Astronomie

obiective de învățare

până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

• comparați caracteristicile orbitale ale lui Pluto cu cele ale planetelor
• descrieți informații despre suprafața lui Pluto deduse din imaginile New Horizons
• rețineți câteva caracteristici distinctive ale lunii mari a lui Pluto Charon

Figura 1: mișcarea lui Pluto. Porțiuni din cele două fotografii prin care Clyde Tombaugh a descoperit Pluto în 1930. Cel din stânga a fost luat pe 23 ianuarie, iar cel din dreapta pe 29 ianuarie. Rețineți că Pluto, indicat de o săgeată, s-a mutat printre stele în acele șase nopți. Dacă nu am fi pus o săgeată lângă ea, totuși, probabil că nu ați fi văzut niciodată punctul care s-a mișcat. (credit: deși descoperirea lui Pluto părea inițial o justificare a teoriei gravitaționale similară cu triumful anterior al lui Adams și Le Verrier în prezicerea poziției lui Neptun, acum știm că calculele lui Lowell au fost greșite. Când masa și dimensiunea sa au fost măsurate în cele din urmă, s-a constatat că Pluto nu ar fi putut exercita nicio atracție măsurabilă nici pe Uranus, nici pe Neptun. Astronomii sunt acum convinși că micile anomalii raportate în mișcările lui Uranus nu sunt și nu au fost niciodată reale.

Din momentul descoperirii sale, a fost clar că Pluto nu era un gigant ca celelalte patru planete exterioare ale sistemului solar. Pentru o lungă perioadă de timp, s-a crezut că masa lui Pluto era similară cu cea a Pământului, astfel încât a fost clasificată ca a cincea planetă terestră, cumva deplasată în partea exterioară a sistemului solar. Cu toate acestea, au existat și alte anomalii, deoarece orbita lui Pluto era mai excentrică și înclinată spre planul sistemului nostru solar decât cea a oricărei alte planete. Numai după descoperirea lunii sale Charon în 1978, masa lui Pluto a putut fi măsurată și sa dovedit a fi mult mai mică decât masa Pământului.

Figura 2: compararea dimensiunilor lui Pluto și a lunii sale Charon cu Pământul. Acest grafic arată în mod viu cât de mic Pluto este relativ la o planetă terestră precum pământul. Aceasta este principala justificare pentru plasarea lui Pluto în clasa planetelor pitice, mai degrabă decât a planetelor terestre. (credit: modificarea muncii de către NASA)

În plus față de Charon, Pluto are patru luni mici. Observațiile ulterioare ale lui Charon au arătat că această lună se află pe o orbită retrogradă și are un diametru de aproximativ 1200 de kilometri, mai mult de jumătate din dimensiunea lui Pluto însuși (Figura 2). Acest lucru face ca Charon să fie luna a cărei dimensiune este cea mai mare fracțiune a planetei sale mamă. Am putea chiar să ne gândim la Pluto și Charon ca la o lume dublă. Văzut de pe Pluto, Charon ar fi la fel de mare ca opt luni pline pe Pământ.pentru mulți astronomi, Pluto părea un văr ciudat despre care toată lumea speră că nu va apărea la următoarea reuniune de familie. Nici calea sa în jurul Soarelui, nici dimensiunea sa nu seamănă nici cu planetele uriașe, nici cu planetele terestre. În anii 1990, astronomii au început să descopere obiecte mici suplimentare în sistemul solar exterior, arătând că Pluto nu era unic. Vom discuta aceste obiecte trans-Neptuniene mai târziu cu alte corpuri mici, în capitolul despre comete și asteroizi: resturi ale Sistemului Solar. Unul dintre ei (numit Eris) are aproape aceeași dimensiune ca Pluto, iar altul (Makemake) este substanțial mai mic. A devenit clar pentru astronomi că Pluto era atât de diferit de celelalte planete încât avea nevoie de o nouă clasificare. Prin urmare, a fost numită planetă pitică, adică o planetă mult mai mică decât planetele terestre. Acum știm despre multe obiecte mici din vecinătatea lui Pluto și am clasificat mai multe ca planete pitice.o istorie similară a fost asociată cu descoperirea asteroizilor. Când primul asteroid (Ceres) a fost descoperit la începutul secolului al XIX-lea, a fost salutat ca o nouă planetă. În anii următori, însă, au fost găsite alte obiecte cu orbite similare cu Ceres. Astronomii au decis că acestea nu ar trebui considerate toate planete, așa că au inventat o nouă clasă de obiecte, numite planete minore sau asteroizi. Astăzi, Ceres este numită și planetă pitică. Atât planetele minore, cât și planetele pitice fac parte dintr-o centură întreagă sau zone de obiecte similare (așa cum vom discuta în comete și asteroizi: resturi ale Sistemului Solar).

deci, Pluto este o planetă? Răspunsul nostru este da, dar este o planetă pitică, în mod clar nu în aceeași ligă cu cele opt planete majore (patru giganți și patru terestre). În timp ce unii oameni au fost supărați când Pluto a fost reclasificat, am putea sublinia că un copac pitic este încă un tip de copac și (după cum vom vedea) o galaxie pitică este încă un tip de galaxie.

Clyde Tombaugh: de la fermă la faimă

Clyde Tombaugh a descoperit Pluto când avea 24 de ani, iar poziția sa de asistent de personal la Observatorul Lowell a fost primul său loc de muncă plătit. Tombaugh se născuse la o fermă din Illinois, dar când avea 16 ani, familia sa s-a mutat în Kansas. Acolo, cu încurajarea unchiului său, a observat cerul printr-un telescop pe care familia îl comandase din catalogul Sears. Tombaugh a construit mai târziu un telescop mai mare pe cont propriu și și-a dedicat nopțile (când nu era prea obosit de la munca agricolă) pentru a face schițe detaliate ale planetelor (Figura 3).

în 1928, după ce o furtună de grindină a distrus recolta, Tombaugh a decis că are nevoie de un loc de muncă pentru a-și întreține familia. Deși avea doar o educație liceală, s-a gândit să devină constructor de telescoape. El și-a trimis schițele planetei la Observatorul Lowell, căutând sfaturi despre dacă o astfel de alegere a carierei a fost realistă. Printr-o minunată întorsătură a soartei, interogarea sa a sosit tocmai când astronomii Lowell și-au dat seama că o căutare reînnoită a unei a noua planete ar necesita un observator foarte răbdător și dedicat.plăcile fotografice mari (bucăți de sticlă cu emulsie fotografică pe ele) pe care Tombaugh a fost angajat să le ia noaptea și să le caute în timpul zilei conțineau în medie aproximativ 160.000 de imagini stelare fiecare. Cum să găsești Pluto printre ei? Tehnica a implicat realizarea a două fotografii la aproximativ o săptămână distanță. În acea săptămână, o planetă se mișca puțin, în timp ce stelele rămâneau în același loc unul față de celălalt. Un nou instrument numit „comparator de clipire” ar putea alterna rapid cele două imagini într-un ocular. Stelele, fiind în aceeași poziție pe cele două plăci, nu ar părea să se schimbe, deoarece cele două imagini au fost „clipite.”Dar un obiect în mișcare pare să se miște înainte și înapoi în timp ce plăcile erau alternate.după ce a examinat mai mult de 2 milioane de stele (și multe alarme false), Tombaugh și-a găsit planeta pe 18 februarie 1930. Astronomii de la observator i-au verificat cu atenție rezultatele, iar descoperirea a fost anunțată pe 13 martie, cea de-a 149-a aniversare a descoperirii lui Uranus. Felicitări și cereri de interviuri turnate din întreaga lume. Vizitatorii au coborât pe observator în scoruri, dorind să vadă locul în care a fost descoperită prima planetă nouă în aproape un secol, precum și persoana care a descoperit-o.în 1932, Tombaugh și-a luat concediu de la Lowell, unde a continuat să caute și să clipească, pentru a obține o diplomă de facultate. În cele din urmă, a obținut o diplomă de master în astronomie și a predat navigația pentru marină în timpul celui de-al doilea război mondial. în 1955, după ce a lucrat la dezvoltarea unui telescop de urmărire a rachetelor, a devenit profesor la Universitatea de Stat din New Mexico, unde a ajutat la înființarea Departamentului de astronomie. A murit în 1997; o parte din cenușa sa a fost plasată în interiorul navei spațiale New Horizons către Pluto.

natura lui Pluto

folosind datele de la sonda New Horizons, astronomii au măsurat diametrul lui Pluto ca 2370 kilometri, doar 60 perent la fel de mare ca Luna noastră. Din diametru și masă, găsim o densitate de 1,9 g/cm3, sugerând că Pluto este un amestec de materiale stâncoase și gheață de apă în aproximativ aceleași proporții ca multe luni ale planetei exterioare.părți ale suprafeței lui Pluto sunt foarte reflectorizante, iar spectrul său demonstrează prezența pe suprafața sa a metanului înghețat, a monoxidului de carbon și a azotului. Temperatura maximă a suprafeței variază de la aproximativ 50 K când Pluto este cel mai îndepărtat de soare până la 60 K când este cel mai apropiat. Chiar și această mică diferență este suficientă pentru a provoca o sublimare parțială (trecând de la solid la gaz) a gheții de metan și azot. Aceasta generează o atmosferă când Pluto este aproape de soare și îngheață când Pluto este mai departe. Observațiile stelelor îndepărtate văzute prin această atmosferă subțire indică faptul că presiunea de suprafață este de aproximativ zece mii de pământ. deoarece Pluto este cu câteva grade mai cald decât Triton, presiunea atmosferică este de aproximativ zece ori mai mare. Această atmosferă conține mai multe straturi distincte de ceață, probabil cauzate de reacții fotochimice, cum ar fi cele din atmosfera lui Titan (Figura 4).

Figura 4: straturi de ceață în atmosfera lui Pluto. Aceasta este una dintre fotografiile cu cea mai înaltă rezoluție a lui Pluto, realizată de nava spațială New Horizons la 15 minute după cea mai apropiată apropiere. Arată 12 straturi de ceață. Rețineți, de asemenea, gama de munți cu înălțimi de până la 3500 de metri. (credit: modificarea lucrărilor NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

atingerea lui Pluto cu o navă spațială a fost o provocare majoră, mai ales într-o epocă în care bugetele reduse ale NASA nu puteau susține misiuni mari și costisitoare precum Galileo și Cassini. Cu toate acestea, la fel ca Galileo și Cassini, o misiune Pluto ar necesita un sistem electric nuclear care să folosească căldura din plutoniu pentru a genera energia pentru a alimenta instrumentele și a le menține departe de căldura soarelui. NASA a pus la dispoziție unul dintre ultimii generatori nucleari pentru o astfel de misiune. Presupunând că ar putea fi construită o navă spațială accesibilă, dar extrem de capabilă, a existat încă problema de a ajunge la Pluto, la aproape 5 miliarde de kilometri de pământ, fără a aștepta decenii. Răspunsul a fost să folosească gravitația lui Jupiter pentru a arunca nava spațială spre Pluto.

lansarea din 2006 a New Horizons a început misiunea cu o viteză mare, iar zborul Jupiter doar un an mai târziu i-a dat impulsul suplimentar necesar. Nava spațială New Horizons a ajuns la Pluto în iulie 2015, călătorind cu o viteză relativă de 14 kilometri pe secundă (sau aproximativ 50.000 de kilometri pe oră). Cu această viteză mare, întreaga secvență de zbor a fost comprimată într-o singură zi. Majoritatea datelor înregistrate în apropierea celei mai apropiate abordări nu au putut fi transmise pe Pământ decât după multe luni, dar când au ajuns în cele din urmă, astronomii au fost răsplătiți cu o comoară de imagini și date.

primele imagini de aproape ale lui Pluto

Figura 5: imagine Color globală a lui Pluto. Această imagine New Horizons arată clar varietatea terenurilor de pe Pluto. Zona întunecată din stânga jos este acoperită cu cratere de impact, în timp ce zona mare de lumină din centru și din dreapta jos este un bazin plat lipsit de cratere. Culorile pe care le vedeți sunt oarecum îmbunătățite pentru a scoate în evidență diferențe subtile. (credit: modificarea lucrărilor NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Pluto nu este lumea moartă din punct de vedere geologic pe care mulți au anticipat—o pentru un obiect atât de mic-departe de el. Împărțirea suprafeței în zone cu compoziție și textură de suprafață diferite este evidentă în fotografia color globală prezentată în Figura 5. Culoarea roșiatică este îmbunătățită în această imagine pentru a scoate mai clar diferențele de culoare. Părțile mai întunecate ale suprafeței par a fi craterate, dar adiacente acestora este o zonă de lumină aproape lipsită de caracteristici în cadranul din dreapta jos al acestei imagini. Zonele întunecate prezintă culorile opacității fotochimice sau ale smogului similare cu cele din atmosfera lui Titan. Materialul întunecat care pătează aceste suprafețe vechi ar putea proveni din ceața atmosferică a lui Pluto sau din reacțiile chimice care au loc la suprafață datorită acțiunii soarelui.

zonele luminoase din fotografie sunt bazine joase. Acestea sunt aparent mări de azot înghețat, poate mulți kilometri adâncime. Atât azotul, cât și gazul metan sunt capabili să scape de Pluto atunci când se află în partea orbitei sale aproape de soare, dar numai foarte încet, deci nu există niciun motiv pentru care un vas vast de azot înghețat nu ar putea persista mult timp.

Figura 6 prezintă o varietate remarcabilă de caracteristici de suprafață Noi Orizonturi revelate. În dreapta acestei imagini vedem „țărmul” vastului vas de gheață cu azot pe care l-am văzut ca regiunea netedă din Figura 5. Poreclit temporar „câmpiile Sputnik”, după primul obiect uman care a intrat în spațiu, această regiune rotundă are o lățime de aproximativ o mie de kilometri și prezintă celule sau poligoane interesante care au o lățime medie de peste 30 de kilometri. Munții din mijloc sunt blocuri mari de gheață de apă înghețată, unele atingând înălțimi de 2 până la 3 kilometri.

Figura 6: diversitatea terenului pe Pluto. Această vedere color îmbunătățită a unei benzi de suprafață a lui Pluto, lungă de aproximativ 80 de kilometri, arată o varietate de caracteristici diferite ale suprafeței. De la stânga la dreapta, traversăm mai întâi o regiune de „badlands” cu niște cratere care arată, apoi ne deplasăm pe o gamă largă de munți din gheață de apă și acoperiți cu materialul mai roșu pe care l-am văzut în imaginea anterioară. Apoi, la dreapta, ajungem la” țărmul „Marii mari de azot înghețat pe care oamenii de știință ai misiunii au poreclit-o „câmpiile Sputnik”.”Această mare de azot este împărțită în celule misterioase sau segmente care au mulți kilometri. (credit: modificarea lucrărilor NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Figura 7 prezintă o altă viziune asupra graniței dintre diferitele tipuri de Geologie. Lățimea acestei imagini este de 250 de kilometri și prezintă un teren întunecat, vechi, puternic craterat; teren întunecat, neîngrădit, cu o suprafață deluroasă; teren neted, geologic tânăr; și un mic grup de munți cu o înălțime de peste 3000 de metri. În cele mai bune imagini, zonele luminoase ale gheții cu azot par să fi curs la fel ca ghețarii de pe pământ, acoperind o parte din terenul mai vechi de sub ele.

Munții izolați din mijlocul câmpiilor netede de azot sunt probabil făcuți și din gheață de apă, care este foarte dură la temperaturile de pe Pluto și poate pluti pe azot înghețat. Munți suplimentari și un teren deluros care le-a amintit oamenilor de știință ai misiunii de piele de șarpe, sunt vizibile în partea (b) din Figura 7. Acestea sunt interpretări preliminare doar din primele date care revin din New Horizons în 2015 și la începutul anului 2016. Odată cu trecerea timpului, oamenii de știință vor înțelege mai bine geologia unică a lui Pluto.

Figura 7: Diversitatea terenurilor de pe Pluto. (a) în această fotografie, de aproximativ 250 de kilometri, putem vedea multe tipuri diferite de teren. În partea de jos sunt mai vechi, cratered highlands; o regiune în formă de V de dealuri fără cratere puncte spre partea de jos a imaginii. În jurul regiunii întunecate în formă de V se află Câmpia netedă și mai strălucitoare a azotului înghețat, acționând ca ghețarii de pe Pământ. Unii munți izolați, din gheață de apă înghețată, plutesc în azotul din partea de sus a imaginii. (b) această scenă are aproximativ 390 de kilometri. Munții rotunzi, destul de diferiți de cei pe care îi cunoaștem pe Pământ, se numesc Tartarus Dorsa. Modelele, realizate din creste repetate cu terenul mai roșiatic între ele, nu sunt încă înțelese. (credit a, b: de lucru de către NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute)

o privire rapidă la Charon

pentru a adăuga la misterele lui Pluto, vom arăta în Figura 8 una dintre cele mai bune imagini New Horizons de mare luna lui Pluto Charon. Amintiți-vă de mai devreme că Charon are aproximativ jumătate din dimensiunea lui Pluto (diametrul său este de aproximativ dimensiunea Texasului). Charon păstrează aceeași parte față de Pluto, la fel cum Luna noastră păstrează aceeași parte față de pământ. Cu toate acestea, ceea ce este unic la sistemul Pluto-Charon este că Pluto își păstrează aceeași față față de Charon. La fel ca doi dansatori care se îmbrățișează, acești doi se confruntă constant în timp ce se învârt pe ringul de dans ceresc. Astronomii numesc acest lucru o blocare dublă a mareelor.

figura 8: Luna mare a lui Pluto, Charon. (a) în această imagine New Horizons, culoarea a fost îmbunătățită pentru a scoate în evidență culoarea ciudatului capac polar roșu al lunii. Charon are un diametru de 1214 kilometri, iar rezoluția acestei imagini este de 3 kilometri. (B) aici vedem luna dintr-un unghi ușor diferit, în culoarea adevărată. Inserția prezintă o zonă de aproximativ 390 de kilometri de sus în jos. În partea stângă sus este o caracteristică interesantă—ceea ce pare a fi un munte în mijlocul unei depresiuni sau șanțuri. (credit a, b: modificarea lucrărilor NASA / JHUAPL / SwRI)

ceea ce New Horizons a arătat a fost o altă lume complexă. Există cratere împrăștiate în partea inferioară a imaginii, dar o mare parte din restul suprafeței pare netedă. Traversarea Centrului imaginii este o centură de teren accidentat, inclusiv ceea ce par a fi văi tectonice, ca și cum unele forțe ar fi încercat să-l despartă pe Charon. Topping de pe această imagine ciudată este un capac polar distinct roșu, de compoziție necunoscută. Multe caracteristici de pe Charon nu sunt încă înțelese, inclusiv ceea ce pare a fi un munte în mijlocul unei regiuni cu altitudine mică.