ПЛУТОН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, РУХ - АРТЕ - 2025

Плутон - це небесний об’єкт, в даний час вважається карликовою планетою, хоча довгий час це була найвіддаленіша планета Сонячної системи. У 2006 році Міжнародний астрономічний союз вирішив включити його до нової категорії: планети-карлики, оскільки Плутон не має деяких необхідних вимог, щоб бути планетою.

Слід зазначити, що суперечка щодо природи Плутона не нова. Все почалося, коли юний астроном Клайд Томбо виявив його 18 лютого 1930 року.

Малюнок 1. Зображення Плутона, знятого в 2015 році зондом "New Horizons". Джерело: NASA через Wikimedia Commons.

Астрономи припускали, що, можливо, там була планета далі, ніж Нептун, і, щоб знайти її, вони дотримувались тієї ж схеми відкриття цього. Використовуючи закони небесної механіки, вони визначили орбіту Нептуна (та Урана), порівнюючи обчислення із спостереженнями за фактичними орбітами.

Несправності, якщо такі були, були викликані невідомою планетою поза орбітою Нептуна. Саме це зробив Персіваль Лоуелл, засновник обсерваторії Лоуелл в Арізоні та захоплений захисник існування розумного життя на Марсі. Лоуелл виявив ці нерівності і завдяки їм він обчислив орбіту невідомої "планети X", чию масу він оцінив у 7 разів більше від маси Землі.

Малюнок 2. Персіваль Лоуелл зліва та Клайд Томбо зі своїм телескопом праворуч. Джерело: Wikimedia Commons.

Через кілька років після смерті Лоуелла Клайд Томбо знайшов нову зірку за допомогою саморобного телескопа, тільки планета виявилася меншою, ніж передбачалося.

Нова планета була названа на честь Плутона, римського бога підземного світу. Дуже доречно, тому що перші два листи відповідають ініціалам Персіваля Лоуелла, натхненника відкриття.

Однак нібито виявлені Лоуелл нерівності були не що інше, як продукт деяких випадкових помилок у його розрахунках.

Характеристики Плутона

Плутон - це маленька зірка, тому нерівності в орбіті гігантського Нептуна через це не могли бути. Спочатку вважалося, що Плутон буде розміром Землі, але потроху спостереження призводили до того, що його маса все більше і більше знижувалася.

Останні оцінки маси Плутона за спільними орбітальними даними від нього та його супутника Харона свідчать, що маса системи Плутон-Харона в 0,002 рази перевищує масу Землі.

Це насправді занадто мала цінність, щоб турбувати Нептуна. Більша частина цієї маси відповідає Плутону, який у свою чергу в 12 разів масивніший за Харона. Отже, щільність Плутона оцінюється в 2000 кг / м ³ , складається з 65% гірської породи та 35% льоду.

Дуже важливою особливістю крижаної та нестабільної Плутона є її високоеліптична орбіта навколо Сонця. Це призводить час від часу наближатися до Сонця, ніж сам Нептун, як це траплялося в період з 1979 по 1999 рік.

У цій зустрічі зірки ніколи не стикалися, оскільки нахил відповідних орбіт цього не дозволяв і тому, що Плутон і Нептун також перебувають у орбітальному резонансі. Це означає, що їх орбітальні періоди пов'язані через взаємний гравітаційний вплив.

Плутон залишає ще один сюрприз: він випромінює рентгенівські промені, високоенергетичне випромінювання електромагнітного спектру. Це не дивно, оскільки зонд "New Horizons" підтвердив наявність тонкої атмосфери на Плутоні. І коли молекули цього тонкого шару газів взаємодіють із сонячним вітром, вони випромінюють випромінювання.

Але рентгенівський телескоп Чандра виявив набагато більшу емісію, ніж очікувалося, що здивувало експертів.

Короткий зміст основних фізичних характеристик Плутона

-Маса: 1,25 х 10 ²² кг

-Радіус: 1185 км (менше, ніж Місяць)

-Форма: округла.

-Середня відстань до Сонця: 5900 мільйонів км.

- Нахил орбіти : 17º по відношенню до екліптики.

-Температура: -229,1 ºC середня.

-Гравітація: 0,6 м / с ²

-Власне магнітне поле: Ні.

-Атмосфера: Так, тьмяно.

-Густота: 2 г / см ³

-Сателіти: 5 відомих досі.

-Кільця: На даний момент.

Чому Плутон не планета?

Причиною того, що Плутон не є планетою, є те, що він не відповідає критеріям Міжнародного астрономічного союзу для того, щоб небесне тіло вважалося планетою. Це критерії:

-Обіг навколо зірки або її залишку.

-Удостатньо маси, щоб її сила тяжіння дозволяла мати більш-менш сферичну форму.

-Брак власного світла.

-Займайте орбітальне панування, тобто ексклюзивну орбіту, яка не заважає іншій планеті і не має менших об'єктів.

І хоча Плутон відповідає першим трьом вимогам, як ми бачили раніше, його орбіта заважає Нептуну. Це означає, що Плутон не очистив свою орбіту, так би мовити. А оскільки він не має орбітального домінування, його не можна вважати планетою.

Крім категорії карликової планети, Міжнародний астрономічний союз створив ще одну: другорядні тіла Сонячної системи, в яких виявлені комети, астероїди та метеороїди.

Вимоги бути карликовою планетою

Міжнародний астрономічний союз також ретельно визначив вимоги бути карликовою планетою:

-Обій навколо зірки.

-Достатня маса має кулясту форму.

-Не випромінюйте власного світла.

-Відсутність чистої орбіти.

Тож єдина різниця між планетами і карликовими планетами полягає в останньому пункті: карликові планети просто не мають "чистої" або ексклюзивної орбіти.

Малюнок 3. 5 відомих досі 5 карликових планет разом із супутниками. Внизу зображення - Земля для довідки. Джерело: Wikimedia Commons.

Перекладацький рух

Орбіта Плутона дуже еліптична і знаходиться так далеко від Сонця, має дуже тривалий період: 248 років, з яких 20 ближче до Сонця, ніж сам Нептун.

Малюнок 4. Анімація, що показує високоеліптичну орбіту Плутона. Джерело: Wikimedia Commons.

Орбіта Плутона є найбільш схильною з усіх щодо площини екліптики: 17º, тому коли вона перетинає площу Нептуна, планети знаходяться досить далеко один від одного і немає небезпеки зіткнення між ними.

Малюнок 5. Перетин між орбітами Плутона та Нептуна, як видно, планети досить далеко один від одного, тому немає небезпеки зіткнення. Джерело: Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1200703

Орбітальний резонанс, який існує між обома планетами, є таким, що гарантує стабільність їх траєкторій.

Дані руху Плутона

Наступні дані коротко описують рух Плутона:

-Середній радіус орбіти: 39,5 АС * або 5,9 мільярда кілометрів.

- нахил орбіти : 17º щодо площини екліптики.

-Eccentricity: 0,244

- Середня орбітальна швидкість : 4,7 км / с

- Період перенесення: 248 років та 197 днів

- Період обертання: приблизно 6,5 днів.

* Одна астрономічна одиниця (АС) дорівнює 150 мільйонів кілометрів.

Як і коли спостерігати за Плутоном

Плутон знаходиться занадто далеко від Землі, щоб його можна побачити неозброєним оком, він був трохи більше 0,1 секунди. Тому використовувати телескоп потрібно навіть з любителями моделей. Крім того, останні моделі містять програмовані елементи управління, щоб знайти Плутон.

Однак навіть за допомогою телескопа Плутон буде розглядатися як крихітна точка серед тисяч інших, тож, щоб розрізнити його, потрібно спершу знати, де шукати, а потім слідувати за ним протягом декількох ночей, як це робив Клайд Томбо. Плутон буде точкою, яка рухається на тлі зірок.

Оскільки орбіта Плутона знаходиться поза орбітою Землі, найкращий час її побачити (але слід уточнити, що вона не єдина) - це коли вона знаходиться в опозиції, а це означає, що Земля стоїть між карликовою планетою та Сонцем. .

Це справедливо і для Марса, Юпітера, Сатурна, Урана та Нептуна, так званих вищих планет. Найкращі спостереження зроблені, коли вони перебувають в опозиції, хоча, звичайно, вони можуть бути помітні і в інший час.

Щоб знати опозицію планет, бажано зайти на спеціалізовані інтернет-сайти або завантажити астрономічний додаток для смартфонів. Таким чином спостереження можна правильно спланувати.

Що стосується Плутона, то з 2006 по 2023 рік він переміщується від сузір'я Серпенса Кауда до Стрільця.

Обертальний рух

Обертальний рух Плутона. Джерело: PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Плутон має обертальний рух навколо власної осі, як Земля та інші планети. Плутону потрібно 6 1/2 днів, щоб обійти себе, тому що його швидкість обертання повільніше, ніж у Землі.

Знаходячись так далеко від Сонця, хоча це найяскравіший об’єкт на небі Плутона, цар Сонця виглядає як точка, трохи більша за решту зірок.

Ось чому дні на карликовій планеті проходять у темряві, навіть найясніші, бо тонка атмосфера здатна розсіяти деяке світло.

Малюнок 6. Відображення художником крижаного пейзажу Плутона, ліворуч від Нептуна та праворуч, далеке Сонце виглядає як зірка великої величини. Навіть протягом дня планета знаходиться в безперервному мороці. Джерело: Wikimedia Commons.ESO / L. Calçada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0).

З іншого боку, його вісь обертання похила на 120 ° по відношенню до вертикалі, що означає, що північний полюс знаходиться нижче горизонтального. Іншими словами, Плутон перевертається на свій бік, як і Уран.

Цей нахил набагато більший, ніж на осі Землі лише 23,5º, тому пори року на Плутоні надзвичайні та дуже тривалі, оскільки на орбіту Сонця знадобиться трохи більше 248 років.

Малюнок 7. Порівняння між осями обертання Землі ліворуч та Плутоном праворуч, похилою 120 ° щодо вертикалі. Джерело: Ф. Сапата.

Багато вчених вважають, що ретроградні обертання, як у випадках Венери і Урана, або такі нахилені осі обертання, знову ж таки, як Уран і Плутон, зумовлені випадковими ударами, спричиненими іншими великими небесними тілами.

Якщо так, важливе питання, яке ще потрібно вирішити, - це чому вісь Плутона зупинилася саме на 120 °, а не на іншому значенні.

Ми знаємо, що Уран робив це при 98º, а Венера - 177º, а Меркурій, найближча до Сонця планета, має вісь повністю вертикальною.

На малюнку показано нахил осі обертання планет, оскільки вісь вертикальна, в Меркурії немає сезонів:

Малюнок 8. Нахил осі обертання у восьми основних планет Сонячної системи. Джерело: NASA.

Склад

Плутон складається з скель і льоду, хоча вони виглядали б зовсім інакше, ніж Земля, оскільки Плутон холодний, не віривши. Вчені підрахували, що температура карликової планети коливається в межах від -228ºC до -238ºC, при цьому найнижча температура, що спостерігається в Антарктиді, становить -128ºC.

Звичайно, хімічні елементи є загальними. На поверхні Плутона є:

-Метан

-Азот

-Окис вуглецю

Коли орбіта Плутона наближає його до Сонця, тепло випаровує лід із цих речовин, які стають частиною атмосфери. І коли воно відсувається, вони замерзають назад на поверхню.

Ці періодичні зміни спричиняють появу світлих і темних ділянок на поверхні Плутона, які з часом чергуються.

На Плутоні часто зустрічаються цікаві частинки під назвою "толіни" (назва, яку їм дав відомий астроном і популяризатор Карл Саган), які створюються, коли ультрафіолетове випромінювання від Сонця розщеплює молекули метану і відокремлює азот. Реакція між отриманими молекулами утворює більш складні молекули, хоча і більш невпорядковані.

Толіни не утворюються на Землі, але вони знаходяться в об'єктах зовнішньої Сонячної системи, надаючи їм рожевий колір, наприклад, на Титані, супутнику Сатурна і, звичайно, на Плутоні.

Внутрішня структура

Поки все свідчить про те, що Плутон має скелясте ядро, утворене силікатами і, ймовірно, покрите шаром крижаної води.

Теорія утворення планет вказує на те, що найщільніші частинки накопичуються в центрі, тоді як легші, наприклад, льоду, залишаються вгорі, налаштовуючи мантію, проміжний шар між ядром та поверхнею.

Під поверхнею та над замерзлою мантією може бути шар рідкої води.

Малюнок 9. Внутрішня структура Плутона. Джерело: Wikimedia Commons. PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Внутрішня частина планети дуже гаряча через наявність радіоактивних елементів, розпад яких виробляє радіацію, частина якої поширюється у вигляді тепла.

Радіоактивні елементи нестабільні за своєю природою, тому вони, як правило, перетворюються на інші більш стійкі, безперервно випромінюючи частинки та гамма-випромінювання, до досягнення стабільності. Залежно від ізотопу, певна кількість радіоактивного матеріалу розпадається за частки секунди або займає мільйони років.

геологія

Холодна поверхня Плутона - це переважно замерзлий азот зі слідами метану та оксиду вуглецю. Ці дві останні сполуки не розподіляються однорідно на поверхні карликової планети.

На зображеннях видно світлі та темні ділянки, а також кольорові варіації, що говорить про існування різних утворень та переважання деяких хімічних сполук у певних місцях.

Незважаючи на те, що до сонця надходить дуже мало сонячного світла, ультрафіолетового випромінювання достатньо, щоб викликати хімічні реакції в тонкій атмосфері. Сполуки, що утворюються таким чином, змішуються з дощем та снігом, що випадає на поверхню, надаючи йому кольори між жовтим та рожевим, з яким видно Плутон із телескопів.

Майже все, що відомо про геологію Плутона, пояснюється даними, зібраними зондом "Нові горизонти". Завдяки їм вчені тепер знають, що геологія Плутона дивно різноманітна:

-Морові рівнини

-Глацири

-Горини замерзлої води

-Деякі кратери

-Докази кріовулканізму, вулканів, які викидають воду, аміак та метан, на відміну від наземних вулканів, які викидають лаву.

Супутники Плутона

У Плутона є кілька природних супутників, з яких Харон - найбільший.

Деякий час астрономи вважали, що Плутон набагато більший, ніж він є насправді, оскільки Харон орбітає дуже тісно і майже кругово. Ось чому астрономи спочатку не могли їх розрізнити.

Малюнок 10. Плутон праворуч та його головний супутник Харон. Джерело: Wikimedia Commons.

У 1978 році астроном Джеймс Крісті відкрив Харона за допомогою фотографій. Він удвічі менший за Плутон, а його назва також походить від грецької міфології: Харон був поромником, який перевозив душі в підземний світ, царство Плутона або Гадеса.

Пізніше, у 2005 році, завдяки космічному телескопу Хаббла, були знайдені два маленьких місячних апарата Hydra та Nix. А потім, у 2011 та 2012 роках, з’явилися відповідно Цербер і Стікс, усі з міфологічними назвами.

Ці супутники також мають кругові орбіти навколо Плутона і можуть захоплювати об’єкти з поясу Койпера.

Плутон і Харон утворюють дуже цікаву систему, в якій центр маси, або центр маси, лежить поза більшим об'єктом. Ще один надзвичайний приклад - система Сонце-Юпітер.

Обидва також перебувають у синхронному обертанні один з одним, а це означає, що завжди відображається одне і те ж обличчя. Тож орбітальний період Харона становить приблизно 6,5 днів, що таке саме, як у Плутона. І це також час, який Харону потрібно зробити один оборот навколо своєї осі.

Малюнок 11. Синхронне обертання Плутона та його супутника Харона. Джерело: Wikimedia Commons. Tomruen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Багато астрономів вважають, що це вагомі причини вважати пару подвійною планетою. Такі подвійні системи не є рідкістю на об’єктах Всесвіту, серед зірок часто зустрічаються бінарні системи.

Навіть було запропоновано, щоб Земля і Місяць також розглядалися як бінарні планети.

Ще одна цікава особливість Харона полягає в тому, що він може містити всередині себе рідку воду, яка виходить на поверхню через тріщини і утворює гейзери, які негайно замерзають.

У Плутона є кільця?

Це гарне питання, адже Плутон врешті-решт знаходиться на межі Сонячної системи і колись вважався планетою. І всі зовнішні планети мають кільця.

В принципі, оскільки Плутон має 2 місяці, досить малі з силою тяжкості, удари проти них можуть підняти і розігнати матеріал, достатній для накопичення на орбіті карликової планети, утворюючи кільця.

Однак дані місії NASA New Horizons показують, що Плутон наразі не має кілець.

Але кільцеві системи є тимчасовими структурами, принаймні в астрономічний час. Наявна інформація про кільцеві системи планет-гігантів виявляє, що їх формування порівняно недавно, і як тільки вони формуються, вони можуть зникати і навпаки.

Місії до Плутона

"New Horizons" - це місія, призначена НАСА для дослідження Плутона, його супутників та інших об'єктів в поясі Койпера, регіону, який оточує Сонце в радіусі від 30 до 55 Астрономічних одиниць.

Плутон і Харон - одні з найбільших об’єктів цього регіону, де також містяться інші, такі як комети та астероїди, так звані другорядні тіла Сонячної системи.

Швидкий зонд «Нові горизонти» зняв з мису Канаверал у 2006 році та досяг Плутона у 2015 році. Він отримав численні зображення, що показували раніше небачені особливості карликової планети та її супутників, а також вимірювання магнітного поля, спектрометрії тощо.

New Horizons продовжує надсилати інформацію і сьогодні, і знаходиться приблизно в 46 АС від Землі, посеред поясу Койпера.

У 2019 році він вивчав об’єкт під назвою Аррокот (Ultima Thule), і тепер очікується, що незабаром він проведе вимірювання паралакса і відправить зображення зірок з абсолютно іншої точки зору з землі, яка буде служити орієнтиром навігації.

Очікується також, що "Нові горизонти" продовжуватимуть надсилати інформацію принаймні до 2030 року.

Список літератури

1. Лев, К. 2010. Космос: карликова планета Плутон. Маршалл Кавендіш.
2. POT. Дослідження Сонячної системи: Плутон, карликова планета. Відновлено з: solarsystem.nasa.gov.
3. Дім Плутона. Експедиція до відкриття. Відновлено з: www.plutorules.
4. Пауелл, М. Планети оголеного ока на нічному небі (і як їх визначити). Відновлено: goleyeplanets.com
5. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
6. Вікіпедія. Геологія Плутона. Відновлено з: en.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Плутон (планета). Відновлено з: es.wikipedia.org.
8. Загуменський, С. Вони виявляють, що Плутон випромінює рентгенівські випромінювання. Відновлено: es.gizmodo.com.