Astronomía

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

• Comparar las características orbitales de Plutón con las de los planetas
• Describir la información sobre la superficie de Plutón deducida de las imágenes de Nuevos Horizontes
• Plutón no es una luna, pero lo discutimos aquí porque su tamaño y composición son similares a muchas lunas en el sistema solar exterior. Nuestra comprensión de Plutón (y su gran luna Caronte) ha cambiado drásticamente como resultado del sobrevuelo de Nuevos Horizontes en 2015.
  

  ¿Es Plutón un Planeta?

  Plutón fue descubierto a través de una búsqueda cuidadosa y sistemática, a diferencia de Neptuno, cuya posición se calculó a partir de la teoría gravitacional. Sin embargo, la historia de la búsqueda de Plutón comenzó con indicios de que Urano tenía ligeras desviaciones de su órbita prevista, desviaciones que podrían deberse a la gravitación de un «Planeta X» no descubierto.»A principios del siglo XX, varios astrónomos, en particular Percival Lowell, entonces en la cima de su fama como defensor de la vida inteligente en Marte, se interesaron en la búsqueda de este noveno planeta.

  Lowell y sus contemporáneos basaron sus cálculos principalmente en pequeñas irregularidades inexplicables en el movimiento de Urano. Los cálculos de Lowell indicaron dos posibles ubicaciones para un perturbador Planeta X; el más probable de los dos estaba en la constelación de Géminis. Predijo una masa para el planeta intermedia entre las masas de la Tierra y Neptuno (sus cálculos dieron alrededor de 6 masas terrestres). Otros astrónomos, sin embargo, obtuvieron otras soluciones de las pequeñas irregularidades orbitales, incluso incluyendo un modelo que indicaba dos planetas más allá de Neptuno.

  En su observatorio de Arizona, Lowell buscó sin éxito el planeta desconocido desde 1906 hasta su muerte en 1916, y la búsqueda no se renovó hasta 1929. En febrero de 1930, un joven asistente de observación llamado Clyde Tombaugh (véase Clyde Tombaugh: De la Granja a la Fama a continuación), comparando fotografías que hizo el 23 y 29 de enero de ese año, encontró un objeto débil cuyo movimiento parecía ser más o menos adecuado para un planeta mucho más allá de la órbita de Neptuno (Figura 1). El nuevo planeta lleva el nombre de Plutón, el dios romano del inframundo, que vivía en la oscuridad remota, al igual que el nuevo planeta. La elección de este nombre, entre los cientos sugeridos, se vio favorecida por el hecho de que las dos primeras letras eran las iniciales de Percival Lowell.

  

  Figura 1: El movimiento de Plutón. Partes de las dos fotografías con las que Clyde Tombaugh descubrió Plutón en 1930. La izquierda fue tomada el 23 de enero y la derecha el 29 de enero. Nótese que Plutón, indicado por una flecha, se ha movido entre las estrellas durante esas seis noches. Sin embargo, si no hubiéramos puesto una flecha al lado, probablemente nunca habrías visto el punto que se movió. (crédito: modificación del trabajo de los Archivos del Observatorio Lowell)

  Aunque el descubrimiento de Plutón parecía inicialmente ser una reivindicación de la teoría gravitacional similar al triunfo anterior de Adams y Le Verrier en la predicción de la posición de Neptuno, ahora sabemos que los cálculos de Lowell eran erróneos. Cuando finalmente se midió su masa y tamaño, se descubrió que Plutón no podría haber ejercido ninguna atracción medible sobre Urano o Neptuno. Los astrónomos ahora están convencidos de que las pequeñas anomalías reportadas en los movimientos de Urano no son, y nunca fueron, reales.

  Desde el momento de su descubrimiento, estaba claro que Plutón no era un gigante como los otros cuatro planetas exteriores del sistema solar. Durante mucho tiempo, se pensó que la masa de Plutón era similar a la de la Tierra, por lo que se clasificó como un quinto planeta terrestre, de alguna manera fuera de lugar en los confines exteriores del sistema solar. Sin embargo, hubo otras anomalías, ya que la órbita de Plutón era más excéntrica e inclinada al plano de nuestro sistema solar que la de cualquier otro planeta. Solo después del descubrimiento de su luna Caronte en 1978 se pudo medir la masa de Plutón, y resultó ser mucho menor que la masa de la Tierra.

  

  Figura 2: Comparación de los Tamaños de Plutón y Su Luna Caronte con la Tierra. Este gráfico muestra vívidamente cuán pequeño es Plutón en relación con un planeta terrestre como la Tierra. Esa es la justificación principal para colocar a Plutón en la clase de planetas enanos en lugar de planetas terrestres. (crédito: modificación del trabajo de la NASA)

  Además de Caronte, Plutón tiene cuatro lunas pequeñas. Observaciones posteriores de Caronte mostraron que esta luna está en una órbita retrógrada y tiene un diámetro de aproximadamente 1200 kilómetros, más de la mitad del tamaño del propio Plutón (Figura 2). Esto hace de Caronte la luna cuyo tamaño es la fracción más grande de su planeta padre. Incluso podríamos pensar en Plutón y Caronte como un mundo doble. Visto desde Plutón, Caronte sería tan grande como ocho lunas llenas en la Tierra.

  Para muchos astrónomos, Plutón parecía el primo extraño que todos esperan que no aparezca en la próxima reunión familiar. Ni su trayectoria alrededor del Sol ni su tamaño se asemejan a los planetas gigantes o a los planetas terrestres. En la década de 1990, los astrónomos comenzaron a descubrir pequeños objetos adicionales en el sistema solar más lejano, mostrando que Plutón no era único. Discutiremos estos objetos transneptunianos más adelante con otros cuerpos pequeños, en el capítulo sobre Cometas y Asteroides: Escombros del Sistema Solar. Uno de ellos (llamado Eris) es casi del mismo tamaño que Plutón, y otro (Makemake) es sustancialmente más pequeño. Se hizo evidente para los astrónomos que Plutón era tan diferente de los otros planetas que necesitaba una nueva clasificación. Por lo tanto, se le llamó un planeta enano, lo que significa un planeta mucho más pequeño que los planetas terrestres. Ahora sabemos de muchos objetos pequeños en las cercanías de Plutón y hemos clasificado a varios como planetas enanos.

  Una historia similar se asoció con el descubrimiento de los asteroides. Cuando el primer asteroide (Ceres) fue descubierto a principios del siglo xix, fue aclamado como un nuevo planeta. En los años siguientes, sin embargo, se encontraron otros objetos con órbitas similares a Ceres. Los astrónomos decidieron que no todos deberían considerarse planetas, por lo que inventaron una nueva clase de objetos, llamados planetas menores o asteroides. Hoy en día, Ceres también se llama planeta enano. Tanto los planetas menores como los planetas enanos son parte de un cinturón o zonas de objetos similares (como discutiremos en Cometas y Asteroides: Escombros del Sistema Solar).

  Entonces, ¿Plutón es un planeta? Nuestra respuesta es sí, pero es un planeta enano, claramente no está en la misma liga con los ocho planetas principales (cuatro gigantes y cuatro terrestres). Mientras que algunas personas se molestaron cuando Plutón fue reclasificado, podríamos señalar que un árbol enano sigue siendo un tipo de árbol y (como veremos) una galaxia enana sigue siendo un tipo de galaxia.

  Clyde Tombaugh: De la granja a la Fama

  Clyde Tombaugh descubrió a Plutón cuando tenía 24 años, y su puesto como asistente de personal en el Observatorio Lowell fue su primer trabajo remunerado. Tombaugh había nacido en una granja en Illinois, pero cuando tenía 16 años, su familia se mudó a Kansas. Allí, con el aliento de su tío, observó el cielo a través de un telescopio que la familia había pedido del catálogo de Sears. Tombaugh más tarde construyó un telescopio más grande por su cuenta y dedicó sus noches (cuando no estaba demasiado cansado del trabajo agrícola) a hacer bocetos detallados de los planetas (Figura 3).

  

  Figura 3: Clyde Tombaugh (1906-1997). (a) Tombaugh está fotografiado en la granja de su familia en 1928 con un telescopio de 9 pulgadas que construyó. (b) Aquí Tombaugh está mirando a través de un ocular en el Observatorio Lowell. (crédito b: modificación del trabajo de la NASA)

  En 1928, después de que una tormenta de granizo arruinara la cosecha, Tombaugh decidió que necesitaba un trabajo para ayudar a mantener a su familia. Aunque solo tenía una educación secundaria, pensó en convertirse en un constructor de telescopios. Envió sus bocetos de planetas al Observatorio Lowell, buscando consejo sobre si tal elección de carrera era realista. Por un maravilloso giro del destino, su consulta llegó justo cuando los astrónomos de Lowell se dieron cuenta de que una búsqueda renovada de un noveno planeta requeriría un observador muy paciente y dedicado.

  Las grandes placas fotográficas (piezas de vidrio con emulsión fotográfica en ellas) que Tombaugh fue contratado para tomar por la noche y buscar durante el día contenían un promedio de alrededor de 160.000 imágenes de estrellas cada una. Cómo encontrar Plutón entre ellos? La técnica consistía en tomar dos fotografías con una semana de diferencia. Durante esa semana, un planeta se movía un poquito, mientras que las estrellas permanecían en el mismo lugar en relación unas con otras. Un nuevo instrumento llamado «comparador de parpadeos» podría alternar rápidamente las dos imágenes en un ocular. Las estrellas, en la misma posición en las dos placas, no parecen cambiar a medida que las dos imágenes fueron «parpadeó.»Pero un objeto en movimiento parecía moverse hacia adelante y hacia atrás a medida que las placas se alternaban.

  Después de examinar más de 2 millones de estrellas (y muchas falsas alarmas), Tombaugh encontró su planeta el 18 de febrero de 1930. Los astrónomos del observatorio revisaron cuidadosamente sus resultados, y el hallazgo fue anunciado el 13 de marzo, el 149 aniversario del descubrimiento de Urano. Las felicitaciones y las solicitudes de entrevistas llegaron de todo el mundo. Los visitantes descendieron al observatorio en decenas, deseando ver el lugar donde se había descubierto el primer planeta nuevo en casi un siglo, así como la persona que lo había descubierto.

  En 1932, Tombaugh se despidió de Lowell, donde había seguido buscando y parpadeando, para obtener un título universitario. Finalmente, recibió una maestría en astronomía y enseñó navegación para la Marina durante la Segunda Guerra Mundial. En 1955, después de trabajar para desarrollar un telescopio de seguimiento de cohetes, se convirtió en profesor en la Universidad Estatal de Nuevo México, donde ayudó a fundar el departamento de astronomía. Murió en 1997; algunas de sus cenizas fueron colocadas dentro de la nave espacial New Horizons a Plutón.

  Aquí hay un video conmovedor sobre la vida de Tombaugh descrita por sus hijos.

  La naturaleza de Plutón

  Utilizando datos de la sonda New Horizons, los astrónomos han medido el diámetro de Plutón como 2370 kilómetros, solo 60 perent tan grande como nuestra Luna. Por el diámetro y la masa, encontramos una densidad de 1,9 g/cm3, lo que sugiere que Plutón es una mezcla de materiales rocosos y hielo de agua en aproximadamente las mismas proporciones que muchas lunas de planetas exteriores.

  Partes de la superficie de Plutón son altamente reflectantes, y su espectro demuestra la presencia en su superficie de metano congelado, monóxido de carbono y nitrógeno. La temperatura máxima de la superficie oscila entre unos 50 K cuando Plutón está más alejado del Sol y 60 K cuando está más cerca. Incluso esta pequeña diferencia es suficiente para causar una sublimación parcial (de sólido a gas) del hielo de metano y nitrógeno. Esto genera una atmósfera cuando Plutón está cerca del Sol, y se congela cuando Plutón está más lejos. Las observaciones de estrellas distantes vistas a través de esta delgada atmósfera indican que la presión de la superficie es aproximadamente una diezmilésima parte de la de la Tierra. Debido a que Plutón es unos pocos grados más cálido que Tritón, su presión atmosférica es aproximadamente diez veces mayor. Esta atmósfera contiene varias capas de neblina distintas, presuntamente causadas por reacciones fotoquímicas, como las de la atmósfera de Titán (Figura 4).

  

  Figura 4: Capas de Neblina en la atmósfera de Plutón. Esta es una de las fotos de más alta resolución de Plutón, tomada por la nave espacial New Horizons 15 minutos después de su aproximación más cercana. Muestra 12 capas de neblina. Tenga en cuenta también la cordillera de montañas con alturas de hasta 3500 metros. (crédito: modificación del trabajo de la NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Instituto de Investigación del Suroeste)

  Llegar a Plutón con una nave espacial fue un gran desafío, especialmente en una época en que los presupuestos reducidos de la NASA no podían soportar misiones grandes y costosas como Galileo y Cassini. Sin embargo, al igual que Galileo y Cassini, una misión en Plutón requeriría un sistema eléctrico nuclear que usara el calor del plutonio para generar la energía para alimentar los instrumentos y mantenerlos funcionando lejos del calor del Sol. La NASA puso a disposición uno de sus últimos generadores nucleares para tal misión. Suponiendo que se pudiera construir una nave espacial asequible pero de gran capacidad, seguía existiendo el problema de llegar a Plutón, a casi 5 mil millones de kilómetros de la Tierra, sin esperar décadas. La respuesta fue usar la gravedad de Júpiter para lanzar la nave espacial hacia Plutón.

  El lanzamiento de New Horizons en 2006 comenzó la misión con una alta velocidad, y el sobrevuelo de Júpiter solo un año después le dio el impulso adicional requerido. La nave espacial New Horizons llegó a Plutón en julio de 2015, viajando a una velocidad relativa de 14 kilómetros por segundo (o unos 50.000 kilómetros por hora). Con esta alta velocidad, toda la secuencia de sobrevuelo se comprimió en un solo día. La mayoría de los datos registrados cerca del acercamiento más cercano no pudieron transmitirse a la Tierra hasta muchos meses después, pero cuando finalmente llegó, los astrónomos fueron recompensados con un tesoro de imágenes y datos.

  Primeras vistas en primer plano de Plutón

  

  Figura 5: Imagen Global en color de Plutón. Esta imagen de Nuevos Horizontes muestra claramente la variedad de terrenos en Plutón. El área oscura en la parte inferior izquierda está cubierta de cráteres de impacto, mientras que el área clara grande en el centro y la parte inferior derecha es una cuenca plana desprovista de cráteres. Los colores que ves están un poco mejorados para resaltar diferencias sutiles. (crédito: modificación del trabajo de la NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Instituto de Investigación del Suroeste)

  Plutón no es el mundo geológicamente muerto que muchos anticiparon para un objeto tan pequeño, lejos de él. La división de la superficie en áreas con diferente composición y textura de la superficie es evidente en la foto de color global que se muestra en la Figura 5. El color rojizo se realza en esta imagen para resaltar las diferencias de color con mayor claridad. Las partes más oscuras de la superficie parecen tener cráteres, pero junto a ellas hay un área de luz casi sin rasgos distintivos en el cuadrante inferior derecho de esta imagen. Las áreas oscuras muestran los colores de la neblina fotoquímica o el smog similares a los de la atmósfera de Titán. El material oscuro que está manchando estas superficies viejas podría provenir de la neblina atmosférica de Plutón o de reacciones químicas que tienen lugar en la superficie debido a la acción de la luz solar.

  Las áreas claras de la foto son cuencas de tierras bajas. Estos son aparentemente mares de nitrógeno congelado, tal vez de muchos kilómetros de profundidad. Tanto el nitrógeno como el gas metano son capaces de escapar de Plutón cuando está en la parte de su órbita cercana al Sol, pero solo muy lentamente, por lo que no hay razón para que un gran recipiente de nitrógeno congelado no pueda persistir durante mucho tiempo.

  La Figura 6 muestra parte de la notable variedad de características de la superficie reveladas por Nuevos Horizontes. A la derecha de esta imagen vemos la «línea de costa» del vasto tazón de hielo de nitrógeno que vimos como la región lisa en la Figura 5. Apodada temporalmente las «Llanuras del Sputnik», por el primer objeto humano en entrar al espacio, esta región redonda tiene aproximadamente mil kilómetros de ancho y muestra intrigantes celdas o polígonos que tienen un ancho promedio de más de 30 kilómetros. Las montañas en el medio son grandes bloques de hielo de agua congelada, algunos alcanzando alturas de 2 a 3 kilómetros.

  

  Figura 6: Diversidad de Terreno en Plutón. Esta vista en color mejorada de una franja de la superficie de Plutón de unos 80 kilómetros de largo muestra una variedad de características de la superficie diferentes. De izquierda a derecha, primero cruzamos una región de «tierras baldías» con algunos cráteres, y luego nos movemos a través de una amplia gama de montañas hechas de hielo de agua y recubiertas con el material más rojo que vimos en la imagen anterior. Luego, a la derecha, llegamos a la «costa» del gran mar de nitrógeno congelado que los científicos de la misión han apodado las «Llanuras del Sputnik».»Este mar de nitrógeno está dividido en misteriosas células o segmentos de muchos kilómetros de diámetro. (crédito: modificación del trabajo de la NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Instituto de Investigación del Suroeste)

  La Figura 7 muestra otra vista de la frontera entre diferentes tipos de geología. El ancho de esta imagen es de 250 kilómetros, y muestra un terreno oscuro, antiguo, con muchos cráteres; un terreno oscuro, sin cultivar, con una superficie montañosa; un terreno suave, geológicamente joven; y un pequeño grupo de montañas de más de 3000 metros de altura. En las mejores imágenes, las áreas claras de hielo nitrogenado parecen haber fluído de manera similar a los glaciares de la Tierra, cubriendo parte del terreno más antiguo debajo de ellos.

  Las montañas aisladas en medio de las llanuras lisas de nitrógeno probablemente también estén hechas de hielo de agua, que es muy duro a las temperaturas de Plutón y puede flotar en nitrógeno congelado. En la parte (b) de la Figura 7 se pueden ver montañas adicionales y algunos terrenos montañosos que recordaron a los científicos de la misión la piel de serpiente. Estas son interpretaciones preliminares de solo los primeros datos que regresan de New Horizons en 2015 y principios de 2016. A medida que pase el tiempo, los científicos tendrán una mejor comprensión de la geología única de Plutón.

  

  Figura 7: Diversidad de terrenos en Plutón. (a) En esta foto, de unos 250 kilómetros de diámetro, podemos ver muchos tipos diferentes de terreno. En la parte inferior hay tierras altas más antiguas con cráteres; una región de colinas en forma de V sin puntos de cráteres hacia la parte inferior de la imagen. Rodeando la región oscura en forma de V se encuentra la lisa y brillante llanura de nitrógeno congelado, que actúa como lo hacen los glaciares de la Tierra. Algunas montañas aisladas, hechas de hielo de agua congelada, flotan en el nitrógeno cerca de la parte superior de la imagen. (b) Esta escena tiene unos 390 kilómetros de diámetro. Las montañas redondeadas, muy diferentes de las que conocemos en la Tierra, se llaman Tartarus Dorsa. Los patrones, hechos de crestas repetitivas con el terreno más rojizo entre ellos, aún no se entienden. (crédito a, b: modificación del trabajo de la NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Instituto de Investigación del Suroeste)

  Un vistazo rápido a Caronte

  Para agregar a los misterios de Plutón, mostramos en la Figura 8 una de las mejores imágenes de Nuevos Horizontes de Caronte, la gran luna de Plutón. Recordemos que Caronte tiene aproximadamente la mitad del tamaño de Plutón (su diámetro es aproximadamente del tamaño de Texas). Caronte mantiene el mismo lado hacia Plutón, al igual que nuestra Luna mantiene el mismo lado hacia la Tierra. Lo que es único en el sistema Plutón-Caronte, sin embargo, es que Plutón también mantiene su misma cara hacia Caronte. Como dos bailarines abrazándose, estos dos se enfrentan constantemente mientras giran a través de la pista de baile celestial. Los astrónomos llaman a esto un bloqueo de marea doble.

  

  Figura 8: Caronte, la Gran Luna de Plutón. (a) En esta imagen de Nuevos Horizontes, el color se ha mejorado para resaltar el color de la extraña capa polar roja de la luna. Caronte tiene un diámetro de 1214 kilómetros, y la resolución de esta imagen es de 3 kilómetros. (b) Aquí vemos la luna desde un ángulo ligeramente diferente, en color verdadero. El recuadro muestra un área de unos 390 kilómetros de arriba a abajo. Cerca de la parte superior izquierda hay una característica intrigante, lo que parece ser una montaña en medio de una depresión o un foso. (crédito a, b: modificación del trabajo de NASA / JHUAPL / SwRI)

  Lo que New Horizons mostró fue otro mundo complejo. Hay cráteres dispersos en la parte inferior de la imagen, pero gran parte del resto de la superficie parece lisa. Cruzando el centro de la imagen hay un cinturón de terreno accidentado, que incluye lo que parecen ser valles tectónicos, como si algunas fuerzas hubieran tratado de separar a Caronte. Para rematar esta extraña imagen hay un gorro polar claramente rojo, de composición desconocida. Muchas características de Caronte aún no se entienden, incluida lo que parece ser una montaña en medio de una región de baja elevación.

  Conceptos clave y Resumen

  Plutón y Caronte han sido revelados por la nave espacial New Horizons como dos de los objetos más fascinantes del sistema solar exterior. Plutón es pequeño (un planeta enano) pero también sorprendentemente activo, con áreas contrastantes de terreno con cráteres oscuros, cuencas de hielo de nitrógeno de colores claros y montañas de agua congelada que pueden estar flotando en el hielo de nitrógeno. Incluso la luna más grande de Plutón, Caronte, muestra evidencia de actividad geológica. Tanto Plutón como Caronte resultan ser mucho más dinámicos e interesantes de lo que se podría haber imaginado antes de la misión Nuevos Horizontes.