csillagászat

tanulási célok

e szakasz végére képes lesz arra, hogy:

• hasonlítsa össze a Plútó orbitális jellemzőit a bolygók jellemzőivel
• írja le a Plútó felszínéről a New Horizons képekből levezetett információkat
• vegye figyelembe a Plútó nagy holdjának néhány megkülönböztető jellemzőjét Charon

1. ábra: Plútó mozgása. A két fénykép részei, amelyek alapján Clyde Tombaugh felfedezte a Plútót 1930-ban. A bal oldali január 23-án, a jobb pedig január 29-én készült. Vegye figyelembe, hogy a Plútó, amelyet egy nyíl jelez, a hat éjszaka alatt a csillagok között mozgott. Ha nem teszünk egy nyilat mellé, bár, valószínűleg soha nem vette volna észre a mozgó pontot. (hitel: bár a Plútó felfedezése kezdetben a gravitációs elmélet igazolásának tűnt, hasonlóan Adams és Le Verrier korábbi diadalához a Neptunusz helyzetének előrejelzésében, most már tudjuk, hogy Lowell számításai tévesek voltak. Amikor tömegét és méretét végül megmérték, kiderült, hogy a Plútó nem tudott mérhető hatást gyakorolni sem az Uránuszra, sem a Neptunuszra. A csillagászok most meg vannak győződve arról, hogy az Uránusz mozgásában jelentett apró anomáliák nem valódiak, és soha nem is voltak azok.

felfedezése óta egyértelmű volt, hogy a Plútó nem olyan óriás, mint a másik négy külső Naprendszer bolygó. Sokáig azt hitték, hogy a Plútó tömege hasonló a Földéhez, így ötödik földi bolygónak minősítették, valahogy rosszul elhelyezve a naprendszer távoli külső részén. Voltak azonban más anomáliák is, mivel a Plútó pályája excentrikusabb és hajlamosabb volt a naprendszerünk síkjára, mint bármely más bolygóé. Csak a Hold Charon 1978-as felfedezése után lehetett mérni a Plútó tömegét, és kiderült, hogy sokkal kisebb, mint a Föld tömege.

2. ábra: a Plútó és holdja, a Charon méretének összehasonlítása a földdel. Ez a grafika élénken mutatja, hogy a Plútó milyen apró egy olyan földi bolygóhoz képest, mint a Föld. Ez az elsődleges indoklás arra, hogy a Plútót a törpebolygók osztályába helyezzék, nem pedig a földi bolygókra. (hitel: a NASA munkájának módosítása)

Charon mellett a Plútónak négy kis holdja van. Charon későbbi megfigyelései azt mutatták, hogy ez a Hold retrográd pályán van, átmérője körülbelül 1200 kilométer, több mint fele a Plútó méretének (2.ábra). Ez teszi Charont a holdnak, amelynek mérete a szülőbolygójának legnagyobb része. Plutóra és Charonra kettős világként gondolhatunk. A Plútóból nézve Charon olyan nagy lenne, mint nyolc teljes hold a Földön.

sok csillagász számára Plútó furcsa unokatestvérnek tűnt, akiről mindenki reméli, hogy nem jelenik meg a következő családi összejövetelen. Sem a Nap körüli útja, sem mérete nem hasonlít sem az Óriás bolygókra, sem a földi bolygókra. Az 1990-es években a csillagászok további apró tárgyakat kezdtek felfedezni a távoli külső naprendszerben, megmutatva, hogy a Plútó nem egyedi. Ezeket a transz-neptuniai objektumokat később más kis testekkel fogjuk megvitatni, az üstökösök és aszteroidák: a Naprendszer törmeléke című fejezetben. Az egyik (az úgynevezett Eris) majdnem akkora, mint a Plútó, a másik (Makemake) lényegesen kisebb. A csillagászok számára világossá vált, hogy a Plútó annyira különbözik a többi bolygótól, hogy új osztályozásra van szüksége. Ezért törpe bolygónak nevezték, ami sokkal kisebb bolygót jelent, mint a földi bolygók. Ma már sok apró objektumról tudunk a Plútó közelében, és néhányat törpebolygónak minősítettünk.

hasonló történet társult az aszteroidák felfedezésével. Amikor a tizenkilencedik század elején felfedezték az első aszteroidát (Ceres), új bolygóként üdvözölték. A következő években azonban más objektumokat is találtak, amelyek hasonló pályákkal rendelkeztek, mint a Ceres. A csillagászok úgy döntöttek, hogy ezeket nem szabad mind bolygóknak tekinteni, ezért feltaláltak egy új objektumosztályt, az úgynevezett kisebb bolygókat vagy aszteroidákat. Ma Cerest törpe bolygónak is nevezik. Mind a kisebb bolygók, mind a törpe bolygók egy egész öv vagy hasonló objektumok zónáinak részét képezik (amint azt az üstökösök és aszteroidák: a Naprendszer törmeléke) tárgyaljuk.

tehát a Plútó egy bolygó? A válaszunk igen, de ez egy törpebolygó, nyilvánvalóan nem egy ligában a nyolc fő bolygóval (négy óriás és négy földi). Míg néhány ember ideges volt, amikor a Plútót átsorolták, rámutathatunk arra, hogy a törpefa még mindig egyfajta fa, és (mint látni fogjuk) a törpe galaxis még mindig egyfajta galaxis.

Clyde Tombaugh: a farmtól a hírnévig

Clyde Tombaugh 24 éves korában fedezte fel a Plútót, és a Lowell Obszervatórium személyzeti asszisztense volt az első fizető munkája. Tombaugh egy illinoisi farmon született, de amikor ő volt 16, családja Kansasba költözött. Ott nagybátyja bátorításával megfigyelte az eget egy távcsövön keresztül, amelyet a család megrendelt a Sears katalógusból. Tombaugh később egy nagyobb távcsövet épített egyedül, és éjszakáit (amikor nem volt túl fáradt a mezőgazdasági munkától) a bolygók részletes vázlatainak elkészítésére szentelte (3.ábra).

3. ábra: Clyde Tombaugh (1906-1997). (a) Tombaugh 1928-ban családi gazdaságában látható egy 9 hüvelykes távcsővel, amelyet épített. (b) Itt Tombaugh a Lowell Obszervatórium szemlencséjén keresztül néz. (credit b: A NASA munkájának módosítása)

1928-ban, miután egy jégeső tönkretette a termést, Tombaugh úgy döntött, hogy munkára van szüksége családja támogatásához. Bár csak középiskolai végzettsége volt, arra gondolt, hogy távcső-építővé válik. Bolygóvázlatait elküldte a Lowell Obszervatóriumnak, tanácsot kérve arról, hogy egy ilyen pályaválasztás reális-e. A sors csodálatos fordulata miatt a kérdés akkor érkezett meg, amikor a Lowell csillagászok rájöttek, hogy a kilencedik bolygó újbóli kereséséhez nagyon türelmes és elkötelezett megfigyelőre van szükség.

a nagy fotólemezek (üvegdarabok fotografikus emulzióval), amelyeket Tombaugh-t felbérelték, hogy éjjel készítsen és nappal keressen, átlagosan körülbelül 160 000 csillagképet tartalmaztak. Hogyan lehet megtalálni a Plútót közöttük? A technika két fénykép készítését jelentette körülbelül egy hét különbséggel. Ezen a héten egy bolygó egy kicsit mozogna, míg a csillagok ugyanazon a helyen maradtak egymáshoz képest. Egy új, “blink comparator” nevű eszköz gyorsan válthatja a két képet egy szemlencsében. A csillagok, ugyanabban a helyzetben a két lemezen, úgy tűnik, hogy nem változik, mivel a két kép “pislogott.”De úgy tűnik, hogy egy mozgó tárgy oda-vissza mozog, amikor a lemezek váltakoznak.

vizsgálata után több mint 2 millió csillag (és sok téves riasztás), Tombaugh megtalálta a bolygót február 18, 1930. Az obszervatórium csillagászai gondosan ellenőrizték eredményeit, a leletet március 13-án, az Uránusz felfedezésének 149.évfordulóján jelentették be. Gratulálunk és interjúk iránti kérelmeket öntöttek a világ minden tájáról. A látogatók pontszámokban ereszkedtek le az obszervatóriumra, szeretnék látni azt a helyet, ahol majdnem egy évszázad első új bolygóját fedezték fel, valamint azt a személyt, aki felfedezte.

1932-ben Tombaugh eltávozott Lowellből, ahol folytatta a keresést és pislogott, hogy főiskolai diplomát szerezzen. Végül megkapta a mester fokozatot csillagászat és tanított navigáció a haditengerészet a második világháború alatt.1955-ben, miután dolgozott, hogy dolgozzon ki egy rakéta-nyomkövető távcső, ő lett a professzor A New Mexico State University, ahol segített megtalálni a csillagászat Tanszék. 1997-ben halt meg; hamvainak egy részét a New Horizons űrhajóba helyezték Plútó.

a Plútó természete

A New Horizons szonda adatai alapján a csillagászok a Plútó átmérőjét 2370 kilométerre mérték, csak 60 perent akkora, mint a Holdunk. Az átmérőből és a tömegből 1,9 g/cm3 sűrűséget találunk, ami arra utal, hogy a Plútó sziklás anyagok és vízjég keveréke, körülbelül ugyanolyan arányban, mint sok külső bolygó holdja.

a Plútó felszínének egyes részei erősen tükröződnek, és spektruma bizonyítja a fagyott metán, szén-monoxid és nitrogén jelenlétét a felszínén. A maximális felületi hőmérséklet körülbelül 50 K, Amikor a Plútó a legtávolabb van a naptól 60 K-ig, amikor a legközelebb van. Még ez a kis különbség is elegendő a metán és a nitrogén jég részleges szublimációjához (szilárd anyagról gázra). Ez olyan légkört teremt, amikor a Plútó közel van a naphoz, és lefagy, amikor a Plútó távolabb van. A távoli csillagok megfigyelése ezen a vékony légkörön keresztül azt jelzi, hogy a felszíni nyomás körülbelül a Föld tízezred része. mivel a Plútó néhány fokkal melegebb, mint a Triton, légköri nyomása körülbelül tízszer nagyobb. Ez a légkör több különálló ködréteget tartalmaz, amelyeket feltehetően fotokémiai reakciók okoznak, mint például a Titan légkörében (4. ábra).

4. ábra: Ködrétegek a Plútó légkörében. Ez a Plútó egyik legnagyobb felbontású fotója, amelyet a New Horizons űrhajó készített 15 perccel a legközelebbi megközelítés után. 12 réteg ködöt mutat. Vegye figyelembe a 3500 méteres magasságú hegyek tartományát is. (hitel: a NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute munkájának módosítása)

a Plútó űrhajóval való elérése nagy kihívás volt, különösen egy olyan korszakban, amikor a NASA csökkentett költségvetése nem tudta támogatni a nagy, drága küldetéseket, mint a Galileo és a Cassini. Mégis, mint a Galileo és a Cassini, a Pluto küldetéshez olyan nukleáris elektromos rendszerre lenne szükség, amely a plutóniumból származó hőt felhasználva energiát termel a műszerek táplálására, és távol tartja őket a nap melegétől. A NASA elérhetővé tette az egyik utolsó nukleáris generátort egy ilyen küldetéshez. Feltételezve, hogy megfizethető, de nagy képességű űrhajót lehet építeni, még mindig ott volt a probléma, hogy a Plútóhoz, közel 5 milliárd kilométerre a Földtől, évtizedek várakozása nélkül. A válasz az volt, hogy a Jupiter gravitációját felhasználva csúzli az űrhajót a Plútó felé.

A New Horizons 2006-os indítása nagy sebességgel indította el a küldetést, és a Jupiter repülése csak egy évvel később adta meg a szükséges további lendületet. A New Horizons űrhajó 2015 júliusában érkezett Plútóba, 14 kilométer / másodperc (vagy körülbelül 50 000 kilométer / óra) relatív sebességgel haladva. Ezzel a nagy sebességgel a teljes repülési sorrendet csak egy napra tömörítették. A legközelebbi megközelítés közelében rögzített adatok nagy részét csak hónapokkal később lehetett továbbítani a Földre, de amikor végül megérkezett, a csillagászokat képek és adatok kincsleletével jutalmazták.

a Plútó első közeli nézetei

5. ábra: a Plútó globális színes képe. Ez a New Horizons kép egyértelműen megmutatja a Plútó terepeinek sokféleségét. A bal alsó sötét területet ütköző kráterek borítják, míg a középső és a jobb alsó nagy világos terület egy lapos medence, amelyben nincsenek kráterek. A látott színek kissé javultak, hogy finom különbségeket hozzanak létre. (hitel: a NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute munkájának módosítása)

a Plútó nem az a geológiailag halott világ, amelyet sokan vártak egy ilyen kis tárgyra—messze tőle. A felület különböző összetételű és felületi textúrájú területekre való felosztása az 5. ábrán látható globális színes fotón látható. A vöröses szín fokozódik ezen a képen, hogy világosabbá tegye a színkülönbségeket. A felület sötétebb részei kráternek tűnnek, de szomszédos velük egy szinte jellegtelen fényterület a kép jobb alsó negyedében. A sötét területek a Titan légköréhez hasonló fotokémiai köd vagy szmog színeit mutatják. A sötét anyag, amely ezeket a régi felületeket festi, a Plútó légköri ködéből vagy a napfény hatására a felszínen zajló kémiai reakciókból származhat.

a fénykép világos területei alföldi medencék. Ezek nyilvánvalóan fagyott nitrogén tengerei, talán sok kilométer mélyek. Mind a nitrogén, mind a metángáz képes elmenekülni a Plútóból, amikor pályájának a naphoz közeli részén van, de csak nagyon lassan, tehát nincs ok arra, hogy egy hatalmas tál fagyasztott nitrogén hosszú ideig ne maradjon fenn.

a 6. ábra A New Horizons által feltárt felszíni jellemzők Figyelemre méltó változatosságát mutatja. A kép jobb oldalán látjuk a hatalmas nitrogénjég-tál “partvonalát”, amelyet az 5.ábrán sima régiónak láttunk. Ideiglenesen becenevén a “Sputnik Plains”, az első emberi tárgy után, amely az űrbe került, ez a kerek régió nagyjából ezer kilométer széles, és érdekes cellákat vagy sokszögeket mutat, amelyek átlagos szélessége meghaladja a 30 kilométert. A középső hegyek nagy fagyott vízjégtömbök, némelyik eléri a 2-3 kilométeres magasságot.

6.ábra: a terep sokfélesége a Plútón. A Plútó felületének körülbelül 80 kilométer hosszú csíkjának továbbfejlesztett színes nézete számos különböző felületi jellemzőt mutat. Balról jobbra, először keresztezzük a “badlands” régióját néhány kráterrel, majd a vízjégből készült hegyek széles skáláján haladunk át, és bevonjuk az előző képen látható vörösebb anyaggal. Ezután jobbra érkezünk a fagyasztott nitrogén nagy tengerének “partvonalához”, amelyet a misszió tudósai “Sputnik Plains” – nek neveztek.”Ez a nitrogén-tenger titokzatos sejtekre vagy szegmensekre oszlik,amelyek sok kilométer átmérőjű. (hitel: a NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute munkájának módosítása)

a 7. ábra a geológia különböző típusai közötti határ másik nézetét mutatja. Ennek a képnek a szélessége 250 kilométer, és sötét, ősi, erősen kráteres terepet mutat; sötét, dombos felületű terep; sima, geológiailag fiatal terep; és egy kis, több mint 3000 méter magas hegycsoport. A legjobb képeken úgy tűnik, hogy a nitrogénjég könnyű területei ugyanúgy áramlottak, mint a gleccserek a Földön, lefedve az alatta lévő régebbi terep egy részét.

az elszigetelt hegyek a sima nitrogén síkságok közepén valószínűleg vízjégből is készülnek, amely a Plútó hőmérsékletén nagyon kemény, és fagyott nitrogénen lebeghet. További hegyek és néhány dombos terep, amelyek a misszió tudósait kígyóbőrre emlékeztették, láthatók a 7.ábra b) részében. Ezek az előzetes értelmezések a New Horizons 2015-ös és 2016 eleji első adataiból származnak. Az idő múlásával a tudósok jobban megértik a Plútó egyedülálló geológiáját.

7. ábra: a terepek sokfélesége a Plútón. (a) ezen a képen, körülbelül 250 kilométer átmérőjű, sokféle terepet láthatunk. Alul régebbi, kráteres Hegyvidék található;a kép alja felé mutató dombok V alakú régiója kráter nélkül. A V alakú sötét régiót körülveszi a sima, fényesebb fagyott nitrogén síkság,úgy működik, mint a gleccserek a Földön. Néhány elszigetelt, fagyott vízjégből készült hegy lebeg a nitrogénben a kép teteje közelében. (b) Ez a jelenet körülbelül 390 kilométer átmérőjű. A lekerekített hegyeket, amelyek meglehetősen különböznek a Földön ismertektől, Tartarus Dorsa-nak hívják. A minták, amelyek ismétlődő gerincekből készülnek, köztük a vörösesebb terep, még nem értettek. (hitel a, b: a NASA/Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumának/délnyugati Kutatóintézet munkájának módosítása)

gyors pillantás Charonra

a Plútó rejtélyeinek kiegészítéséhez a 8.ábrán a Plútó nagy holdjának Charon egyik legjobb New Horizons képét mutatjuk be. Emlékezzünk vissza korábban, hogy Charon nagyjából a Plútó méretének fele (átmérője körülbelül Texas mérete). Charon ugyanazt az oldalt tartja a Plútó felé, ahogy a Holdunk is ugyanazt az oldalt tartja a Föld felé. Ami egyedülálló a Plútó-Charon rendszerben, azonban, az, hogy a Plútó is ugyanazt az arcát tartja Charon felé. Mint két táncos átölelve, ez a kettő folyamatosan szembenéz egymással, miközben az égi táncparketten forognak. A csillagászok ezt kettős árapály-zárnak nevezik.

8. ábra: Plútó nagy holdja Charon. (a) ezen a New Horizons képen a szín javult, hogy kihozza a Hold furcsa vörös sarki sapkájának színét. Charon átmérője 1214 kilométer, ennek a képnek a felbontása 3 kilométer. (b) itt kissé más szögből látjuk a Holdat, valódi színben. A betét felülről lefelé körülbelül 390 km-es területet mutat. A bal felső sarokban található egy érdekes tulajdonság-ami úgy tűnik, hogy egy hegy a depresszió vagy árok közepén. (hitel a, b: A NASA/JHUAPL/SwRI munkájának módosítása)

A New Horizons egy másik összetett világot mutatott. A kép alsó részén szétszórt kráterek vannak, de a felület többi része simának tűnik. A kép közepének átlépése durva terepű öv, beleértve a tektonikus völgyeknek tűnő öveket is, mintha egyes erők megpróbálták volna szétválasztani Charont. Ennek a furcsa képnek a feltöltése egy kifejezetten piros poláris sapka, ismeretlen összetételű. Charon számos jellemzőjét még nem értik, beleértve azt is, ami egy hegynek tűnik egy alacsony magasságú régió közepén.