Astronomie

Pluto není měsíc, ale my o něm diskutovat zde, protože jeho velikost a složení jsou podobné mnoho měsíců ve vnější sluneční soustavě. Naše chápání Pluta (a jeho velkého měsíce Charon) se dramaticky změnilo v důsledku průletu New Horizons v roce 2015.

je Pluto planeta?

Pluto bylo objeveno pečlivým systematickým hledáním, na rozdíl od Neptunu, jehož poloha byla vypočtena z gravitační teorie. Nicméně, historie hledání Pluto začalo s náznaky, že Uran měl mírné odchylky od předpokládané dráze, odchody, které by mohly být v důsledku gravitace neobjevenou „Planety X.“Na počátku dvacátého století, několik astronomů, především Percival Lowell, pak na vrcholu své slávy jako zastánce inteligentního života na Marsu, se stal zájem o hledání deváté planety.

Lowell a jeho současníci založili své výpočty především na drobných nevysvětlitelných nepravidelnostech v pohybu uranu. Lowellovy výpočty naznačily dvě možná místa pro rušivou planetu X; pravděpodobnější z nich byla v souhvězdí Blíženců. Předpověděl hmotu pro planetu mezi hmotami země a Neptunu (jeho výpočty daly asi 6 zemských hmot). Jiní astronomové však získali další řešení z malých orbitálních nepravidelností, dokonce včetně jednoho modelu, který naznačoval dvě planety za Neptunem.

na své Arizonské observatoři Lowell bez úspěchu hledal neznámou planetu od roku 1906 až do své smrti v roce 1916 a pátrání bylo obnoveno až v roce 1929. V únoru 1930 se mladý pozorovatel jmenoval Clyde Tombaugh (viz Clyde Tombaugh: Z Farmy ke Slávě níže), porovnávání fotografií udělal na 23. ledna a 29 tohoto roku, našel slabý objekt, jehož pohyb se zdá být právě pro planetu daleko za oběžnou dráhu Neptunu (Obrázek 1). Nová planeta byla pojmenována po Pluto, římském bohu podsvětí, který žil ve vzdálené temnotě, stejně jako nová planeta. Výběr tohoto jména, mezi stovkami navrhovaných, pomohl skutečnost, že první dvě písmena byla Iniciály Percivala Lowella.

Obrázek 1: Plutův pohyb. Části dvou fotografií, kterými Clyde Tombaugh objevil Pluto v roce 1930. Levý byl pořízen 23. ledna a pravý 29. ledna. Všimněte si, že Pluto, označený šipkou, se během těchto šesti nocí pohyboval mezi hvězdami. Kdybychom k němu ale nepřidali šipku, pravděpodobně byste tu tečku, která se pohnula, nikdy nespatřili. (úvěra: modifikace práce Lowell Observatory Archiv)

i když objev Pluta se zpočátku zdálo být ospravedlnění gravitační teorie podobný dříve triumf Adamsem a Le Verrier v predikci polohy Neptuna, nyní víme, že Lowell výpočty byly špatné. Když byla jeho hmotnost a velikost konečně změřena, bylo zjištěno, že Pluto nemohl vyvinout žádný měřitelný tah na uran nebo Neptun. Astronomové jsou nyní přesvědčeni, že hlášené malé anomálie v pohybech uranu nejsou a nikdy nebyly skutečné.

od doby svého objevu bylo jasné, že Pluto není obr jako ostatní čtyři vnější planety sluneční soustavy. Po dlouhou dobu se předpokládalo, že hmotnost Pluta je podobná hmotnosti Země, takže byla klasifikována jako pátá pozemská planeta, nějak ztracená ve vzdáleném vnějším dosahu sluneční soustavy. Existovaly však i jiné anomálie, protože oběžná dráha Pluta byla excentričtější a nakloněná k rovině naší sluneční soustavy než k jakékoli jiné planetě. Teprve po objevení jeho měsíce Charon v roce 1978 mohla být změřena hmotnost Pluta a ukázalo se, že je mnohem menší než hmotnost Země.

Obrázek 2: srovnání velikostí Pluta a jeho měsíce Charon se zemí. Tato grafika živě ukazuje, jak malý Pluto je ve vztahu k pozemské planetě, jako je země. To je primární ospravedlnění pro zařazení Pluta do třídy trpasličích planet spíše než pozemských planet. (kredit: modifikace práce NASA)

kromě Charona má Pluto čtyři malé měsíce. Následná pozorování Charona ukázala, že tento měsíc je na retrográdní oběžné dráze a má průměr asi 1200 kilometrů, což je více než polovina velikosti samotného Pluta (Obrázek 2). Díky tomu je Charon měsícem, jehož velikost je největší zlomkem jeho mateřské planety. Mohli bychom dokonce myslet na Pluto a Charon jako na dvojí svět. Při pohledu z Pluta, Charon by byl stejně velký jako osm úplňků na Zemi.

pro mnoho astronomů se Pluto zdálo jako podivný bratranec, o kterém všichni doufají, že se neobjeví na příštím rodinném setkání. Ani jeho cesta kolem Slunce, ani jeho velikost se podobá buď obří planety nebo terestrické planety. V 90. letech začali astronomové objevovat další malé objekty ve vzdálené vnější sluneční soustavě, což ukazuje, že Pluto nebylo jedinečné. O těchto trans-neptunských objektech budeme diskutovat později s dalšími malými tělesy, v kapitole o kometách a asteroidech: troskách sluneční soustavy. Jeden z nich (nazývaný Eris) má téměř stejnou velikost jako Pluto a další (Makemake) je podstatně menší. Astronomům bylo jasné, že Pluto je tak odlišné od ostatních planet, že potřebuje novou klasifikaci. Proto byla nazývána trpasličí planetou, což znamená planetu mnohem menší než pozemské planety. Nyní víme o mnoha malých objektech v okolí Pluta a několik jsme klasifikovali jako trpasličí planety.

podobná historie byla spojena s objevem asteroidů. Když byl na počátku devatenáctého století objeven první asteroid (Ceres), byl oslavován jako nová planeta. V následujících letech však byly nalezeny další objekty s podobnými oběžnými dráhami jako Ceres. Astronomové se rozhodli, že by neměly být všechny považovány za planety, a tak vynalezli novou třídu objektů nazývaných menší planety nebo asteroidy. Dnes je Ceres také nazýván trpasličí planetou. Jak malé planety, tak trpasličí planety jsou součástí celého pásu nebo zón podobných objektů (jak budeme diskutovat v kometách a asteroidech: trosky sluneční soustavy).

takže je Pluto planeta? Naše odpověď zní ano, ale je to trpasličí planeta, zjevně ne ve stejné lize s osmi hlavními planetami (čtyři obři a čtyři pozemšťané). Zatímco někteří lidé byli naštvaní, když byl Pluto překlasifikován, můžeme poukázat na to, že trpasličí strom je stále druh stromu a (jak uvidíme) trpasličí galaxie je stále Typ galaxie.

Clyde Tombaugh: od farmy ke slávě

Clyde Tombaugh objevil Pluta, když mu bylo 24 let, a jeho pozice asistenta v Lowell Observatory byla jeho první placenou prací. Tombaugh se narodil na farmě v Illinois, ale když byl 16, jeho rodina se přestěhovala do Kansasu. Tam, s podporou svého strýce, pozoroval oblohu dalekohledem, který si rodina objednala z katalogu Sears. Tombaugh později postavil větší dalekohled sám a věnoval své noci (když nebyl příliš unavený z práce na farmě) vytváření podrobných náčrtů planet (obrázek 3).

obrázek 3: Clyde Tombaugh (1906-1997). (a) Tombaugh je zobrazen na své rodinné farmě v roce 1928 s 9palcovým dalekohledem, který postavil. b) Zde se Tombaugh dívá okulárem na Lowellovu Observatoř. (credit b: modification of work by NASA)

v roce 1928, poté, co krupobití zničilo úrodu, se Tombaugh rozhodl, že potřebuje práci, aby pomohl podpořit svou rodinu. Přestože měl pouze středoškolské vzdělání, uvažoval o tom, že se stane stavitelem dalekohledu. Poslal své náčrtky planety na Lowellovu observatoř a hledal radu, zda je taková volba kariéry realistická. Nádherný zvrat osudu, jeho dotaz dorazil, zrovna když Lowell astronomové si uvědomili, že obnovené hledání deváté planety by vyžadovalo velmi trpělivý a oddaný pozorovatel.

velké fotografické desky (kusy skla s fotografickou emulzí na ně), že Tombaugh byl najat, aby se v noci a hledání během dne, obsahuje v průměru asi 160.000 hvězda snímků každý. Jak mezi nimi najít Pluto? Technika zahrnovala pořízení dvou fotografií asi s týdenním odstupem. Během tohoto týdne, planeta by se trochu pohnula, zatímco hvězdy zůstaly na stejném místě vůči sobě navzájem. Nový nástroj nazvaný „blink comparátor“ by mohl rychle střídat dva obrázky v okuláru. Hvězdy, být ve stejné poloze na dvou deskách, zdálo se, že se nezmění, protože oba obrázky byly „zamrkány“.“Zdá se však, že pohybující se objekt se kroutil tam a zpět, když se desky střídaly.

po prozkoumání více než 2 milionů hvězd (a mnoha falešných poplachů) našel Tombaugh svou planetu 18.února 1930. Astronomové na observatoři pečlivě zkontrolovali jeho výsledky a nález byl oznámen 13.března, 149. výročí objevu uranu. Gratulujeme a žádáme o rozhovory z celého světa. Návštěvníci sestoupili na observatoř v bodech a chtěli vidět místo, kde byla objevena první nová planeta za téměř století, stejně jako osoba, která ji objevila.

v 1932, Tombaugh vzal dovolenou z Lowell, kde on pokračoval hledat a blikat, získat vysokoškolský titul. Nakonec, on získal magisterský titul v astronomii a učil navigaci pro Námořnictvo během druhé Světové Války. V roce 1955, poté, co pracoval na vývoji rakety-sledování dalekohled, on se stal profesorem na New Mexico State University, kde pomáhal zakládat oddělení astronomie. Zemřel v roce 1997; část jeho popela byla umístěna uvnitř kosmické lodi New Horizons na Pluto.

Povaha Pluta

Pomocí dat ze sondy New Horizons, astronomové změřili průměr Pluta jako 2370 kilometrů, pouze 60 perent stejně velký jako náš Měsíc. Z průměru a hmotnosti, zjistíme hustotu 1,9 g/cm3, což naznačuje, že Pluto je směs skalnatého materiálu a vodního ledu v asi stejném poměru jako mnoho vnější planety měsíce.

části povrchu Pluta jsou vysoce reflexní a jeho spektrum demonstruje přítomnost zmrazeného metanu, oxidu uhelnatého a dusíku na jeho povrchu. Maximální povrchová teplota se pohybuje od asi 50 K, když je Pluto nejdále od Slunce, do 60 K, když je nejblíže. I tento malý rozdíl stačí k tomu, aby způsobil částečnou sublimaci (přechod z pevného na plyn) metanu a dusíku. To vytváří atmosféru, když je Pluto blízko Slunce,a zamrzne, když je Pluto dále. Pozorování vzdálených hvězd vidět přes tenké atmosféry ukazují, že na povrchu je tlak o tisícinu Zemského. Protože Pluto je o několik stupňů teplejší než Triton, jeho atmosférický tlak je asi desetkrát větší. Tato atmosféra obsahuje několik odlišných vrstev zákalu, pravděpodobně způsobených fotochemickými reakcemi, jako jsou ty v atmosféře Titanu (obrázek 4).

obrázek 4: vrstvy zákalu v atmosféře Pluta. Toto je jedna z fotografií Pluta s nejvyšším rozlišením, pořízených kosmickou lodí New Horizons 15 minut po jejím nejbližším přiblížení. Zobrazuje 12 vrstev zákalu. Všimněte si také rozsahu hor s výškami až 3500 metrů. (credit: změna práce NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Dosažení Pluto s kosmické lodi byl velkou výzvou, a to zejména v době, kdy snížené rozpočty NASA nemůže podporovat velké, drahé mise jako Galileo a Cassini. Ještě jako Galileo a Cassini, Pluto mise bude vyžadovat jaderné elektrický systém, který používá teplo z plutonia k výrobě energie pro napájení nástroje a udržet je operační daleko od tepla Slunce. NASA zpřístupnila jeden z posledních svých jaderných generátorů pro takovou misi. Za předpokladu, že by mohla být postavena cenově dostupná, ale vysoce schopná kosmická loď, stále existoval problém dostat se na Pluto, téměř 5 miliard kilometrů od země, bez čekání desetiletí. Odpověď byla použít Jupiterovu gravitaci k tomu, aby vystřelil kosmickou loď směrem k Plutu.

Start New Horizons v roce 2006 zahájil misi vysokou rychlostí a let Jupiteru jen o rok později mu poskytl potřebnou další podporu. Kosmická loď New Horizons dorazila na Pluto v červenci 2015 a cestovala relativní rychlostí 14 kilometrů za sekundu (nebo asi 50 000 kilometrů za hodinu). S touto vysokou rychlostí byla celá průletová sekvence komprimována do jediného dne. Většina údajů evidovaných v blízkosti nejbližší přístup nemohl být přenášeny na Zemi až o mnoho měsíců později, ale když konečně dorazil, astronomové byli odměněni poklad snímky a data.

První Close-up Výhled Pluto

obrázek 5: Globální barevný obraz Pluta. Tento obrázek New Horizons jasně ukazuje rozmanitost terénů na Plutu. Tmavá oblast vlevo dole je pokryta nárazovými krátery, zatímco velká světelná oblast ve středu a vpravo dole je plochá mísa bez kráterů. Barvy, které vidíte, jsou poněkud vylepšeny, aby vyvedly jemné rozdíly. (credit: změna práce NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Pluto není geologicky mrtvý svět, že mnoho očekávaný pro takový malý objekt—daleko od něj. Rozdělení povrchu na oblasti s různým složením a strukturou povrchu je patrné na globální barevné fotografii znázorněné na obrázku 5. Načervenalá barva je na tomto obrázku vylepšena, aby jasněji odhalila rozdíly v barvě. Tmavší části povrchu se zdají být krátery, ale vedle nich je téměř nevýrazná světelná oblast v pravém dolním kvadrantu tohoto obrázku. Tmavé oblasti ukazují barvy fotochemického zákalu nebo smogu podobné tomu v atmosféře Titanu. Tmavý materiál, který obarví tyto staré povrchy, by mohl pocházet z atmosférického oparu Pluta nebo z chemických reakcí probíhajících na povrchu v důsledku působení slunečního světla.

světelné oblasti na fotografii jsou nížinné pánve. Jedná se zřejmě o moře zmrzlého dusíku, možná mnoho kilometrů hluboké. Dusík i metanový plyn jsou schopny uniknout z Pluta, když je v části své oběžné dráhy blízko Slunce, ale jen velmi pomalu, takže není důvod, aby obrovská mísa zmrzlého dusíku nemohla dlouho přetrvávat.

obrázek 6 ukazuje některé z pozoruhodných různých povrchových prvků New Horizons odhalených. Vpravo od tohoto obrázku vidíme „pobřeží“ obrovské mísy dusíkového ledu, kterou jsme viděli jako hladkou oblast na obrázku 5. Dočasně přezdívaný „Sputnik Pláně,“ po první lidský objekt se dostat do vesmíru, toto kolo region je zhruba tisíc kilometrů široký a ukazuje zajímavé buňky nebo polygony, které mají průměrnou šířku více než 30 kilometrů. Hory uprostřed jsou velké bloky zmrzlého vodního ledu, některé dosahují výšky 2 až 3 kilometry.

Obrázek 6: Rozmanitost Terénu na Pluto. Tento vylepšený barevný pohled na pás povrchu Pluta dlouhý asi 80 kilometrů ukazuje řadu různých povrchových prvků. Zleva doprava, nejprve kříž regionu, „badlands“ se některé krátery ukazuje, a pak se přesunout přes širokou škálu hory z vodního ledu a potažené červenější materiálu, který jsme viděli v předchozím snímku. Pak, vpravo, dorazíme na „pobřeží“ Velkého moře zmrzlého dusíku, které vědci mise přezdívali “ Sputnik Plains.“Toto dusíkové moře je rozděleno na tajemné buňky nebo segmenty, které jsou napříč mnoha kilometry. (credit: změna práce NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Obrázek 7 ukazuje další pohled na hranici mezi různými typy geologie. Šířka tohoto obrázku je 250 kilometrů, a to ukazuje, tmavé, staré, těžce spadly terénu; tmavé, uncratered terénu s kopcovitým povrchem, hladké, geologicky mladý terén a malý shluk hor více než 3000 metrů vysoké. Na nejlepších obrázcích se zdá, že světelné oblasti dusíkového ledu tekly podobně jako ledovce na Zemi a pokrývaly některé starší oblasti pod nimi.

izolované hory uprostřed hladké dusíku pláně jsou také pravděpodobně z vodního ledu, který je velmi těžké se na teploty na Plutu a může plavat na tekutém dusíku. Další hory a nějaký kopcovitý terén, který vědcům mise připomínal hadí kůži, jsou viditelné v části (b) obrázku 7. Jedná se o předběžné interpretace pouze z prvních údajů pocházejících z New Horizons v roce 2015 a začátkem roku 2016. Jak čas plyne, vědci budou lépe rozumět jedinečné geologii Pluta.

Obrázek 7: rozmanitost terénů na Plutu. (a) na této fotografii, asi 250 kilometrů napříč, vidíme mnoho různých druhů terénu. Ve spodní části jsou starší, kráterované Vysočiny; oblast kopců ve tvaru písmene V bez kráterových bodů směrem ke spodní části obrázku. Obklopující temnou oblast ve tvaru písmene V je hladká, jasnější zamrzlá dusíková pláň, působí jako ledovce na Zemi. Některé izolované hory, vyrobené ze zmrzlého vodního ledu, se vznášejí v dusíku v horní části obrázku. b) tato scéna je asi 390 kilometrů napříč. Zaoblené hory, zcela odlišné od těch, které známe na Zemi, se jmenují Tartarus Dorsa. Vzory, vyrobené z opakujících se hřebenů s červenavějším terénem mezi nimi, ještě nejsou pochopeny. (kredit a, b: modifikace práce NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Rychlý Pohled na Charon

přidat Do záhady Pluta, ukážeme Obrázek 8 jeden z nejlepších Nové Obzory snímky Pluta je velký měsíc Charon. Připomeňme si z dřívějška, že Charon je zhruba poloviční velikosti Pluta (jeho průměr je zhruba o velikosti Texasu). Charon udržuje stejnou stranu směrem k Plutu, stejně jako náš Měsíc udržuje stejnou stranu k zemi. Co je na systému Pluto-Charon jedinečné, nicméně, je to, že Pluto si také udržuje stejnou tvář vůči Charonovi. Jako dva tanečníci objímající se, tito dva neustále čelí sobě, když se točí po nebeském tanečním parketu. Astronomové to nazývají dvojitým přílivovým zámkem.

Obrázek 8: Plutův velký měsíc Charon. (a) v tomto snímku New Horizons byla barva vylepšena, aby vyvedla barvu podivné červené polární čepice měsíce. Charon má průměr 1214 kilometrů a rozlišení tohoto obrazu je 3 kilometry. (b) zde vidíme měsíc z trochu jiného úhlu, ve skutečné barvě. Vložka ukazuje oblast asi 390 kilometrů shora dolů. V levém horním rohu je zajímavý rys – to, co vypadá jako hora uprostřed deprese nebo příkopu. (credit a, b: modification of work by NASA/JHUAPL/SwRI)

New Horizons ukázal další složitý svět. Ve spodní části obrazu jsou rozptýlené krátery, ale většina zbytku povrchu vypadá hladce. Přes střed obrazu je pás terénu, včetně toho, co se zdají být tektonické údolí, jako by se některé síly se pokusil rozdělit Charon od sebe. Vrcholem tohoto podivného obrazu je zřetelně červená polární čepice neznámého složení. Mnoho funkcí na Charon ještě není pochopeno, včetně toho, co se zdá být horou uprostřed oblasti s nízkou nadmořskou výškou.