leerdoelen
aan het einde van deze sectie kunt u:
- vergelijk de orbitale kenmerken van Pluto met die van de planeten
- Beschrijf informatie over het oppervlak van Pluto afgeleid uit de New Horizons-afbeeldingen
- merk op dat de grote maan van Pluto Charon
/div>
Pluto is geen maan, maar we bespreken het hier omdat zijn grootte en samenstelling vergelijkbaar zijn met vele manen in het buitenste zonnestelsel. Ons begrip van Pluto (en zijn grote maan Charon) is drastisch veranderd als gevolg van de New Horizons flyby in 2015.
Is Pluto een planeet?
Pluto werd ontdekt door een zorgvuldige, systematische zoektocht, in tegenstelling tot Neptunus, wiens positie werd berekend op basis van de gravitationele theorie. Niettemin begon de geschiedenis van de zoektocht naar Pluto met aanwijzingen dat Uranus een lichte afwijking had van zijn voorspelde Baan, afwijkingen die mogelijk te wijten waren aan de zwaartekracht van een onontdekte planeet X. In het begin van de twintigste eeuw raakte een aantal astronomen, met name Percival Lowell, op het hoogtepunt van zijn roem als pleitbezorger van intelligent leven op Mars, geïnteresseerd in het zoeken naar deze negende planeet.Lowell en zijn tijdgenoten baseerden hun berekeningen voornamelijk op kleine onverklaarbare onregelmatigheden in de beweging van Uranus. Lowell ‘ s berekeningen wezen op twee mogelijke locaties voor een verontrustende Planeet X; de meest waarschijnlijke van de twee was in het sterrenbeeld Tweelingen. Hij voorspelde een massa voor de planeet tussen de massa ’s van de aarde en Neptunus (zijn berekeningen gaven ongeveer 6 massa’ s van de aarde). Andere astronomen echter, verkregen andere oplossingen uit de kleine orbitale onregelmatigheden, zelfs met inbegrip van een model dat twee planeten buiten Neptunus.in zijn Arizona observatory zocht Lowell zonder succes naar de onbekende planeet van 1906 tot zijn dood in 1916, en de zoektocht werd pas in 1929 hervat. In februari 1930, een jonge waarnemend assistent genaamd Clyde Tombaugh (zie Clyde Tombaugh: From the Farm to Fame hieronder), bij het vergelijken van foto ‘ s die hij maakte op 23 en 29 januari van dat jaar, vond een zwak object waarvan de beweging ongeveer goed leek te zijn voor een planeet ver buiten de baan van Neptunus (figuur 1). De nieuwe planeet werd vernoemd naar Pluto, de Romeinse god van de onderwereld, die in afgelegen duisternis woonde, net als de nieuwe planeet. De keuze van deze naam, uit honderden gesuggereerd, werd geholpen door het feit dat de eerste twee letters Percival Lowell ‘ s initialen waren.
figuur 1: de beweging van Pluto. Delen van de twee foto ‘ s waarmee Clyde Tombaugh Pluto in 1930 ontdekte. De linker werd genomen op 23 januari en de rechter op 29 januari. Merk op dat Pluto, aangegeven met een pijl, tussen de sterren heeft bewogen gedurende die zes nachten. Als we er geen pijl naast hadden gezet, had je waarschijnlijk nooit de stip gezien die bewoog. (krediet: hoewel de ontdekking van Pluto aanvankelijk een rechtvaardiging van de gravitationele theorie leek te zijn, vergelijkbaar met de eerdere triomf van Adams en Le Verrier in het voorspellen van de positie van Neptunus, weten we nu dat Lowell ‘ s berekeningen verkeerd waren. Toen uiteindelijk de massa en de grootte ervan gemeten werden, bleek dat Pluto onmogelijk een meetbare aantrekkingskracht op Uranus of Neptunus had kunnen uitoefenen. Astronomen zijn er nu van overtuigd dat de gemelde kleine anomalieën in de bewegingen van Uranus niet echt zijn en nooit echt waren.
vanaf het moment van zijn ontdekking was het duidelijk dat Pluto geen reus was zoals de andere vier buitenste planeten van het zonnestelsel. Lange tijd werd gedacht dat de massa van Pluto vergelijkbaar was met die van de aarde, zodat het werd geclassificeerd als een vijfde aardse planeet, op een of andere manier misplaatst in de verste uithoeken van het zonnestelsel. Er waren echter andere anomalieën, omdat Pluto ‘ s Baan excentrieker was en neigde naar het vlak van ons zonnestelsel dan die van enige andere planeet. Pas na de ontdekking van de maan Charon in 1978 kon de massa van Pluto worden gemeten, en die bleek veel kleiner te zijn dan de massa van de aarde.
Figuur 2: vergelijking van de afmetingen van Pluto en zijn maan Charon met de aarde. Deze afbeelding laat levendig zien hoe klein Pluto is ten opzichte van een aardse planeet als de aarde. Dat is de primaire rechtvaardiging voor het plaatsen van Pluto in de klasse van dwergplaneten in plaats van aardse planeten. (credit: modification of work by NASA)
naast Charon heeft Pluto vier kleine manen. Latere waarnemingen van Charon toonden aan dat deze Maan in een retrograde baan is en een diameter heeft van ongeveer 1200 kilometer, meer dan de helft van de grootte van Pluto zelf (Figuur 2). Dit maakt Charon de maan waarvan de grootte het grootste deel van zijn moederplaneet is. We zouden zelfs kunnen denken aan Pluto en Charon als een dubbele wereld. Gezien vanaf Pluto zou Charon zo groot zijn als acht volle manen op aarde.
voor veel astronomen leek Pluto de vreemde neef waarvan iedereen hoopt dat hij niet zal verschijnen bij de volgende familiereünie. Noch zijn pad rond de zon, noch zijn grootte lijkt op de reuzenplaneten of de aardse planeten. In de jaren 90 begonnen astronomen extra kleine objecten te ontdekken in het Verre buitenste zonnestelsel, waaruit bleek dat Pluto niet uniek was. We zullen deze trans-neptunische objecten later bespreken met andere kleine hemellichamen, in het hoofdstuk over kometen en asteroïden: puin van het zonnestelsel. Een van hen (genaamd Eris) is bijna even groot als Pluto, en een andere (Makemake) is aanzienlijk kleiner. Het werd astronomen duidelijk dat Pluto zo anders was dan de andere planeten dat het een nieuwe classificatie nodig had. Daarom werd het een dwergplaneet genoemd, wat een planeet betekent die veel kleiner is dan de aardse planeten. We kennen nu veel kleine objecten in de buurt van Pluto en we hebben er een aantal geclassificeerd als dwergplaneten.
een soortgelijke geschiedenis werd geassocieerd met de ontdekking van de asteroïden. Toen de eerste asteroïde (Ceres) aan het begin van de negentiende eeuw werd ontdekt, werd hij geprezen als een nieuwe planeet. In de daaropvolgende jaren werden echter andere objecten gevonden met vergelijkbare banen Als Ceres. Astronomen besloten dat deze niet allemaal als planeten moesten worden beschouwd, dus vonden ze een nieuwe klasse van objecten uit, genaamd kleine planeten of asteroïden. Tegenwoordig wordt Ceres ook wel een dwergplaneet genoemd. Zowel kleine planeten als dwergplaneten maken deel uit van een hele gordel of zones van soortgelijke objecten (zoals we zullen bespreken in kometen en asteroïden: puin van het zonnestelsel).
dus, is Pluto een planeet? Ons antwoord is ja, maar het is een dwergplaneet, duidelijk niet in dezelfde competitie met de acht grote planeten (vier reuzen en vier terrestrials). Terwijl sommige mensen van streek waren toen Pluto werd heringedeeld, kunnen we erop wijzen dat een dwergboom nog steeds een type boom is en (zoals we zullen zien) een dwergstelsel nog steeds een type sterrenstelsel is.Clyde Tombaugh: From the Farm to Fame Clyde Tombaugh ontdekte Pluto toen hij 24 jaar oud was en zijn positie als stafassistent bij het Lowell Observatory was zijn eerste betaalde baan. Tombaugh was geboren op een boerderij in Illinois, maar toen hij 16 was, verhuisde zijn familie naar Kansas. Daar, met aanmoediging van zijn oom, observeerde hij de hemel door een telescoop die de familie had besteld uit de Sears catalogus. Tombaugh bouwde later zelf een grotere telescoop en wijdde zijn nachten (toen hij niet te moe was van het werk op de boerderij) aan het maken van gedetailleerde schetsen van de planeten (Figuur 3).
Figuur 3: Clyde Tombaugh (1906-1997). (a) Tombaugh is afgebeeld op zijn familieboerderij in 1928 met een 9-inch telescoop die hij bouwde. (b) hier kijkt Tombaugh door een oculair van het Lowell Observatorium. (credit b: modification of work by NASA)
in 1928, nadat een hagelstorm de oogst verwoestte, besloot Tombaugh dat hij een baan nodig had om zijn familie te helpen onderhouden. Hoewel hij slechts een middelbare school opleiding had, dacht hij aan het worden van een telescoop bouwer. Hij stuurde Zijn planet sketches naar het Lowell Observatorium om advies te vragen over de vraag of een dergelijke carrièrekeuze realistisch was. Door een prachtige wending van het lot, kwam zijn vraag net toen de Lowell astronomen zich realiseerden dat een hernieuwde zoektocht naar een negende planeet een zeer geduldig en toegewijd waarnemer nodig zou hebben.de grote fotografische platen (stukjes glas met fotografische emulsie erop) die Tombaugh ‘ s nachts moest nemen en overdag moest doorzoeken, bevatten gemiddeld ongeveer 160.000 sterrenbeelden. Hoe vind je Pluto tussen hen? De techniek omvatte het nemen van twee foto ‘ s ongeveer een week na elkaar. Gedurende die week zou een planeet een klein beetje bewegen, terwijl de sterren op dezelfde plaats bleven ten opzichte van elkaar. Een nieuw instrument genaamd een “blink comparator” kon snel afwisselen de twee beelden in een oculair. De sterren, die in dezelfde positie op de twee platen, zou niet lijken te veranderen als de twee beelden werden “knipperde.”Maar een bewegend object lijkt heen en weer te wiebelen als de platen werden afgewisseld.na onderzoek van meer dan 2 miljoen sterren (en vele valse alarmen) vond Tombaugh zijn planeet op 18 februari 1930. De astronomen van het observatorium controleerden zijn resultaten zorgvuldig, en de vondst werd aangekondigd op 13 maart, de 149e verjaardag van de ontdekking van Uranus. Felicitaties en verzoeken voor interviews stroomden binnen uit de hele wereld. Bezoekers daalden af op het observatorium in scores, willen de plaats zien waar de eerste nieuwe planeet in bijna een eeuw was ontdekt, evenals de persoon die het had ontdekt.in 1932 nam Tombaugh afscheid van Lowell, waar hij bleef zoeken en knipperen, om een universitaire graad te halen. Uiteindelijk behaalde hij een master in de astronomie en doceerde navigatie voor de Marine tijdens de Tweede Wereldoorlog. in 1955, na te hebben gewerkt aan de ontwikkeling van een raket-tracking telescoop, werd hij professor aan de New Mexico State University, waar hij hielp met de oprichting van de afdeling astronomie. Hij stierf in 1997; een deel van zijn as werd geplaatst in het ruimtevaartuig New Horizons naar Pluto.
de aard van Pluto
met behulp van gegevens van de New Horizons-sonde hebben astronomen de diameter van Pluto gemeten op 2370 kilometer, slechts 60 perent zo groot als onze maan. Uit de diameter en massa vinden we een dichtheid van 1,9 g/cm3, wat suggereert dat Pluto een mengsel is van rotsachtige materialen en waterijs in ongeveer dezelfde proporties als veel manen buiten de planeet.
Delen van het oppervlak van Pluto zijn zeer reflecterend en het spectrum toont de aanwezigheid op het oppervlak van bevroren methaan, koolmonoxide en stikstof. De maximale oppervlaktetemperatuur varieert van ongeveer 50 K wanneer Pluto het verst van de zon staat tot 60 k wanneer het het dichtst bij de zon staat. Zelfs dit kleine verschil is voldoende om een gedeeltelijke sublimatie (gaande van vast naar gas) van het methaan-en stikstofijs te veroorzaken. Dit genereert een atmosfeer als Pluto dicht bij de zon staat, en het bevriest als Pluto verder weg is. Waarnemingen van verre sterren gezien door deze dunne atmosfeer geven aan dat de oppervlaktedruk ongeveer een tienduizendste van die van de aarde is. omdat Pluto een paar graden warmer is dan Triton, is de atmosferische druk ongeveer tien keer groter. Deze atmosfeer bevat verschillende verschillende nevellagen, vermoedelijk veroorzaakt door fotochemische reacties, zoals die in Titan ‘ s atmosfeer (Figuur 4).
Figuur 4: Nevellagen in de atmosfeer van Pluto. Dit is een van de hoogste resolutie foto ‘ s van Pluto, genomen door de New Horizons ruimtevaartuig 15 minuten na de dichtstbijzijnde benadering. Het toont 12 lagen nevel. Let ook op het bereik van bergen met hoogtes tot 3500 meter. (credit: modification of work by NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
het bereiken van Pluto met een ruimtevaartuig was een grote uitdaging, vooral in een tijdperk waarin verminderde NASA budgetten grote, dure missies zoals Galileo en Cassini niet konden ondersteunen. Maar net als Galileo en Cassini, zou een Pluto-missie een nucleair elektrisch systeem nodig hebben dat de warmte van plutonium gebruikt om de energie op te wekken om de instrumenten aan te drijven en ze te laten werken ver van de warmte van de zon. NASA stelde een van de laatste nucleaire generatoren ter beschikking voor een dergelijke missie. Ervan uitgaande dat er een betaalbaar maar zeer capabel ruimteschip kon worden gebouwd, was er nog steeds het probleem om naar Pluto te komen, bijna 5 miljard kilometer van de aarde, zonder decennia te wachten. Het antwoord was om de zwaartekracht van Jupiter te gebruiken om het ruimteschip richting Pluto te slingeren.de lancering van New Horizons in 2006 begon de missie met een hoge snelheid, en de Jupiter flyby slechts een jaar later gaf het de vereiste extra boost. Het ruimtevaartuig New Horizons arriveerde op Pluto in juli 2015, met een relatieve snelheid van 14 kilometer per seconde (of ongeveer 50.000 kilometer per uur). Met deze hoge snelheid werd de hele flyby-reeks samengeperst in slechts één dag. De meeste gegevens die dicht bij elkaar werden opgeslagen, konden pas enkele maanden later naar de aarde worden verzonden, maar toen het eindelijk aankwam, werden astronomen beloond met een schat aan beelden en gegevens.
eerste Close-upweergaven van Pluto
Figuur 5: globaal kleurenbeeld van Pluto. Dit beeld van New Horizons toont duidelijk de verscheidenheid aan terreinen op Pluto. Het donkere gebied linksonder is bedekt met inslagkraters, terwijl het grote lichte gebied in het Midden en rechtsonder een plat bassin is zonder kraters. De kleuren die je ziet zijn enigszins verbeterd om subtiele verschillen naar voren te brengen. (credit: modification of work by NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
Pluto is niet de geologisch dode wereld die velen verwachtten voor zo ‘ n klein object—verre van. De verdeling van het oppervlak in gebieden met verschillende samenstelling en oppervlaktetextuur is duidelijk in de Globale kleurenfoto weergegeven in Figuur 5. De roodachtige kleur is verbeterd in deze afbeelding om verschillen in kleur duidelijker naar voren te brengen. De donkere delen van het oppervlak lijken kraterachtig te zijn, maar ernaast bevindt zich een bijna karakterloos lichtgebied in het kwadrant rechtsonder van dit beeld. De donkere gebieden tonen de kleuren van fotochemische waas of smog vergelijkbaar met die in de atmosfeer van Titan. Het donkere materiaal dat deze oude oppervlakken bevlekt kan afkomstig zijn van Pluto ‘ s atmosferische nevel of van chemische reacties die plaatsvinden aan het oppervlak als gevolg van de werking van zonlicht.
De lichtgebieden in de foto zijn laaglandbekkens. Dit zijn blijkbaar zeeën van bevroren stikstof, misschien vele kilometers diep. Zowel stikstof als methaangas zijn in staat om te ontsnappen uit Pluto wanneer het in het deel van zijn baan dicht bij de zon, maar slechts zeer langzaam, dus er is geen reden dat een enorme kom bevroren stikstof niet zou kunnen bestaan voor een lange tijd.
Figuur 6 toont enkele van de opmerkelijke verscheidenheid aan oppervlaktekenmerken die nieuwe horizonten aan het licht hebben gebracht. Rechts van dit beeld zien we de “kustlijn” van de enorme kom stikstofijs die we zagen als het gladde gebied in Figuur 5. Tijdelijk de bijnaam “Spoetnik vlaktes”, naar het eerste menselijke object dat in de ruimte kwam, is dit Ronde gebied ongeveer duizend kilometer breed en toont intrigerende cellen of polygonen met een gemiddelde breedte van meer dan 30 kilometer. De bergen in het midden zijn grote blokken bevroren waterijs, sommige bereiken een hoogte van 2 tot 3 kilometer.
Figuur 6: diversiteit van het terrein op Pluto. Deze verbeterde kleurweergave van een strook van Pluto ‘ s oppervlak van ongeveer 80 kilometer lang toont een verscheidenheid aan verschillende oppervlaktefuncties. Van links naar rechts doorkruisen we eerst een gebied van “badlands” met een aantal kraters, en dan bewegen we over een breed scala van Bergen gemaakt van waterijs en bedekt met het roder materiaal dat we zagen in de vorige afbeelding. Dan, rechts, komen we bij de” kustlijn “van de grote zee van bevroren stikstof die de missie wetenschappers hebben bijnaam de” Spoetnik vlaktes.”Deze stikstofzee is verdeeld in mysterieuze cellen of segmenten met een doorsnede van vele kilometers. (credit: modification of work by NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)
Figuur 7 toont een andere kijk op de grens tussen verschillende soorten geologie. De breedte van dit beeld is 250 kilometer, en het toont donker, Oud, zwaar kraterig terrein; donker, ongerept terrein met een heuvelachtig oppervlak; glad, geologisch Jong terrein; en een kleine cluster van bergen van meer dan 3000 meter hoog. Op de beste foto ‘ s lijken de lichte gebieden van stikstofijs te hebben gestroomd als gletsjers op aarde, die een deel van het oudere terrein eronder bedekten.
De geïsoleerde bergen in het midden van de gladde stikstofvlakten zijn waarschijnlijk ook gemaakt van waterijs, dat zeer hard is bij de temperaturen op Pluto en kan drijven op bevroren stikstof. Extra bergen, en sommige heuvelachtig terrein dat de missie wetenschappers van slangenhuid herinnerde, zijn zichtbaar in Deel (b) van Figuur 7. Dit zijn voorlopige interpretaties van slechts de eerste gegevens die terugkomen van nieuwe horizonten in 2015 en begin 2016. Naarmate de tijd vordert, zullen wetenschappers een beter begrip hebben van de unieke geologie van Pluto.
Figuur 7: diversiteit van terreinen op Pluto. (A) op deze foto, ongeveer 250 kilometer breed, kunnen we veel verschillende soorten terrein zien. Aan de onderkant zijn oudere, kraterige hooglanden; een v-vormige regio van heuvels zonder kratering wijst naar de onderkant van het beeld. Rondom het V-vormige donkere gebied bevindt zich de gladde, helderdere bevroren stikstofvlakte, die fungeert als gletsjers op aarde. Sommige geïsoleerde bergen, gemaakt van bevroren waterijs, drijven in de stikstof in de buurt van de bovenkant van de foto. (b) deze scène is ongeveer 390 kilometer breed. De afgeronde bergen, heel anders dan die we op aarde kennen, heten Tartarus Dorsa. De patronen, gemaakt van zich herhalende richels met het meer roodachtige terrein ertussen, zijn nog niet begrepen. (krediet a, b: modification of work by NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute)
een snelle blik op Charon
om toe te voegen aan de mysteries van Pluto, tonen we in Figuur 8 een van de beste New Horizons beelden van Pluto ‘ s grote maan Charon. Herinner van eerder dat Charon ongeveer de helft van Pluto ‘ s grootte is (de diameter is ongeveer de grootte van Texas). Charon heeft dezelfde kant naar Pluto, net zoals onze maan dezelfde kant naar de aarde heeft. Het unieke aan het Pluto-Charon-systeem is echter dat Pluto ook zijn gezicht naar Charon houdt. Als twee dansers die elkaar omhelzen, staan deze twee voortdurend tegenover elkaar terwijl ze over de hemelse dansvloer draaien. Astronomen noemen dit een dubbele Sluis.
Figuur 8: Pluto ‘ s grote maan Charon. (A) in deze New Horizons-afbeelding is de kleur verbeterd om de kleur van de vreemde rode poolkap van de maan naar voren te brengen. Charon heeft een diameter van 1214 kilometer, en de resolutie van dit beeld is 3 kilometer. (b) Hier zien we de maan vanuit een iets andere hoek, in ware kleur. De inzet toont een gebied van ongeveer 390 kilometer van boven naar beneden. In de buurt van de linkerbovenhoek is een intrigerende functie – wat lijkt op een berg in het midden van een depressie of gracht. (credit a, b: modification of work by NASA / Jhuapl / SwRI)
wat nieuwe horizonten lieten zien was een andere complexe wereld. Er zijn verspreide kraters in het onderste deel van het beeld, maar veel van de rest van het oppervlak lijkt glad. Door het midden van het beeld loopt een gordel van ruw terrein, inclusief wat tektonische valleien lijken te zijn, alsof sommige krachten Charon uit elkaar probeerden te splitsen. Als afsluiter van dit vreemde beeld is een duidelijk rode poolkap, van onbekende samenstelling. Veel kenmerken van Charon zijn nog niet begrepen, waaronder wat een berg lijkt te zijn in het midden van een laaggelegen gebied.
kernbegrippen en samenvatting
Pluto en Charon zijn door het ruimtevaartuig New Horizons onthuld als twee van de meest fascinerende objecten in het buitenste zonnestelsel. Pluto is klein (een dwergplaneet) maar ook verrassend actief, met contrasterende gebieden van donker kraterachtig terrein, lichtgekleurde bassins van stikstofijs, en bergen van bevroren water die in het stikstofijs kunnen drijven. Zelfs Pluto ‘ s grootste maan Charon toont bewijs van geologische activiteit. Zowel Pluto als Charon blijken veel dynamischer en interessanter te zijn dan men zich voor de New Horizons-missie had kunnen voorstellen.