Plútó

Plútó er að mestu leyti úr blöndu íss og bergs. Hann er að meðaltali í um 5,9 milljarða km fjarlægð frá sólinni og er 248 ár að ganga í kringum hana.. Plútó fannst árið 1930 og var þá talinn til reikistjarnanna. Árið 2006 var skilgreiningu hans breytt í dvergreikistjörnu þar

Plútó hefur fimm tungl: Karon, Styx, Nix, Kerberos og Hýdra. Massamiðja Plútós og Karons liggur fyrir utan Plútó.

Eitt geimfar hefur heimsótt Plútó. Hinn 14. júlí 2015 flaug New Horizons geimfar NASA framhjá Plútó og tunglum hans og gjörbylti þekkingu okkar á þessum fjarlægu hnöttum.

1. Uppgötvun

Eftir að Neptúnus fannst árið 1846 komu í ljós að truflanir á braut reikistjörnunnar sem voru of miklar til að aðeins Úranus gæti valdið þeim. Menn hófu því fljótt leit að „Reikistjörnunni X“ en hún bar engan árangur.

Útreikningar sýna að það er í raun engin óútskýrð truflun á braut Neptúnusar og það er því ekkert skrítið að engin reikistjarna fannst á þeim stað sem stjörnufræðingarnir William Pickering, Percival Lowell og fleiri höfðu spáð fyrir um. Samt hélt leitin áfram, aðallega í Lowell-stjörnustöðinni í Flagstaff í Arizona í Bandaríkjunum.

Fyrir andlát sitt árið 1916 hafði Lowell búið þannig um hnútana að stjörnumyndavél með 33 cm ljósopi var sérsmíðuð á sjónaukann í Flagstaff fyrir leitina að Reikistjörnunni X. Eftir nokkra seinkun var smíði hennar loks lokið árið 1929 og komið fyrir á Lowell-sjónaukanum. Þetta ár réði stjórnandi stjörnustöðvarinnar, Vesto Slipher, ungan stjörnuáhugamann að nafni Clyde Tombaugh (1906-1997) - sem þá var aðeins 22 ára - sérstaklega til að leita að reikistjörnunni.

Myndirnar sem Clyde Tombaugh tók þegar hann uppgötvaði Plútó.

Verkefni Tombaugh var að ljósmynda kerfisbundið ákveðin svæði á himninum á tveggja vikna fresti, grannskoða myndirnar og kanna hvort eitthvað fyrirbæri á ljósmyndaplötunum hefði færst úr stað miðað við fastastjörnurnar.

Leit hans bar loks árangur 18. febrúar 1930 þegar Tombaugh fann Plútó í Tvíburamerkinu á myndum sem teknar höfðu verið 23. og 29. janúar það ár. Reikistjarnan var afar dauf af 15. birtustigi, sem hægt og rólega breytti um staðsetningu meðal fastastjarnanna í bakgrunni. Hún var þúsund sinnum daufari en daufustu stjörnurnar sem sjást með berum augum og 250 sinnum daufari en Neptúnus þegar best lætur. Þegar Tombaugh hafði staðfest eiginhreyfingu hnattarins, gekk hann inn á skrifstofu Sliphers og sagði: „Doktor Slipher, ég hef fundið Reikistjörnuna X.“

1.1 Nafn

Plútó (1592) eftir Agostino Carracci með Kerberos við hlið sér. Mynd: Wikimedia Commons

Þann 13. mars 1930, 149 árum eftir að Úranus fannst, tilkynntu stjörnufræðingar um uppgötvun níundu reikistjörnu sólkerfisins. Fréttin vakti mikla athygli um allan heim og barst Lowell stjörnustöðinni mikill fjöldi tillagna á nafni á nýju reikistjörnuna.

Stungið var upp á mörgum nöfnum, t.d. Atlas, Zymal, Artemis, Perseus, Vúlkan, Tantalus, Idana og Krónus. New York Times stakk upp á nafninu Mínerva, fréttamenn lögðu til Ósíris, Bakkus, Apollo og Erebus. Ekkja Lowells stakk upp á Seifi en snerist síðar hugur og stakk þá upp á Constance. Margir töldu réttast að nefna reikistjörnuna Lowell en starfsfólkið í Flagstaff, þar sem Plútó fannst, stungu upp á Krónus og Mínerva.

Hinn 25. maí árið 1930 var reikistjarnan síðan loks nefnd Plútó eftir uppástungu 11 ára skólastúlku frá Oxford á Englandi, Venetiu Burney að nafni, í takt við hinar reikistjörnurnar sem allar voru nefndar eftir rómverskum guðum. Einnig þótti vel til fundið að upphafsstafirnir, PL, eru einnig skammstöfun á nafni Percival Lowell.

Hundurinn Plútó er nefndur eftir dvergreikistjörnunni Plútó.

Plútó er þess vegna ekki nefndur eftir hundinum hans Mikka eins og margir halda. Sá góði hundur kom fyrst fram í teiknimyndinni „The Chain Gang“ árið 1930 - sama ár og plánetan fannst. Disney hundurinn Plútó hlaut nafnið sitt ári síðar, svo meiri líkur eru á að hundurinn hafi hlotið nafn reikistjörnunnar, enda var hún sífellt í fréttum á þeim tíma. 

Árið 1941 var geislavirka frumefnið plútóníum nefnt eftir Plútó. Þar með var þeirri hefð viðhaldið að nefna ný frumefni eftir nýfundnum reikistjörnum í kjölfar úraníums, sem nefnt er eftir Úranusi, og neptúníum sem nefnt er eftir Neptúnusi.

1.2 Goðafræði

Í goðafræði rómverja var Plútó guð undirheima og samsvaraði Hadesi í grískum trúarbrögðum. Plútó var sonur Satúrnusar og bróðir Júpíters og dæmdi þá látnu eftir að ferjumaðurinn Karon flutti þá niður með ánni Styx til undirheimanna. Kona Plútós hét Prosperína (Persefóna hjá Grikkjum) sem hann rændi og tók með sér til undirheima.

Hindúar og Búddistar kalla Plútó Yama eftir verndara helvítis í trúarbrögðum sínum.

1.3 Efasemdir um Plánetu X

Fljótlega eftir að Plútó fannst urðu menn efins um að Plútó væri í raun Plánetan X sem Lowell hafði spáð fyrir um. Plútó var bæði afar daufur og agnarsmár að sjá í gegnum sjónauka. Því var erfitt að áætla massa hans með einhverri vissu.

Stjörnufræðingar reyndu að áætla massa Plútós út frá ætluðum áhrifum hans á Neptúnus og Úranus. Áætlun Lowells gerði ráð fyrir að reikistjarnan væri sjö sinnum massameiri en Jörðin en eftir að Plútó fannst var talið að hann væri álíka massamikill og Jörðin.

Þegar fylgitunglið Karon fannst árið 1978 gátu stjörnufræðingar fyrst reiknað massa Plútós með nokkurri vissu. Plútó reyndist aðeins um 2% af massa Jarðar, alltof smár til að geta haft áhrif á braut Úranusar.

Eftir flug Voyager 2 framhjá Neptúnusi voru gögn frá geimfarinu notuð til að reikna út massa Neptúnusar. Massinn reyndist 0,5% minni en áður var talið, eða sem nemur massa Mars. Fyrir vikið var ljóst að þyngdaráhrif Úranusar á Neptúnus voru minni en talið hafði verið og engin þörf á Plánetu X.

2. Flokkun

Stjörnufræðingar komust fljótt að því að Plútó er talsvert frábrugðinn hinum átta. Hann er til dæmis mun minni en reikistjörnurnar (minni en tunglið okkar!) og á braut sem er mun sporöskjulagaðri en annarra, það er að segja að brautin hefur meiri miðskekkju eins og það heitir á máli stærðfræðinnar. Reyndar var Plútó lengi talinn stærri en hann er í raun og veru allt þar til tunglið Karon fannst.

Vegna þess að Plútó er svo ólíkur fyrri reikistjörnum sólkerfisins töldu margir stjörnufræðingar að ekki ætti að telja hann til þeirra. Ekki var þó til nein sérstök vísindaleg skilgreining á „reikistjörnu“ svo að erfitt var að meta eða rökræða hvort Plútó ætti heima í hópi þeirra.

Frá árinu 1992 hafa stjörnufræðingar fundið fjölda smáhnatta á svipuðum slóðum og Plútó, sumir álíka stórir og Plútó, sem sýndu að hann tilheyrir í raun hópi íshnatta í Kuipersbeltinu. Menn efuðust um að skilgreina ætti Plútó sem reikistjörnu; hann væri heldur konungur Kuipersbeltisins og svipta ætti hann reikistjörnutigninni. Fyrir því voru fordæmi: Á fyrri hluta 19. aldar voru Ceres, Palls, Juno og Vesta taldar reikistjörnur en þegar sífellt fleiri smástirni fundust voru þau skilgreind sem smástirni.

Hinn 29. júlí 2005 tilkynntu stjörnufræðingar við Caltech um uppgötvun á útstirninu Erisi. Eris var mun massameiri en Plútó og var í fyrstu einnig talin stærri en Plútó að þvermáli. Meðal stjörnufræðinga voru skiptar skoðanir á því hvernig flokka ætti þennan nýfundna hnött, og skiptust menn í tvo hópa. Sumir vildu kalla Eris tíundu reikistjörnu sólkerfisins af þeirri einföldu ástæðu að hann er stærri en Plútó, en aðrir vildu svipta Plútó reikistjörnutitlinum og fækka þeim niður í átta. Þessar deilur voru illleysanlegar þar sem engin skilgreining á reikistjörnu lá fyrir.

2.1 Dvergreikistjarna

Til tíðinda dró á 26. þingi Alþjóðasambands stjarnfræðinga (e. International Astronomical Union) sem haldið var í Prag í Tékklandi hinn 24. ágúst 2006. Til undirbúnings hafði verið skipuð sérstök nefnd um málið á vegum sambandsins og lagði hún fram tillögu um skilgreiningu á reikistjörnum. Samkvæmt henni hefðu þrír hnettir bæst strax í hóp þeirra níu reikistjarna sem þegar voru þekktar. Þetta voru Ceres, sem þangað til hafði verið talinn til smástirna, Karon sem fylgitungl Plútós og útstirnið Eris. Hefði sú tillaga hlotið náð fyrir augum stjörnufræðinga hefði reikistjörnum sólkerfisins fjölgað úr níu í tólf og fjöldinn ef til vill náð hundraði ef ekki þúsundum innan nokkurra ára.

Tillagan var felld og ný skilgreining samin í staðinn. Sú skilgreining batt enda á 76 ára vist Plútós í þeim hópi sem menn kalla reikistjörnur. Samkvæmt henni verður himinhnöttur að uppfylla þrjú skilyrði til að geta talist reikistjarna:

Hann verður að vera á braut um sólina, hafa nægilegan þyngdarkraft til að vera því sem næst hnattlaga og hafa fjarlægt allt efni í næsta nágrenni við braut sína.

Plútó er ekki ráðandi fyrirbæri á braut sinni um sólina og deilir henni með öðrum sambærilegum fyrirbærum. Plútó uppfyllir því ekki þriðja skilyrðið og telst ekki lengur reikistjarna. Þar af leiðandi eru nú taldar átta reikistjörnur í sólkerfi okkar: Merkúríus, Venus, jörðin, Mars, Júpíter, Satúrnus, Úranus og Neptúnus. Skilgreiningin er þannig úr garði gerð að ólíklegt er að reikistjörnurnar verði nokkurn tímann fleiri en átta.

Plútó ekki lengur í hópi reikistjarna.

Á þingi Alþjóðasambands stjarnfræðinga var einnig samþykkt að skilgreina nýjan flokk svokallaðra dvergreikistjarna (e. dwarf planets). Til þess að teljast dvergreikistjarna þarf fyrirbæri aðeins að uppfylla tvö af þessum þremur skilyrðum: Það verður að vera á braut um sólina og því sem næst hnöttótt. Auk þess má dvergreikistjarna hvorki vera reikistjarna né tungl.

Plútó uppfyllir þessi skilyrði og telst því dvergreikistjarna eða dvergpláneta. Hinn 13. desember 2006 fékk Plútó skráarheiti í samræmi við breytta flokkun sem smáhnöttur: (134340) Plútó.

Ákvörðunin var og er enn mjög umdeild.

3. Sporbraut

Umferðartími Plútós um sólina er 248 jarðarár. Sporbrautin hallar um 17 gráður miðað við sólbauginn, öfugt við brautir reikistjarnanna sem allar eru á sólbaugnum.

Sporbraut Plútós sker sporbraut Neptúnusar. Það þýðir að í sólnánd er Plútó fyrir innan braut Neptúnusar og því nær sólinni en hann. Plútó fór seinast inn fyrir braut Neptúnusar hinn 21. janúar 1979 og var næst sólu 5. september 1989. Tæplega tíu árum síðar eða 11. febrúar 1999 fór Plútó aftur út fyrir braut Neptúnusar og verður fjær sólu en Neptúnus þar til í september 2226.

Þótt brautir Neptúnusar og Plútó skerist, er engin hætta á árekstri milli þeirra. Brautirnar eru einfaldlega of ólíkar. Í hvert sinn sem Neptúnus fer þrjá hringi um sólina fer Plútó tvo. Hnettir í Kuipersbeltinu með samskonar brautarherma (2:3) eru kallaðir plútínóar. Í raun kemst Plútó aldrei nær Neptúnusi en 17 stjarnfræðieiningar, sem er um það bil 2,5 milljarðar km.

Á Plútó er sólin um 1500 sinnum daufari en á Jörðinni að meðaltali. Þrátt fyrir það er sólin frá Plútó séð samt um 250 sinnum bjartari en fullt tungl er frá Jörðu séð. Á Plútó er því álíka bjart eins og við sólsetur á Jörðinni.

Á himninum yfir Plútó væri sólin að meðaltali aðeins 2,6% (1/39) af stærð sinni frá Jörðu séð. Frá Plútó væri sólin því enn áberandi björt og stór stjarna.

4. Stærð

Myndir frá New Horizons geimfarinu sýna að Plútó er 2372 km í þvermál eða 18,5% af þvermáli Jarðar. Plútó er því stærsti þekkti hnötturinn í Kuipersbeltinu en samt sem áður mun minni en Máninn. Ef Jörðin væri fótbolti, þá væri Plútó á stærð við golfkúlu í samanburði. Þyngdarhröðunin á yfirborðinu er 0,063G sem þýðir að 100 kg maður væri aðeins um 6 kg á Plútó.

Samanburður á stærð Jarðar, Plútós og Karons. Plútó er aðeins 18,5% af þvermáli Jarðar en Karon er 9,5% af þvermáli hennar. Mynd: NASA

5. Innviðir

Út frá stærð og massa má reikna að eðlismassi Plútós er 1,860 g/cm3. Það þýðir að Plútó er 50-75% blanda bergs og íss.

Talið er að innst sé nokkuð stór bergkjarni, jafnvel 70% af þvermáli Plútós eða í kringum 1700 km í þvermál, en utan um hann sé möttull og skorpa úr vatnsís.

Hugsanlegt er að á mörkum möttuls og kjarna sé 100 til 180 km þykkt lag úr vatni sem helst fljótandi fyrir tilverknað hita frá hrörnun geislavirkra efna.

6. Yfirborð

Vísindamenn við Johns Hopkins háskóla í Bandaríkjunum hafa búið til flókin efnasambönd sem kallast Þólín, sem gætu verið ástæða þess að Plútó er rauðbrúnn á litinn. Mynd: Chao He, Xinting Yu, Sydney Riemer og Sarah Hörst, Johns Hopkins University

Yfirborð Plútós er 98% úr niturís en restin er metan og kolmónoxíð. Yfirborðið er mjög misbjart og misleitt en stjörnufræðingar hafa lengi vitað að Plútó er rauðleitur eða rauðbrúnn svo minnir á ferskjulit. Liturinn er ekki ósvipaður litbrigðum Mars en ástæðan er gerólík. Mars fær sinn rauðbrúna lit frá járnoxíði eða ryði úr járnríku berginu. Rauðbrúni litur Plútós er sennilegast kominn til af flóknum kolefnasamböndum.

Vísindamenn hafa lengi talið að rauðbrúnu efnin verði til þegar geimgeislar og tiltekinn bylgjulengd eða litur af útfjólubláu ljósi frá sólinni, sem kallast Lyman-alfa geislun, örva metangas (CH⁴) í lofthjúpi Plútós sem hrindir af stað efnahvörfum og myndar flókin kolefnasambönd sem kallast Þólín. Þólínið fellur síðan sem snjór niður á yfirborðið.

Mælingar sem gerðar voru með Alice mælitækinu í New Horizons sýna að sterk Lyman-alfa geislun berst til Plútós úr öllum áttum. Það þýðir að þetta þólínmyndunarferli á sér líka stað á næturhliðinni, þar sem sólin skín ekki dögum saman, og á veturna, þegar sólin er undir sjóndeildarhring áratugum saman. Plútó roðnar því nokkuð jafnt og þétt alls staðar

Þólin hafa fundist á öðrum hnöttum í ytra sólkerfinu, þar á meðal á Títan og Tríton, stærstu tunglum Satúrnusar og Neptúnusar. Þólín hafa líka verið framleidd í tilraunastofum þar sem líkt er eftir lofthjúpum þessara fjarlægu hnatta.

Litbrigði Plútós séð með augum New Horizons geimfarsins. Búið er að blanda saman bláum, rauðum og innrauðum myndum. Stóra ljósa svæðið er kallað Spútnik Planum en þar er efnið blanda nituríss, kolmónoxíðíss og metaníss. Rauðbrúni liturinn kemur frá kolefnasamböndum. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

6.1 Íssléttur, vatnsísfjöll og niturjöklar

Mörk fjallendis al-Idrisi fjallanna og Sputnik Planum sléttunar. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Yfirborð Plútós er mjög fjölbreytt og mjög misgamalt. Talning á gígum sýnir að sum svæðin eru ævaforn og hafa sennilega lítið breyst í 4 milljarða ára á meðan önnur svæði hafa breyst á síðustu 10 milljónum ára.

Yngsta svæðið, víðáttumikil ísslétta sem kallast Sputnik Planum vinstra megin í „hjarta“ Plútós (svæði sem kallast Tombaugh Regio), virðist alveg laust við árekstragíga. Sléttan er úr reikulli ísum eins og nitri og kolmónoxíði en vatnsísskorpan. Á sléttunni sést frosttiglamynstur þar sem ísinn hefur þiðnað og frosið til skiptis.

Milli Sputnik Planum og d0kkleita svæðisins Cthulu Regio eru Hillary Montes og Norgay Montes fjöllin sem eru 1600-3400 metra há. Þau eru að öllum líkindum úr vatnsís en við hitastigið á Plútó er vatnsís eini ísinn sem er nógu sterkur til að viðhalda svo háum fjöllum.

Á sléttunni eru ennfremur sárafáir gígar en nærmyndirnar sýna skriðjökla úr nitri sem ganga niður úr Hillary Montes og Norgay Montes fjöllunum á Sputnik Planum. Á Plútó virðist því vera niturhringrás ekki ósvipuð hringrás vatns á Jörðinni: Nitur gufar upp af yfirborðinu og myndar ský í lofthjúpnum sem síðan falla sem snjór og bæta á jöklana. Jöklarnir skríða fram á sléttuna þar sem ferlið hefst á ný.

Ísfjöll og íssléttur Plútós. Myndin sýnir svæði sem er 530 km á breidd. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

6.2 Hugsanleg íseldfjöll

Sunnan við Sputnik Planum hafa fundist tvö hugsanleg íseldfjöll kölluð Wright Mons og Piccard Mons. Bæði fjöllin eru meira en nokkrir tugir km í þvermál og að minnsta kosti 4 km há. Í kringum þau eru afar fáir gígar en á tindi þeirra er áberandi lægð og hlíðarnar þýfðar, hugsanlega vegna „hrauna“. Ef um er að ræða íseldfjöll, þá gjósa þau ekki glóandi hrauni heldur kaldri, krapkenndri blöndu af vatnsís, nitri, ammóníaki eða metani.

Wright Montes, sunnan við Sputnik Planum á Plútó, er um 160 km breitt og 4 km hátt ísfjall. Í miðju þess er hringlaga dæld sem minnir a´eldgíg og í hlíðum þess er þýfið landslag sem minnir á hraunbreiður. Hugsanlegt er að Wright Montes sé fjall sem gjósi krapi, blöndu vatnsís, ammóníaki og metani. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

6.3 Örnefni

Ekki er búið að samþykkja örnefnin sem vísindamenn við New Horizons leiðangurinn hafa gefið landslagsmyndunum á Plútó. Örnefnin koma úr ýmsum áttum, bæði goðafræði, raunheimum og skálddskap.

Cthulu Regio, dökka svæðið við hlið Sputnik Planum, er nefnt eftir guði úr skáldsögu eftir bandaríska rithöfundinn H. P. Lovecraft.

Tombaugh Regio, hjartað á Plútó, er nefnt eftir Clyde Tombaugh, stjörnufræðingnum sem fann Plútó árið 1930.

Sputnik Planum, vinstri- eða vesturhluti Tombaugh Regio, er nefnt eftir fyrsta gervitunglinu, Spútnik. Við suðvesturhorn Sputnik Planum eru Hillary Montes og Norgay Montes, nefnd eftir Edmund Hillary og sherpanum Tenzing Norgay sem klifur Everestfjall fyrstir manna 29. maí 1953.

Óformleg örnefni á Plútó. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

7. Lofthjúpur

Lofthjúpur Plútós er bláleitur vegna nitursins og metansins í honum, en einnig vegna mistursins sem. Mynd NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Árið 1988 gekk Plútó fyrir stjörnu í bakgrunni (kallað stjörnumyrkvi, e. occultation) og kom þá í ljós að hann hafði lofthjúp. Birta stjörnunnar minnkaði ekki snögglega þegar Plútó myrkvaði hana, eins og búast mætti við ef enginn væri lofthjúpurinn, heldur dvínaði smám saman, sem var augljóst merki þess að Plútó hafði lofthjúp.

Lofthjúpurinn er úr nitri (N₂), metani (CH₄) og kolmónoxíði (CO). Hann er örþunnur en á á yfirborðinu er þrýstingurinn milli 6,5 til 24 míkróbör eða milljón til hundrað þúsund sinnum minni en við sjávarmál á Jörðinni. Meðalhitastigið á yfirborðinu er aðeins –235°C.

Sporbraut Plútós um sólina hefur áhrif á lofthjúpinn. Þegar Plútó er við sólnánd hitnar hrímlagið og gufar að einhverju leyti upp. Þá myndast örþunnur lofthjúpur sem síðan frýs aftur eftir þegar Plútó fjarlægist sólu og snjóar þá lofthjúpurinn á yfirborðið. Þannig ætti lofthjúpurinn að vera frosinn að mestu leyti þegar Plútó er hvað fjærst sólu.

Árið 2002 myrkvaði Plútó aftur stjörnu frá Jörðu séð. Mælingar stjörnufræðinga sýndu að loftþrýstingurinn við yfirborðið var örlítið hærri en árið 1988, þrátt fyrir að Plútó væri lengra frá sólu þá en fjórtán árum fyrr og hefði samkvæmt öllu átt að vera örlítið þynnri. Ein hugsanleg skýring á þessu er sú að árið 1987 brá sólin birtu á norðurpól Plútós í fyrsta sinn í 120 ár. Það gæti hafa valdið því að nitur gufaði upp og þykkti lofthjúpinn.

Myndir og mælingar New Horizons geimfarsins sýndu hins vegar að lofthjúpur Plútós hafði þynnst töluvert frá árinu 2002. Mælingar New Horizons sýndu ennfremur að lofthjúpurinn var allt að 300 km þykkur.

Á myndum New Horizons sáust nokkur misturlög í lofthjúpnum sem náðu allt að 130 km hæð. Líkön benda til þess að mistrið myndist þegar útfjólublátt ljós frá sólinni klýfur metangas. Þegar metanið brotnar niður geta aðrar gastegundir úr kolvetnissamböndum myndast, t.d. etýlen og kolvetnisgas (C₂H₂), einnig þekkt sem logsuðugas, sem geimfarið fann líka á Plútó. Þegar þessi kolvetnissambönd falla niður í neðri og kaldari hluta lofthjúpsins þéttast þau sem ísagnir og mynda misturlög. Útfjólubláa ljósið breytir mistrinu í þólín, dökkrauðleit kolvetnissambönd sem gefa Plútó rauðbrúnan lit.

Mistrið í lofthjúpi Plútós sést vel á þessari mynd sem tekin var 15 mínútum eftir að New Horizons flaug næst Plútó hinn 14. júlí 2015. Mynd: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

8. Fylgitungl

Plútó, Karon, Nix, Styx, Kerberos og Hýdra á mynd frá Hubble geimsjónaukanum

Umhverfis Plútó ganga fimm fylgitungl: Karon, sem er stærst og fannst árið 1978; Nix og Hýdra sem fundust árið 2005; Kerberos sem fannst í júlí 2011 og Styx sem fannst árið 2012. Öll tunglin fimm eru á því sem næst hringlaga brautum um Plútó og í miðbaugsfleti hans (brautarhallinn miðað við miðbaug er innan við 1 gráða).

Möndulsnúningar smátunglanna fjögurra eru harla óvenjulegir. Möndulsnúningur næstum allra tungla sólkerfisins er bundinn, þ.e. tunglin snúa ætíð sömu hliðinni að reikistjörnunni, rétt eins og Máninn. Þannig er möndulsnúningur Karons bundinn, þ.e. hann snýr alltaf sömu hliðinni að Plútó. Möndulsnúningar Styx, Nix, Kerberos og Hýdra eru hins vegar óreglulegir og óbundnir. Það þýðir að athugandi sem stæði á Plútó sæi ekki sömu hlið tunglanna milli nátta. Athugandi sem stæði á tunglunum sjálfum upplifði ennfremur mislanga daga, þar sem engir tveir dagar eru nákvæmlega jafn langir.

Óreglulega hreyfingu tunglanna má rekja til Plútós og Karons. Vegna stærðar Karons snúast Plútó og Karon um sameiginlega massamiðju sem liggur milli hnattanna tveggja. Umferðartími Plútós og Karons um massamiðjuna er sömuleiðis hraður, svo þyngdartogið sem litlu tunglin verða fyrir breytist stöðugt.

Öll tunglin þau mjög björt (endurvarpa að minnsta kosti 60% sólarljóssins), sem er harla óvenjulegt fyrir hnetti í Kuipersbeltinu. Hugsanlegt er að öll smátunglin fjögur hafi orðið til við samruna tveggja eða fleiri minni hnatta sem þýðir að Plútó gæti hafa haft fleiri tungl upphaflega. Allt bendir þetta til þess að tunglakerfi Plútós hafi orðið til við árekstur stórs hnattar snemma í sögunni.

Tungl Plútó

8.1 Karon

Aðalgrein: Karon

Karon, stærsta fylgitungl Plútós. Mynd: NASA/JHUAPL/SwRI

Karon er stærsta fylgitungl Plútós og eitt stærsta tungl sólkerfisins miðað við stærð móðurhnattarins. Munurinn á hnöttunum tveimur er raunar svo lítill að margir stjörnufræðingar kalla tvíeykið tvíreikistjörnu. Þvermál Karons er 50% af þvermáli Plútós og er hann átta sinnum massaminni.

Karon fannst fyrir slysni í júní 1978 þegar stjörnufræðingarnir James Christy og Robert Harrington (báðir við stjörnustöð bandaríska sjóhersins) voru að rannsaka ljósmyndir af Plútó í von um að bæta þekkingu okkar á braut þessa fjarlægar hnattar.

Karon er í aðeins 19.640 km fjarlægð frá Plútó, samanborið við 384.000 km meðalfjarlægð milli Jarðar og tunglsins. Snúningur Karons umhverfis Plútó er bundinn sem þýðir að sama hlið beggja hnatta snýr ætíð að hvor annarri. Þetta þýðir að snúningstíma beggja hnatta og umferðartími Karons er 6 dagar, 9 klukkustundir og 17 mínútur eða 6,387 dagar.

Geimfari á yfirborði Plútós sæi Karon aðeins frá annarri hlið reikistjörnunni en aldrei hinni sama hversu lengi hann beði eftir því. Á þeirri hlið Plútó sem snýr að Karon er tunglið sjö sinnum stærra á himninum en tunglið okkar séð frá jörðinni (þótt það sé miklu minna er það mun nær). Þar að auki svifi Karon alltaf á sama stað, hreyfingarlaus á himninum án þess að rísa hvorki né setjast, en ganga engu að síður í gegnum kvartilaskipti á 6,4 dögum. Hinum megin á Plútó rís tunglið aldrei yfir sjóndeildarhringinn.

Frá Plútó séð er Karon sjö sinnum stærri á himninum en Máninn okkar. Þrátt fyrir að vera upplýst af sól sem er þúsund sinnum daufari en frá Jörðu séð, er Karon aðeins fimm sinnum daufari en fullt tungl vegna nálægðar við Plútó og íssins á yfirborðinu.

Plútó og Karon snúast um sameiginlega massamiðju á rúmlega 6 dögum.

8.2 Nix og Hýdra

Aðalgrein: Nix og Hýdra

Hinn 31. október 2005 tilkynntu stjörnufræðingar um fund á tveimur agnarsmáum tunglum á sveimi um Plútó. Þessi tungl voru til bráðabirgða kölluð S/2005 P1 og S/2005 P2 en árið 2006 voru þau nefnd Nix og Hýdra.

Tunglin fundust á myndum sem teknar voru með Hubblessjónaukanum 15. og 18. maí árið 2005. Bæði eru álíka stór eða um 40 km á breidd. Nix er örlítið rauðleitari en Hýdra.

8.3 Kerberos

Aðalgrein: Kerberos

Hinn 20. júlí 2011 tilkynntu stjörnufræðingar að fundist hefði áður óþekkt fylgitungl við Plútó. Það er aðeins 12 km í þvermál og gengur um Plútó milli brauta Nix og Hýdru. Það fannst á myndum sem teknar voru með Hubble geimsjónaukanum 28. júní 2011 og var staðfest á myndum sem teknar voru 3. júlí og 18. júlí. Það hafði ekki sést á eldri myndum Hubbles því lýsingartíminn var skemmri (sjá frétt ).

Í júlí 2013 var tunglinu gefið nafnið Kerberos eftir þríhöfða hundinum sem gætti inngangsins að heimi Hadesar. Hann hleypti öllum inn en engum út.

8.4 Styx

Aðalgrein: Styx

Þann 11. júlí 2012 tilkynntu stjörnufræðingar að nýtt tungl hefði fundist við Plútó á myndum Hubblessjónauka NASA og ESA. Tunglið er óreglulegt að lögun og aðeins 5 x 7 km á breidd (sjá frétt).

Í júlí 2013 var tunglinu gefið nafnið Styx eftir fljótinu sem rann niður í undirheima.

Karon og smátungl Plútós: Styx, Nix, Kerberos og Hýdra. Mynd: NASA/JHUAPL/SwRI

9. Rannsóknir

Myndir Hubble geimsjónaukans af Plútó frá árinu 1999.

Sökum mikillar fjarlægðar er mjög erfitt að rannsaka yfirborð Plútós, jafnvel með Hubblessjónaukanum og stærstu sjónaukum heims. Snemma tókst mönnum þó að mæla snúningstíma hans (lengd dagsins) og möndulhallann. Þegar fylgitungl Plútó, Karon, fannst árið 1978 jókst þekking okkar til muna því þá var loks hægt að mæla massa Plútós út frá umferðartíma og fjarlægð Karons (með Keplerslögmálunum).

Svo heppilega vildi til að fljótlega eftir uppgötvun Karons, urðu stjörnufræðingar vitni að uppröðun tvíeykisins sem gerist aðeins á 124 ára fresti. Frá febrúarmánuði 1985 til 1990 lá kerfið á rönd frá jörðu séð, sem gerði stjörnufræðingum kleift að fylgjast með reglulegum myrkvum á hnöttunum. Plútó myrkvaði Karon á sex daga fresti og öfugt. Fyrstu myrkvarnir urðu við norðurpólssvæðin en síðari myrkvar við miðbaugssvæðin og svo loks suðurpólssvæðin.

Plútó og Karon meðal þrístirna. Mynd: ESO

Mælingar á 100 stjörnumyrkvum (þegar Plútó gekk fyrir fastastjörnur í bakgrunni) gerðu mönnu stjörnufræðingar að því að þvermál Plútó var um 2300 km og þvermál Karons 1190 km eða rétt rúmur helmingur af stærð Plútós. Meðalfjarlægðin milli hnattanna er aðeins 19.640 km eða næstum átta sinnum þvermál Plútós. Fjarlægðin milli þeirra og umferðartíminn var svo nýtt til útreikninga á massa Plútós sem er 1,3 x 1022. Þetta er næstum sjöfaldur massi Karons en aðeins 0,0021 jarðarmassar eða einn fimmti af massa tunglsins.

Þegar myrkvatímabilið stóð yfir voru gerðar birtumælingar á yfirborðinu. Í ljós kom að yfirborðið er tiltölulega bjart og endurvarpar um 60% sólarljóssins. Hitastigið á yfirborðinu er þar af leiðandi lágt, aðeims um -230°C að degi til þegar best lætur.

Hátt endurvarp benti til þess að yfirborðið væri tiltölulega ungt, því gamall ís er sjaldan þetta bjartur, vegna þess að ryklag sest ofan á hann með tímanum. Þetta var staðfest þegar New Horizons flaug framhjá Plútó í júlí árið 2015.

Kort frá Hubble geimsjónaukanum af Plútó sem voru þau bestu sem til voru áður en New Horizons geimfarið flaug framhjá. Mynd: NASA, ESA, og M. Buie (Southwest Research Institute)

Í febrúar 2010 birti NASA ný kort af Plútó sem voru endurunnar ljósmyndir Hubble geimsjónaukans frá árunum 2002 og 2003. Þegar þau voru borin saman við eldri kort, sem gerð voru árið 1994, sást að yfirborð Plútós hafði breyst umtalsvert og ört.

Kortin sýndu að norðurhvelið hafði orðið ljósara árin á undan á meðan suðurpóllinn dökknaði. Á sama tíma virðist sem yfirborðið í heild hafi orðið rauðara. Kortin líkjast mjög því hvernig við greinum tunglið okkar með berum augum frá jörðinni. Með berum augum sjáum við dökk og ljós svæði á tunglinu en greinum engin smáatriði í landslaginu. Kort Hubblessjónaukans voru of ónákvæm til þess að hægt væri að átta sig á jarðfræði Plútós en nógu nákvæm til að sýna okkur að dvergreikistjarnan var dílóttur hnöttur með ljósu, rauðleitu og biksvörtu landslagi.

9.1 New Horizons

Aðalgrein: New Horizons

Stefna New Horizons framhjá Plútó 14. júlí 2015.

Kort Hubblessjónaukans voru hin nákvæmustu sem til voru af Plútó áður en New Horizons geimfar NASA flaug framhjá honum og tunglunum fimm árið 2015. Kortin reyndust vísindamönnum leiðangursins ómetanleg. Með þeim var hægt að skipuleggja framhjáflug geimfarsins en New Horizons ferðast svo hratt framhjá Plútó að aðeins önnur hlið hans var ljósmynduð í mestu mögulegu upplausn, svo mikilvægt er að velja hvor hliðin er áhugaverðari.

Með kortunum gátu vísindamenn líka reiknað út réttan lýsingartíma fyrir ljósmyndirnar. Við framhjáflugið var New Horizons svo langt frá Jörðinni að skilaboð frá geimfarinu voru næstum sex klukkustundir að berast til jarðar. Þess vegna var ómögulegt að ljósmynda sömu svæði tvisvar, ef svo óheppilega vildi til að fyrri myndin misheppnaðist. Þess vegna er mikilvægt ljósmyndir geimfarsins yrðu hvorki undir- eða yfirlýstar.

New Horizons var skotið á loft í janúar árið 2006. Eftir rúmlega níu ára ferðalag, hinn 14. júlí 2015, flaug geimfarið framhjá Plútó og tunglum hans og bylti um leið þekkingu okkar á þessum fjarlægu hnöttum. Geimfarið stefnir nú hratt út úr sólkerfinu. Í janúar árið 2019 heimsækir geimfarið annan hnött í Kuipersbeltinu.

New Horizons Pluto flyby

New Horizons Pluto flyby from Bjorn Jonsson on Vimeo.

10. Plútó á stjörnuhimninum

Sýndarbirtustig Plútós er að meðaltali +15,1. Til að sjá hann þarf sjónauka með að minnsta kosti 12 tommu (30 cm) ljósopi. Þá birtist hann eins og hver önnur stjarna án nokkurrar sjáanlegrar skífu því hornstærðin eer aðeins 0,11 bogasekúndur.

Plútó er sem stendur í stjörnumerkinu Bogmanninum og sést því mjög illa frá Íslandi. Árið 2024 færist hann yfir í Steingeitina og liggur þá örlítið betur við athugun frá Íslandi.

Tengt efni

• Karon
• Nix
• Hýdra
• Kerberos
• Styx
• New Horizons

Tenglar

• Myndasafn NASA af Plútó
• Fréttir af Plútó og New Horizons á mbl.is

Heimildir

1. Tombaugh, Clyde W. (1946). „The Search for the Ninth Planet, Pluto“. Astronomical Society of the Pacific Leaflets 5: 73–80
2. „IAU 2006 General Assembly: Resolutions 5 and 6“ (PDF). IAU. 24. ágúst, 2006.
3. „IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes". International Astronomical Union (News Release – IAU0603). 24. ágúst, 2006.
4. Eris er tvíburi Plútós — Stærð dvergreikistjörnunnar fjarlægu mæld nákvæmlega við stjörnumyrkva. ESO.org
5. How Big is Pluto? New Horizons Settles Decades-Long Debate. NASA.gov.
6. Astronomers Measure Mass of Largest Dwarf Planet. Hubblesite.org
7. Phil Plait. BAFact math: How bright is the Sun from Pluto? Discover Magazine.com
8. Phil Plait. BAFact math: How big does the Sun look from Pluto? Discover Magazine.com
9. The Lower atmosphere of Pluto revealed. ESO.org
10. New Horizons Finds Blue Skies and Water Ice on Pluto. New Horizons: NASA's Mission to Pluto
11. Hvers vegna er Plútó rauðbrúnn á litinn? Stjörnufræði.is
12. Alexandra Witze. Vibrant Pluto stuns scientists: Mission seeking clues to early Solar System finds a world made anew. Nature.com
13. Alexandra Witze. Nitrogen glaciers flow in Pluto: Data from New Horizons mission also reveal a hazy atmosphere that is growing colder and thinner. Nature.com
14. Eric Hand. Ice volcanoes spotted on Pluto, suggest internal heat source. Sciencemag.org
15. New Horizons Returns the First of Its Very Best Images of Pluto — Stunning New Animation Reveals Pluto as Never Seen Before. New Horizons: NASA's Mission to Pluto
16. At Pluto, New Horizons Finds Geology of All Ages, Possible Ice Volcanoes, Insight into Planetary Origins. New Horizons: NASA's Mission to Pluto.
17. Double Planet Meets Triple Star - High-Resolution VLT Image of Pluto Event on July 20, 2002. ESO.org
18. Hubble fylgist með óreglulegum dansi tungla Plútós. Stjörnufræði.is
19. Pluto's Big Moon Charon Reveals a Colorful and Violent History. NASA.gov
20. Emily Lakdawalla. DPS 2015: Pluto's small moons Styx, Nix, Kerberos and Hydra. Planetary.org
21. NASA's Hubble Reveals Possible New Moons Around Pluto. Hubblesite.org
22. Hubblessjónaukinn finnur áður óþekkt tungl við Plútó. Stjörnufræði.is
23. Buie, Marc W.; Grundy, William M.; Young, Eliot F.; et al. (2006). „Orbits and photometry of Pluto's satellites: Charon, S/2005 P1, and S/2005 P2“. Astronomical Journal 132 (1): 290.
24. Hubble finnur nýtt tungl við Plútó. Stjörnufræði.is
25. Last of Pluto's Moons — Mysterious Kerberos — Revealed by New Horizons. NASA.gov
26. Hubble Portrait of the "Double Planet" Pluto & Charon. Hubblesite.org
27. New Hubble Maps of Pluto Show Surface Changes. Hubblesite.org
28. Hubble Reveals Surface of Pluto for First Time. Hubblesite.org

– Sævar Helgi Bragason