ПЛУТОН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ - ARTE - 2025

Плутон - небесный объект, в настоящее время считается карликовой планетой, хотя долгое время он был самой далекой планетой Солнечной системы. В 2006 году Международный астрономический союз решил включить его в новую категорию: карликовые планеты, поскольку Плутон не соответствует некоторым требованиям, необходимым для того, чтобы быть планетой.

Следует отметить, что споры о природе Плутона не новы. Все началось, когда молодой астроном Клайд Томбо обнаружил ее 18 февраля 1930 года.

Рисунок 1. Изображение Плутона, сделанное в 2015 г. зондом New Horizons. Источник: НАСА через Wikimedia Commons.

Астрономы предположили, что, возможно, существует планета дальше Нептуна, и, чтобы найти ее, они следовали той же схеме открытия этого. Используя законы небесной механики, они определили орбиту Нептуна (и Урана), сравнив расчеты с наблюдениями фактических орбит.

Неправильности, если таковые были, были вызваны неизвестной планетой за орбитой Нептуна. Именно это и сделал Персиваль Лоуэлл, основатель обсерватории Лоуэлла в Аризоне и восторженный защитник существования разумной жизни на Марсе. Лоуэлл обнаружил эти нарушения и благодаря им вычислил орбиту неизвестной «планеты X», массу которой он оценил в 7 раз больше массы Земли.

Рис. 2. Персиваль Лоуэлл слева и Клайд Томбо со своим телескопом справа. Источник: Wikimedia Commons.

Через несколько лет после смерти Лоуэлла Клайд Томбо нашел новую звезду с помощью самодельного телескопа, только планета оказалась меньше, чем предполагалось.

Новую планету назвали в честь Плутона, римского бога подземного мира. Очень уместно, потому что первые две буквы соответствуют инициалам Персиваля Лоуэлла, вдохновителя открытия.

Однако предполагаемые нарушения, обнаруженные Лоуэллом, были не чем иным, как результатом некоторых случайных ошибок в его расчетах.

Характеристики Плутона

Плутон - маленькая звезда, поэтому нарушения на орбите гигантского Нептуна не могли быть связаны с ней. Первоначально предполагалось, что Плутон будет размером с Землю, но постепенно наблюдения привели к тому, что его масса все больше и больше снижалась.

Недавние оценки массы Плутона, основанные на совместных орбитальных данных от него и его спутника Харона, показывают, что масса системы Плутон-Харон в 0,002 раза больше массы Земли.

Это действительно слишком маленькая величина, чтобы беспокоить Нептун. Большая часть этой массы соответствует Плутону, который, в свою очередь, в 12 раз массивнее Харона. Следовательно, плотность Плутона была оценена в 2000 кг / м ³ , он состоит на 65% из камня и на 35% из льда.

Очень важной особенностью ледяного и неустойчивого Плутона является его очень эллиптическая орбита вокруг Солнца. Это приводит к тому, что время от времени он приближается к Солнцу, чем сам Нептун, как это произошло в период с 1979 по 1999 год.

В этой встрече звезды никогда не сталкивались, потому что наклон соответствующих орбит не позволял этого, и потому что Плутон и Нептун также находятся в орбитальном резонансе. Это означает, что их орбитальные периоды связаны взаимным гравитационным влиянием.

У Плутона есть еще один сюрприз: он испускает рентгеновские лучи, высокоэнергетическое излучение электромагнитного спектра. В этом нет ничего удивительного, поскольку зонд New Horizons подтвердил наличие тонкой атмосферы на Плутоне. И когда молекулы в этом тонком слое газов взаимодействуют с солнечным ветром, они излучают радиацию.

Но рентгеновский телескоп Chandra обнаружил намного более высокое излучение, чем ожидалось, что удивило экспертов.

Краткое изложение основных физических характеристик Плутона

-Масса: 1,25 х 10 ²² кг

-Радиус: 1185 км (меньше Луны)

-Форма: округлая.

-Среднее расстояние до Солнца: 5900 миллионов км.

- Наклонение орбиты : 17º по отношению к эклиптике.

-Температура: -229,1 ºC в среднем.

-Гравитация: 0,6 м / с ²

-Собственное магнитное поле: Нет.

-Атмосфера: Да, тускло.

-Плотность: 2 г / см ³

-Спутники: 5 известных пока.

-Кольца: На данный момент нет.

Почему Плутон не планета?

Причина того, что Плутон не является планетой, заключается в том, что он не соответствует критериям Международного астрономического союза, согласно которым небесное тело считается планетой. Эти критерии таковы:

-Орбит вокруг звезды или ее остатка.

-Обладает достаточной массой, чтобы его сила тяжести позволяла ему иметь более или менее сферическую форму.

-Отсутствие собственного света.

-Иметь орбитальное доминирование, то есть исключительную орбиту, которая не мешает орбите другой планеты и свободна от более мелких объектов.

И хотя Плутон удовлетворяет первым трем требованиям, как мы уже видели ранее, его орбита мешает орбите Нептуна. Это означает, что Плутон, так сказать, не очистил свою орбиту. А поскольку у нее нет доминирования на орбите, ее нельзя считать планетой.

Помимо категории карликовых планет, Международный астрономический союз создал еще одну: малые тела Солнечной системы, в которых находятся кометы, астероиды и метеороиды.

Требования к карликовой планете

Международный астрономический союз также тщательно определил требования к карликовой планете:

-Орбита вокруг звезды.

-Обладает достаточной массой, чтобы иметь сферическую форму.

-Не испускать собственный свет.

-Отсутствие четкой орбиты.

Итак, единственная разница между планетами и карликовыми планетами заключается в последнем пункте: карликовые планеты просто не имеют "чистой" или исключительной орбиты.

Рис. 3. 5 известных на данный момент карликовых планет вместе с их спутниками. Внизу изображения для справки - Земля. Источник: Wikimedia Commons.

Движение переводов

Орбита Плутона очень эллиптическая и, поскольку она так далеко от Солнца, у нее очень большой период: 248 лет, из которых 20 ближе к Солнцу, чем сам Нептун.

Рис. 4. Анимация, показывающая высокоэллиптическую орбиту Плутона. Источник: Wikimedia Commons.

Орбита Плутона наиболее наклонена по отношению к плоскости эклиптики: 17º, поэтому, когда он пересекает орбиту Нептуна, планеты оказываются довольно далеко друг от друга, и опасность столкновения между ними отсутствует.

Рисунок 5. Пересечение орбит Плутона и Нептуна, как вы видите, планеты довольно далеко друг от друга, поэтому опасности столкновения нет. Источник: Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1200703

Орбитальный резонанс, существующий между обеими планетами, гарантирует стабильность их траекторий.

Данные о движении Плутона

Следующие данные кратко описывают движение Плутона:

-Средний радиус орбиты: 39,5 а.е. * или 5,9 миллиарда километров.

- Наклон орбиты : 17º по отношению к плоскости эклиптики.

-Эксцентриситет: 0,244

- Средняя орбитальная скорость : 4,7 км / с

- Переходный период: 248 лет и 197 дней

- Период ротации: примерно 6,5 дней.

* Одна астрономическая единица (АЕ) равна 150 миллионам километров.

Как и когда наблюдать Плутон

Плутон слишком далеко от Земли, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, он составляет чуть более 0,1 угловой секунды. Поэтому использование телескопа необходимо, подойдут даже модели для любителей. Кроме того, последние модели включают программируемые элементы управления для поиска Плутона.

Однако даже в телескоп Плутон будет рассматриваться как крошечная точка среди тысяч других, поэтому, чтобы отличить его, вам нужно сначала знать, куда смотреть, а затем следовать за ним в течение нескольких ночей, как это делал Клайд Томбо. Плутон будет точкой, которая движется на фоне звезд.

Поскольку орбита Плутона находится за пределами орбиты Земли, лучшее время для его наблюдения (но следует уточнить, что он не единственный) - это когда он находится в оппозиции, что означает, что Земля находится между карликовой планетой и Солнцем. .

Это также верно для Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, так называемых высших планет. Лучшие наблюдения делаются, когда они находятся в оппозиции, хотя, конечно, они могут быть видны в другое время.

Чтобы узнать о противостоянии планет, желательно зайти на специализированные интернет-сайты или загрузить приложение по астрономии для смартфонов. Таким образом можно правильно спланировать наблюдения.

В случае Плутона с 2006 по 2023 год он переместится из созвездия Хвостовых Змей в созвездие Стрельца.

Вращательное движение

Вращательное движение Плутона. Источник: PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Плутон вращается вокруг своей оси, как Земля и другие планеты. Плутону требуется 6 1/2 дней, чтобы обойти себя, потому что его скорость вращения ниже, чем у Земли.

Находясь так далеко от Солнца, хотя это самый яркий объект на небе Плутона, король Солнца выглядит как точка немного больше остальных звезд.

Именно поэтому дни на карликовой планете проходят в темноте, даже в самые ясные, ведь тонкая атмосфера способна рассеивать свет.

Рис. 6. Художественная визуализация ледяного пейзажа Плутона, слева Нептун, а справа - далекое Солнце, похожее на звезду большой величины. Даже днем ​​на планете сплошной мрак. Источник: Wikimedia Commons.ESO / L. Calçada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0).

С другой стороны, его ось вращения наклонена на 120 ° относительно вертикали, что означает, что северный полюс находится ниже горизонтали. Другими словами, Плутон поворачивается на бок, как и Уран.

Это наклонение намного больше, чем наклон оси Земли, составляющий всего 23,5 °, поэтому сезоны на Плутоне экстремальные и очень длинные, поскольку для обращения вокруг Солнца требуется немногим более 248 лет.

Рис. 7. Сравнение осей вращения Земли слева и Плутона справа, наклоненных на 120º по отношению к вертикали. Источник: Ф. Сапата.

Многие ученые считают, что ретроградное вращение, как в случае Венеры и Урана, или оси вращения, столь наклоненные, как Уран и Плутон, вызваны случайными ударами, вызванными другими большими небесными телами.

Если это так, то еще предстоит решить важный вопрос: почему ось Плутона остановилась именно на 120 °, а не на другом значении.

Мы знаем, что Уран сделал это под углом 98º, а Венера - под 177º, а у Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, ось полностью вертикальна.

На рисунке показан наклон оси вращения планет, так как ось вертикальна, в Меркурии нет сезонов:

Рисунок 8. Наклон оси вращения восьми больших планет Солнечной системы. Источник: НАСА.

Сочинение

Плутон состоит из камней и льда, хотя они будут выглядеть совсем иначе, чем Земля, поскольку Плутон невероятно холоден. По оценкам ученых, температура на карликовой планете колеблется от -228 ° C до -238 ° C, при этом самая низкая температура, наблюдаемая в Антарктиде, составляет -128 ° C.

Конечно, химические элементы обычны. На поверхности Плутона находятся:

-Метан

-Nitrogen

-Монооксид углерода

Когда орбита Плутона приближает его к Солнцу, тепло испаряет лед из этих веществ, которые становятся частью атмосферы. А когда он уходит, они снова всплывают на поверхность.

Эти периодические изменения вызывают появление светлых и темных участков на поверхности Плутона, которые чередуются с течением времени.

На Плутоне часто можно найти любопытные частицы, называемые «толинами» (имя, данное им известным астрономом и популяризатором Карлом Саганом), которые создаются, когда ультрафиолетовое излучение Солнца разрушает молекулы метана и отделяет молекулы азота. В результате реакции между образующимися молекулами образуются более сложные молекулы, хотя и более неупорядоченные.

Толины не образуются на Земле, но они находятся в объектах во внешней солнечной системе, что придает им розовый цвет, например, на Титане, спутнике Сатурна и, конечно же, на Плутоне.

Внутренняя структура

Пока все указывает на то, что у Плутона есть каменное ядро, образованное силикатами и, вероятно, покрытое слоем ледяной воды.

Теория образования планет указывает на то, что самые плотные частицы накапливаются в центре, а более легкие, такие как лед, остаются над ними, формируя мантию, промежуточный слой между ядром и поверхностью.

Может быть слой жидкой воды под поверхностью и над замерзшей мантией.

Рисунок 9. Внутреннее строение Плутона. Источник: Wikimedia Commons. PlanetUser / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Внутри планеты очень жарко из-за присутствия радиоактивных элементов, распад которых производит радиацию, часть которой распространяется в виде тепла.

Радиоактивные элементы нестабильны по своей природе, поэтому они имеют тенденцию превращаться в другие, более стабильные элементы, непрерывно испускающие частицы и гамма-излучение, пока не будет достигнута стабильность. В зависимости от изотопа определенное количество радиоактивного материала распадается за доли секунды или за миллионы лет.

геология

Холодная поверхность Плутона состоит в основном из замороженного азота со следами метана и окиси углерода. Эти последние два соединения неравномерно распределены на поверхности карликовой планеты.

На изображениях видны светлые и темные участки, а также цветовые вариации, что свидетельствует о существовании различных образований и преобладании некоторых химических соединений в определенных местах.

Несмотря на то, что на солнце попадает очень мало солнечного света, ультрафиолетового излучения достаточно, чтобы вызвать химические реакции в тонкой атмосфере. Полученные таким образом соединения смешиваются с дождем и снегом, падающими на поверхность, придавая ей цвета от желтого до розового, которые Плутон виден в телескопы.

Почти все, что известно о геологии Плутона, связано с данными, собранными зондом New Horizons. Благодаря им ученые теперь знают, что геология Плутона удивительно разнообразна:

-Ледяные равнины

-Ледники

-Горы замороженной воды

-Некоторые кратеры

-Свидетельства криовулканизма, вулканы, извергающие воду, аммиак и метан, в отличие от земных вулканов, извергающих лаву.

Спутники Плутона

У Плутона есть несколько естественных спутников, из которых Харон является самым большим.

Какое-то время астрономы полагали, что Плутон был намного больше, чем он есть на самом деле, потому что Харон вращается очень близко и почти по кругу. Поэтому сначала астрономы не могли их различить.

Рис. 10. Плутон справа и его главный спутник Харон. Источник: Wikimedia Commons.

В 1978 году астроном Джеймс Кристи открыл Харон с помощью фотографий. Он вдвое меньше Плутона, и его название также происходит из греческой мифологии: Харон был паромщиком, который перевозил души в подземный мир, в царство Плутона или Аида.

Позже, в 2005 году, благодаря космическому телескопу Хаббл, были обнаружены два небольших спутника Гидра и Никс. А затем, в 2011 и 2012 годах соответственно, появились Цербер и Стикс, все с мифологическими именами.

Эти спутники также имеют круговые орбиты вокруг Плутона и могут быть захвачены объектами из пояса Койпера.

Плутон и Харон образуют очень интересную систему, в которой центр масс или центр масс находится вне более крупного объекта. Другой необычный пример - система Солнце-Юпитер.

Оба они также находятся в синхронном вращении друг с другом, что означает, что всегда отображается одно и то же лицо. Таким образом, орбитальный период Харона составляет примерно 6,5 дней, что совпадает с периодом обращения Плутона. И это также время, за которое Харон совершает один оборот вокруг своей оси.

Рисунок 11. Синхронное вращение Плутона и его спутника Харона. Источник: Wikimedia Commons. Tomruen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Многие астрономы считают, что это веские причины рассматривать пару как двойную планету. Такие двойные системы не редкость в объектах Вселенной, среди звезд часто встречаются двойные системы.

Было даже предложено, чтобы Земля и Луна также рассматривались как бинарные планеты.

Другой интересный момент Харона заключается в том, что он может содержать в себе жидкую воду, которая достигает поверхности через трещины и образует гейзеры, которые немедленно замерзают.

Есть ли у Плутона кольца?

Это хороший вопрос, поскольку Плутон в конце концов находится на краю Солнечной системы и когда-то считался планетой. И у всех внешних планет есть кольца.

В принципе, поскольку у Плутона есть 2 спутника, достаточно маленькие с небольшой гравитацией, удары по ним могут поднять и рассеять материал, достаточный для накопления на орбите карликовой планеты, образуя кольца.

Однако данные миссии NASA New Horizons показывают, что у Плутона в настоящее время нет колец.

Но кольцевые системы - временные конструкции, по крайней мере, в астрономическое время. Информация, доступная в настоящее время о кольцевых системах планет-гигантов, показывает, что их формирование произошло относительно недавно и что как только они формируются, они могут исчезнуть, и наоборот.

Миссии на Плутон

New Horizons - это миссия НАСА по исследованию Плутона, его спутников и других объектов в поясе Койпера, регионе, который окружает Солнце в радиусе от 30 до 55 астрономических единиц.

Плутон и Харон являются одними из крупнейших объектов в этом регионе, который также содержит другие, такие как кометы и астероиды, так называемые малые тела солнечной системы.

Скоростной зонд New Horizons стартовал с мыса Канаверал в 2006 году и достиг Плутона в 2015 году. Он получил множество изображений, показывающих ранее невиданные особенности карликовой планеты и ее спутников, а также измерения магнитного поля, спектрометрию и многое другое.

New Horizons продолжает посылать информацию и сегодня, и сейчас он находится примерно в 46 а.е. от Земли, в середине пояса Койпера.

В 2019 году он изучил объект под названием Аррокот (Ultima Thule), и теперь ожидается, что он скоро проведет измерения параллакса и отправит изображения звезд с совершенно другой точки зрения с земли, которые будут служить ориентиром для навигации.

Ожидается, что New Horizons будет продолжать отправлять информацию как минимум до 2030 года.

Ссылки

1. Лью К. 2010. Космос: карликовая планета Плутон. Маршалл Кавендиш.
2. ГОРШОК. Исследование Солнечной системы: Плутон, карликовая планета. Получено с: solarsystem.nasa.gov.
3. Дом Плутона. Экспедиция к открытиям. Получено с: www.plutorules.
4. Пауэлл, М. Планеты невооруженным глазом в ночном небе (и как их идентифицировать). Получено с: nakedeyeplanets.com
5. Семена, М. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.
6. Wikipedia. Геология Плутона. Получено с: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Плутон (планета). Получено с: es.wikipedia.org.
8. Захуменский, С. Они обнаружили, что Плутон излучает рентгеновские лучи. Получено с: es.gizmodo.com.