学習目標
このセクションの終わりまでに、次のことができます。
- 冥王星の軌道特性を惑星の軌道特性と比較する
- ニューホライズンズ画像から推定された冥王星の表面に関する情報を説明する
- 冥王星の大きな月カロンのいくつかの特徴に注意してください
冥王星の大きな月カロンのいくつかの特徴に注意してください
冥王星の軌道特性に注意してください
冥王星の軌道特性に注意してください
冥王星の軌道特性に注意してください
冥王星の軌道特性に注意してください月ではありませんが、その大きさと組成は外側の太陽系の多くの月に似ているので、ここでそれを議論します。 冥王星（とその大きな月カロン）の私たちの理解は、2015年のニューホライズンズフライバイの結果として劇的に変化しました。
冥王星は惑星ですか？冥王星は、その位置が重力理論から計算された海王星とは異なり、慎重かつ体系的な検索によって発見されました。 それにもかかわらず、冥王星の探索の歴史は、天王星がその予測された軌道からわずかに出発したという兆候、未知の「惑星X」の重力のためである可能性のある出発から始まりました。「20世紀初頭、いくつかの天文学者、特にパーシバル・ローウェルは、火星の知的生命体の提唱者としての彼の名声のピーク時に、この9番目の惑星を探すことに興味を持つようになりました。
ローウェルと彼の同時代は、主に天王星の動きの小さな原因不明の不規則性に彼らの計算に基づいていました。 ローウェルの計算は、摂動する惑星Xのための2つの可能な位置を示しました;2つの可能性がより高いのは、双子座にありました。 彼は地球と海王星の質量の中間の惑星の質量を予測しました（彼の計算は約6地球の質量を与えました）。 しかし、他の天文学者は、海王星を超えた2つの惑星を示す1つのモデルを含む、小さな軌道の不規則性から他の解決策を得ました。
彼のアリゾナ天文台で、ローウェルは1906年から1916年に彼の死まで未知の惑星のために成功せずに検索し、検索は1929年まで更新されませんでした。 1930年2月、クライド・トンボーという若い観測助手が（クライド・トンボーを参照のこと: その年の1月23日と29日に撮影した写真を比較すると、海王星の軌道をはるかに超えた惑星の動きがほぼ正しいように見えるかすかな物体が見つ 新しい惑星は冥王星、ちょうど新しい惑星のように、リモート暗闇の中に住んでいた冥王星、冥界のローマの神にちなんで命名されました。 この名前の選択は、何百もの提案の中で、最初の2文字がパーシバル・ローウェルのイニシャルであるという事実によって助けられました。P>
図1：冥王星の動き。 クライド・トンボーが1930年に冥王星を発見した2枚の写真の一部。 左のものは23日に、右のものは29日に撮影された。 矢印で示された冥王星は、それらの6つの夜の間に星の間を移動したことに注意してください。 私たちはそれの隣に矢印を入れていなかった場合は、しかし、あなたはおそらく移動した点を発見したことがないだろう。 （クレジット: 冥王星の発見は、海王星の位置を予測する際のアダムズとル-ヴェリエの以前の勝利と同様の重力理論の立証であるように最初に見えたが、我々は今、ローウェルの計算が間違っていたことを知っている。 その質量と大きさが最終的に測定されたとき、冥王星は天王星や海王星のいずれかに測定可能な引っ張りを発揮できなかった可能性があることが 天文学者たちは、天王星の運動における報告された小さな異常は、実際のものではなく、決して実際ではないと確信しています。
その発見の時から、冥王星は他の4つの太陽系外惑星のような巨大ではないことが明らかになりました。 長い間、冥王星の質量は地球の質量に似ていると考えられていたので、太陽系のはるか外側の範囲に何らかの形で置き忘れられた第五の地球惑星と しかし、冥王星の軌道は他の惑星の軌道よりも偏心しており、太陽系の平面に傾いていたため、他の異常がありました。 1978年に月のカロンが発見された後でさえ、冥王星の質量を測定することができ、それは地球の質量よりもはるかに小さいことが判明しました。P>
カロンに加えて、冥王星は4つの小さな衛星を持っています。 その後のカロンの観測では、この月は逆行軌道にあり、直径は約1200キロメートルで、冥王星自体の半分以上の大きさであることが示されました（図2）。 これにより、カロンは、その大きさがその親惑星の最大の割合である月になります。 冥王星とカロンを二重の世界と考えることさえできます。 冥王星から見ると、カロンは地球上の8つの完全な月と同じ大きさになります。多くの天文学者にとって、冥王星は、誰もが次の家族の再会では現れないことを望んでいる奇妙ないとこのように見えました。
太陽の周りのその経路もその大きさも、巨大な惑星や地上の惑星のいずれにも似ていません。 1990年代には、天文学者は冥王星がユニークではなかったことを示す、はるか外側の太陽系内の追加の小さなオブジェクトを発見し始めました。 私たちは、彗星や小惑星の章で、他の小さな体と後にこれらのトランス海王星のオブジェクトを議論します：太陽系の破片。 そのうちの1つ（Erisと呼ばれる）は冥王星とほぼ同じサイズで、もう1つ（Makemake）は実質的に小さいです。 天文学者には、冥王星が他の惑星と非常に異なっていたため、新しい分類が必要であることが明らかになりました。 したがって、それは準惑星と呼ばれ、地球の惑星よりもはるかに小さい惑星を意味していました。 私たちは今、冥王星の近くにある多くの小さな物体を知っており、いくつかを準惑星として分類しています。
同様の歴史は、小惑星の発見に関連していました。 最初の小惑星（セレス）が19世紀の初めに発見されたとき、それは新しい惑星として歓迎されました。 しかし、その後の数年間で、セレスと同様の軌道を持つ他の物体が発見された。 天文学者は、これらすべてが惑星とみなされるべきではないと判断したので、小惑星や小惑星と呼ばれる新しいクラスの物体を発明しました。 今日、セレスは準惑星とも呼ばれています。 マイナー惑星と準惑星の両方が（我々は彗星や小惑星で議論するように：太陽系の破片）同様のオブジェクトの全体のベルトまたはゾーンの一部です。だから、冥王星は惑星ですか？
私たちの答えはイエスですが、それは矮小惑星であり、明らかに8つの主要な惑星（4つの巨人と4つの地球）と同じリーグにはありません。 冥王星が再分類されたときに一部の人々が動揺していましたが、矮星の木はまだ木の一種であり、（私たちが見るように）矮星の銀河はまだ銀河の一種で
Clyde Tombaugh:From the Farm to Fame
Clyde Tombaughは24歳の時に冥王星を発見し、ローウェル天文台のスタッフアシスタントとしての地位は彼の最初の給料の仕事でした。 トムボーはイリノイ州の農場で生まれたが、16歳のときに家族はカンザス州に移った。 そこでは、叔父の励ましを受けて、彼は家族がシアーズのカタログから注文した望遠鏡を通して空を観察しました。 その後、トムボーは自分で大きな望遠鏡を作り、夜（農作業に疲れていなかったとき）に惑星の詳細なスケッチを作ることに専念しました（図3）。
図3:クライド・トンボー(1906-1997)。 （a）トムボーは、彼が建てた9インチの望遠鏡で1928年に彼の家族の農場で描かれています。 （b）ここでトムボーはローウェル天文台で接眼レンズを通して見ています。 （クレジットb：NASAによる仕事の修正）
1928年、雹の嵐が作物を台無しにした後、Tombaughは彼の家族を支援するために仕事が必要であると決めました。 彼は高校の教育しか受けていませんでしたが、彼は望遠鏡の建設者になることを考えました。 彼は惑星のスケッチをローウェル天文台に送り、そのようなキャリアの選択が現実的であるかどうかについての助言を求めた。 運命の素晴らしいねじれによって、彼のクエリは、ローウェルの天文学者が第九惑星のための新たな検索は非常に患者と専用の観察者を必要とするこ
Tombaughが夜間に撮影し、日中に検索するために雇われた大きな写真板（その上に写真エマルジョンを持つガラス片）には、それぞれ約160,000の星像が含まれていた。 どのようにそれらの中で冥王星を見つけるには？ この技術は、約一週間離れて二つの写真を撮ることを含んでいました。 その週の間に、惑星は少し動くだろうが、星は互いに相対的に同じ場所に残っていた。 “ブリンクコンパレータ”と呼ばれる新しい機器は、接眼レンズ内の二つの画像を迅速に交互にすることができます。 2つのプレート上の同じ位置にある星は、2つの画像が”まばたき”されたので、変化していないように見えます。”しかし、移動する物体は、プレートが交互に配置された際に、前後に揺れているように見えます。
2万個以上の星（および多くの誤報）を調べた後、TombaughはFebruary18、1930に彼の惑星を発見しました。 天文台の天文学者は慎重に彼の結果をチェックし、発見は天王星の発見の149周年である3月13日に発表されました。 おめでとうとインタビューのリクエストは、世界中から注がれました。 訪問者は、ほぼ一世紀の最初の新しい惑星が発見された場所とそれを発見した人を見たいと思って、スコアで天文台に降りました。1932年、トムボーはローウェルを離れ、大学の学位を取得するために捜索と点滅を続けていた。 1955年、ロケット追跡望遠鏡の開発に従事した後、ニューメキシコ州立大学の教授となり、天文学部の設立に貢献しました。 彼は1997年に死亡し、彼の灰の一部は冥王星へのニューホライズンズ宇宙船の中に置かれました。ここでは彼の子供たちによって説明されているようにトムボーの人生についての感動的なビデオです。
冥王星の性質
ニューホライズンズ探査機からのデータを使用して、天文学者は冥王星の直径を2370キロメートル、私たちの月と同じ大きさの60ペ 直径と質量から、我々は1.9g/cm3の密度を見つけ、冥王星は多くの外惑星の月とほぼ同じ割合で岩の材料と水の氷の混合物であることを示唆してい冥王星の表面の一部は非常に反射的であり、そのスペクトルは凍結したメタン、一酸化炭素、窒素の表面上に存在することを示しています。
冥王星の表面の一部は非常に反射的であり、そのスペクトルは凍結したメタン、一酸化炭素、窒素 最大表面温度は、冥王星が太陽から最も遠い場合は約50Kから、最も近い場合は60Kまでの範囲です。 この小さな違いでさえ、メタンと窒素の氷の部分的な昇華（固体からガスに行く）を引き起こすのに十分です。 これは、冥王星が太陽に近いときに大気を生成し、冥王星が遠く離れているときにフリーズします。 この薄い大気を通して見られる遠くの星の観測は、表面圧力が地球の約1万分の1であることを示しています。冥王星はトリトンよりも数度暖かいので、その大気圧は約10倍です。 この大気には、タイタンの大気のような光化学反応によって引き起こされたと考えられるいくつかの異なるヘイズ層が含まれています(図4)。
図4:冥王星の大気中のヘイズ層。 これは冥王星の最高解像度の写真の1つで、最接近から15分後にNew Horizons宇宙船によって撮影されました。 これは、ヘイズの12層を示しています。 また、3500メートルまでの高さの山の範囲に注意してください。 (credit:modification of work by NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
宇宙船で冥王星に到達することは、特にNASAの予算の削減がガリレオやカッシーニのような大規模で高価なミッションをサポートできなかった時代には、大きな課題でした。 しかし、ガリレオやカッシーニのように、冥王星のミッションは、プルトニウムからの熱を使用して、機器に電力を供給し、太陽の暖かさから遠く離れて動作させ続けるためのエネルギーを生成する原子力電気システムを必要とするでしょう。 NASAは、そのような任務のために、その最後の原子力発電機の1つを利用可能にしました。 手頃な価格だが非常に能力の高い宇宙船を建設することができると仮定すると、数十年を待たずに地球から約50億キロメートルの冥王星に到達する問題がまだありました。 答えは、木星の重力を使用して、宇宙船を冥王星に向かってパチンコすることでした。
2006年のニューホライズンズの打ち上げは高速でミッションを開始し、わずか一年後に木星フライバイはそれに必要な追加のブーストを与えました。 ニューホライズンズ宇宙船は2015年7月に冥王星に到着し、毎秒14キロメートル（または時速約50,000キロメートル）の相対速度で移動しました。 この高速では、フライバイシーケンス全体がわずか一日に圧縮されました。 最接近の近くで記録されたデータのほとんどは、何ヶ月も後まで地球に送信することができませんでしたが、最終的に到着したとき、天文学者は画像とデー
冥王星の最初のクローズアップビュー
図5:冥王星のグローバルカラー画像。 この新しい地平の画像は、冥王星の地形の多様性をはっきりと示しています。 左下の暗い領域は衝突クレーターで覆われており、中央と右下の大きな明るい領域はクレーターのない平らな盆地です。 あなたが見る色は微妙な違いを引き出すために幾分強化されています。 （クレジット：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Instituteによる作業の修正）
冥王星は、そのような小さな物体に多くの人が予想していた地質学的に死んだ世界では 異なる組成と表面テクスチャを持つ領域への表面の分割は、図5に示すグローバルカラー写真で明らかです。 赤みを帯びた色は、より明確に色の違いを引き出すために、この画像で強化されています。 表面の暗い部分はクレーターになっているように見えますが、それらに隣接するのは、この画像の右下の象限にあるほぼ特徴のない明るい領域です。 暗い部分は、タイタンの大気中のものと同様の光化学ヘイズまたはスモッグの色を示しています。 これらの古い表面を染色している暗い材料は、冥王星の大気のヘイズまたは日光の作用のために表面で起こる化学反応から来る可能性があります。
写真の明るい部分は低地の盆地です。 これらは明らかに凍結した窒素の海であり、おそらく何キロもの深さです。 窒素とメタンガスの両方が、太陽に近い軌道の部分にあるときに冥王星から脱出することができますが、非常にゆっくりとしかできないので、凍結した窒素の広大なボウルが長い間持続できなかった理由はありません。
図6は、ニューホライズンズが明らかにした表面の特徴の顕著な多様性のいくつかを示しています。 この画像の右側には、図5の滑らかな領域として見た窒素氷の広大なボウルの”海岸線”が見えます。 一時的に宇宙に入るために最初の人間のオブジェクトの後に”スプートニク平原”と呼ばれ、この丸い領域は、約千キロの幅であり、30キロ以上の平均幅を持 真ん中の山は凍った水の氷の大きなブロックであり、2-3キロの高さに達するものもあります。
図6：冥王星の地形の多様性。 長さ約80キロの冥王星の表面のストリップのこの強化されたカラービューは、異なる表面の特徴の様々なを示しています。 左から右に、私たちは最初にいくつかのクレーターが表示されている”悪い土地”の領域を横断し、その後、水の氷で作られ、我々は前の画像で見た赤い材料でコーテ その後、右に、私たちはミッションの科学者が”スプートニク平野”と愛称している冷凍窒素の偉大な海の”海岸線”に到着します。”この窒素の海は、何キロも横断している神秘的な細胞やセグメントに分かれています。 (credit:modification of work by NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
図7は、異なるタイプの地質学間の境界の別のビューを示しています。 この画像の幅は250キロであり、それは暗い、古代の、重くcratered地形を示しています;丘陵の表面を持つ暗い、uncratered地形;滑らかな、地質学的に若い地形;と3000メートル以上の高さの山の小さなクラスター。 最高の画像では、窒素氷の明るい領域は、地球上の氷河のように流れているように見え、その下の古い地形のいくつかを覆っています。
滑らかな窒素平原の真っ只中にある孤立した山々は、おそらく冥王星の温度では非常に硬く、凍結した窒素の上に浮かぶことができる水の氷で 追加の山、および蛇皮のミッション科学者を思い出させたいくつかの丘陵地は、図7の部分（b）に表示されます。 これらは、2015年と2016年初頭にNew Horizonsから戻ってきた最初のデータからの予備的な解釈です。 時間が経つにつれて、科学者たちは冥王星のユニークな地質学のより良い理解を持つことになります。P>
カロンを簡単に見て
冥王星の謎に追加するには、図8に冥王星の大月カロンの最高のニューホライズンズ画像の一つを示しています。 カロンは冥王星の約半分の大きさであることを以前から思い出してください（その直径はテキサスの大きさについてです）。 私たちの月が地球に向かって同じ側を保つのと同じように、カロンは冥王星に向かって同じ側を保ちます。 しかし、冥王星-カロンシステムについてユニークなのは、冥王星もカロンに向かって同じ顔をしているということです。 彼らは天のダンスフロアを横切って回転するように、二人のダンサーが抱擁のように、これら二つは常にお互いに直面しています。 天文学者はこれを二重潮汐ロックと呼んでいます。p>
ニューホライズンズが示したのは、別の複雑な世界でした。 画像の下部には散乱したクレーターがありますが、表面の残りの部分の多くは滑らかに見えます。 画像の中央を横切ると、いくつかの力がカロンを分割しようとしたかのように、構造的な谷のように見えるものを含む起伏の多い地形のベルトが この奇妙な画像をトッピングすることは、未知の構成のはっきりと赤い極冠です。 カロンの多くの特徴は、低標高地域の真っ只中にある山のように見えるものを含め、まだ理解されていません。
主要な概念と概要
冥王星とカロンは、太陽系外惑星系で最も魅力的な物体の2つであることがニューホライズンズ宇宙船によっ 冥王星は、暗いクレーター地形、窒素氷の明るい色の盆地、窒素氷に浮かんでいるかもしれない凍結した水の山の対照的な領域で、小さい（準惑星）だけでなく、 冥王星の最大の月のカロンでさえ、地質学的活動の証拠を示しています。 冥王星とカロンの両方が、ニューホライズンズミッションの前に想像されていたよりもはるかにダイナミックで面白いことが判明しました。
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