Pritrdilni planet Pluton in njegov sistem petih lun sta približno tako skrivnostna kot podzemlje antike, ki je navdihnila njihova imena. Pluton je od Zemlje od povprečno približno 3, 7 milijarde milj edini od prvotnih devetih planetov, ki jih je še treba opaziti v bližini - čeprav se bo to spremenilo, ko bo sonda New Horizons sredi julija opravila prelet. Ima tudi nepotrjeno število lun, kar še povečuje zaplete pri izračunu orbitalnih usmeritev.
Sorodne vsebine
- Sonda Pluton pred bližnjim srečanjem najde presenečenja
- Williama Shatnerja ugrabitelji tekmujejo za poimenovanje Lune Plutona
"Če bi vprašali mojo znanstveno skupino, sem prepričan, da bi bila večina presenečena, da ne bi našli več lune, " pravi Alan Stern, glavni preiskovalec misije New Horizons. „Vprašanje je, ali bomo našli 2, ali 10 ali 20? Stave ne bi postavil na nič. "
Nova študija, objavljena ta teden v reviji Nature, nam pomaga bolje razumeti orbite znanih lunic Plutona, kar lahko v nadaljevanju ponudi namige o mehaniki eksoplanetov, ki krožijo po dvojnih zvezdah. Toda delo kaže tudi na nekatere nedoslednosti, ki nakazujejo, da je nastanek teh lune še vedno zagonetka.
Pluton in njegova največja luna, Charon, sta zapletena v binarni ples, ki kroži v skupnem središču mase zaradi svojega gravitacijskega vpliva drug na drugega. Štirje drugi znani sateliti v tem sistemu - Styx, Nix, Kerberos in Hydra - prav tako krožijo namesto Plutona. To pomeni, da imajo v skoraj krožni orbiti čudne nihanje in se obnašajo drugače kot druge lune v osončju.
Zaradi tega zapletenega orbitalnega odnosa, skupaj s težavo opazovanja oddaljenega sistema, je bilo težko ugotoviti, kako sta se oblikovala Pluton in njegova družina. Vodilna teorija je, da se je Charon, podobno velikanskemu udarcu, ki je nastal na Zemljini luni, rodil, ko se je med nasilnim tvorjenjem osončja v Pluton razbil velik predmet, druge majhne lune pa so se izločile iz ostankov ostankov.
Slike iz New Horizons, ki so jih posneli aprila, prikazujejo Plutona in Charona, ki krožijo okoli skupnega središča mase. (Gif Animacije NASA / Johns Hopkins University Laboratorij za uporabno fiziko / Southwest Research Institute) "Še vedno nas čaka, kako se je sistem oblikoval, " pravi soavtor študije Mark Showalter, višji znanstvenik na področju raziskovanja zunajzemeljske inteligence (SETI). "Mislim, da vsi verjamejo, da se je nekdaj v daljni preteklosti velik objekt zaletel v" proto-Pluton "in lune so nastale iz oblaka naplavin. Vendar pa so po tej točki zgodbe podrobnosti zelo skrite. "
Zdaj analiza podatkov, zbranih s vesoljskim teleskopom Hubble po odkritjih Kerberosa in Styxa, kaže, da je Styx zaprt v orbitalno resonanco z Nixom in Hydra, kar podpira teorijo udarcev. Orbitalna resonanca je takrat, ko več teles izvajajo redne, periodične gravitacijske vplive drug na drugega, tako da svoje orbite zaključijo v predvidljivem vzorcu. Najbolj znan primer je Laplasova resonanca Jupitrovih treh lun, Io, Europa in Ganymede, ki imajo orbitalno resonanco 1: 2: 4. To pomeni, da Io kroži po Jupitru štirikrat za vsako rotacijo Ganymedeja, medtem ko Europa v isti čas kroži dvakrat.
Matematični modeli Showalterja kažejo, da bi se resonance vseh petih lutk Plutona po vplivu Charona lahko zaklepale v razmerje 1: 3: 4: 5: 6, kar je zelo blizu trenutnemu razmerju orbitalnih obdobij Plutonovih lun. Ta teorija tudi pojasnjuje preostalo resonanco Styxa, Nixa in Hydra. Vendar obstaja zapleteni dejavnik: ostala telesa v sistemu Plutona vbrizgajo kaos v sicer stabilno konfiguracijo teh lun.
Zdi se, da so Styx, Nix in Hydra večino časa zaprti v resonanci, vendar sta Nix in Hydra občasno vržena v kaos in težko je bilo ugotoviti vzrok. Kaotične orbite se pojavijo, ko se os vrtenja ne-sferičnega predmeta znatno spremeni in prepreči, da bi padel v sinhrono orbito. Saturnova "goba" luna Hyperion se na primer vrti kaotično in astronomi verjamejo, da njegovo gibanje povzroča hiperionova orbitalna resonanca 3: 4 z večjo luno Titan. Toda novi fotometrijski in dinamični modeli, ki jih vodi Showalter, kažejo, da lahko tudi binarni sistem, kot sta Pluton in Charon, povzroči kaotično vrtenje nesferičnih lun, tako da se tudi pri kaotičnih orbitah Nixa in Hydra scenarij udarca še vedno zdi verjeten.
Slika Hubble iz leta 2012 zajame Plutona s svojimi petimi znanimi lunami. (NASA, ESA in M. Showalter (inštitut SETI)) Kerberos pa vrže glavni ključ v teorijo udarcev. Glede na podatke opazovanja iz Hubbleja se zdi, da sta Nix in Hydra svetla predmeta, podobna Charonu. Toda Kerberos se zdi veliko temnejši. Ker ima približno tretjino mase Nixa in Hydra, Kerberos odseva le približno 5 odstotkov toliko sončne svetlobe. Če bi manjše lune Plutona nastale iz sestavljenega materiala enega samega večjega trka, bi imele neposreden odnos med velikostjo in svetlostjo. Zdi se, da je heterogeni satelitski sistem, kakršen je Pluton, še vedno enigma.
"Ta raziskava je nekoliko podobna arheologiji, " pravi Showalter. "Pravkar smo odkopali nekaj kosov starodavne lončarije, vendar še ne vemo, kako se skupaj ujemajo."
Letenje novega obzorja sistema Pluton 14. julija bo pomagalo odgovoriti na številna vprašanja v naravi . Instrumenti na New Horizonsu bodo lahko ugotovili, ali je Kerberos resnično temnejši od ostalih lun, in natančno bodo merili oblike vseh Plutovih lun. Mogoče najbolj vznemirljivo bo letalo razkrilo, ali obstajajo še kakšne lune ali prstani, ki vplivajo na zapleteno orbitalno mehaniko sistema Plutona.
"Vsak planetni sistem mora povedati zgodbo o tvorbi, " pojasni Showalter. »Razumevanje njihove zgodovine nam pomaga razumeti druge vrste astrofizičnih diskov, vključno z galaksijami in eksoplanetarnimi sistemi. Obstaja veliko znanih "obmejnih planetov", ki krožijo okoli dveh zvezd namesto ene - pomisli Luke Skywalker ob sončnem zahodu na Tatooine. Mislim, da nam sistem Pluton prikazuje nove podrobnosti o delovanju teh veliko večjih dinamičnih sistemov. "
