Na kraniec świata i jeszcze dalej: Pluton

Na najdalszych krańcach Układu Słonecznego, za orbitą planety nazwanej na cześć rzymskiego boga mórz Neptuna, znajduje się świat małych obiektów będących pozostałościami po procesie formowania się Układu Słonecznego. W obszarze tym, zwanym Pasem Kuipera, swoje miejsce ma Pluton – rzymski bóg podziemi znany u starożytnych Greków jako Hades.

Tajemnicza Planeta X

Gdy w 1781 roku odkryto planetę Uran, zwrócono uwagę na jej dziwne ruchy, które mogły być spowodowane przemieszczaniem się w pobliżu innego ciało niebiskiego. Następnie w 1846 roku odkryto Neptuna i sytuacja ta nieco się rozjaśniła, ale nadal istniały pewne rozbieżności, które doprowadziły naukowców do wniosku, że istnieje jeszcze jedna planeta – Planeta X . Uczonym, który rozpoczął systematyczne poszukiwania nieznanego ciała niebieskiego zaburzającego ruchy Urana i Neptuna był Percival Lowell, który wierzył, że te gazowe olbrzymy zostały przesunięte ze swoich przewidywanych pozycji przez grawitację niewidocznej Planety X. Niestety nie udało mu się odkryć Plutona, pomimo że w marcu i kwietniu 1915 roku w Lowell Observatory Pluton został sfotografowany i błędnie sklasyfikowany jako gwiazda.

Ryc. 1. Percival Lowell

Lowell zmarł w 1916 roku i większość swojego majątku przekazał na obserwatorium i poszukiwania Planety X. Jednak jego żona zakwestionowała testament i dopiero w 1927 roku, gdy spór został rozstrzygnięty na korzyść Lowell Observatory, zbudowano nowy teleskop na potrzeby poszukiwań Planety X. Pracę nad tym projektem powierzono Clyde’owi Tombaugh.

Ryc. 2. Clyde Tombaugh

Clyde Tombaugh zrobił wiele zdjęć obszaru nieba, w którym Lowell przewidział Planetę X. Następnie porównywał ujęcia wykonane w odstępie kilku dni za pomocą urządzenia nazywanego komparatorem błyskowym. Dzięki niemu gwiazdy pozostawały nieruchome, ale planeta poruszała się między momentami wykonania zdjęcia. Po roku poszukiwań, w lutym 1930 roku, Tombaugh’owi udało się odnaleźć Plutona na zdjęciach ze stycznia tego samego roku. Odkrycie to ogłoszono już 13 marca 1930 roku.

Ryc. 3. Dwie fotografie, które pozwoliły Clyde’owi Tombaugh odkryć Plutona

Nazwany przez dziewczynkę

Kolejnym etapem było nadanie nazwy nowo odkrytej planecie, z czym również wiąże się ciekawa historia. Gdy Falconer Madan, który był kierownikiem biblioteki na Uniwersytecie Oksfordzkim, przeczytał swojej 11-letniej wnuczce Venetii Burney o odkryciu kolejnej planety, to ona pierwsza zasugerowała przyjętą do dziś nazwę – Pluton. Swoją propozycję tłumaczyła tym, że skoro znajduje się on bardzo daleko i panuje tam duży mróz, to niech przyjmie imię od rzymskiego boga zaświatów. Madanowi tak spodobał się pomysł, że skontaktował się ze swoim przyjacielem – astronomem Herbertem Hallem Turnerem. Ten z kolei przekazał go do obserwatorium Lowella. Tym samym Pluton stał się jedyną planetą, której nazwę nadała 11-letnia dziewczynka.

Ryc. 4. Venetia Burney

Planeta czy nie planeta?

Pluton przez następne 76 lat cieszył się statusem planety, aż do roku 2006, gdy Unia Astronomiczna zadecydowała o pozbawieniu go tego statusu. Okazało się, że Pluton ma zbyt małą masę, aby mógł być odpowiedzialny za anomalie związane z ruchem Urana i Neptuna. W lutym 1979 r. zauważono również, że opisywane ciało niebieskie przecięło orbitę Neptuna i przez chwilę znajdowało się bliżej Słońca niż sam Neptun. Ponadto zaobserwowano, że jego orbita różni się nieco od typowej, przypominającej okrąg orbity planet i jest bardziej rozciągnięta – jak elipsa. Inny istotny fakt jest taki, że zaczęto odkrywać w Pasie Kuipera wiele obiektów będących pozostałościami po formowaniu się Układu Słonecznego, które trudno byłoby nazwać planetami.

Ryc. 5. Orbity planet w Układzie Słonecznym oraz orbita Plutona

W 2006 roku Plutonowi odebrano status planety i nazwano go planetą karłowatą. Bezpośrednią przyczyną usunięcia Plutona z listy planet była zbyt mała masa. Dzięki niemu w ogóle powstała klasyfikacja takich obiektów jak planety karłowate i pojęcie to zostało zdefiniowane jedynie dla obiektów znajdujących się w Układzie Słonecznym. Rzadko spotyka się obiekty pozasłoneczne nazwane planetami karłowatymi.

Nie zmienia to jednak faktu, że Pluton nadal pozostał dla astronomów bardzo ciekawym obiektem astronomicznym.

Charakterystyka fizyczna Plutona

Powierzchnia planety jest zróżnicowana, a jej kolor waha się od czarnego węgla do ciemno pomarańczowego i białego. Złożona jest głównie z lodu i niewielkiej ilości skał oraz metali.

Ryc. 6. Obraz Plutona w wysokiej rozdzielczości i ulepszonych kolorach wydobywa różnice w składzie powierzchni

Planetę pokrywają równiny złożone z lodu azotowego ze śladami metanu i tlenku węgla. Natomiast góry zbudowane są z lodu wodnego. Najprawdopodobniej pod powierzchnią Plutona znajduje się ogromny ocean otaczający materiał skalny osiadły na gęstym jądrze. Posiada on również atmosferę, która zawiera warstwy mgły składające się najprawdopodobniej ze złożonych związków chemicznych.

Ryc. 7. Powierzchnia Plutona z widocznym zamgleniem atmosfery

Ciśnienie na Plutonie jest około 100 razy mniejsze niż na Ziemi, a temperatura na jego powierzchni wynosi około -223°C i wzrasta wraz z wysokością, by około 30 km nad powierzchnią osiągnąć maksymalną wartość równą około -163°C. Jak dotąd ta planeta karłowata jest jedynym obiektem transneptunowym, (za orbitą Neptuna) wokół którego potwierdzono obecność atmosfery.

Ryc. 8. Model wewnętrznej struktury Plutona

Ciekawą strukturą na powierzchni Plutona jest obszar wyróżniający się jaśniejszym kolorem i znacznie mniejszą liczbą kraterów, nazwany na cześć odkrywcy planety Tombaugh Regio. Ma on kształt serca i średnicę równą około 1590 km. W niektórych grafikach region ten porównywany jest nie do serca, a do głowy disnejowskiego psa Pluto, który otrzymał imię po odkryciu tego ciała niebieskiego.

Ryc. 9. Serce i głowa disnejowskiego bohatera na Plutonie

Mały świat Plutona

Okazało się, że Pluton jest bardzo małym obiektem w porównaniu z innymi planetami, ale posiada aż pięć własnych księżyców. W czerwcu 1978 roku amerykańscy astronomowie z U.S. Naval Observatory wykonali zdjęcia Plutona i dostrzegli, że znajduje się na nich wybrzuszenie, które porusza się wokół Plutona w okresie 6,4 dnia. Zatem Pluton miał księżyc! Nadano mu nazwę Charon – od przewoźnika dusz przez mityczną rzekę Styks do krainy zmarłych, w której urzędował Hades, grecki odpowiednik Plutona.

Ryc. 10. Widok Plutona i jego dużego księżyca Charona w naturalnych kolorach skompilowany ze zdjęć wykonanych przez sondę New Horizons NASA 13 i 14 lipca 2015 roku

Wraz z rozwojem technologii, w maju 2005 roku, za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryto kolejne dwa księżyce – Nix i Hydra. Pierwszy z nich wziął swą nazwę od mitologiczego uosobienia ciemności nocnej, natomiast drugi od wielogłowego węża wodnego zamieszkującego bagna.

Ryc. 11. Sfotografowana przez Hubble’a w 2005 roku para małych księżyców krążących wokół Plutona: Nix i Hydra

Kolejnych odkryć naturalnych satelitów Plutona dokonano w czerwcu 2011 oraz lipcu 2012 roku również za pomocą teleskopu Hubble’a. Okazało się, że pomiędzy orbitami Nix i Hydry ciało niebieskie obiega także Kerberos, który nazwę zawdzięcza mitologicznemu bratu Hydry – olbrzymiemu, trójgłowemu psu, który strzeże wejścia do świata zmarłych. Odkryto również, że pomiędzy Charonem i Nix znajduje się jeszcze jeden malutki księżyc, którego nazwano Styx na cześć mitycznej rzeki Hadesu.

Ryc. 12. Księżyce Plutona

W związku z odkryciem złożonego świata wokół Plutona, w 2006 roku wysłano w jego stronę jedną z najszybszych dotąd sond kosmicznych – New Horizons. Opuściła ona układ Ziemia – Księżyc w zaledwie 9 godzin. Dla porównania, loty programu Apollo na Księżyc zajmowały około 3 doby. W grudniu 2009 roku sonda ta znalazła się bliżej Plutona niż Ziemi, a w lipcu 2013 roku wykonała i przesłała na Ziemię pierwsze zdjęcia Plutona i Charona. Następnie minęła orbitę Neptuna i w styczniu 2015 roku rozpoczęła szczegółową obserwację Plutona i jego księżyców.

Charakterystyka księżyców Plutona

Niestety jak dotąd zbadaliśmy jedynie maleńki ułamek kosmicznego świata, dlatego obiekty transneptunowe, takie jak Pluton, ukrywają przed nami jeszcze wiele tajemnic. Mamy jednak nadzieję, że nowe technologie otworzą nam drogę do ich poznania i niebawem będziemy mogli zebrać szczegółowe informacje na temat obiektów skrywających się w najdalszych zakątkach Układu Słonecznego.

Materiały źródłowe