Плутон (134340 Pluto) − крупнейшая карликовая планета Солнечной системы и десятое по массе небесное тело, обращающееся вокруг Солнца.

Орбита Плутона значительно отличается от орбит других планет. Она сильно наклонена относительно эклиптики (более чем на 17°) и сильно вытянута (эксцентриситет орбиты 0,249). Среднее расстояние Плутона от Солнца составляет 5,913 млрд. км, или 39,53 а.е. Большой эксцентриситет орбиты приводит к тому, что часть её проходит от Солнца ближе, чем Нептун. Из-за большого наклона орбиты Плутона к плоскости эклиптики, орбиты Плутона и Нептуна не пересекаются. К тому же, период обращения Плутона равен 247,69 года, и Плутон делает два оборота за то время, пока Нептун делает три. В результате Плутон и Нептун никогда не сближаются менее чем на 17 а.е.

Плутон находится с Нептуном в орбитальном резонансе 3:2 (на каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца приходится два оборота Плутона), весь цикл занимает 500 лет. Орбитальный резонанс между Плутоном и Нептуном очень стабилен и сохраняется миллионы лет. Даже если бы орбита Плутона лежала в плоскости эклиптики, столкновение было бы невозможно.

Стабильная взаимозависимость орбит свидетельствует против гипотезы, что Плутон был спутником Нептуна и покинул его систему. Однако возникает вопрос: если Плутон никогда не проходил близко от Нептуна, то откуда мог возникнуть резонанс у карликовой планеты. Одна из теорий предполагает, что если Плутон изначально не был в резонансе с Нептуном, то он, вероятно, время от времени сближался с ним гораздо сильнее, и эти сближения за миллиарды лет воздействовали на Плутон, изменив его орбиту и превратив её в наблюдаемую ныне.

Расчёты позволили установить, что в течение миллионов лет общая природа взаимодействий между Нептуном и Плутоном не меняется. Однако существует ещё несколько резонансов и воздействий, которые влияют на особенности их перемещения относительно друг друга и дополнительно стабилизируют орбиту Плутона.

До 1950 года считалось, что по диаметру Плутон близок к Марсу (то есть около 6700 км). Наблюдения в апреле 1965 года позволили установить, что диаметр Плутона не превосходит 5500 км. В 1978 году, после открытия Харона, диаметр Плутона был оценён как 2600 км. Позднее, наблюдения за Плутоном во время затмений Плутона Хароном и Харона Плутоном 1985—1990 гг. позволили установить, что его диаметр равен примерно 2390 км.

История открытия

В 1840-е годы Урбен Леверье с помощью ньютоновой механики предсказал положение тогда ещё не открытой планеты Нептун на основе анализа возмущений орбиты Урана. Последующие наблюдения за Нептуном в конце XIX века заставили астрономов предположить, что, помимо Нептуна, влияние на орбиту Урана оказывает и другая планета. В 1906 году Персиваль Лоуэлл, состоятельный житель Бостона, основавший в 1894 году обсерваторию Лоуэлла, инициировал обширный проект по поиску девятой планеты Солнечной системы, которой он дал имя «Планета X». К 1909 году Лоуэлл и Уильям Генри Пикеринг выдвинули предположение о нескольких возможных небесных координатах для этой планеты. Лоуэлл и его обсерватория продолжали поиск планеты вплоть до его смерти в 1916 году, однако безуспешно. На самом деле 19 марта 1915 года в обсерватории Лоуэлла были получены два слабых изображения Плутона, однако он на них не был опознан.

Обсерватория Маунт-Вильсон также могла претендовать на открытие Плутона в 1919 году. В тот год Милтон Хьюмасон по поручению Уильяма Пикеринга проводил поиски девятой планеты, и изображение Плутона попало на фотопластинку. Однако изображение Плутона на одном из двух снимков совпало с небольшим браком эмульсии (оно даже казалось его частью), а на другой пластинке изображение планеты частично наложилось на звезду. Даже в 1930 году изображение Плутона на этих архивных снимках удалось выявить с немалым трудом.

И только в 1929 году директор обсерватории Весто Мелвин Слайфер без долгих раздумий поручил продолжение поисков Клайду Томбо, 23-летнему канзасцу, который только что был принят в обсерваторию после того, как на Слайфера произвели впечатление его астрономические рисунки.

Задачей Томбо стало систематическое получение изображений ночного неба в виде парных фотографий с интервалом между ними в две недели с последующим сравнением пар для нахождения объектов, изменивших своё положение. 18 февраля 1930 года, после почти года работы, Томбо обнаружил возможно движущийся объект на снимках от 23 и 29 января. Менее качественная фотография от 21 января подтвердила движение. 13 марта 1930 года, после того, как обсерватория получила другие подтверждающие фотографии, новость об открытии была телеграфирована в обсерваторию Гарвардского колледжа. За это открытие в 1931 году Томбо был награждён золотой медалью Английского Астрономического общества.

Право дать название новому небесному телу принадлежало обсерватории Лоуэлла. Томбо посоветовал Слайферу сделать это как можно скорее, пока их не опередили. Варианты названия начали поступать со всего мира. Имя «Плутон» первой предложила Венеция Берни, одиннадцатилетняя школьница из Оксфорда. Венеция интересовалась не только астрономией, но и классической мифологией, и решила, что это имя – древнеримский вариант имени греческого бога подземного царства – подходит для такого, вероятно, тёмного и холодного мира. Она предложила это название в разговоре со своим дедом Фолконером Мейданом, работавшим в Бодлианской библиотеке в Оксфордском университете. Мейдан прочитал об открытии планеты в газете и за завтраком рассказал об этом внучке. Её предложение он передал профессору Герберту Тернеру, который телеграфировал его коллегам в США. Официально объект получил имя 24 марта 1930 года..

В китайском, японском, корейском и вьетнамском языках название Плутона переводится как «Звезда подземного царя» − этот вариант предложил в 1930 году японский астроном Хоэй Нодзири. Во многих других языках используется транслитерация «Pluto», однако в некоторых индийских языках может использоваться имя бога Яма (например, Ямдев в гуджарати) – стража ада в буддизме и в индуистской мифологии.

Вероятная структура Плутона.

1. Замёрзший азот

2. Водный лёд

3. Силикаты и водный лёд

При очень большом увеличении Плутон выглядит светло-коричневым со слабым оттенком жёлтого. Спектроскопический анализ Плутона показывает, что его поверхность более чем на 98 % состоит из азотного льда со следами метана и моноокиси углерода. Карты, составленные по данным телескопа «Хаббл», свидетельствуют о том, что поверхность Плутона крайне неоднородна. Поверхность Плутона, обращённая к Харону, содержит немало метанового льда, в то время как противоположная сторона содержит больше льда из азота и моноокиси углерода и там почти нет метанового льда. Благодаря этому, Плутон занимает второе место как наиболее контрастный объект в Солнечной системе (после Япета). Вероятно, внутреннюю структуру Плутона составляют 50-70% горных пород и 50-30% льда.

В условиях системы Плутона может существовать водяной лёд, а также замёрзшие азот, монооксид углерода и метан. Учёные предполагают, что внутренняя структура Плутона дифференцирована: горные породы в плотном ядре, окружённые мантией изо льда, толщина которой в таком случае должна будет составлять примерно 300 км.

В конце 2011 года телескопом Хаббл на Плутоне были обнаружены сложные углеводороды – сильные линии поглощения, свидетельствующие о присутствии на поверхности карликовой планеты целого ряда ранее не выявленных соединений. Также выдвинута гипотеза о том, что на планете может существовать простая жизнь.

Атмосфера Плутона – тонкая оболочка из азота, метана и монооксида углерода, испаряющихся с поверхностного льда. С 2000 по 2010 год атмосфера значительно расширилась за счёт сублимации поверхностных льдов. На рубеже XXI века она простиралась на 100-135 км над поверхностью, а по результатам измерений 2009-2010 гг. – тянется более чем на 3000 км, что составляет около четверти расстояния до Харона. Термодинамические соображения диктуют следующий состав этой атмосферы: 99% азота, чуть меньше 1% моноокиси углерода, 0,1% метана.

Когда Плутон отдаляется от Солнца, его атмосфера постепенно замораживается и оседает на поверхности. При приближении Плутона к Солнцу, температура около его поверхности заставляет льды сублимироваться и превращаться в газы. Это создаёт антипарниковый эффект: подобно поту, охлаждающему тело при испарении с поверхности кожи, сублимация производит охлаждающий эффект на поверхность Плутона. Учёные недавно вычислили, что температура на поверхности Плутона 43 К (−230,1°C). Верхняя атмосфера Плутона на 50° теплее, чем поверхность, и составляет −170°С.

Атмосфера Плутона была обнаружена в 1985 году. В дальнейшем факт наличия атмосферы был подтверждён интенсивными наблюдениями в 1988. Как было установлено по коэффициенту поглощения света, атмосферное давление на Плутоне во время этих наблюдений составляло всего 0,15 Па. В 2002 году атмосферное давление оценивалось на момент измерений в 0,3 Па, несмотря на то, что Плутон был дальше от Солнца, чем в 1988 году, и, таким образом, должен был быть более холодным и иметь более разреженную атмосферу. Одно из объяснений несоответствия состоит в том, что в 1987 году южный полюс Плутона впервые за 120 лет вышел из тени, что способствовало испарению дополнительного азота из полярных шапок. Теперь потребуются десятилетия, чтобы этот газ конденсировался из атмосферы. В октябре 2006 Дейл Крукшенк и его коллеги объявили об открытии при спектрографии Плутона этана на его поверхности. Этан – производное от фотолиза или радиолиза замороженного метана на поверхности Плутона; он выделяется, судя по всему, в атмосферу.

Температура атмосферы Плутона значительно выше температуры его поверхности и равна −180°C.

Происхождение

Происхождение Плутона и его особенности долго были загадкой. В 1936 годуанглийский астрономРеймонд Литлтонвысказал гипотезу, что он – «сбежавший» спутник Нептуна, выбитый с орбиты самым крупным спутником Нептуна, Тритоном. Такое предположение подверглось сильной критике: как говорилось выше, Плутон никогда не подходит близко кНептуну. Начиная с 1992 года, астрономы стали открывать всё новые и новые небольшие ледяные объекты за орбитой Нептуна, которые были подобны Плутону не только по орбите, но и по размеру и составу. Эта часть внешней Солнечной системы была названа в честьДжерарда Койпера, одного из астрономов, который, размышляя над природой транснептуновых объектов, предположил, что эта область является источником короткопериодических комет. Теперь астрономы полагают, что Плутон является всего лишь крупным объектом впоясе Койпера. Немалое количество объектов пояса, как и Плутон, обладают орбитальным резонансом 3:2 с Нептуном. Такие объекты называют «плутино».

Спутники

УПлутона есть четыре естественных спутника: Харон, открытый в 1978 астрономомДжеймсом Кристи, и два маленьких спутника, Никта и Гидра, открытые в 2005 году. Последний спутник был открыт телескопом «Хаббл»; сообщение об открытии было опубликовано 20 июля 2011 на сайте телескопа. Временно его назвали P4, его размеры составляют от 13 до 34 км.

Спутники Плутона расположены к планете дальше, чем в других известных спутниковых системах. В случае Плутона лишь внутренние 3% зоны заняты спутниками. В терминологии исследователей Плутона, его спутниковая система обозначается как «очень компактная и в значительной степени пустая». Примерно с начала сентября 2009 года астрофизиками было разработано программное обеспечение, которое позволило проанализировать архивные изображения Плутона, сделанные телескопом «Хаббл», и установить наличие ещё 14 космических объектов, находящихся вблизи орбиты Плутона. Диаметры космических тел варьируются в пределах 45-100 км.

Харон был открыт в 1978 году. Он был назван в честь Харона – перевозчика душ умерших через Стикс. Его диаметр, по современным оценкам, составляет 1205 км – чуть больше половины диаметра Плутона, а соотношение масс составляет 1:8.

В период с февраля 1985 года по октябрь 1990 года наблюдались чрезвычайно редкие явления: попеременные затмения Плутона Хароном и Харона Плутоном. Они происходят, когда восходящий, либо нисходящий узел орбиты Харона оказывается между Плутоном и Солнцем, а такое случается примерно каждые 124 года. Поскольку период обращения Харона – чуть меньше недели, затмения повторялись каждые трое суток, и за пять лет произошла большая серия этих событий.

Барицентр системы Плутон-Харон находится вне поверхности Плутона, поэтому некоторые астрономы считают Плутон и Харон двойной планетной системой – такой вид взаимодействий крайне редко встречается в Солнечной системе. Эта система также необычна среди других планет, испытывающих приливное воздействие: и Харон, и Плутон всегда повёрнуты друг к другу одной и той же стороной. То есть с одной стороны Плутона, обращённой к Харону, Харон виден как неподвижный объект, а с другой стороны планеты Харона не видно вообще никогда. Особенности спектра отражаемого света приводят к заключению, что Харон покрыт водным льдом. В 2007 году наблюдения позволили установить наличие на Хароне гидратов аммиака и водяных кристаллов, что, в свою очередь, позволяет предположить наличие на Хароне криогейзеров.

Два спутника Плутона были запечатлены на фото астрономами, работающими с космическим телескопом «Хаббл» 15 мая 2005 года. 21 июня 2006 года МАС официально назвал новые спутники Никта и Гидра. Эти два маленьких спутника обращаются по орбитам, которые в 2-3 раза дальше орбиты Харона: Гидра расположена на расстоянии около 65000 км от Плутона, Никта – примерно 50000 км. Они обращаются почти в той же плоскости, что и Харон, и имеют орбиты, близкие к круговым. Наблюдения за Никтой и Гидрой с целью определить их индивидуальные характеристики на данный момент продолжаются. Гидра иногда бывает ярче, чем Никта. Это может свидетельствовать о том, что она больше, или что отдельные участки её поверхности лучше отражают солнечный свет. Оценка позволяет предполагать, что диаметр Никты – 46 км, а Гидры – 61 км. Верхние пределы для их диаметров могут быть оценены, как 137 ± 11 км и 167 ± 10 км соответственно. Открытие двух маленьких спутников позволяет предполагать, что Плутон может обладать системой колец. Столкновения малых тел могут образовать множество обломков, формирующих кольца. Данные оптических исследований усовершенствованной обзорной камеры на телескопе «Хаббл» свидетельствуют об отсутствии колец.