Kääpiöplanto Pluto ja sen viiden kuun järjestelmä ovat suunnilleen salaperäisiä kuin antiikin alamaailma, joka inspiroi heidän nimensä. Pluuto on keskimäärin noin 3, 7 miljardin mailin päässä maasta, ja se on ainoa alkuperäisistä yhdeksästä planeetasta, jota on vielä tarkkailtava lähietäisyydeltä - tosin tämä muuttuu, kun New Horizons -koetin suorittaa lentosuunnan heinäkuun puolivälissä. Sillä on myös vahvistamaton määrä kuut, mikä lisää komplikaatioita laskettaessa kiertoradan suuntauksia.
Asiaan liittyvä sisältö
- Pluto-koetin löytää yllätyksiä läheisen kohtaamisensa edessä
- William Shatner kaappaa kilpailun Pluton kuun nimeämiseksi
"Jos kyselit tiedetiimiäni, olen melko varma, että suurin osa olisi yllättynyt siitä, ettei löytäisi lisää kuita", sanoo New Horizons -operaation päätutkija Alan Stern. ”Kysymys on, löydämmekö 2, 10 tai 20? En laita vetoja nollaan. ”
Uusi, tällä viikolla julkaistu Nature-tutkimus auttaa meitä ymmärtämään paremmin Pluton tunnettujen kuukausien kiertoratoja, mikä puolestaan voi tarjota johtolankoja kaksoistähtiä kiertävien eksoplaneettojen mekaniikoille. Mutta työ viittaa myös joihinkin epäjohdonmukaisuuksiin, jotka viittaavat siihen, että näiden kuukausien muodostuminen on edelleen harha.
Pluto ja sen suurin kuu, Charon, ovat lukittuina binaariseen tanssiin, joka kiertää yhteistä massakeskusta johtuen niiden painovoimavaikutuksesta toisiinsa. Järjestelmän neljä muuta tunnettua satelliittia - Styx, Nix, Kerberos ja Hydra - kiertävät myös kyseistä keskustaa itse Pluton sijaan. Tämä tarkoittaa, että heillä on omituisia huojuntoja lähellä olevan ympyrän kiertoradaltaan, ja ne käyttäytyvät eri tavalla kuin muut aurinkojärjestelmän kuut.
Tämä monimutkainen kiertorata-suhde yhdistettynä vaikeuksiin havaita kaukaista järjestelmää on tehnyt vaikeaksi selvittää, kuinka Pluton ja hänen perheensä muodostuivat. Johtava teoria on, että kuten maapallon kuun muodostaneet jättiläismäiset vaikutukset, myös Charon syntyi, kun iso esine iski Plutoon aurinkojärjestelmän väkivaltaisen muodostumisen aikana, ja muut pienet kuut lisääntyivät jäännösjätteistä.
New Horizonsin huhtikuussa otetut kuvat osoittavat, että Pluto ja Charon kiertävät yhteistä massakeskusta. (NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute animoitu gif) "Olemme edelleen hämmentyneitä siitä, kuinka järjestelmä muodostui", sanoo tutkimuksen avustaja Mark Showalter, SETI-tutkimuslaitoksen vanhempi tutkija. ”Luulen, että kaikki uskovat, että jossain kaukaisen menneisyyden aikana iso esine upposi proto-Plutoon ja kuut muodostuivat roskipilvestä. Tarinan tämän pisteen jälkeen yksityiskohdat kuitenkin muuttuvat erittäin luonnosteltaviksi. ”
Nyt Hubble-avaruusteleskoopista Kerberosin ja Styxin löytöjen perusteella kerättyjen tietojen analysointi viittaa siihen, että Styx on lukittu kiertoradalla Nixin ja Hydran kanssa tukemaan iskuteoriaa. Kiertoradan resonanssi on, kun useat kehot vaikuttavat toisiinsa säännöllisin väliajoin, ajoittain painovoimalla siten, että ne suorittavat kiertoradallaan ennustettavissa olevan kuvion. Tunnetuin esimerkki on Jupiterin kolmen kuun, Io, Europa ja Ganymede, Lapar-resonanssi, joiden kiertoradan resonanssi on 1: 2: 4. Tämä tarkoittaa, että Io kiertää Jupiteria neljä kertaa jokaisesta Ganymeden kierrosta kohti, kun taas Europa kiertää kahdesti samassa ajassa.
Showalterin matemaattiset mallit osoittavat, että kaikkien viiden Pluto-kuun resonanssit olisivat voineet lukittua 1: 3: 4: 5: 6 -suhteeseen Charonin muodostavan iskun jälkeen, hyvin lähellä Plutoon kuiden kiertorata-ajanjaksosuhteita. Tämä teoria selittää myös Styxin, Nixin ja Hydran jäljellä olevan resonanssin. Mutta siinä on monimutkaistava tekijä: Pluto-järjestelmän muut elimet injektoivat kaaosta noihin kuun muuten vakaaseen kokoonpanoon.
Styx, Nix ja Hydra näyttävät lukittuvan resonanssiin suurimman osan ajasta, mutta Nix ja Hydra heitetään ajoittain kaaokseen, ja syyn selvittäminen on ollut vaikeaa. Kaoottisia kiertoratoja tapahtuu, kun ei-pallomaisen esineen pyörimisakseli heiluu merkittävästi, estäen sitä putoamasta synkroniselle kiertoradalle. Esimerkiksi Saturnuksen ”sieni” kuu Hyperion pyörii kaoottisesti, ja tähtitieteilijät uskovat, että sen hämärtyvä liike johtuu Hyperionin 3: 4 kiertoradan resonanssista suuremman kuu-Titanin kanssa. Mutta Showalterin ylläpitämät uudet fotometriat ja dynaamiset mallit viittaavat siihen, että Pluton ja Charonin kaltainen binaarijärjestelmä voi myös aiheuttaa ei-pallomaisten kuutien pyörimisen kaoottisesti, joten jopa Nixin ja Hydran kaoottisilla kiertorajoilla vaikutusskenaario näyttää silti uskottavalta.
Vuoden 2012 Hubble-kuva vangitsee Pluton viidellä tunnetulla kuullaan. (NASA, ESA ja M. Showalter (SETI-instituutti)) Kerberos kuitenkin heittää suuren jakoavaimen iskuteoriaan. Hubblen havaintotietojen perusteella Nix ja Hydra näyttävät olevan kirkkaita esineitä, samanlaisia kuin Charon. Mutta Kerberos näyttää paljon tummemmalta. Noin kolmanneksen Nixin ja Hydran massasta Kerberos heijastaa vain noin viisi prosenttia enemmän auringonvaloa. Jos Pluton pienemmät kuut muodostuisivat yhdestä suuresta törmäyksestä koostuvasta materiaalista, niin heillä olisi suora yhteys koon ja kirkkauden välillä. Heterogeeninen satelliittijärjestelmä, kuten Pluton näyttää olevan, on edelleen arvoitus.
"Tämä tutkimus on vähän kuin arkeologia", sanoo Showalter. "Olemme juuri löytäneet muutama pala muinaista keramiikkaa, mutta emme vielä tiedä, kuinka ne sopivat yhteen."
Pluto-järjestelmän New Horizons-lentotapa 14. heinäkuuta auttaa vastaamaan moniin Nature- lehden esille tuomiin kysymyksiin. New Horizons -soittimilla pystytään selvittämään onko Kerberos todella tummempi kuin muut kuut, ja ne mittaavat Pluton kaikkien kuiden muodot tarkasti. Ehkä jännittävintä, flyby paljastaa, jos on olemassa muita kuut tai renkaat, jotka vaikuttavat Pluto-järjestelmän monimutkaiseen kiertoradan mekaniikkaan.
"Jokaisella planeettajärjestelmällä on kerrottava muodostumistarina", Showalter selittää. ”Heidän historiansa ymmärtäminen auttaa meitä ymmärtämään muun tyyppisiä astrofyysisiä levyjä, mukaan lukien galaksit ja eksoplanetaariset järjestelmät. On olemassa monia tunnettuja ”sirkuminaarisia planeettoja”, jotka kiertävät kaksi tähteä yhden sijasta - ajattele Luke Skywalkeria auringonlaskun aikaan Tatooinella. Luulen, että Pluto-järjestelmä näyttää meille uusia yksityiskohtia siitä, kuinka nämä paljon suuret dynaamiset järjestelmät toimivat. ”
