Плутон (карликова планета)
найбільша відома карликова планета Сонячної системи / З Вікіпедії, безкоштовно encyclopedia
Шановний Wikiwand AI, Давайте зробимо це простіше, відповівши на ключові запитання:
Чи можете ви надати найпопулярніші факти та статистику про Плутон (карликова планета)?
Підсумуйте цю статтю для 10-річної дитини
Плуто́н (134340 Pluto; символи: [6] і [7]) — найвідоміша мала планета Сонячної системи та найбільший транснептуновий об'єкт, перший відкритий об'єкт поясу Койпера. Дев'яте за розміром та десяте за масою небесне тіло, яке обертається навколо Сонця (без урахування супутників планет)[8][9][10].
Мозаїка знімків, зроблених космічним апаратом New Horizons 14 липня 2015 року з відстані 450 000 км | |
Відкриття | |
---|---|
Відкривач | Клайд Томбо |
Місце відкриття | Ловеллівська обсерваторія, США |
Дата відкриття | 18 лютого 1930 |
Позначення | |
Названа на честь | Плутон |
Категорія малої планети |
планетоїд, плутоїд, плутино, об'єкт поясу Койпера |
Орбітальні характеристики | |
Велика піввісь |
5906,38 млн км[1] 39,4817 а. о. |
Перигелій |
4436,82 млн км[1] 29,6583 а. о. |
Афелій |
7375,93 млн км[1] 49,3050 а. о. |
Ексцентриситет | 0,24880766[1] |
Орбітальний період |
247,94 років[1] 14 179 сонячних діб Плутона |
Середня орбітальна швидкість | 4,67 км/с[1] |
Середня аномалія | 14,86205°[Прим. 1] |
Нахил орбіти |
17,14175° до екліптики[1] 11,88° до екватора Сонця |
Довгота висхідного вузла | 110,30347°[1] |
Довгота перицентру | 224,06676°[1] |
Час перицентру | 5 вересня 1989[2] |
Аргумент перицентру | 113,76329°[Прим. 2] |
Супутники | 5 |
Фізичні характеристики | |
Середній радіус |
1187±4 км[3] 0,186 земного |
Сплюснутість | <1 %[3] |
Площа поверхні | 17,7 млн км2 |
Маса |
(1,303 ± 0,003)× 1022 кг[3] 0,00218 маси Землі 0,178 маси Місяця |
Середня густина | 1,860 ± 0,013 г/см3[3] |
Прискорення вільного падіння на поверхні | 0,617 м/с² (0,063 g)[Прим. 3] |
Друга космічна швидкість | 1,210 км/с[Прим. 3] |
Період обертання |
−6,387 230 діб[4] 6 діб 9 год 17 хв 36,7 с |
Екваторіальна швидкість обертання | 13,5 м/с |
Нахил осі | 122,53° (до орбіти)[1] |
Пряме піднесення північного полюса | 132,993°[5] |
Схилення північного полюса | −6,163°[5] |
Альбедо |
0,4—0,6 (Бонда), 0,5—0,7 (геом.)[1] |
Температура | 40—60 K[2] |
Видима зоряна величина | >13,65 (середня 15,1)[1] |
Кутовий розмір | 0,06—0,11" [1] |
Атмосфера | |
Тиск на поверхні | 1 Па (станом на 2015)[3] |
Шкальна висота | близько 60 км[1] |
Склад |
азот із домішками метану та чадного газу |
Плутон у Вікісховищі |
Як і більшість тіл у поясі Койпера, Плутон складається здебільшого з каменю й льоду і є відносно малим (діаметр близько 2374 км). За масою він поступається Місяцю вп'ятеро, а за об'ємом — утричі. Орбіта Плутона має великий ексцентриситет (0,25, тобто вона доволі витягнута) і значний нахил до площини екліптики (17,1°). Через витягнутість орбіти Плутон то наближається до Сонця на відстань 29,6 а. о. (4,4 млрд км) і опиняється ближче, ніж Нептун, то віддаляється на 49,3 а. о. (7,4 млрд км). Плутон перебуває в стабільному орбітальному резонансі з Нептуном, тому їхнє зіткнення виключене.
З дня його відкриття 1930 року й до 2006 року Плутон вважали дев'ятою планетою. Однак наприкінці XX і на початку XXI століття в зовнішній частині Сонячної системи були відкриті інші масивні об'єкти, у зв'язку з чим 2006 року Міжнародний астрономічний союз вперше ухвалив формальне визначення терміну «планета». Плутон не відповідає цьому визначенню і був зарахований до нової категорії карликових планет разом з Еридою та Церерою[11]. Також його включили до списку малих планет під номером 134 340[12][13]. Деякі вчені продовжують вважати, що Плутон слід перекласифікувати назад до планет[14].
Плутон і його найбільший супутник Харон часто розглядають як подвійну планету, оскільки їх спільний центр мас розташований поза обома об'єктами[15]. Міжнародний астрономічний союз оголосив про намір дати формальне визначення для подвійних карликових планет, а до того Харон класифікується як супутник Плутона[16].
У Плутона є також чотири менші супутники — Нікта й Гідра, відкриті 2005 року[17], Кербер, відкритий 2011-го[18][19], і Стікс, виявлений 2012-го[20].
Єдиний космічний апарат, який досліджував Плутон зблизька, — New Horizons («Нові обрії»), що пролетів повз нього 14 липня 2015 року на відстані 12 500 кілометрів.
1846 року небесна механіка досягла великого успіху: був відкритий Нептун, передбачений заздалегідь на основі відхилень Урана від розрахованої орбіти. Це надихнуло астрономів на пошук у такий спосіб нових планет[21]. До того ж навіть після врахування збурень від Нептуна згадані відхилення лишалися суттєвими, хоча й значно зменшувалися[22][23].
Першим на ці розбіжності звернув увагу Бенджамін Пірс 1848 року. Розглядав їх і Саймон Ньюком 1874 року, але він дійшов висновку, що їх не може спричиняти транснептунова планета: вона мала б бути такою великою, що її б уже виявили. Однак кілька астрономів зайнялися передбаченнями нових планет на основі відхилень у русі відомих або виходячи з аналізу орбіт комет[22][24]. Найзначнішими були роботи Персіваля Лоуелла та Вільяма Генрі Пікерінга[21].
Пікерінг, починаючи з 1908 року, спрогнозував на основі нерегулярностей руху відомих планет кілька нових. 1919 року одну з них («планету O») невдало шукали в обсерваторії Маунт-Вілсон, і лише згодом виявилося, що Плутон, який був недалеко від її розрахованого положення, все ж потрапив на 4 зроблені там знімки[24][25].
Проте більша, ніж попередніх дослідників, заслуга у відкритті Плутона належить Персівалю Ловеллу. Він зробив велику роботу з обчислення орбіти нової планети (яку він називав планетою X) на основі збурень у русі Урана[Прим. 4] і 1905 року почав на своїй обсерваторії пошуки, особливо інтенсивні в 1906—1907 та 1914—1916 роках. Однак знайти планету не вдавалося, і 1916 року Ловелл розчарувався, припинив черговий етап пошуку і невдовзі помер. Згодом, коли Плутон уже було відкрито, його все ж знайшли на двох фотопластинах, відзнятих у цій обсерваторії 1915 року[26][23][27][24].
Продовженню пошуків заважав довгий і дорогий судовий процес із вдовою Ловелла, яка намагалася відсудити заповідані ним обсерваторії гроші[23][27]. Відновити цю роботу вдалося лише 1929 року. Спеціально для цього замовили астрограф з апертурою 32,5 см, знімки якого охоплювали велику ділянку неба (12×14°), а гранична зоряна величина при витримці в одну годину сягала 17m. У січні 1929 р. для роботи з ним на обсерваторію запросили астронома-аматора Клайда Томбо. У квітні, остаточно налаштувавши телескоп, він почав фотографування неба[28][29]. Плутон потрапив уже на десятий знімок, але знову лишився непоміченим[27][23] (усього відомо близько 15 його спостережень, зроблених до відкриття[24][30], причому найдавніші з них сягають 1909[30] або навіть 1908[31] року). До вересня було налагоджено методику пошуків, яка полягала в зніманні ділянок неба поблизу протилежної Сонцю точки тричі з інтервалом у кілька діб. Порівнюючи на блінк-компараторі дві фотоплатівки, шукали об'єкти, що за цей час зсунулися, а третя слугувала для перевірки. Перегляд знімків потребував багато праці через величезну кількість зір (до сотень тисяч); додаткові проблеми створювали змінні зорі та дефекти платівок. Нарешті 18 лютого 1930 року Томбо виявив на знімках, зроблених 23 та 29 січня, рухомий об'єкт, мала швидкість якого свідчила про розташування за орбітою Нептуна. Він знайшовся й на контрольному знімку за 21 січня. Цей об'єкт перебував у сузір'ї Близнят і мав 15-ту величину — на 2m слабше, ніж очікував Ловелл[28][29][32].
13 березня 1930 року, у день 75-річчя Ловелла і в 149-ту річницю відкриття Урана, директор Ловеллівської обсерваторії Весто Слайфер оголосив про відкриття дев'ятої планети Сонячної системи такою телеграмою: «Систематичні багаторічні пошуки, що доповнюють дослідження Ловелла щодо транснептунової планети, призвели до виявлення об'єкта, який протягом семи тижнів мав швидкість руху і траєкторію, що узгоджуються з даними транснептунового тіла…»[27][33].
Невідповідність «Планеті Ікс»
Плутон знайшли на відстані 6° від передбачених положень і «Планета X» Лоуелла, і «планети O» (у версії від 1919 року[Прим. 5]) Пікерінга. Загалом його орбіта краще відповідала розрахованій Ловеллом. Ці розрахунки виявилися навіть ближчими до істини, ніж зроблені Адамсом та Левер'є для орбіти Нептуна (хоча у положенні планети на небі Ловелл помилився сильніше). Пікерінг точніше за Ловелла передбачив блиск та деякі з елементів орбіти; трохи меншою у нього була й похибка положення[Прим. 6]. Але робота Пікерінга справила на астрономів слабше враження через велику кількість спрогнозованих планет, частий перегляд їх параметрів та неточний метод розрахунків[23][24][21].
З першого погляду ситуація видавалася подібною до відкриття Нептуна: двоє дослідників незалежно передбачили положення нової планети, і спостереження підтвердили їх прогнози[23]. Однак тьмяність Плутона та відсутність у нього помітного диска відразу викликали сумніви в тому, що він є передбаченою планетою. Вже наступного місяця після його відкриття англійський математик і астроном Ернест Браун, проаналізувавши розрахунки Ловелла, дійшов висновку, що його передбачення було результатом похибок спостережень, і Плутон виявився поблизу розрахованої точки зовсім випадково[34][21]. Це стосується й передбачення Пікерінга, де похибку вніс ще й гірший метод обробки даних[21].
Всю середину XX століття оцінка маси Плутона переглядалася в бік зменшення[35]. 1978 року відкриття Харона вперше дозволило її виміряти[36], і стало остаточно зрозуміло, що ця маса — 0,002 земної — надто мала для суттєвого збурення орбіти Урана[21][23] (Ловелл передбачав масу 6,6 земних, а Пікерінг — спочатку 2,0, а потім 0,75 земної)[23]. Проводилися пошуки альтернативної «планети X», але вони не мали успіху[37][21].
1989 року завдяки прольоту «Вояджера-2» біля Нептуна вдалося уточнити його масу: вона виявилася на 0,5 % меншою, ніж вважалося раніше. 1993 року американський астроном Ерланд Майлс Стендіш[en] використав ці дані для перерахунку гравітаційного впливу Нептуна на Уран. У результаті невідповідності в русі Урана зникли, а з ними — й потреба в «планеті X»[38][21][39].
Найменування
Право дати назву новому небесному тілу належало Ловеллівській обсерваторії. Пропозиції почали надходити з усього світу. Констанція Ловелл, вдова Персіваля Ловелла, запропонувала спочатку «Зевс», потім «Персіваль», а потім і «Констанція». Але всі подібні варіанти були проігноровані[23][40][27].
Працівники обсерваторії визнали найпридатнішими три пропозиції: «Мінерва» (хоча так уже було названо один із астероїдів), «Кронос» (ця назва, запропонована Томасом Джефферсоном Джексоном Сі — астрономом із поганою репутацією — виявилася непопулярною) і «Плутон». Вони влаштували у своєму колі голосування, і всі голоси отримав останній варіант[27][40][23][32]. Пропозицію цієї назви Весто Слайфер уперше опублікував 1 травня 1930 року[41][23], а загальне оголошення відбулося 25 травня[42][43]. Її подали на розгляд до Американського астрономічного товариства та Лондонського королівського астрономічного товариства, і обидві організації її одноголосно затвердили[40].
Згідно з повідомленням Слайфера, назву «Плутон» першою запропонувала Венеція Берні[en], одинадцятирічна школярка з Оксфорда[41][42]. Це сталося 14 березня 1930 року, наступного дня після повідомлення про відкриття Плутона. Дід Венеції Фолконер Мейдан[en], що працював у Бодліанській бібліотеці Оксфордського університету, прочитав новину в «Таймс» і за сніданком розповів про це онуці. Вона цікавилася не лише астрономією, але й класичною міфологією, і вирішила, що це ім'я — давньоримський варіант імені грецького бога підземного царства — підходить для такого, ймовірно, темного й холодного світу. Фолконер Мейдан передав пропозицію своєму другу, астроному Герберту Тернеру, який телеграфував її колегам у США. Коли назву затвердили, Мейдан нагородив Венецію 5-ма фунтами стерлінгів. Цікаво, що його брат, Генрі Мейдан[en], запропонував назви супутників Марса[44].
Астрономічним символом Плутона є монограма з літер P і L (), що є першими літерами його назви, а також ініціалами Персіваля Ловелла[45][41]. Для астрологічного символу Плутона було запропоновано кілька варіантів — зокрема, схожий на символ Меркурія (), але з колом усередині чаші ()[46].
Назви Плутона в китайській, японській (冥王星), корейській (명왕성) і в'єтнамській (Sao Diêm Vương) мовах перекладаються як «Зоря підземного царя»[47][48] — цей варіант запропонував 1930 року японський астроном Хоей Нодзірі[en][49]. Багато інших мов запозичили оригінальне «Pluto» (в українській — «Плутон»); проте в деяких індоарійських мовах вживається ім'я бога Яма (наприклад, «Ямдев» у гуджараті) — охоронця пекла в буддизмі й індуїзмі[47].
Орбіти всіх планет Сонячної системи (за винятком Меркурія) майже колові й близькі до площини екліптики. Орбіта Плутона значно від них відрізняється. Вона сильно нахилена до екліптики (більш ніж на 17°) і значно витягнута. Середня відстань Плутона від Сонця становить 5,913 млрд км, або 39,53 а. о., але через великий ексцентриситет орбіти (0,249) відстань змінюється від 4,437 млрд км в перигелії до 7,376 млрд км в афелії (29,7—49,3 а. о.)[1]. Світло долає відстань від Сонця до Плутона за 247 хвилин у перигелії й за 410 хвилин — в афелії, а інтенсивність освітлення відрізняється в 2,8 раза. Період обертання Плутона навколо Сонця — 248 років[2]. Останній раз він проходив перигелій 5 вересня 1989, і зараз поступово віддаляється від Сонця[2][50].
Орбіту Плутона можна передбачити на кілька мільйонів років назад або наперед, але не більше. Його рух хаотичний і описується нелінійними рівняннями. Але щоб помітити цей хаос, необхідно спостерігати за ним досить довго. Є характерний час його розвитку, так званий час Ляпунова, який для Плутона становить 10—20 млн років[50]. Якщо проводити спостереження протягом малих проміжків часу, буде здаватися, що рух регулярний (періодичний по еліптичній орбіті). Насправді ж орбіта з кожним періодом дещо зсувається, і рано чи пізно змінюється настільки, що від первісної орбіти залишається лише згадка. Тому передбачати рух Плутона для віддалених моментів часу дуже складно[51][52].
Орбіти Нептуна і Плутона
Плутон перебуває з Нептуном в орбітальному резонансі 3:2 — на кожні три оберти Нептуна навколо Сонця припадає два оберти Плутона. Весь цикл триває близько 495 років. На перший погляд здається, що Плутон має періодично наближатися до Нептуна (адже проєкція його орбіти перетинається з орбітою Нептуна)[53][50][54].
Парадокс полягає в тому, що іноді Плутон виявляється ближчим до Урана. Причина цього — все той же резонанс, а також великий ексцентриситет орбіти Плутона. У кожному циклі, коли Плутон уперше проходить перигелій, Нептун перебуває на 50° позаду Плутона; коли Плутон вдруге буде проходити перигелій, Нептун зробить півтора оберту навколо Сонця й опиниться приблизно на тій же відстані, але вже попереду Плутона; водночас, коли Нептун і Плутон опиняються на одній лінії з Сонцем та по один від нього бік, Плутон перебуває в афелії.
Отже, частину шляху Плутон перебуває ближче до Сонця, ніж Нептун. Останній раз це було з 7 лютого 1979-го до 11 лютого 1999 року. Обчислення показують, що до того Плутон займав таке положення з 11 липня 1735-го до 15 вересня 1749 року, всього 14 років, а з 30 квітня 1483-го до 23 липня 1503 року він перебував у такому стані аж 20 років. Через великий нахил орбіти Плутона до площини екліптики вона не перетинається з орбітою Нептуна. Проходячи перигелій, Плутон перебуває на відстані 10 а. о. над площиною екліптики. Таким чином, Плутон не наближається до Нептуна ближче 17 а. о., а з Ураном можливі зближення до 11 а. о.[2][51][52]
Орбітальний резонанс між Плутоном і Нептуном дуже стабільний і зберігається мільйони років[55]. Навіть якби орбіта Плутона лежала в площині екліптики, зіткнення було б неможливим[50].
Взаємна стабільність орбіт свідчить проти гіпотези, що Плутон колись був супутником Нептуна й залишив його систему. Однак виникає питання: якщо Плутон ніколи не проходив близько від Нептуна, то звідки міг виникнути резонанс у карликової планети, набагато менш масивної, ніж, наприклад, Місяць? Одна з теорій припускає, що, якщо Плутон спочатку не був у резонансі з Нептуном, то він, ймовірно, час від часу зближувався з ним набагато сильніше, і ці зближення за мільярди років впливали на Плутон, змінивши його орбіту.
Додаткові чинники, що впливають на орбіту Плутона
Розрахунки показують, що протягом мільйонів років загальна природа взаємодії між Нептуном і Плутоном не змінюється[53][56]. Однак існує ще кілька резонансів і впливів, які відбиваються на особливостях їх руху одного відносно другого й додатково стабілізують орбіту Плутона. Крім орбітального резонансу 3:2, переважне значення мають наступні два чинники.
По-перше, аргумент перигелію Плутона близький до 90°[56], що забезпечує досить велику дистанцію до площини екліптики й основних планет під час проходження перигелію, тим чином уникаючи зближення з Нептуном. Це прямий наслідок ефекту Козаї[53], який зіставляє ексцентриситет і нахил орбіти (у наведеному випадку — орбіти Плутона) щодо масивнішого тіла (тут — Нептуна). При цьому амплітуда лібрації Плутона щодо Нептуна становить 38°, і кутова різниця перигелію Плутона з орбітою Нептуна завжди буде більшою, ніж 52° (тобто, 90° − 38°). Момент, коли кутова різниця буває найменшою, повторюється кожних 10 тис. років[55].
По-друге, довготи висхідних вузлів орбіт цих двох тіл (точок, де вони перетинають екліптику) практично перебувають у резонансі з вищеназваними коливаннями. Коли ці дві довготи збігаються, тобто коли можна протягнути пряму лінію через ці 2 вузли й Сонце, перигелій Плутона становитиме з нею прямий кут (90°), і при цьому карликова планета перебуватиме найвище над орбітою Нептуна. Іншими словами, коли Плутон перетне проєкцію орбіти Нептуна і найглибше зайде за її лінію, то він найбільше віддалиться від її площини. Це явище називають суперрезонансом 1:1[53].
Щоб зрозуміти природу лібрації, уявіть, що ви дивитеся на екліптику з північного боку й бачите рух планет проти годинникової стрілки. Після проходження висхідного вузла Плутон перебуває всередині орбіти Нептуна й рухається швидше, наганяючи Нептун ззаду. Сильне тяжіння між ними викликає обертальний момент, прикладений до Плутона завдяки гравітації Нептуна. Він переводить Плутон на трохи вищу орбіту, де він рухається трохи повільніше відповідно до третього закону Кеплера. Оскільки орбіта Плутона змінюється, то процес поступово тягне за собою зміну перицентра й довготи Плутона (і, меншою мірою — Нептуна). Після багатьох таких циклів Плутон настільки гальмується, а Нептун настільки пришвидшується, що Нептун починає ловити Плутон на протилежному боці своєї орбіти (біля вузла, протилежного тому, з якого ми почали). Процес потім повторюється, і Плутон віддає обертальний момент Нептуну доти, доки сам не розганяється настільки, що починає наздоганяти Нептун біля початкового вузла. Повний цикл завершується приблизно за 20 тис. років[50][55].
Період осьового обертання Плутона — 6,387 земної доби — дорівнює періоду обертання Харона навколо нього й навколо власної осі. Тому Плутон та Харон завжди повернуті один до одного одним і тим самим боком. Це найбільші тіла Сонячної системи, в яких синхронне обертання є обопільним[57] (окрім них, це спостерігається лише у деяких подвійних астероїдів, наприклад, Антіопи та Патрокла[58]). Це явище дало природну точку відліку довгот: нульовий меридіан Плутона проводять через центр півкулі, оберненої до Харона, і навпаки[5].
Також система Плутон — Харон примітна тим, що їх спільний центр мас розташований поза межами обох тіл (наслідок відносно великої маси Харона). Це дало підстави деяким астрономам називати їх подвійною планетою[59][2][60]. Плутон із Хароном — найбільші в Сонячній системі тіла з такою особливістю, за винятком Сонця з Юпітером[61].
Вісь обертання Плутона орієнтована до площини його орбіти приблизно так, як в Урана. Її нахил становить 122,53°[1][Прим. 7], тобто Плутон майже «лежить на боці» й обертається навколо своєї осі в протилежному до більшості планет напрямку. Через це існує неоднозначність у тому, який його полюс називати північним. За правилом, затвердженим Міжнародним астрономічним союзом (МАС) для великих планет та їх супутників, північним є полюс, розташований із північного боку незмінної площини Сонячної системи. Однак для невеликих тіл це незручно, бо напрямок їх осі обертання може швидко й сильно змінюватись. Для них найменування полюсів визначають за напрямком обертання: полюс, із боку якого тіло обертається проти годинникової стрілки, називають позитивним, або, неофіційно, — північним (правило правої руки). Спочатку МАС застосовував до Плутона правило для великих планет, але 2009 року постановив[5] застосовувати до нього, як і до інших карликових планет, правило правої руки (на практиці воно й раніше було популярнішим). У літературі існує значна плутанина зі сторонами світу для Плутона[62][63].
Позитивний («північний») полюс Плутона повернутий до південного боку Сонячної системи й дивиться в бік сузір'я Гідри (α = 132,993°, δ = −6,163°[5] — біля зорі 15 Hya). Негативний полюс спрямований у бік сузір'я Дельфіна (біля 13 Del).
Останнє рівнодення на Плутоні було 16 грудня 1987 року[64]; тоді полярний день настав на позитивному полюсі[62]. Таким чином, станом на 2015 рік у відповідній півкулі весна. Сонцестояння ж настане наприкінці 2020-х років[64]. 2015 року — під час прольоту зонда New Horizons — до Сонця була повернута широта +51°[64]. Показово, що рівнодення на Плутоні в нинішні часи майже збігається з проходженням перигелію (різниця становить 1,7 земного року, або 0,007 року Плутона). Але це є випадковістю[Прим. 8][60].