Hydra |
Chaotische dans van Pluto’s manen
De baanmechanica rond Pluto is lastig. Charon regeert de dansvloer. Voor elke baan die Charon voltooide, voltooide Hydra slechts ongeveer een zesde van zijn baan. Kerberos doet ongeveer een vijfde van het werk. Nix neemt ongeveer een kwart van het totaal voor zijn rekening. Styx klokt in op een derde.
Dit is niet willekeurig. De verhouding van de banen van Hydra, Kerberos, Nix en Styx is precies 6:5:4:3. Deze relaties, gebaseerd op kleine gehele getallen, duiden op het bestaan van stabiele dynamische resonanties. Regelmatig komen er vijf lichamen voorbij. De zwaartekracht trekt en duwt om de regelmaat van ontmoetingen te behouden. Het is een delicaat evenwicht.
Het vakgebied verandert echter voortdurend. Pluto en Charon draaien om elkaar heen, waardoor een steeds veranderend zwaartekrachtlandschap ontstaat. Het resultaat? Chaos. Nyx en Hydra roteren chaotisch. Hun polen draaien om. Het is geen constante draai.
In tegenstelling tot de meeste manen in het zonnestelsel draaien de vier kleine manen van Pluto niet synchroon. Hun rotatieperiode is niet vastgelegd op basis van hun omlooptijd. Hydra draait snel en voltooit een rotatie in slechts 0,4295 dagen. Kerberos is traag en het duurt 5,31 dagen voordat het eenmaal is omgezet.
Ontdekking van een planeet per ongeluk
Toen Pluto werd ontdekt, stond het bekend als de negende planeet. Samen met Uranus en Neptunus is het de derde ontdekte planeet, na de oude wereld met het blote oog. De logica lijkt redelijk. Astronomen hebben sinds het einde van de 19e eeuw het bestaan van een negende object verondersteld.
Ze zagen Uranus. Er worden aanzienlijke verstoringen waargenomen in de orbitale beweging. De wiskunde suggereert dat objecten op grotere afstand zwaartekrachtverstoringen veroorzaken. De zoektocht gaat door.
Deze verwarringen bleken vals te zijn. De massa van Pluto is te klein. De zwaartekracht is niet sterk genoeg om vermoedelijke verstoringen in de baan van Uranus te veroorzaken. Deze ontdekking was een verbazingwekkend toeval. Dit is geen exacte voorspelling van een hypothetische planeet, maar eerder een zorgvuldige observatie.
De jacht wordt geleid door het Lowell Observatorium in Flagstaff, Arizona. Oprichter Percival Lowell is de drijvende kracht achter deze beweging. Hij kreeg bekendheid vanwege zijn publieke beweringen dat Mars kanalen had. Tot aan zijn dood in 1916 ging de zoektocht door, ondanks twee mislukte pogingen om de planeet te vinden.
In 1929 werd een speciaal voor dit doel gebouwde astronomische camera geïntroduceerd. Het verzamelt licht uit de uitgestrekte hemel. Clyde Tombaugh, een jonge amateurastronoom, werd ingehuurd om de hemel te bestuderen.
Op 18 februari 1930 ontdekte hij Pluto. Er was nog geen jaar verstreken sinds de start van de werkzaamheden. Hij vond het in Tweelingen.
Het object verschijnt als een zwakke “ster” van magnitude 15. Het beweegt langzaam over een vaste achtergrond van sterren. Het duurt 248 jaar om een rondje om de zon te maken.
Lowell en zijn collega’s voorspelden grotere en helderdere objecten. Wat Tombaugh ontdekte was klein. Pluto werd echter al snel geïdentificeerd als de verwachte negende planeet. Het symbool ♇ dat voor dit doel is ontworpen, vertegenwoordigt de eerste twee letters van Pluto en de initialen van Percival Lowell.
Charons verhaal begon niet met een telescoop of een scheervlucht langs de planeet. Het begon met een wazige foto gemaakt bij het US Naval Observatory in Flagstaff. Locatie is belangrijk. Het observatorium ligt op minder dan 6 kilometer van de plek waar Pluto tientallen jaren geleden werd ontdekt, een korte afstand met groot historisch gewicht.
James W. Christy en Robert S. Harrington zijn de mannen achter de camera. Hun doelen waren alledaags maar belangrijk. Er was betere informatie nodig over de baan van Pluto. Ze willen precisie. Ze zoeken naar kleine veranderingen en kleine schommelingen die zwaartekrachtafwijkingen of meetfouten in bestaande modellen kunnen onthullen.
In plaats daarvan vonden ze een geest.
In 1978 merkte Christie een vreemd fenomeen op tijdens het beoordelen van fotografische platen. Eén afbeelding toont een zwakke uitstulping aan de rand van Pluto. Op de tweede foto zat er aan één kant een knobbel. Dit is niet de schuld van de film. Dit zijn geen kosmische straling. Het was een metgezel.
Dit nieuwe hemellichaam, de maan, was in het volle zicht verborgen. Het is klein. Het was donker. Maar het is er.
Waarom de mythologie er minder toe doet dan de mechanica
De maan kennen we als Charon, genoemd naar de veerman die zielen naar de onderwereld bracht. Deze mythe is zeer geschikt voor een donkere en verre wereld. Deze mythe verklaart echter niet de natuurkunde.
Deze ontdekking zorgde ervoor dat astronomen Pluto heroverwogen. Vóór Charon werd Pluto gezien als een eenzame dwergplaneet, een eenzaam stipje in de Kuipergordel. Na Charon is het onderdeel geworden van het systeem.
Bedenk eens wat voor verschil dit maakt.
Zodra we weten dat de maan bestaat, kunnen we de massa van het systeem meten. De dichtheid kan worden berekend. begrijp de dynamiek. Zonder Charon zou de massa van Pluto slechts een gok zijn. Bij Charon werd het een berekening.
De invloed ervan strekt zich ook naar buiten uit.
- De massa van Pluto is aanzienlijk afgenomen.
- De dichtheid suggereert dat het grootste deel van Pluto uit ijs bestaat en niet uit steen.
- De omlooptijd van het paar onthulde een getijdensluis.
De getijdensluis: een dans, geen baan
Hier is het vreemde deel. Charon draait niet alleen om Pluto. Pluto draait gewoon niet. Vergrendeld.
Ze zijn keurig op elkaar aangesloten. Dit betekent dat Charon op dezelfde plek aan de hemel van Pluto zal blijven. Pluto blijft op dezelfde positie aan de hemel van Charon. Dit is een binaire relatie in de ware zin van het woord. Door beide objecten ten opzichte van elkaar te roteren, veranderen hun gezichten niet.
Als je op het oppervlak van Pluto zou staan met je gezicht naar Charon gericht, zou de maan aan de hemel staan. Het komt nooit ter sprake. Het zou nooit ondergaan. Het zou daar gewoon blijven hangen, een constante aanwezigheid.
Dit slot gebeurt als gevolg van de zwaartekracht. In het verleden vertraagden getijdenkrachten de rotatie van Pluto totdat deze overeenkwam met de omlooptijd van Charon. Dit is een veel voorkomend lot voor manen in ons zonnestelsel, maar het voelde anders om het aan de rand van de bekende wereld te zien. Hierdoor voelt het externe systeem intiemer aan. Meer verbonden.
Waarom is dit nu belangrijk?
Je vraagt je misschien af waarom een in 1978 ontdekte satelliet vandaag de dag belangrijk is.
Dit is belangrijk omdat Charon de sleutel is tot Pluto.
Zonder Charon zouden we Pluto misschien zien als een mislukte planeet, een kosmische vergissing. hebben we misschien over het hoofd gezien
Voordat we Charon leerden kennen, was Pluto een mysterie gehuld in een mist van speculatie. Massiever ook. Deze twee getallen kunnen echter niet rechtstreeks worden gemeten. Je kunt niet zomaar een steen wegen die 6,7 miljard kilometer verderop drijft. Je moet het raden. En je inschatting was verkeerd.
Zelfs op de eerste afbeelding van Charon is het geen voor de hand liggende bal. Het was een hobbel. Er is een kleine uitstulping aan de ene kant van Pluto. Dit laat twee dingen zien. Deze objecten bevinden zich heel dicht bij elkaar en heel ver van de aarde. Dan was er de sfeer. De atmosfeer van de aarde verduisterde alles. Vervormt licht. Verzacht scherpe randen.
Dit probleem werd pas eind jaren negentig opgelost.
De Hubble-ruimtetelescoop is gearriveerd. Grondinstrumenten zijn uitgerust met adaptieve optica. Deze systemen compenseren atmosferische turbulentie in realtime. Plotseling verdween de waas daar. Pluto en Charon werden afzonderlijke lichamen. Geen twee hobbels. Twee werelden.
De rest van de ploeg vinden
Charon is niet de enige satelliet. Maar het vinden van de anderen vereist een ander soort geduld.
In 2005 bestudeerde een team van negen astronomen het donker. Ze gebruiken Hubble-afbeeldingen. Ze zijn op zoek naar objecten met een diameter van slechts 25 kilometer. Ze hebben Hydra en Nix gevonden. klein. Klein. Moeilijk te vangen.
Maar het bleef niet bij nieuwe foto’s. Ze graven diep in archiefgegevens. In het bijzonder werd het Hubble-beeld uit 2002 gebruikt om het oppervlak in kaart te brengen. Er waren nog twee objecten, vaag maar duidelijk zichtbaar. ze bewegen. Deze komen overeen met de baanpaden berekend op basis van de gegevens uit 2005. Bevestiging.
Dit patroon herhaalde zich.
In 2011 ontdekten zes astronomen Kerberos in Hubble-afbeeldingen. Ze hebben het opnieuw gecontroleerd. De vlekken zijn zichtbaar op de foto’s uit 2006 en 2010. Het is slechts een klein vlekje. Maar ze zijn er.
De volgende is dat Styx de volgende was. Het werd ook ontdekt door Hubble in 2012.
We weten momenteel dat Pluto vijf manen heeft. Charon. Hydra. Nix. Kerberos. Styx. Je moet door de ruis bladeren om elk signaal te vinden.
Waar komen ze vandaan?
De heersende theorie vóór Charon was wild.
Pluto is een satelliet van Neptunus. Dat is hoe mensen denken. Het was ontsnapt. Hoe? Een intieme ontmoeting. zwaartekracht die Pluto uit het Neptunus-systeem duwde. Het biedt de retrograde baan van Triton.
De logica lijkt redelijk. Pluto en Triton zijn ongeveer even groot. Pluto roteert eens in de 6,4 dagen. Triton heeft 5,9 dagen nodig om één baan te voltooien. Dit getal is te dichtbij om te negeren.
De wiskunde werkt echter niet.
De herziene massa van Pluto is slechts de helft van die van Triton. half. Het is niet zwaar genoeg om de baan van Triton om te keren. Niet sterk genoeg. De ontsnappingstheorie is daar gestorven.
Dan is er de maat van Charon. Pluto heeft een maan die verhoudingsgewijs enorm groot is. Als Pluto uit Neptunus vluchtte, waarom nam hij dan zo’n grote metgezel mee? Dit maakt een ontsnappingsscenario onwaarschijnlijk.
Het huidige model is schoner. Gewelddadig, maar schoner.
Pluto en Charon ontstonden onafhankelijk van elkaar in de zonnenevel. Een gaswolk die condenseerde in ons zonnestelsel. ze kwamen in botsing. De Proto-Charon kwam in botsing met Pluto. Door de botsing ontstond een puinring. Die ring groeide. De zwaartekracht trekt stof aan. Charon werd gevormd.
Het is hetzelfde verhaal met de maan van de aarde. Een object ter grootte van Mars stortte neer op de aarde. De fragmenten vormden een ring. De maan vloeide samen.
Kijk naar de chemie. De maan heeft een hoge temperatuuroorsprong en bevat dus geen vluchtige elementen. Er is geen methaan op Charon. Pluto en Charon zijn relatief dicht. Deze botsing verklaart beide. Warmte verdreef vluchtige stoffen. De dichtheid blijft hetzelfde.
Oorsprong van kleine satellieten
Hoe zit het met Hydra, Nyx, Kerberos en Styx?
Sommige astronomen geloven dat ze onafhankelijk zijn geboren. Ze werden later gevangengenomen. De oorsprong is anders. verschillende soorten vrachtwagens.
Maar de orbitale mechanica zegt iets anders.
De vier kleine satellieten hebben cirkelvormige coplanaire banen. Ze dansen op hetzelfde vlak. Ze hebben een gemeenschappelijke dynamische resonantie. Dit is geen willekeurige opname. Dit is familie.
Door de inslag van Charon kwam er genoeg puin vrij om de rest te vormen. Materiaal uit de ring kwam op alle drie de manen terecht. Waarschijnlijk meer. Het is gewoon nog niet gevonden.
Dit suggereert iets uit het vroege zonnestelsel.
Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden was de buitenste nevel druk bezocht. Er zijn veel ijzige lichamen. Het is even groot als Pluto en Charon. Ze waren niet uniek. Ze zijn opgebouwd uit kleinere entiteiten. Tegenwoordig noemen we dit de kernen van kometen.
Triton is waarschijnlijk een van die gigantische ijzige planetesimalen. Gevangen door Neptunus in de vroege geschiedenis. Cheiron, die in een baan tussen Saturnus en Uranus draait, is een ander voorbeeld. De kern van een gigantische komeet. Het is een kleinere versie van Saturnusmaan Phoebe.
Wij zijn op zoek naar overlevenden. deel. Overblijfselen van het tijdperk van chaotische formatie. Het systeem van Pluto is geen anomalie. Dit is een momentopname van de structuur van het buitenste zonnestelsel.
Wij leren nog steeds lezen. De vage sporen van oude Hubble-gegevens herinneren ons eraan dat het universum details verbergt totdat we klaar zijn om ze te zien. Of totdat je de juiste tools bouwt.
De Kuipergordel en de Oortwolk
De meeste ijzige planetesimalen worden tijdens hun vorming opgeslokt door gigantische planeten. Maar dat is niet alles.
Veel voorwerpen zijn gebleven. Het worden losse stukken van de Kuipergordel. Dit is de dikke, platte schijf achter Neptunus. Het volgt het vlak van het zonnestelsel. Concreet omvat het het buitenste deel van de baan van Pluto.
Miljarden andere objecten zijn buiten verspreid. Dit gebeurde tijdens de vorming van Uranus en Neptunus. Waarschijnlijk vormen ze de Oortwolk. Een enorme bolvormige schaal. Het bevindt zich op een afstand van ongeveer 50.000 astronomische eenheden.
Begin jaren negentig ontdekten astronomen meer dan duizend Kuipergordelobjecten (KBO’s). De conclusie is duidelijk. Pluto en Charon zijn slechts grote leden van deze gordel. Objecten zoals Chiron en de maan Triton van Neptunus zijn mogelijk afkomstig van objecten in de Kuipergordel. Hetzelfde geldt voor veel andere ijzige manen.
Denk aan de banen. Sommige Kuipergordelobjecten hebben zeer excentrische paden. Ze neigen naar het vlak van het zonnestelsel. Ze hebben gemeenschappelijke kenmerken met Pluto. Stabiele 3:2 orbitale resonantie met Neptunus. Astronomen noemden ze Plutinos. Kleine Pluto’s
Waarom veranderde de status van Pluto’s planeet
Voordat Pluto zijn planeettitel verloor, bestond er geen strikte definitie. Astronomen zijn het nog niet eens over een minimale massa. of straal. of oorsprongsmechanisme.
De oude scheiding was instinctief. De grote hemellichamen zijn de planeten. Kleiner zijn asteroïden en kometen. De maan is anders. Deze aanpak werkt als de verschillen significant lijken. Dit werkt wanneer kleine objecten nauwelijks worden begrepen als bouwstenen voor anderen.
Dit is een vroege en gefragmenteerde visie. Denk aan de blinde mannen en de olifant. Elk raakt verschillende delen aan. Iedereen herkent verschillende voorwerpen.
Later beseften we dat de oorspronkelijke groepering mislukte. De componenten van het zonnestelsel moeten opnieuw worden geclassificeerd. Vereist complexe en onderling verbonden definities.
Toen Pluto voor het eerst werd ontdekt, dachten astronomen dat het een eenzame zwerver was. Dit gevoel van isolatie rechtvaardigde zijn plek in de Inner Solar System Club. Als het later zou worden ontdekt en omringd door objecten in de Kuipergordel, zou niemand het een planeet noemen.
Tientallen jaren lang deed grootte er niet toe. De ijssamenstelling hielp niet. De vreemde baan hielp niet. Sommige deskundigen bleven de status ervan in twijfel trekken. Toen kwam het begin van de 21e eeuw.
Eris verandert de wiskunde
Astronomen begonnen andere objecten uit de Kuipergordel te ontdekken. Objecten ter grootte van Charon worden gebruikelijk. Eris kwam daar.
Eris is iets groter dan Pluto.
Opeens was Pluto niet meer bijzonder. Het was slechts een van de vele. Astronomen stonden voor een keuze. Voeg planeten toe aan de lijst of verwijder Pluto. De Internationale Astronomische Unie koos in 2006 voor het laatste pad. Ze creëerden ook een nieuwe categorie: dwergplaneten.
Deze categorie omvat grote objecten met vergelijkbare oorsprong en banen. Pluto, Eris en Ceres kregen het label. Ceres ligt in de asteroïdengordel. Het is ongeveer 940 kilometer breed.
Plutoïden definiëren
In juni 2008 vond een nieuwe update plaats. De Internationale Astronomische Unie classificeert dwergplaneten in verschillende subcategorieën. Ze voegden “plutoïden” toe.
Pluto is een dwergplaneet die verder van de zon staat dan Neptunus. Het is eigenlijk een groot Kuipergordelobject.
Pluto is een plutoïde. Eris is een plutoïde. Ceres is anders. Hij leeft in de asteroïdengordel, te dicht bij de zon.
Sindsdien is de lijst steeds langer geworden. Makemake en Haumea sloten zich bij de club aan. Beide zijn dwergplaneten. Beide zijn plutoïden.
