Pluto -Pluto

Pluto ⯓bzw♇
Pluto in True Color - High-Res.jpg
Nördliche Hemisphäre von Pluto in Echtfarben, aufgenommen von der NASA- Sonde New Horizons im Jahr 2015
Entdeckung
Entdeckt von Clyde W. Tombaugh
Fundort Lowell-Observatorium
Entdeckungsdatum 18. Februar 1930
Bezeichnungen
Bezeichnung
(134340) Pluto
Aussprache / ˈ p l t / ( zuhören )
Benannt nach
Pluto
Adjektive Plutonisch / p l ˈ t n ich ə n /
Orbitale Eigenschaften
Epoche J2000
Frühester Vorbezugstermin _ 20. August 1909
Aphel
Perihel
Exzentrizität 0,2488
366,73 Tage
Durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit
4,743 km/s
14,53  Grad
Neigung
110.299°
113.834°
Bekannte Satelliten 5
Physikalische Eigenschaften
Maße 2.376,6 ± 1,6 km (Beobachtungen im Einklang mit einer Kugel, vorhergesagte Abweichungen zu klein, um beobachtet zu werden)
Mittlerer Radius
Abflachung <1%
Volumen
Masse
Mittlere Dichte
1,854 ± 0,006 g/ cm³
1,212  km/s
Äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit
47,18 km/h
122,53 ° (zur Umlaufbahn)
Rektaszension am Nordpol
132,993°
Deklination des Nordpols
–6,163°
Albedo 0,52 geometrisch
0,72 Bindung
Oberflächentemp . Mindest bedeuten max
Kelvin 33K 44 K (–229 °C) 55K
13,65 bis 16,3
(Mittelwert ist 15,1)
−0,7
0,06″ bis 0,11″
Atmosphäre
Oberflächendruck _
1,0 Pa (2015)
Zusammensetzung nach Volumen Stickstoff , Methan , Kohlenmonoxid
Pluto im Größenvergleich mit Erde und Mond

Pluto ( Kleinplanetenbezeichnung : 134340 Pluto ) ist ein Zwergplanet im Kuipergürtel , einem Körperring jenseits der Neptunbahn . 1930 war es das erste Objekt, das im Kuipergürtel entdeckt wurde, als es zum neunten Planeten von der Sonne erklärt wurde. Beginnend in den 1990er Jahren, nach der Entdeckung mehrerer Objekte ähnlicher Größe im Kuipergürtel, einschließlich des Zwergplaneten Eris und der Streuscheibe , wurde Plutos Status als Planet in Frage gestellt. Im Jahr 2006 hat die Internationale Astronomische Union (IAU) den Begriff Planet offiziell neu definiert und Pluto als Zwergplaneten neu klassifiziert .

Pluto ist das neuntgrößte und zehntgrößte bekannte Objekt, das die Sonne direkt umkreist . Es ist das größte bekannte transneptunische Objekt nach Volumen, aber weniger massiv als Eris . Wie andere Kuipergürtel-Objekte besteht Pluto hauptsächlich aus Eis und Gestein und ist relativ klein. Im Vergleich zum Erdmond hat Pluto nur ein Sechstel der Masse und ein Drittel des Volumens.

Pluto hat eine mäßig exzentrische und geneigte Umlaufbahn, die von 30 bis 49 astronomischen Einheiten (4,5 bis 7,3  Milliarden Kilometer ; 2,8 bis 4,6 Milliarden Meilen ) von der Sonne reicht. Licht von der Sonne braucht 5,5 Stunden, um Pluto in seiner durchschnittlichen Entfernung (39,5 AE [5,91 Milliarden km; 3,67 Milliarden Meilen]) zu erreichen. Plutos exzentrische Umlaufbahn bringt ihn regelmäßig näher an die Sonne als Neptun , aber eine stabile Umlaufbahnresonanz verhindert, dass sie kollidieren.

Pluto hat fünf bekannte Monde . Charon ist der größte, dessen Durchmesser etwas mehr als die Hälfte von Pluto, Styx , Nix , Kerberos und Hydra beträgt . Pluto und Charon werden manchmal als binäres System betrachtet, da der Schwerpunkt ihrer Umlaufbahnen nicht innerhalb eines der beiden Körper liegt und sie durch Gezeiten gesperrt sind.

Die New Horizons war die erste Raumsonde, die am 14. Juli 2015 einen kurzen Vorbeiflug an Pluto durchführte und dabei detaillierte Messungen und Beobachtungen von Pluto und seinen Monden durchführte . Im September 2016 gaben Astronomen bekannt, dass die rotbraune Kappe des Nordpols von Charon aus Tholinen besteht , organischen Makromolekülen , die Zutaten für die Entstehung von Leben sein könnten , die aus Methan , Stickstoff und anderen Gasen hergestellt werden, die aus der Atmosphäre von Pluto freigesetzt werden und übertrug 19.000 km (12.000 mi) zum umkreisenden Mond.

Geschichte

Entdeckung

Derselbe Bereich des Nachthimmels mit Sternen, zweimal nebeneinander dargestellt.  Einer der hellen Punkte, der mit einem Pfeil markiert ist, ändert seine Position zwischen den beiden Bildern.
Entdeckungsfotos von Pluto
Clyde Tombaugh in Kansas

In den 1840er Jahren verwendete Urbain Le Verrier die Newtonsche Mechanik , um die Position des damals unentdeckten Planeten Neptun vorherzusagen, nachdem er Störungen in der Umlaufbahn von Uranus analysiert hatte . Nachfolgende Beobachtungen von Neptun im späten 19. Jahrhundert veranlassten Astronomen zu Spekulationen, dass die Umlaufbahn von Uranus von einem anderen Planeten außer Neptun gestört wurde.

1906 startete Percival Lowell – ein wohlhabender Bostoner, der 1894 das Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona , gegründet hatte – ein umfangreiches Projekt zur Suche nach einem möglichen neunten Planeten, den er „ Planet X “ nannte. Bis 1909 hatten Lowell und William H. Pickering mehrere mögliche Himmelskoordinaten für einen solchen Planeten vorgeschlagen. Lowell und sein Observatorium führten seine Suche bis zu seinem Tod im Jahr 1916 durch, aber ohne Erfolg. Lowell wusste nicht, dass seine Vermessungen am 19. März und am 7. April 1915 zwei schwache Bilder von Pluto aufgenommen hatten, aber sie wurden nicht als das erkannt, was sie waren. Es gibt vierzehn weitere bekannte Vorbedeckungsbeobachtungen , wobei die früheste am 20. August 1909 vom Yerkes Observatory gemacht wurde.

Percivals Witwe, Constance Lowell, trat in einen zehnjährigen Rechtsstreit mit dem Lowell-Observatorium über das Erbe ihres Mannes ein, und die Suche nach Planet X wurde erst 1929 wieder aufgenommen. Vesto Melvin Slipher , der Direktor des Observatoriums, gab den Auftrag, Planet X zu lokalisieren an den 23-jährigen Clyde Tombaugh , der gerade am Observatorium angekommen war, nachdem Slipher von einem Beispiel seiner astronomischen Zeichnungen beeindruckt worden war.

Tombaughs Aufgabe bestand darin, den Nachthimmel systematisch in Paaren von Fotografien abzubilden, dann jedes Paar zu untersuchen und festzustellen, ob irgendwelche Objekte ihre Position verschoben hatten. Mit einem Blinkkomparator wechselte er schnell zwischen den Ansichten der einzelnen Platten hin und her, um die Illusion einer Bewegung von Objekten zu erzeugen, die ihre Position oder ihr Aussehen zwischen den Fotografien geändert hatten. Am 18. Februar 1930, nach fast einem Jahr der Suche, entdeckte Tombaugh ein sich möglicherweise bewegendes Objekt auf Fotoplatten, die am 23. und 29. Januar aufgenommen wurden. Ein Foto von geringerer Qualität, das am 21. Januar aufgenommen wurde, half, die Bewegung zu bestätigen. Nachdem das Observatorium weitere bestätigende Fotos erhalten hatte, wurde die Nachricht von der Entdeckung am 13. März 1930 an das Harvard College Observatory telegrafiert.

Pluto hat seit seiner Entdeckung noch keine vollständige Umlaufbahn um die Sonne absolviert, da ein plutonisches Jahr 247,68 Jahre lang ist.

Name und Symbol

Mosaik aus Bildern von Pluto in bester Auflösung aus verschiedenen Blickwinkeln

Die Entdeckung machte weltweit Schlagzeilen. Das Lowell-Observatorium, das das Recht hatte, das neue Objekt zu benennen, erhielt mehr als 1.000 Vorschläge aus der ganzen Welt, von Atlas bis Zymal. Tombaugh forderte Slipher auf, schnell einen Namen für das neue Objekt vorzuschlagen, bevor es jemand anderes tat. Constance Lowell schlug Zeus vor , dann Percival und schließlich Constance . Diese Vorschläge wurden nicht berücksichtigt.

Der Name Pluto, nach dem griechisch-römischen Gott der Unterwelt , wurde von Venetia Burney (1918–2009) vorgeschlagen, einem elfjährigen Schulmädchen in Oxford , England, das sich für klassische Mythologie interessierte . Sie schlug es in einem Gespräch mit ihrem Großvater Falconer Madan vor, einem ehemaligen Bibliothekar an der Bodleian Library der Universität Oxford , der den Namen an den Astronomieprofessor Herbert Hall Turner weitergab , der ihn an Kollegen in den Vereinigten Staaten verkabelte.

Jedes Mitglied des Lowell-Observatoriums durfte über eine engere Auswahl von drei möglichen Namen abstimmen: Minerva (das war bereits der Name für einen Asteroiden), Cronus (das an Ansehen verloren hatte, weil es von dem unbeliebten Astronomen Thomas Jefferson Jackson See vorgeschlagen wurde ) , und Pluto. Pluto erhielt ein einstimmiges Votum. Der Name wurde am 1. Mai 1930 veröffentlicht. Bei der Ankündigung gab Madan Venetia 5 £ (entspricht 336 £ im Jahr 2021 oder 394 US-Dollar im Jahr 2021) als Belohnung.

Die endgültige Namenswahl wurde teilweise durch die Tatsache unterstützt, dass die ersten beiden Buchstaben von Pluto die Initialen von Percival Lowell sind. Plutos Planetensymbol ( Pluto-Monogramm symbol.svg, Unicode U+2647: ♇) wurde dann als Monogramm aus den Buchstaben „PL“ erstellt, obwohl es heute in der Astronomie selten verwendet wird. Zum Beispiel kommt ⟨♇⟩ in einer Tabelle der Planeten vor, die durch ihre Symbole in einem Artikel aus dem Jahr 2004 identifiziert wurden, der vor der IAU-Definition von 2006 geschrieben wurde, aber nicht in einem Diagramm von Planeten, Zwergplaneten und Monden aus dem Jahr 2016, wo nur die acht IAU-Planeten sind durch ihre Symbole gekennzeichnet. (Planetensymbole sind in der Astronomie im Allgemeinen ungewöhnlich und werden von der IAU abgeraten.) Das ♇-Monogramm wird auch in der Astrologie verwendet, aber das gebräuchlichste astrologische Symbol für Pluto, zumindest in englischsprachigen Quellen, ist eine Kugel über Plutos zweizackig ( Pluto-Symbol (feste Breite).svg, Unicode U+2BD3: ⯓). Das Zweizack-Symbol hat seit der IAU-Entscheidung über Zwergplaneten auch einige astronomische Verwendung gefunden, zum Beispiel in einem öffentlichen Aufklärungsplakat über Zwergplaneten, das von der NASA/JPL Dawn - Mission im Jahr 2015 veröffentlicht wurde, in dem jeder der fünf Zwergplaneten von angekündigt wurde die IAU erhält ein Symbol. Darüber hinaus gibt es mehrere andere Symbole für Pluto, die in europäischen astrologischen Quellen zu finden sind, darunter drei, die von Unicode akzeptiert werden: Pluto-Symbol (Südeuropa).svg, U+2BD4 ⯔; Charon-Symbol (feste Breite).svg, U+2BD5 ⯕, verwendet in der uranischen Astrologie und auch für Plutos Mond Charon ; und Pluto-Symbol (Nordeuropa).svg/ Pluto-Symbol (Nordeuropa, Variante).svg, U+2BD6 ⯖, gefunden in verschiedenen Ausrichtungen, die zeigen, wie Plutos Umlaufbahn die von Neptun schneidet.

Der Name „Pluto“ wurde bald von der breiteren Kultur angenommen. 1930 ließ sich Walt Disney anscheinend davon inspirieren, als er für Mickey Mouse einen Hundegefährten namens Pluto vorstellte , obwohl der Disney -Animator Ben Sharpsteen nicht bestätigen konnte, warum der Name gegeben wurde. 1941 benannte Glenn T. Seaborg das neu geschaffene Element Plutonium nach Pluto, in Übereinstimmung mit der Tradition, Elemente nach neu entdeckten Planeten zu benennen, nach Uran , das nach Uranus benannt wurde, und Neptunium , das nach Neptun benannt wurde.

Die meisten Sprachen verwenden den Namen "Pluto" in verschiedenen Transliterationen. Auf Japanisch schlug Houei Nojiri den Calque Meiōsei (冥王星, "Stern des Königs (Gott) der Unterwelt") vor, und dieser wurde ins Chinesische und Koreanische entlehnt. Einige Sprachen Indiens verwenden den Namen Pluto, aber andere, wie Hindi , verwenden den Namen von Yama , dem Gott des Todes im Hinduismus. Polynesische Sprachen neigen auch dazu, den einheimischen Gott der Unterwelt zu verwenden, wie in Māori Whiro . Es könnte erwartet werden, dass Vietnamesisch dem Chinesischen folgt, tut es aber nicht, weil das chinesisch-vietnamesische Wort 冥minh „dunkel“ homophon mit 明minh „hell“ ist. Vietnamesisch verwendet stattdessen Yama, das auch eine buddhistische Gottheit ist, in Form von Sao Diêm Vương星閻王 "Yamas Stern", abgeleitet vom chinesischen 閻王Yán Wáng / Yìhm Wòhng "König Yama".

Planet X widerlegt

Sobald Pluto gefunden wurde, ließen seine Lichtschwäche und das Fehlen einer sichtbaren Scheibe Zweifel an der Idee aufkommen, dass es sich um Lowells Planet X handelte . Schätzungen von Plutos Masse wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts nach unten korrigiert.

Massenschätzungen für Pluto
Jahr Masse Schätzung nach
1915 7 Erden Lowell (Vorhersage für Planet X )
1931 1 Erde Nicholson & Mayall
1948 0,1 (1/10) Erde Kuiper
1976 0,01 (1/100) Erde Cruikshank , Pilcher & Morrison
1978 0,0015 (1/650) Erde Christy & Harrington
2006 0,00218 (1/459) Erde Buieet al.

Astronomen berechneten seine Masse zunächst basierend auf seiner vermuteten Wirkung auf Neptun und Uranus. Im Jahr 1931 wurde Pluto auf ungefähr die Masse der Erde berechnet, wobei weitere Berechnungen im Jahr 1948 die Masse auf ungefähr die des Mars herunterbrachten . 1976 berechneten Dale Cruikshank, Carl Pilcher und David Morrison von der University of Hawaii zum ersten Mal die Albedo von Pluto und stellten fest, dass sie mit der von Methaneis übereinstimmte; Dies bedeutete, dass Pluto für seine Größe außergewöhnlich hell sein musste und daher nicht mehr als 1 Prozent der Masse der Erde betragen konnte. (Die Albedo von Pluto beträgt das 1,4–1,9 - fache der Erde.)

1978 ermöglichte die Entdeckung von Plutos Mond Charon zum ersten Mal die Messung von Plutos Masse: ungefähr 0,2 % der Masse der Erde und viel zu klein, um die Diskrepanzen in der Umlaufbahn von Uranus zu berücksichtigen. Nachfolgende Suchen nach einem alternativen Planet X, insbesondere von Robert Sutton Harrington , schlugen fehl. 1992 verwendete Myles Standish Daten aus dem Vorbeiflug der Voyager 2 an Neptun im Jahr 1989, der die Schätzungen der Masse von Neptun um 0,5 % nach unten revidiert hatte – ein Betrag, der mit der Masse des Mars vergleichbar ist –, um seine Gravitationswirkung auf Uranus neu zu berechnen. Mit den hinzugefügten neuen Zahlen verschwanden die Diskrepanzen und mit ihnen die Notwendigkeit eines Planet X. Heute stimmt die Mehrheit der Wissenschaftler darin überein, dass Planet X, wie er von Lowell definiert wurde, nicht existiert. Lowell hatte 1915 eine Vorhersage über die Umlaufbahn und Position von Planet X gemacht, die ziemlich nahe an Plutos tatsächlicher Umlaufbahn und seiner damaligen Position lag; Ernest W. Brown kam bald nach Plutos Entdeckung zu dem Schluss, dass dies ein Zufall war.

Einstufung

Earth Moon Charon Charon Nix Nix Kerberos Kerberos Styx Styx Hydra Hydra Pluto Pluto Dysnomia Dysnomia Eris Eris Namaka Namaka Hi'iaka Hi'iaka Haumea Haumea Makemake Makemake MK2 MK2 Xiangliu Xiangliu Gonggong Gonggong Weywot Weywot Quaoar Quaoar Sedna Sedna Vanth Vanth Orcus Orcus Actaea Actaea Salacia Salacia 2002 MS4 2002 MS4 File:EightTNOs.png
Künstlerischer Vergleich von Pluto , Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Quaoar , Sedna , Orcus , Salacia , 2002 MS 4 und der Erde zusammen mit dem Mond

Ab 1992 wurden viele Körper entdeckt, die im gleichen Volumen wie Pluto umkreisen, was zeigt, dass Pluto Teil einer Population von Objekten ist, die als Kuipergürtel bezeichnet werden . Dies machte seinen offiziellen Status als Planet umstritten, und viele fragten sich, ob Pluto zusammen mit oder getrennt von seiner umgebenden Bevölkerung betrachtet werden sollte. Museums- und Planetariumsdirektoren sorgten gelegentlich für Kontroversen, indem sie Pluto aus Planetenmodellen des Sonnensystems ausließen. Im Februar 2000 zeigte das Hayden Planetarium in New York City ein Modell des Sonnensystems mit nur acht Planeten, das fast ein Jahr später Schlagzeilen machte.

Ceres , Pallas , Juno und Vesta verloren ihren Planetenstatus nach der Entdeckung vieler anderer Asteroiden . In ähnlicher Weise wurden in der Region des Kuipergürtels Objekte entdeckt, die Pluto immer näher kamen. Am 29. Juli 2005 gaben Astronomen am Caltech die Entdeckung eines neuen transneptunischen Objekts , Eris , bekannt, das wesentlich massereicher als Pluto und das massereichste Objekt war, das seit Triton im Jahr 1846 im Sonnensystem entdeckt wurde. Seine Entdecker und die Presse zunächst nannte es den zehnten Planeten , obwohl es damals keinen offiziellen Konsens darüber gab, ob man es einen Planeten nennen sollte. Andere in der astronomischen Gemeinschaft betrachteten die Entdeckung als das stärkste Argument für die Neuklassifizierung von Pluto als Kleinplaneten.

IAU-Klassifizierung

Die Debatte spitzte sich im August 2006 mit einer IAU-Resolution zu, die eine offizielle Definition für den Begriff „Planet“ schuf. Gemäß dieser Resolution gibt es drei Bedingungen, damit ein Objekt im Sonnensystem als Planet betrachtet werden kann:

  • Das Objekt muss sich in einer Umlaufbahn um die Sonne befinden .
  • Das Objekt muss massiv genug sein, um durch seine eigene Schwerkraft abgerundet zu werden. Genauer gesagt, seine eigene Schwerkraft sollte es in eine Form ziehen, die durch das hydrostatische Gleichgewicht definiert ist .
  • Es muss die Nachbarschaft um seine Umlaufbahn geräumt haben.

Pluto erfüllt die dritte Bedingung nicht. Seine Masse ist wesentlich geringer als die Gesamtmasse der anderen Objekte in seiner Umlaufbahn: 0,07-mal, im Gegensatz zur Erde, die das 1,7-Millionen-fache der verbleibenden Masse in ihrer Umlaufbahn (ohne Mond) beträgt. Die IAU entschied weiter, dass Körper, die wie Pluto die Kriterien 1 und 2, aber nicht das Kriterium 3 erfüllen, als Zwergplaneten bezeichnet werden . Im September 2006 nahm die IAU Pluto und Eris und seinen Mond Dysnomia in ihren Kleinplanetenkatalog auf und gab ihnen die offiziellen Kleinplanetenbezeichnungen „( 134340 ) Pluto“, „(136199) Eris“ und „(136199) Eris ich Dysnomie“. Wäre Pluto bei seiner Entdeckung im Jahr 1930 eingeschlossen worden, wäre er wahrscheinlich als 1164 bezeichnet worden, nach 1163 Saga , das einen Monat zuvor entdeckt wurde.

Innerhalb der astronomischen Gemeinschaft gab es einigen Widerstand gegen die Neuklassifizierung. Alan Stern , leitender Ermittler der NASA - Mission New Horizons zum Pluto, verspottete die IAU-Resolution und erklärte, dass „die Definition aus technischen Gründen stinkt“. Stern behauptete, dass nach den Begriffen der neuen Definition Erde, Mars, Jupiter und Neptun, die alle ihre Umlaufbahnen mit Asteroiden teilen, ausgeschlossen würden. Er argumentierte, dass alle großen kugelförmigen Monde, einschließlich des Mondes , ebenfalls als Planeten betrachtet werden sollten. Er erklärte auch, dass die Entscheidung nicht repräsentativ für die gesamte astronomische Gemeinschaft sei, da weniger als fünf Prozent der Astronomen dafür gestimmt hätten. Marc W. Buie , damals am Lowell Observatory, erhob eine Petition gegen die Definition. Andere haben die IAU unterstützt. Mike Brown , der Astronom, der Eris entdeckte, sagte: „Durch dieses ganze verrückte, zirkusähnliche Verfahren stolperte man irgendwie über die richtige Antwort. Es hat lange gedauert. Die Wissenschaft korrigiert sich schließlich selbst, selbst wenn starke Emotionen im Spiel sind. "

Die öffentliche Aufnahme der IAU-Entscheidung war gemischt. Eine Resolution, die in der kalifornischen Staatsversammlung eingebracht wurde, nannte die Entscheidung der IAU scherzhaft eine „wissenschaftliche Ketzerei“. Das Repräsentantenhaus von New Mexico verabschiedete eine Resolution zu Ehren von Tombaugh, einem langjährigen Einwohner dieses Bundesstaates, die erklärte, dass Pluto immer als Planet betrachtet wird, während er sich am Himmel von New Mexico befindet, und dass der 13. März 2007 Pluto Planet Day war. Der Senat von Illinois verabschiedete 2009 eine ähnliche Resolution auf der Grundlage, dass Clyde Tombaugh, der Entdecker von Pluto, in Illinois geboren wurde. In der Resolution wurde behauptet, dass Pluto von der IAU „unfair zu einem ‚Zwergplaneten‘ herabgestuft“ wurde.“ Einige Mitglieder der Öffentlichkeit haben die Änderung ebenfalls abgelehnt, indem sie die Meinungsverschiedenheiten innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu diesem Thema anführten oder aus sentimentalen Gründen daran festhielten Sie haben Pluto immer als Planeten gekannt und werden dies auch weiterhin tun, unabhängig von der Entscheidung der IAU.

Im Jahr 2006 wählte die American Dialect Society bei ihrer 17. jährlichen Wahl zum Wort des Jahres plutoed zum Wort des Jahres. „Pluto“ bedeutet „jemanden oder etwas herabzusetzen oder abzuwerten“.

Forscher auf beiden Seiten der Debatte trafen sich im August 2008 im Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University zu einer Konferenz, die aufeinanderfolgende Gespräche über die aktuelle IAU-Definition eines Planeten beinhaltete. Unter dem Titel „The Great Planet Debate“ veröffentlichte die Konferenz nach der Konferenz eine Pressemitteilung, aus der hervorgeht, dass Wissenschaftler keinen Konsens über die Definition des Planeten erzielen konnten. Im Juni 2008 hatte die IAU in einer Pressemitteilung angekündigt, dass der Begriff „ Plutoid “ fortan verwendet werden würde, um sich auf Pluto und andere Objekte planetarer Masse zu beziehen, die eine größere Umlaufbahn als die von Neptun haben, obwohl der Begriff dies hat keine nennenswerte Nutzung gesehen.

Orbit

Pluto wurde 1930 in der Nähe des Sterns δ Geminorum entdeckt und überquerte zu diesem Zeitpunkt der Entdeckung nur zufällig die Ekliptik . Pluto bewegt sich pro Jahrzehnt um etwa 7 Grad nach Osten mit einer kleinen scheinbaren rückläufigen Bewegung , wie von der Erde aus gesehen. Pluto war zwischen 1979 und 1999 näher an der Sonne als Neptun.
Animation der Umlaufbahn von Pluto von 1900 bis 2100
   Sonne  ·    Saturn  ·    Uranos  ·    Neptun  ·    Pluto

Plutos Umlaufzeit beträgt derzeit etwa 248 Jahre. Seine Bahneigenschaften unterscheiden sich wesentlich von denen der Planeten, die nahezu kreisförmigen Bahnen um die Sonne nahe einer flachen Referenzebene namens Ekliptik folgen . Im Gegensatz dazu ist Plutos Umlaufbahn relativ zur Ekliptik mäßig geneigt (über 17°) und mäßig exzentrisch ( elliptisch). Diese Exzentrizität bedeutet, dass eine kleine Region von Plutos Umlaufbahn näher an der Sonne liegt als die von Neptun. Das Pluto-Charon-Baryzentrum kam am 5. September 1989 ins Perihel und war zuletzt zwischen dem 7. Februar 1979 und dem 11. Februar 1999 näher an der Sonne als Neptun.

Obwohl die 3:2-Resonanz mit Neptun (siehe unten) beibehalten wird, verhalten sich Plutos Neigung und Exzentrizität chaotisch . Computersimulationen können verwendet werden, um seine Position für mehrere Millionen Jahre vorherzusagen (sowohl vorwärts als auch rückwärts in der Zeit), aber nach Intervallen, die viel länger sind als die Lyapunov-Zeit von 10–20 Millionen Jahren, werden Berechnungen unzuverlässig: Pluto reagiert empfindlich auf unermesslich kleine Details von des Sonnensystems, schwer vorhersehbare Faktoren, die Plutos Position in seiner Umlaufbahn allmählich verändern werden.

Die große Halbachse von Plutos Umlaufbahn variiert zwischen etwa 39,3 und 39,6  AE mit einer Periode von etwa 19.951 Jahren, was einer Umlaufzeit zwischen 246 und 249 Jahren entspricht . Die große Halbachse und Periode werden derzeit länger.

Umlaufbahn von Pluto – Ekliptikansicht. Diese "Seitenansicht" von Plutos Umlaufbahn (in Rot) zeigt seine große Neigung zur Ekliptik .
Umlaufbahn von Pluto – Polaransicht. Diese "Ansicht von oben" zeigt, wie Plutos Umlaufbahn (in Rot) weniger kreisförmig ist als die Neptuns (in Blau) und wie Pluto manchmal näher an der Sonne ist als Neptun. Die dunkleren Abschnitte beider Umlaufbahnen zeigen, wo sie unterhalb der Ebene der Ekliptik verlaufen .

Beziehung zu Neptun

Obwohl die Umlaufbahn von Pluto die von Neptun zu kreuzen scheint, wenn man sie direkt von oben betrachtet, schneiden sich die Umlaufbahnen der beiden Objekte nicht. Wenn Pluto der Sonne am nächsten ist und von oben gesehen nahe an Neptuns Umlaufbahn ist, befindet er sich auch am weitesten über Neptuns Bahn. Plutos Umlaufbahn verläuft etwa 8 AE über der von Neptun, wodurch eine Kollision verhindert wird.

Dies allein reicht nicht aus, um Pluto zu schützen; Störungen von den Planeten (insbesondere Neptun) könnten Plutos Umlaufbahn (z. B. seine Umlaufbahnpräzession ) über Millionen von Jahren so verändern, dass eine Kollision möglich wäre. Pluto ist jedoch auch durch seine 2:3 -Orbitalresonanz mit Neptun geschützt : Für alle zwei Umlaufbahnen, die Pluto um die Sonne macht, macht Neptun drei. Jeder Zyklus dauert etwa 495 Jahre. (Es gibt viele andere Objekte in derselben Resonanz, Plutinos genannt .) Dieses Muster ist so, dass in jedem 495-Jahres-Zyklus, wenn Pluto sich zum ersten Mal in der Nähe des Perihels befindet, Neptun mehr als 50° hinter Pluto liegt. Bis Plutos zweites Perihel wird Neptun weitere anderthalb seiner eigenen Umlaufbahnen zurückgelegt haben und somit Pluto fast 130° voraus sein. Der Mindestabstand von Pluto und Neptun beträgt über 17 AE, was größer ist als der Mindestabstand von Pluto und Uranus (11 AE). Die minimale Trennung zwischen Pluto und Neptun tritt tatsächlich nahe der Zeit von Plutos Aphel auf.

Die 2:3-Resonanz zwischen den beiden Körpern ist sehr stabil und hat sich über Millionen von Jahren erhalten. Dies verhindert, dass sich ihre Umlaufbahnen relativ zueinander ändern, und die beiden Körper können daher niemals nahe aneinander vorbeikommen. Selbst wenn Plutos Umlaufbahn nicht geneigt wäre, könnten die beiden Körper niemals kollidieren. Die Langzeitstabilität der Mean-Motion-Resonanz beruht auf dem Phasenschutz. Wenn Plutos Periode etwas kürzer als 3/2 von Neptun ist, wird seine Umlaufbahn relativ zu Neptun driften, was dazu führt, dass er sich näher hinter Neptuns Umlaufbahn nähert. Die Anziehungskraft zwischen den beiden bewirkt dann , dass der Drehimpuls auf Kosten von Neptun auf Pluto übertragen wird. Dies bewegt Pluto in eine etwas größere Umlaufbahn, wo er gemäß Keplers drittem Gesetz etwas langsamer reist . Nach vielen solchen Wiederholungen ist Pluto ausreichend verlangsamt, dass Plutos Umlaufbahn relativ zu Neptun in die entgegengesetzte Richtung driftet, bis der Prozess umgekehrt wird. Der gesamte Prozess dauert etwa 20.000 Jahre.

Andere Faktoren

Numerische Studien haben gezeigt, dass sich die allgemeine Art der Ausrichtung zwischen den Umlaufbahnen von Pluto und Neptun über Millionen von Jahren nicht ändert. Es gibt mehrere andere Resonanzen und Wechselwirkungen, die Plutos Stabilität verbessern. Diese ergeben sich hauptsächlich aus zwei zusätzlichen Mechanismen (neben der 2:3 Mean-Motion-Resonanz).

Erstens beträgt Plutos Perihelargument , der Winkel zwischen dem Punkt, an dem er die Ekliptik kreuzt, und dem Punkt, an dem er der Sonne am nächsten ist, etwa 90°. Dies bedeutet, dass Pluto, wenn er der Sonne am nächsten ist, am weitesten über der Ebene des Sonnensystems steht und Begegnungen mit Neptun verhindert. Dies ist eine Folge des Kozai-Mechanismus , der die Exzentrizität einer Umlaufbahn mit ihrer Neigung zu einem größeren störenden Körper – in diesem Fall Neptun – in Beziehung setzt. Relativ zu Neptun beträgt die Librationsamplitude 38°, und daher ist der Winkelabstand von Plutos Perihel zur Umlaufbahn von Neptun immer größer als 52° (90°–38°) . Der engste derartige Winkelabstand tritt alle 10.000 Jahre auf.

Zweitens sind die Längen der aufsteigenden Knoten der beiden Körper – die Punkte, an denen sie die Ekliptik kreuzen – in nahezu Resonanz mit der obigen Libration. Wenn die beiden Längengrade gleich sind – das heißt, wenn man eine gerade Linie durch beide Knoten und die Sonne ziehen könnte – liegt Plutos Perihel genau bei 90°, und daher kommt er der Sonne am nächsten, wenn er am höchsten über der Neptunbahn steht. Dies wird als 1:1-Superresonanz bezeichnet . Alle Jupiterplaneten , insbesondere Jupiter, spielen eine Rolle bei der Entstehung der Superresonanz.

Quasi-Satellit

Im Jahr 2012 wurde die Hypothese aufgestellt, dass 15810 Arawn ein Quasi-Satellit von Pluto sein könnte, eine spezifische Art von koorbitaler Konfiguration. Der Hypothese zufolge wäre das Objekt für etwa 350.000 Jahre in jedem Zwei-Millionen-Jahres-Zeitraum ein Quasi-Satellit von Pluto. Durch Messungen der Raumsonde New Horizons im Jahr 2015 konnte die Umlaufbahn von Arawn genauer berechnet werden. Diese Berechnungen bestätigen die in der Hypothese beschriebene Gesamtdynamik. Unter Astronomen besteht jedoch Uneinigkeit darüber, ob Arawn aufgrund dieser Bewegung als Quasi-Satellit von Pluto klassifiziert werden sollte, da seine Umlaufbahn hauptsächlich von Neptun kontrolliert wird, mit nur gelegentlichen kleineren Störungen, die von Pluto verursacht werden.

Drehung

Plutos Rotationsperiode , sein Tag, ist gleich 6,387 Erdentagen . Wie Uranus rotiert Pluto auf seiner „Seite“ in seiner Bahnebene, mit einer axialen Neigung von 120°, und daher ist seine jahreszeitliche Schwankung extrem; zu seiner Sonnenwende liegt ein Viertel seiner Oberfläche in ständigem Tageslicht, während ein weiteres Viertel in ständiger Dunkelheit liegt. Der Grund für diese ungewöhnliche Ausrichtung wurde diskutiert. Untersuchungen der University of Arizona haben ergeben, dass dies möglicherweise an der Art und Weise liegt, wie sich die Drehung eines Körpers immer anpasst, um die Energie zu minimieren. Dies könnte bedeuten, dass sich ein Körper neu ausrichtet, um Fremdmasse in die Nähe des Äquators zu bringen, und Regionen ohne Masse tendieren zu den Polen. Dies wird Polarwanderung genannt . Laut einem von der University of Arizona veröffentlichten Artikel könnte dies durch Massen von gefrorenem Stickstoff verursacht werden, die sich in schattigen Bereichen des Zwergplaneten ansammeln. Diese Massen würden dazu führen, dass sich der Körper neu ausrichtet, was zu seiner ungewöhnlichen axialen Neigung von 120 ° führt. Die Ansammlung von Stickstoff ist auf Plutos große Entfernung von der Sonne zurückzuführen. Am Äquator können die Temperaturen auf –240 ° C (–400,0 ° F; 33,1 K) fallen, wodurch Stickstoff gefriert, da Wasser auf der Erde gefrieren würde. Derselbe Effekt, der auf Pluto zu sehen ist, würde auf der Erde beobachtet werden, wenn die antarktische Eisdecke um ein Vielfaches größer wäre.

Geologie

Auftauchen

Hochauflösendes MVIC - Bild von Pluto in verbesserter Farbe, um Unterschiede in der Oberflächenzusammensetzung hervorzuheben
Regionen, in denen Wassereis entdeckt wurde (blaue Regionen)

Die Ebenen auf Plutos Oberfläche bestehen zu mehr als 98 Prozent aus Stickstoffeis mit Spuren von Methan und Kohlenmonoxid . Stickstoff und Kohlenmonoxid sind am häufigsten auf der Anti-Charon-Seite von Pluto (etwa 180° Länge, wo sich der Westlappen von Tombaugh Regio , Sputnik Planitia , befindet), während Methan in der Nähe von 300° Ost am häufigsten vorkommt. Die Berge bestehen aus Wassereis. Plutos Oberfläche ist sehr abwechslungsreich, mit großen Unterschieden in Helligkeit und Farbe. Pluto ist einer der kontrastreichsten Körper im Sonnensystem, mit so viel Kontrast wie der Saturnmond Iapetus . Die Farbe variiert von Anthrazitschwarz bis zu Dunkelorange und Weiß. Die Farbe von Pluto ist der von Io ähnlicher, mit etwas mehr Orange und deutlich weniger Rot als Mars . Bemerkenswerte geografische Merkmale sind Tombaugh Regio oder das „Herz“ (ein großer heller Bereich auf der Seite gegenüber von Charon), Cthulhu Macula oder der „Wal“ (ein großer dunkler Bereich auf der nachlaufenden Hemisphäre) und die „ Brass Knuckles “ ( eine Reihe äquatorialer dunkler Bereiche auf der vorderen Hemisphäre).

Sputnik Planitia, der Westlappen des „Herzens“, ist ein 1.000 km breites Becken aus gefrorenem Stickstoff- und Kohlenmonoxideis, das in polygonale Zellen unterteilt ist, die als Konvektionszellen interpretiert werden , die schwimmende Blöcke aus Wassereiskruste und Sublimationsgruben transportieren ihre Ränder; Es gibt offensichtliche Anzeichen von Gletscherströmen sowohl in das als auch aus dem Becken. Es hat keine Krater, die für New Horizons sichtbar waren , was darauf hinweist, dass seine Oberfläche weniger als 10 Millionen Jahre alt ist. Neueste Untersuchungen haben ergeben, dass die Oberfläche ein Alter von ca180 000+90 000
−40 000
Jahre. Das Wissenschaftsteam von New Horizons fasste die ersten Ergebnisse wie folgt zusammen: „Pluto weist eine überraschend große Vielfalt geologischer Landformen auf, einschließlich solcher, die aus glaziologischen und Oberflächen-Atmosphäre-Wechselwirkungen sowie Einschlägen, tektonischen , möglicherweise kryovulkanischen und massenverschwendenden Prozessen resultieren .“

Verteilung von über 1000 Kratern jeden Alters im nördlichen Anti-Charon-Quadranten von Pluto. Die Schwankungen in der Dichte (wobei in Sputnik Planitia keine gefunden wurden ) weisen auf eine lange Geschichte unterschiedlicher geologischer Aktivität hin. Das Fehlen von Kratern auf der linken und rechten Seite der Karte ist auf die Abdeckung dieser Sub-Charon-Regionen mit niedriger Auflösung zurückzuführen.
Geologische Karte von Sputnik Planitia und Umgebung ( Kontext ), mit schwarz umrandeten Konvektionszellrändern
Sputnik Planitia ist mit aufgewühlten Stickstoff-Eis-"Zellen" bedeckt, die geologisch jung sind und sich aufgrund von Konvektion umdrehen .

In den westlichen Teilen von Sputnik Planitia gibt es Felder von Querdünen , die von den Winden gebildet werden, die aus dem Zentrum von Sputnik Planitia in Richtung der umliegenden Berge wehen. Die Dünenwellenlängen liegen im Bereich von 0,4–1 km und bestehen wahrscheinlich aus Methanpartikeln mit einer Größe von 200–300 μm.

Interne Struktur

Modell der inneren Struktur von Pluto
  • Wassereiskruste
  • Ozean aus flüssigem Wasser
  • Kern aus Silikat

Plutos Dichte ist1,860 ± 0,013 g/ cm³ . Da der Zerfall radioaktiver Elemente das Eis schließlich so weit erhitzen würde, dass sich das Gestein von ihm löst, erwarten Wissenschaftler, dass Plutos innere Struktur differenziert ist, wobei sich das felsige Material zu einem dichten Kern abgelagert hat , der von einem Mantel aus Wassereis umgeben ist. Die Schätzung vor New Horizons für den Durchmesser des Kerns ist1700 km , 70 % von Plutos Durchmesser. Pluto hat kein Magnetfeld.

Es ist möglich, dass diese Erwärmung auch heute noch anhält und an der Kern-Mantel-Grenze einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser mit einer Dicke von 100 bis 180 km erzeugt. Im September 2016 simulierten Wissenschaftler der Brown University den Aufprall, von dem angenommen wurde, dass er Sputnik Planitia gebildet hat, und zeigten, dass er das Ergebnis von flüssigem Wasser gewesen sein könnte, das nach der Kollision von unten aufstieg, was auf die Existenz eines unterirdischen Ozeans mit einer Tiefe von mindestens 100 km hindeutet. Im Juni 2020 berichteten Astronomen von Beweisen, dass Pluto möglicherweise einen unterirdischen Ozean hatte und folglich bewohnbar gewesen sein könnte , als er zum ersten Mal entstand. Im März 2022 kamen sie zu dem Schluss, dass die Gipfel auf Pluto tatsächlich eine Verschmelzung von „Eisvulkanen“ sind, was auf eine Wärmequelle am Körper auf einem Niveau hindeutet, das zuvor für nicht möglich gehalten wurde.

Masse und Größe

Pluto (unten rechts) im Größenvergleich mit den größten Satelliten im Sonnensystem (von links nach rechts und von oben nach unten): Ganymed, Titan, Callisto, Io, der Mond, Europa und Triton

Plutos Durchmesser ist2 376,6 ± 3,2 km und seine Masse beträgt(1,303 ± 0,003) × 10 22  kg , 17,7 % der des Mondes (0,22 % der Erde). Seine Oberfläche ist1.664 794 × 10 7  km 2 , oder ungefähr die gleiche Fläche wie Russland. Seine Oberflächengravitation beträgt 0,063 g (im Vergleich zu 1 g für die Erde und 0,17 g für den Mond).

Die Entdeckung des Pluto-Satelliten Charon im Jahr 1978 ermöglichte eine Bestimmung der Masse des Pluto-Charon-Systems durch Anwendung von Newtons Formulierung des dritten Kepler-Gesetzes . Beobachtungen von Pluto in Bedeckung mit Charon ermöglichten es Wissenschaftlern, Plutos Durchmesser genauer zu bestimmen, während die Erfindung der adaptiven Optik es ihnen ermöglichte, seine Form genauer zu bestimmen.

Mit weniger als 0,2 Mondmassen ist Pluto viel weniger massiv als die terrestrischen Planeten und auch weniger massiv als sieben Monde : Ganymed , Titan , Callisto , Io , der Mond , Europa und Triton. Die Masse ist viel geringer als gedacht, bevor Charon entdeckt wurde.

Pluto hat mehr als den doppelten Durchmesser und das Dutzendfache der Masse von Ceres , dem größten Objekt im Asteroidengürtel . Er ist weniger massereich als der Zwergplanet Eris , ein transneptunisches Objekt , das 2005 entdeckt wurde, obwohl Pluto einen größeren Durchmesser von 2376,6 km im Vergleich zu Eris' ungefährem Durchmesser von 2326 km hat.

Die Bestimmung der Größe von Pluto wurde durch seine Atmosphäre und den Kohlenwasserstoffdunst erschwert . Im März 2014 haben Lellouch, de Bergh et al. veröffentlichten Ergebnisse zu Methanmischungsverhältnissen in Plutos Atmosphäre, die mit einem Pluton-Durchmesser von mehr als 2360 km übereinstimmen, mit einer "besten Schätzung" von 2368 km. Am 13. Juli 2015 bestimmten Bilder des Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) der New Horizons - Mission der NASA zusammen mit Daten von anderen Instrumenten den Durchmesser von Pluto mit 2.370 km (1.470 mi), der später auf 2.372 km (1.474) revidiert wurde mi) am 24. Juli und später bis2374 ± 8km . Unter Verwendung von Radiookkultationsdaten aus dem New Horizons Radio Science Experiment (REX) wurde der Durchmesser ermittelt2 376,6 ± 3,2 km .

Die Masse von Pluto im Vergleich zu anderen Zwergplaneten ( Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Quaoar , Orcus , Ceres ), Charon und den Eismonden Titania (Uranus III), Oberon (Uranus IV), Rhea (Saturn V), Iapetus (Saturn VIII) und Triton (Neptun I). Die Einheit der Masse ist × 1021 kg.
Ausgewählte Größenschätzungen für Pluto
Jahr Radius Anmerkungen
1993 1195km Millis, et al. (wenn kein Dunst)
1993 1180km Millis, et al. (Oberfläche & Dunst)
1994 1164 Kilometer Jung & Binzel
2006 1153km Buie, et al.
2007 1161km Jung, Jung & Buie
2011 1180km Zalucha et al.
2014 1184km Lellouchet al.
2015 1187km New Horizons Messung (aus optischen Daten)
2017 1188,3 km New Horizons- Messung (aus Radiookkultationsdaten)

Atmosphäre

Ein nahezu farbechtes Bild, das von New Horizons nach seinem Vorbeiflug aufgenommen wurde. Zahlreiche Schichten blauen Dunsts schweben in Plutos Atmosphäre. Entlang und in der Nähe des Astes sind Berge und ihre Schatten sichtbar.
Röntgenbild von Pluto vom Chandra X-ray Observatory (blauer Fleck). Die Röntgenstrahlen werden wahrscheinlich durch die Wechselwirkung der Pluto umgebenden Gase mit dem Sonnenwind erzeugt, obwohl Details ihres Ursprungs nicht klar sind.

Pluto hat eine dünne Atmosphäre , die aus Stickstoff (N 2 ), Methan (CH 4 ) und Kohlenmonoxid (CO) besteht, die im Gleichgewicht mit ihrem Eis auf Plutos Oberfläche stehen. Nach den Messungen von New Horizons beträgt der Oberflächendruck etwa 1  Pa (10  μbar ), etwa eine Million bis 100.000 mal weniger als der atmosphärische Druck der Erde. Es wurde ursprünglich angenommen, dass Pluto, wenn er sich von der Sonne entfernt, seine Atmosphäre allmählich auf der Oberfläche einfrieren sollte; Studien von New Horizons -Daten und bodengestützten Verdeckungen zeigen, dass die atmosphärische Dichte von Pluto zunimmt und dass es wahrscheinlich während der gesamten Umlaufbahn von Pluto gasförmig bleibt. Beobachtungen von New Horizons zeigten, dass Stickstoff 10.000 Mal weniger aus der Atmosphäre entweicht als erwartet. Alan Stern hat behauptet, dass selbst ein kleiner Anstieg der Oberflächentemperatur von Pluto zu einem exponentiellen Anstieg der atmosphärischen Dichte von Pluto führen kann. von 18 hPa bis zu 280 hPa (das Dreifache des Mars auf ein Viertel des Erddrucks). Bei solchen Dichten könnte Stickstoff als Flüssigkeit über die Oberfläche strömen. So wie Schweiß den Körper kühlt, wenn er von der Haut verdunstet, kühlt die Sublimation von Plutos Atmosphäre seine Oberfläche. Pluto hat keine oder fast keine Troposphäre ; Beobachtungen von New Horizons deuten nur auf eine dünne troposphärische Grenzschicht hin . Ihre Mächtigkeit an der Messstelle betrug 4 km und die Temperatur 37 ± 3 K. Die Schicht ist nicht zusammenhängend.

Im Juli 2019 zeigte eine Bedeckung durch Pluto, dass sein atmosphärischer Druck seit 2016 wider Erwarten um 20 % gesunken war. 2021 bestätigten Astronomen des Southwest Research Institute das Ergebnis anhand von Daten einer Bedeckung im Jahr 2018, die zeigten, dass Licht vorhanden war weniger allmählich hinter Plutos Scheibe auftaucht, was auf eine dünner werdende Atmosphäre hindeutet.

Das Vorhandensein von Methan, einem starken Treibhausgas , in Plutos Atmosphäre erzeugt eine Temperaturinversion , wobei die Durchschnittstemperatur seiner Atmosphäre zehn Grad wärmer ist als seine Oberfläche, obwohl Beobachtungen von New Horizons gezeigt haben, dass Plutos obere Atmosphäre viel kälter ist als erwartet ( 70 K, im Gegensatz zu etwa 100 K). Die Atmosphäre von Pluto ist in ungefähr 20 gleichmäßig verteilte Dunstschichten mit einer Höhe von bis zu 150 km unterteilt, von denen angenommen wird, dass sie das Ergebnis von Druckwellen sind, die durch Luftströme über Plutos Berge erzeugt werden.

Satelliten

Eine Schrägansicht des Pluto-Charon-Systems, die zeigt, dass Pluto einen Punkt außerhalb von sich selbst umkreist. Die beiden Körper sind gegenseitig gezeitenverriegelt .

Pluto hat fünf bekannte natürliche Satelliten . Charon ist Pluto am nächsten . Charon wurde erstmals 1978 vom Astronomen James Christy identifiziert und ist der einzige Plutomond, der sich möglicherweise im hydrostatischen Gleichgewicht befindet . Charons Masse reicht aus, um das Baryzentrum des Pluto-Charon-Systems außerhalb von Pluto liegen zu lassen. Jenseits von Charon gibt es vier viel kleinere zirkumbinäre Monde. In der Reihenfolge der Entfernung von Pluto sind dies Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Nix und Hydra wurden beide 2005 entdeckt, Kerberos wurde 2011 entdeckt und Styx wurde 2012 entdeckt. Die Umlaufbahnen der Satelliten sind kreisförmig (Exzentrizität < 0,006) und koplanar mit Plutos Äquator (Neigung < 1°) und daher ungefähr 120 geneigt ° relativ zu Plutos Umlaufbahn. Das plutonische System ist sehr kompakt: Die fünf bekannten Satelliten umkreisen innerhalb der inneren 3% der Region, in der prograde Umlaufbahnen stabil wären.

Die Umlaufzeiten aller Pluto-Monde sind in einem System von Bahnresonanzen und Nahresonanzen verbunden . Wenn die Präzession berücksichtigt wird, stehen die Umlaufzeiten von Styx, Nix und Hydra in einem exakten Verhältnis von 18:22:33. Es gibt eine Folge von ungefähren Verhältnissen, 3:4:5:6, zwischen den Perioden von Styx, Nix, Kerberos und Hydra mit der von Charon; die Verhältnisse werden genauer, je weiter die Monde entfernt sind.

Das Pluto-Charon-System ist eines der wenigen im Sonnensystem, dessen Schwerpunkt außerhalb des Primärkörpers liegt; Das Patroklos-Menoetius- System ist ein kleineres Beispiel, und das Sonne-Jupiter- System ist das einzige größere. Die ähnliche Größe von Charon und Pluto hat einige Astronomen dazu veranlasst, ihn einen doppelten Zwergplaneten zu nennen . Das System ist unter den Planetensystemen auch insofern ungewöhnlich, als jedes durch die Gezeiten mit dem anderen verbunden ist, was bedeutet, dass Pluto und Charon immer dieselbe Hemisphäre haben, die einander zugewandt ist. Von jeder Position auf beiden Körpern aus befindet sich der andere immer an derselben Position am Himmel oder ist immer verdeckt. Dies bedeutet auch, dass die Rotationsperiode von jedem gleich der Zeit ist, die das gesamte System benötigt, um sich um seinen Schwerpunkt zu drehen.

Im Jahr 2007 deuteten Beobachtungen des Gemini-Observatoriums von Flecken von Ammoniakhydraten und Wasserkristallen auf der Oberfläche von Charon auf das Vorhandensein aktiver Kryo-Geysire hin.

Es wird angenommen, dass Plutos Monde früh in der Geschichte des Sonnensystems durch eine Kollision zwischen Pluto und einem ähnlich großen Körper entstanden sind. Die Kollision setzte Material frei, das sich zu den Monden um Pluto verfestigte.

Herkunft

Plot der bekannten Objekte des Kuipergürtels, gegenübergestellt von den vier Riesenplaneten

Plutos Herkunft und Identität hatten Astronomen lange verwirrt. Eine frühe Hypothese war, dass Pluto ein entflohener Neptunmond war, der von Neptuns größtem aktuellen Mond, Triton, aus der Umlaufbahn gestoßen wurde. Diese Idee wurde schließlich verworfen, nachdem dynamische Studien gezeigt hatten, dass sie unmöglich ist, da Pluto sich Neptun in seiner Umlaufbahn nie nähert.

Plutos wahrer Platz im Sonnensystem begann sich erst 1992 zu offenbaren, als Astronomen begannen, kleine eisige Objekte jenseits von Neptun zu finden, die Pluto nicht nur in der Umlaufbahn, sondern auch in Größe und Zusammensetzung ähnelten. Es wird angenommen, dass diese transneptunische Population die Quelle vieler kurzperiodischer Kometen ist . Pluto ist heute als das größte Mitglied des Kuipergürtels bekannt , einem stabilen Gürtel von Objekten, der sich zwischen 30 und 50 AE von der Sonne entfernt befindet. Ab 2011 waren die Vermessungen des Kuipergürtels bis zur Größe 21 fast abgeschlossen, und alle verbleibenden Objekte in Pluto-Größe werden voraussichtlich mehr als 100 AE von der Sonne entfernt sein. Wie andere Kuiper-Gürtel-Objekte (KBOs) teilt Pluto Eigenschaften mit Kometen ; Beispielsweise bläst der Sonnenwind Plutos Oberfläche allmählich in den Weltraum. Es wurde behauptet, dass Pluto, wenn er der Sonne so nahe wie die Erde platziert würde, einen Schweif entwickeln würde, wie es Kometen tun. Diese Behauptung wurde mit dem Argument bestritten, dass Plutos Fluchtgeschwindigkeit dafür zu hoch sei. Es wurde vermutet, dass Pluto als Ergebnis der Ansammlung zahlreicher Kometen und Kuipergürtelobjekte entstanden sein könnte.

Obwohl Pluto das größte entdeckte Kuipergürtel-Objekt ist, ist Neptuns Mond Triton , der etwas größer als Pluto ist, ihm sowohl geologisch als auch atmosphärisch ähnlich und wird als eingefangenes Kuipergürtel-Objekt angesehen. Eris ( siehe oben ) ist etwa so groß wie Pluto (obwohl massereicher), wird aber streng genommen nicht als Mitglied der Population des Kuipergürtels angesehen. Vielmehr wird es als Mitglied einer verbundenen Population angesehen, die als Streuscheibe bezeichnet wird .

Eine große Anzahl von Kuipergürtelobjekten, wie Pluto, befinden sich in einer 2:3-Orbitalresonanz mit Neptun. KBOs mit dieser Bahnresonanz werden nach Pluto „ Plutinos “ genannt.

Wie andere Mitglieder des Kuiper-Gürtels wird Pluto für ein restliches Planetesimal gehalten ; eine Komponente der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe um die Sonne , die nicht vollständig zu einem vollwertigen Planeten verschmolzen ist. Die meisten Astronomen sind sich einig, dass Pluto seine aktuelle Position einer plötzlichen Wanderung verdankt, die Neptun früh in der Entstehung des Sonnensystems durchgemacht hat. Als Neptun nach außen wanderte, näherte er sich den Objekten im Proto-Kuiper-Gürtel, versetzte eines in eine Umlaufbahn um sich selbst (Triton), verriegelte andere in Resonanzen und warf andere in chaotische Umlaufbahnen. Es wird angenommen, dass die Objekte in der Streuscheibe , einer dynamisch instabilen Region, die den Kuipergürtel überlappt, durch Wechselwirkungen mit Neptuns wandernden Resonanzen in ihre aktuelle Position gebracht wurden. Ein 2004 von Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d'Azur in Nizza erstelltes Computermodell legte nahe , dass die Migration von Neptun in den Kuipergürtel möglicherweise durch die Bildung einer 1:2-Resonanz zwischen Jupiter und Saturn ausgelöst wurde, die entstand ein Gravitationsstoß, der sowohl Uranus als auch Neptun in höhere Umlaufbahnen trieb und sie veranlasste, die Plätze zu wechseln, wodurch sich schließlich Neptuns Entfernung von der Sonne verdoppelte. Der resultierende Ausstoß von Objekten aus dem Proto-Kuiper-Gürtel könnte auch das späte schwere Bombardement 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems und den Ursprung der Jupiter-Trojaner erklären . Es ist möglich, dass Pluto etwa 33 AE von der Sonne entfernt eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn hatte, bevor Neptuns Wanderung ihn in einen resonanten Einfang versetzte. Das Nizza-Modell erfordert, dass es in der ursprünglichen Planetesimalscheibe, zu der auch Triton und Eris gehörten, etwa tausend Pluto-große Körper gab.

Beobachtung und Erkundung

Plutos Entfernung von der Erde erschwert seine eingehende Untersuchung und Erforschung . Am 14. Juli 2015 flog die NASA-Raumsonde New Horizons durch das Pluto-System und lieferte viele Informationen darüber.

Überwachung

Computergeneriertes rotierendes Bild von Pluto basierend auf Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops in den Jahren 2002–2003

Plutos sichtbare scheinbare Helligkeit beträgt durchschnittlich 15,1 und hellt sich am Perihel auf 13,65 auf. Um es zu sehen, ist ein Teleskop erforderlich; Eine Öffnung von etwa 30 cm (12 Zoll) ist wünschenswert. Es sieht selbst in großen Teleskopen sternförmig und ohne sichtbare Scheibe aus, da sein Winkeldurchmesser maximal 0,11" beträgt.

Die frühesten Karten von Pluto, die Ende der 1980er Jahre erstellt wurden, waren Helligkeitskarten, die aus genauen Beobachtungen von Finsternissen seines größten Mondes, Charon, erstellt wurden. Es wurden Beobachtungen über die Änderung der gesamten durchschnittlichen Helligkeit des Pluto-Charon-Systems während der Finsternisse gemacht. Wenn Sie beispielsweise einen hellen Fleck auf Pluto verdunkeln, ändert sich die Gesamthelligkeit größer als wenn Sie einen dunklen Fleck verdunkeln. Die Computerverarbeitung vieler solcher Beobachtungen kann verwendet werden, um eine Helligkeitskarte zu erstellen. Diese Methode kann auch Änderungen der Helligkeit im Laufe der Zeit verfolgen.

Bessere Karten wurden aus Bildern des Hubble-Weltraumteleskops (HST) erstellt, die eine höhere Auflösung boten und erheblich mehr Details zeigten und Variationen über mehrere hundert Kilometer auflösten, einschließlich Polarregionen und großer heller Flecken. Diese Karten wurden durch eine komplexe Computerverarbeitung erstellt, die die am besten passenden projizierten Karten für die wenigen Pixel der Hubble-Bilder findet. Dies blieben die detailliertesten Karten von Pluto bis zum Vorbeiflug von New Horizons im Juli 2015, da die beiden Kameras am HST, die für diese Karten verwendet wurden, nicht mehr in Betrieb waren.

Erkundung

Die von New Horizons kartierten Teile von Plutos Oberfläche (beschriftet)
Panoramablick auf Plutos eisige Berge und flache Eisebenen, aufgenommen von New Horizons 15 Minuten nach seiner größten Annäherung an Pluto. Deutliche Dunstschichten in Plutos Atmosphäre sind im Gegenlicht der Sonne zu sehen.

Die Raumsonde New Horizons , die im Juli 2015 an Pluto vorbeiflog, ist der erste und bisher einzige Versuch, Pluto direkt zu erkunden. Es wurde 2006 gestartet und nahm seine ersten (entfernten) Bilder von Pluto Ende September 2006 während eines Tests des Long Range Reconnaissance Imager auf. Die Bilder, die aus einer Entfernung von etwa 4,2 Milliarden Kilometern aufgenommen wurden, bestätigten die Fähigkeit des Raumfahrzeugs, entfernte Ziele zu verfolgen, die für das Manövrieren in Richtung Pluto und anderer Objekte im Kuipergürtel entscheidend sind. Anfang 2007 nutzte das Fahrzeug eine Gravitationsunterstützung von Jupiter .

New Horizons näherte sich Pluto am 14. Juli 2015 am nächsten, nach einer 3.462-tägigen Reise durch das Sonnensystem. Die wissenschaftlichen Beobachtungen von Pluto begannen fünf Monate vor der engsten Annäherung und dauerten mindestens einen Monat nach der Begegnung. Die Beobachtungen wurden mit einem Fernerkundungspaket durchgeführt , das bildgebende Instrumente und ein radiowissenschaftliches Untersuchungswerkzeug sowie spektroskopische und andere Experimente umfasste. Die wissenschaftlichen Ziele von New Horizons bestanden darin, die globale Geologie und Morphologie von Pluto und seinem Mond Charon zu charakterisieren, ihre Oberflächenzusammensetzung zu kartieren und Plutos neutrale Atmosphäre und ihre Fluchtrate zu analysieren. Am 25. Oktober 2016 um 17:48 Uhr ET wurde das letzte Datenbit (von insgesamt 50 Milliarden Datenbits oder 6,25 Gigabyte) von New Horizons von seiner engen Begegnung mit Pluto empfangen.

Seit dem Vorbeiflug von New Horizons haben sich Wissenschaftler für eine Orbiter-Mission ausgesprochen, die zu Pluto zurückkehren würde, um neue wissenschaftliche Ziele zu erreichen. Dazu gehören die Kartierung der Oberfläche bei 9,1 m (30 Fuß) pro Pixel, Beobachtungen von Plutos kleineren Satelliten, Beobachtungen, wie sich Pluto verändert, wenn er sich um seine Achse dreht, Untersuchungen eines möglichen unterirdischen Ozeans und topografische Kartierungen von Plutos Regionen, die bedeckt sind Langzeitverdunkelung durch axiale Neigung. Das letzte Ziel könnte erreicht werden, indem Laserpulse verwendet werden, um eine vollständige topografische Karte von Pluto zu erstellen. Der Hauptforscher von New Horizons , Alan Stern, hat sich für einen Orbiter im Cassini -Stil ausgesprochen, der um das Jahr 2030 (dem 100. Jahrestag der Entdeckung von Pluto) starten und die Schwerkraft von Charon nutzen würde, um seine Umlaufbahn nach Bedarf anzupassen, um wissenschaftliche Ziele zu erreichen, nachdem er das Pluto-System erreicht hat. Der Orbiter könnte dann die Schwerkraft von Charon nutzen, um das Pluto-System zu verlassen und weitere KBOs zu untersuchen, nachdem alle wissenschaftlichen Ziele von Pluto abgeschlossen sind. Eine vom NASA-Programm Innovative Advanced Concepts ( NIAC ) finanzierte Konzeptstudie beschreibt einen fusionsfähigen Pluto-Orbiter und -Lander, der auf dem Princeton-Reaktor mit umgekehrter Konfiguration basiert .

Sub-Charon-Hemisphäre

Die äquatoriale Region der Sub-Charon-Hemisphäre von Pluto wurde nur mit niedriger Auflösung abgebildet, da New Horizons sich der Anti-Charon-Hemisphäre am nächsten näherte.

Quellen:

Südlichen Hemisphäre

New Horizons bildete die gesamte nördliche Hemisphäre von Pluto und die äquatorialen Regionen bis hinunter zu etwa 30° Süd ab. Höhere südliche Breiten wurden nur mit sehr geringer Auflösung von der Erde aus beobachtet. Bilder des Hubble-Weltraumteleskops von 1996 decken 85 % von Pluto ab und zeigen große Albedo-Merkmale bis hinunter zu etwa 75° Süd. Dies reicht aus, um die Ausdehnung der Makulae der gemäßigten Zone zu zeigen. Spätere Bilder hatten aufgrund geringfügiger Verbesserungen der Hubble-Instrumentierung eine etwas bessere Auflösung.

Einige Albedo-Variationen in den höheren südlichen Breiten konnten von New Horizons mit Charon-Shine (von Charon reflektiertes Licht) erkannt werden. Die Südpolregion scheint dunkler zu sein als die Nordpolregion, aber es gibt eine Region mit hoher Albedo auf der Südhalbkugel, die möglicherweise eine regionale Stickstoff- oder Methaneisablagerung ist.

Videos

Pluto-Überführung animiert (14. Juli 2015)
Dieser Mosaikstreifen erstreckt sich über die Hemisphäre, die dem Raumschiff New Horizons gegenüberstand, als es an Pluto vorbeiflog.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weiterlesen

Externe Links