Patuljasti planet Pluton i njegov sustav od pet mjeseci otprilike su tajanstveni koliko i podzemni svijet antike, koji je nadahnuo njihova imena. U prosjeku oko 3, 7 milijardi milja od Zemlje, Pluton je jedini od prvobitnih devet planeta koje je još uvijek potrebno promatrati iz neposredne blizine - premda će se to promijeniti kada sonda New Horizons sredinom srpnja izvrši prelet. Također ima nepotvrđeni broj mjeseci, što dovodi do komplikacija izračunavanja orbitalnih putanja.
Povezani sadržaj
- Sonda Plutona pronalazi iznenađenja uoči svog bliskog susreta
- William Shatner otmice natječu se da imenuju Plutonski mjesec
"Ako ste ispitali moj znanstveni tim, sasvim sam siguran da bi se većina iznenadila da ne nađe više Mjeseca", kaže Alan Stern, glavni istražitelj misije New Horizons. „Pitanje je hoćemo li pronaći 2, ili 10 ili 20? Ne bih stavio svoje uloge na nulu. "
Novo istraživanje objavljeno ovog tjedna u časopisu Nature pomaže nam da bolje razumijemo orbite Plutona poznatih mjeseci, što zauzvrat može dati tragove mehanici egzoplaneta koji kruže oko zvijezda blizanaca. No, rad također ukazuje na neke nedosljednosti koje sugeriraju da je stvaranje ovih mjeseci još uvijek zagonetka.
Pluton i njegov najveći mjesec, Charon, zatvoreni su u binarnom plesu, koji orbitiraju oko središta mase zbog svog gravitacijskog utjecaja jedni na druge. Četiri druga poznata satelita u ovom sustavu - Styx, Nix, Kerberos i Hydra - također su u orbiti oko zajedničkog središta, a ne samog Plutona. To znači da u svojim skoro-kružnim orbitama imaju čudne titranje, a ponašaju se drugačije od ostalih mjeseci u Sunčevom sustavu.
Ovaj složen orbitalni odnos, zajedno s teškoćama promatranja udaljenog sustava, otežao je shvatiti kako su se formirali Pluton i njegova obitelj. Vodeća teorija je da je, poput divovskog udara koji je stvorio Zemljin mjesec, Charon rođen kad se veliki objekt razbio u Pluton tijekom nasilnog stvaranja Sunčevog sustava, a ostali mali mjeseci nakupljeni od ostataka ostataka.
Slike iz New Horizona snimljene u travnju prikazuju kako Pluton i Charon kruže oko zajedničkog središta mase. (Animirani gif od NASA / Sveučilišta Johns Hopkins Laboratorija za primijenjenu fiziku / Jugozapadni istraživački institut) „Još nas zbunjuje način formiranja sustava“, kaže koautor studije Mark Showalter, viši znanstvenik na Institutu za traženje izvanzemaljske inteligencije (SETI). "Mislim da svi vjeruju da se u nekom trenutku daleke prošlosti veliki objekt srušio u" proto-Pluton "i mjesečevi su nastali iz oblaka krhotina. Međutim, nakon tog trenutka u priči detalji postaju vrlo škakljivi. "
Sada, analiza podataka prikupljenih iz svemirskog teleskopa Hubble nakon otkrića Kerberosa i Styxa sugerira da je Styx zatvoren u orbitalnu rezonancu s Nixom i Hydrom, podupirući teoriju utjecaja. Orbitalna rezonanca je kada više tijela vrši redoviti, periodični gravitacijski utjecaj jedni na druge, tako da kompletiraju svoje orbite u predvidljivom obrascu. Najpoznatiji primjer je Laplasova rezonanca Jupiterovih tri mjeseca, Io, Europa i Ganymede, koji imaju orbitalnu rezonancu 1: 2: 4. To znači da Io orbitira Jupiterom četiri puta za svaku rotaciju Ganymedeja, dok Europa orbitira dva puta u tom istom vremenu.
Matematički modeli Showaltera pokazuju da su rezonancije svih pet Plutonskih mjeseci mogle biti zaključane u odnosu 1: 3: 4: 5: 6 nakon utjecaja Charona, što je vrlo blizu trenutnom omjeru orbitalnih razdoblja Plutonskih mjeseci. Ova teorija također objašnjava preostalu rezonancu Styxa, Nixa i Hydra. No, tu je i komplicirajući faktor: ostala tijela u sustavu Plutona ubacuju kaos u inače stabilnu konfiguraciju tih mjeseci.
Čini se da su Styx, Nix i Hydra većinu vremena zaključani u rezonanci, ali Nix i Hydra su povremeno bačeni u kaos i teško je utvrditi uzrok. Kaotične orbite nastaju kada se osovina rotacije ne-sferičnog objekta značajno njiše, sprječavajući ga da padne u sinkronu orbitu. Na primjer, Saturnov "spužvasti" mjesec Hyperion kaotično se rotira, a astronomi vjeruju da je njegovo gibanje gibanje uzrokovano Hyperionovom orbitalnom rezonancom 3: 4 s većim mjesecom Titanom. No, novi fotometrijski i dinamički modeli koje pokreće Showalter sugeriraju da se binarni sustav poput Plutona i Charona može također uzrokovati kaotično okretanje nesferičnih luna, pa čak i s kaotičnim orbitama Nixa i Hydra, scenarij utjecaja i dalje izgleda uvjerljiv.
Hubble slika iz 2012. hvata Plutona s njegovih pet poznatih mjeseci. (NASA, ESA i M. Showalter (Institut SETI)) Kerberos, međutim, baca glavni ključ u teoriju udara. Na temelju podataka promatranja iz Hubblea, Nix i Hydra izgledaju kao sjajni predmeti, slično Charonu. Ali Kerberos se čini mnogo mračnijim. S masom koja je otprilike jedna trećina mase Nixa i Hydra, Kerberos reflektira samo oko 5 posto toliko sunčeve svjetlosti. Ako bi Pluton manje mjesečine nastao od nakupljenog materijala jednog većeg sudara, tada bi imali izravan odnos između veličine i svjetline. Čini se da je heterogeni satelitski sustav, poput Plutona, još uvijek zagonetka.
"Ovo je istraživanje pomalo nalik arheologiji", kaže Showalter. "Upravo smo pronašli nekoliko komada drevne keramike, ali još ne znamo kako se zajedno slažu."
Leteći Pluton sustav New Horizons 14. srpnja pomoći će odgovoriti na mnoga pitanja postavljena u Nature prirodi . Instrumenti na New Horizonsu moći će utvrditi je li Kerberos uistinu tamniji od ostalih mjeseci, a oni će izvršiti točna mjerenja oblika svih Plutonskih mjeseci. Možda najzanimljivije, leteći će otkriti postoje li neki drugi mjesečevi ili prstenovi koji utječu na složenu orbitalnu mehaniku sustava Plutona.
"Svaki planetarni sustav ima priču o formiranju", objašnjava Showalter. „Razumijevanje njihove povijesti pomaže nam da razumijemo druge vrste astrofizičkih diskova, uključujući galaksije i egzoplanetarne sustave. Mnogo je poznatih "kružnih planeta" koji orbitiraju oko dvije zvijezde umjesto jedne - misli Luke Skywalker pri zalasku sunca na Tatooine. Mislim da nam sustav Pluton pokazuje nove detalje o radu ovih mnogo većih dinamičkih sustava. "
