astronomi

læringsmål

ved udgangen af dette afsnit vil du være i stand til:

• Sammenlign Plutos orbitale egenskaber med planeterne
• beskriv oplysninger om Plutos overflade udledt fra de nye horisonter billeder
• Bemærk nogle kendetegn ved Plutos store måne Charon

Figur 1: Plutos bevægelse. Dele af de to fotografier, som Clyde Tombaugh opdagede Pluto i 1930. Den venstre blev taget den 23. januar og højre den 29.januar. Bemærk, at Pluto, angivet med en pil, har bevæget sig blandt stjernerne i løbet af de seks nætter. Hvis vi ikke havde lagt en pil ved siden af, ville du sandsynligvis aldrig have set den prik, der flyttede. (kredit: selvom opdagelsen af Pluto oprindeligt syntes at være en retfærdiggørelse af gravitationsteori svarende til Adams og Le Verrier ‘ s tidligere triumf ved at forudsige Neptuns position, ved vi nu, at Lavells beregninger var forkerte. Da dens masse og størrelse endelig blev målt, blev det konstateret, at Pluto umuligt kunne have udøvet noget målbart træk på hverken Uranus eller Neptun. Astronomer er nu overbeviste om, at de rapporterede små anomalier i Uranus bevægelser ikke er og aldrig var virkelige.

fra tidspunktet for dens opdagelse var det klart, at Pluto ikke var en kæmpe som de andre fire ydre solsystemplaneter. I lang tid blev det antaget, at massen af Pluto lignede Jordens, så den blev klassificeret som en femte jordbaseret planet, på en eller anden måde forkert placeret i Solsystemets yderste yderområder. Der var dog andre uregelmæssigheder, da Plutos bane var mere ekscentrisk og tilbøjelig til vores solsystems plan end nogen anden planet. Først efter opdagelsen af sin måne Charon i 1978 kunne massen af Pluto måles, og det viste sig at være langt mindre end Jordens masse.

figur 2: sammenligning af størrelsen af Pluto og dens måne Charon med jorden. Denne grafik viser levende, hvor lille Pluto er i forhold til en jordbaseret planet som Jorden. Det er den primære begrundelse for at sætte Pluto i klassen af dværgplaneter snarere end jordbaserede planeter. (kredit: ændring af NASA ‘ s arbejde)

ud over Charon har Pluto fire små måner. Efterfølgende observationer af Charon viste, at denne måne er i en retrograd bane og har en diameter på omkring 1200 kilometer, mere end halvdelen af Pluto selv (figur 2). Dette gør Charon til månen, hvis størrelse er den største brøkdel af dens moderplanet. Vi kunne endda tænke på Pluto og Charon som en dobbelt verden. Set fra Pluto ville Charon være så stor som otte fuldmåner på jorden.

for mange astronomer virkede Pluto som den ulige fætter, som alle håber ikke vil dukke op ved den næste familiesammenføring. Hverken dens sti omkring Solen eller dens størrelse ligner hverken de gigantiske planeter eller de jordiske planeter. I 1990 ‘ erne begyndte astronomer at opdage yderligere små genstande i det yderste ydre solsystem, hvilket viste, at Pluto ikke var unik. Vi vil diskutere disse transneptuniske objekter senere med andre små kroppe i kapitlet om kometer og asteroider: Solsystemets affald. En af dem (kaldet Eris) er næsten den samme størrelse som Pluto, og en anden (Makemake) er væsentligt mindre. Det blev klart for astronomer, at Pluto var så forskellig fra de andre planeter, at den havde brug for en ny klassificering. Derfor blev det kaldt en dværgplanet, hvilket betyder en planet, der er meget mindre end de jordiske planeter. Vi kender nu til mange små genstande i nærheden af Pluto, og vi har klassificeret flere som dværgplaneter.

en lignende historie var forbundet med opdagelsen af asteroiderne. Da den første asteroide (Ceres) blev opdaget i begyndelsen af det nittende århundrede, blev den hyldet som en ny planet. I de følgende år blev der imidlertid fundet andre objekter med lignende baner som Ceres. Astronomer besluttede, at disse ikke alle skulle betragtes som planeter, så de opfandt en ny klasse objekter, kaldet mindre planeter eller asteroider. I dag kaldes Ceres også en dværgplanet. Både mindre planeter og dværgplaneter er en del af et helt bælte eller områder af lignende genstande (som vi vil diskutere i kometer og asteroider: Solsystemets affald).

så er Pluto en planet? Vores svar er ja, men det er en dværgplanet, klart ikke i samme liga med de otte store planeter (fire giganter og fire terrestrials). Mens nogle mennesker var forstyrrede, da Pluto blev omklassificeret, kan vi påpege, at et dværgtræ stadig er en type træ, og (som vi skal se) en dværggalakse er stadig en type galakse.

Clyde Tombaugh: fra gården til berømmelse

Clyde Tombaugh opdagede Pluto, da han var 24 år gammel, og hans stilling som personaleassistent ved observatoriet var hans første betalende job. Tombaugh var født på en gård i Illinois, men da han var 16, hans familie flyttede til Kansas. Der observerede han med sin onkels opmuntring himlen gennem et teleskop, som familien havde bestilt fra Sears-kataloget. Tombaugh konstruerede senere et større teleskop alene og viet sine nætter (da han ikke var for træt af landbrugsarbejde) til at lave detaljerede skitser af planeterne (figur 3).

figur 3: Clyde Tombaugh (1906-1997). (a) Tombaugh er afbildet på sin familiegård i 1928 med et 9-tommer teleskop, han byggede. her kigger Tombaugh gennem et okular ved observatoriet. (credit b: ændring af arbejde fra NASA)

i 1928, efter at en haglstorm ødelagde afgrøden, besluttede Tombaugh, at han havde brug for et job for at hjælpe med at forsørge sin familie. Selvom han kun havde en gymnasial uddannelse, tænkte han på at blive teleskopbygger. Han sendte sine planetskitser til observatoriet og søgte råd om, hvorvidt et sådant karrierevalg var realistisk. Ved en vidunderlig skæbne af skæbnen ankom hans forespørgsel lige da astronomerne indså, at en fornyet søgning efter en niende planet ville kræve en meget tålmodig og dedikeret observatør.

de store fotografiske plader (glasstykker med fotografisk emulsion på dem), som Tombaugh blev hyret til at tage om natten og søge i løbet af dagen, indeholdt i gennemsnit omkring 160.000 stjernebilleder hver. Hvordan finder man Pluto blandt dem? Teknikken involverede at tage to fotografier med en uges mellemrum. I løbet af denne uge ville en planet bevæge sig en lille smule, mens stjernerne forblev på samme sted i forhold til hinanden. Et nyt instrument kaldet en” blink-komparator ” kunne hurtigt skifte de to billeder i et okular. Stjernerne, at være i samme position på de to plader, ser ikke ud til at ændre sig, da de to billeder blev “blinket.”Men et bevægeligt objekt ser ud til at vrikke frem og tilbage, da pladerne blev skiftet.efter at have undersøgt mere end 2 millioner stjerner (og mange falske alarmer) fandt Tombaugh sin planet den 18.februar 1930. Astronomerne ved observatoriet kontrollerede hans resultater omhyggeligt, og fundet blev annonceret den 13.Marts, 149-årsdagen for opdagelsen af Uranus. Tillykke og anmodninger om samtaler strømmede ind fra hele verden. Besøgende faldt ned på observatoriet i scoringer og ønskede at se det sted, hvor den første nye planet i næsten et århundrede var blevet opdaget, såvel som den person, der havde opdaget den.i 1932 tog Tombaugh orlov, hvor han fortsatte med at søge og blinke for at få en universitetsgrad. Til sidst modtog han en kandidatgrad i astronomi og underviste i navigation for flåden under Anden Verdenskrig. i 1955, efter at have arbejdet med at udvikle et raketsporingsteleskop, blev han professor ved det nye statsuniversitet, hvor han hjalp med at finde astronomiafdelingen. Han døde i 1997; nogle af hans aske blev placeret inde i det nye horisonter rumfartøj til Pluto.

Plutos Natur

ved hjælp af data fra den nye Horisont-sonde har astronomer målt Plutos diameter som 2370 kilometer, kun 60 procent så stor som vores måne. Fra diameteren og massen finder vi en tæthed på 1,9 g/cm3, hvilket tyder på, at Pluto er en blanding af stenede materialer og vandis i omtrent samme proportioner som mange ydre planetmåner.dele af Plutos overflade er meget reflekterende, og dets spektrum demonstrerer tilstedeværelsen på overfladen af frosset metan, kulilte og nitrogen. 50 K, når Pluto er længst væk fra solen til 60 K, når den er tættest. Selv denne lille forskel er nok til at forårsage en delvis sublimering (går fra fast til gas) af metan og nitrogenis. Dette genererer en atmosfære, når Pluto er tæt på Solen, og den fryser ud, når Pluto er længere væk. Observationer af fjerne stjerner set gennem denne tynde atmosfære indikerer, at overfladetrykket er omkring en ti tusindedel af Jordens. fordi Pluto er et par grader varmere end Triton, er dets atmosfæriske tryk omkring ti gange større. Denne atmosfære indeholder flere forskellige dis lag, formodentlig forårsaget af fotokemiske reaktioner, som dem i Titans atmosfære (figur 4).

figur 4: dis lag i atmosfæren af Pluto. Dette er et af de højeste opløsningsbilleder af Pluto, taget af det nye horisonter rumfartøj 15 minutter efter dets nærmeste tilgang. Det viser 12 lag af tåge. Bemærk også rækkevidden af bjerge med højder op til 3500 meter. (kredit: ændring af arbejde fra NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/sydvest Research Institute)

at nå Pluto med et rumfartøj var en stor udfordring, især i en æra, hvor reducerede NASA-budgetter ikke kunne understøtte store, dyre missioner som Galileo og Cassini. Men ligesom Galileo og Cassini ville en Pluto-mission kræve et atomelektrisk system, der brugte varmen fra plutonium til at generere energien til at drive instrumenterne og holde dem i drift langt fra solens varme. NASA stillede en af de sidste af sine atomgeneratorer til rådighed til en sådan mission. Forudsat at der kunne bygges et overkommeligt, men højt kapabelt rumfartøj, var der stadig problemet med at komme til Pluto, næsten 5 milliarder kilometer fra jorden, uden at vente årtier. Svaret var at bruge Jupiters tyngdekraft til at slynge rumfartøjet mod Pluto.

lanceringen af nye horisonter i 2006 startede missionen med en høj hastighed, og Jupiter-flybyen bare et år senere gav den det krævede ekstra boost. Det nye horisonter rumfartøj ankom til Pluto i juli 2015 og rejste med en relativ hastighed på 14 kilometer i sekundet (eller omkring 50.000 kilometer i timen). Med denne høje hastighed blev hele flyby-sekvensen komprimeret til kun en dag. De fleste af de data, der blev registreret nær nærmeste tilgang, kunne ikke overføres til jorden før mange måneder senere, men da de endelig ankom, blev astronomer belønnet med en skattekiste af billeder og data.

første nærbillede af Pluto

figur 5: globalt farvebillede af Pluto. Denne nye horisonter billede viser tydeligt de mange forskellige terræner på Pluto. Det mørke område nederst til venstre er dækket af slagkratere, mens det store lysområde i midten og nederst til højre er et fladt bassin uden kratere. De farver, du ser, er noget forbedret for at frembringe subtile forskelle. (kredit: ændring af arbejde fra NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/sydvest Research Institute)

Pluto er ikke den geologisk døde verden, som mange forventede for et så lille objekt—langt fra det. Opdelingen af overfladen i områder med forskellig sammensætning og overfladestruktur fremgår af det globale farvefoto vist i figur 5. Den rødlige farve forbedres i dette billede for at frembringe forskelle i farve tydeligere. De mørkere dele af overfladen ser ud til at være kratererede, men ved siden af dem er et næsten funktionsløst lysområde i den nederste højre kvadrant af dette billede. De mørke områder viser farverne på fotokemisk tåge eller smog svarende til den i atmosfæren af Titan. Det mørke materiale, der farver disse gamle overflader, kan komme fra Plutos atmosfæriske tåge eller fra kemiske reaktioner, der finder sted på overfladen på grund af sollysets virkning.

de lyse områder på billedet er lavlandsbassiner. Disse er tilsyneladende hav af frosset kvælstof, måske mange kilometer dybt. Både nitrogen og metangas er i stand til at flygte fra Pluto, når den er i den del af sin bane tæt på Solen, men kun meget langsomt, så der er ingen grund til, at en stor skål frosset nitrogen ikke kunne fortsætte i lang tid.

figur 6 viser nogle af de bemærkelsesværdige forskellige overfladefunktioner nye horisonter afsløret. Til højre for dette billede ser vi “kystlinjen” af den store skål nitrogenis, vi så som det glatte område i figur 5. Midlertidigt tilnavnet” Sputnik Plains”, efter det første menneskelige objekt, der kommer ud i rummet, er denne runde region omtrent tusind kilometer bred og viser spændende celler eller polygoner, der har en gennemsnitlig bredde på mere end 30 kilometer. Bjergene i midten er store blokke af frosset vandis, nogle når højder på 2 til 3 kilometer.

figur 6: mangfoldighed af terræn på Pluto. Denne forbedrede farvebillede af en strimmel af Plutos overflade omkring 80 kilometer lang viser en række forskellige overfladefunktioner. Fra venstre mod højre krydser vi først en region med “badlands” med nogle kratere, der vises, og bevæger os derefter over en bred vifte af bjerge lavet af vandis og belagt med det rødere materiale, vi så i det forrige billede. Så til højre ankommer vi til “kystlinjen” af det store hav af frosset kvælstof, som missionsforskerne har kaldt “Sputnik Plains.”Dette kvælstofhav er opdelt i mystiske celler eller segmenter, der er mange kilometer på tværs. (kredit: ændring af arbejde fra NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/sydvest Research Institute)

Figur 7 viser et andet billede af grænsen mellem forskellige typer geologi. Bredden på dette billede er 250 kilometer, og det viser mørkt, gammelt, stærkt krateret terræn; mørkt, ikke-krateret terræn med en kuperet overflade; glat, geologisk ungt terræn; og en lille klynge af bjerge mere end 3000 meter høj. I de bedste billeder ser de lyse områder af kvælstofis ud til at have strømmet meget som gletsjere på jorden og dækker noget af det ældre terræn under dem.

de isolerede bjerge midt i de glatte kvælstofsletter er sandsynligvis også lavet af vandis, som er meget hård ved temperaturerne på Pluto og kan flyde på frosset nitrogen. Yderligere bjerge og noget kuperet terræn, der mindede missionsforskerne om slangeskind, er synlige i del (b) i Figur 7. Dette er foreløbige fortolkninger fra bare de første data, der kommer tilbage fra nye horisonter i 2015 og begyndelsen af 2016. Efterhånden som tiden går, vil forskere have en bedre forståelse af Plutos unikke geologi.

Figur 7: mangfoldighed af terræn på Pluto. (A) på dette billede, omkring 250 kilometer på tværs, kan vi se mange forskellige slags terræn. I bunden er ældre, kraterede højland; en V-formet region af bakker uden kraterpunkter mod bunden af billedet. Omkring den V-formede mørke region er den glatte, lysere frosne kvælstofslette, der fungerer som gletsjere på Jorden gør. Nogle isolerede bjerge, lavet af frosset vandis, flyder i nitrogenet nær toppen af billedet. (B) denne scene er omkring 390 kilometer på tværs. De afrundede bjerge, der er helt forskellige fra dem, vi kender på jorden, hedder Tartarus Dorsa. Mønstrene, der er lavet af gentagne kamme med det mere rødlige terræn mellem dem, er endnu ikke forstået. (Kredit A, b: ændring af arbejde fra NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/sydvest Research Institute)

et hurtigt kig på Charon

for at tilføje til mysterierne i Pluto viser vi i figur 8 en af de bedste nye horisonter billeder af Plutos store måne Charon. Husk fra tidligere, at Charon er omtrent halvdelen af Plutos størrelse(dens diameter er ca. Charon holder den samme side mod Pluto, ligesom vores måne holder den samme side mod Jorden. Det unikke ved Pluto-Charon-systemet er imidlertid, at Pluto også holder sit samme ansigt mod Charon. Som to dansere omfavner, disse to står konstant over for hinanden, når de drejer over det himmelske dansegulv. Astronomer kalder dette en dobbelt tidevandslås.

figur 8: Plutos store måne Charon. (a) i dette nye Horisont-billede er farven blevet forbedret for at fremhæve farven på månens mærkelige røde polarhætte. Charon har en diameter på 1214 kilometer, og opløsningen af dette billede er 3 kilometer. (b) Her ser vi månen fra en lidt anden vinkel, i ægte farve. Indsatsen viser et område omkring 390 kilometer fra top til bund. Nær øverst til venstre er en spændende funktion—hvad der ser ud til at være et bjerg midt i en depression eller voldgrav. (credit a, b: ændring af arbejde af NASA/JHUAPL/Sri)

Hvad nye horisonter viste var en anden kompleks verden. Der er spredte kratere i den nederste del af billedet, men meget af resten af overfladen ser glat ud. Krydsning af midten af billedet er et bælte af ujævnt terræn, herunder hvad der ser ud til at være tektoniske Dale, som om nogle kræfter havde forsøgt at opdele Charon fra hinanden. Topping off dette mærkelige billede er en tydeligt rød polar cap, af ukendt sammensætning. Mange funktioner på Charon er endnu ikke forstået, herunder hvad der ser ud til at være et bjerg midt i en lavhøjde region.