Felfedezése
A Plútót, az 136199 Eris után a legnagyobb ismert törpebolygót 1930-ban fedezte fel Clyde W. Tombaugh a Lowell Obszervatóriumban. Felfedezését megelőzően a 19. század végén a Neptunusz pályájának megfigyelései alapján a csillagászok azt feltételezték, hogy az Uránusz pályáját a Neptunuszon kívül egy másik bolygó is zavarja (1). Lowell és csillagvizsgálója 1916-ban bekövetkezett haláláig kereste, de eredménytelenül. Bár Lowell nem ismerte fel, de kutatásai során két halvány képet is rögzítettek a Plútóról 1915. március 19-én és április 7-én.
Vesto Melvin Slipher, a csillagvizsgáló igazgatója az ismeretlen bolygó helyének meghatározását a 23 éves Clyde Tombaugh-nak adta, aki éppen akkor érkezett az obszervatóriumba. 1930. február 18-án, közel egy éves keresés után, Tombaugh egy lehetséges objektumot fedezett fel a január 23-án és 29-én készült fényképfelvételeken. Egy január 21-én készült gyengébb minőségű fénykép is segített meghatározni az égitest mozgását. Miután az csillagvizsgáló további megerősítő fényképeket szerzett, 1930. március 13-án a felfedezés hírét táviratban továbbították a Harvard College Obszervatóriumába. Ekkor, a csillagászok bolygónak azonosították az új égitestet.
Természetesen nem tévedésről van szó, hiszen ekkor még nem létezett pontos meghatározás a bolygókra.
Besorolása
Hogyan határozzák meg, hogy mi a bolygó, törpebolygó, kisbolygó? Gibor Basri, a U.C. Berkeley Egyetem csillagásza határozta meg a legalaposabban az égitestek terminológiáját (2). Ezek szerint a bolygók egy fúzor, csillag körül keringő olyan szférikus, gömbölyű testek (itt a gömbölyű alak a gravitációs ekvipotenciál által kialakított alakra utal), melyek 13 jupitertömegnél kisebbek (hiszen akkor már csillagok) és pályájukon nincsenek további égitestek (3). Mivel a Kuiper-övben számos más égitest is található, nyilvánvalóvá vált, hogy a Plútó nem bolygó, hiszen pályáján levő objektumok nem álltak össze egy nagyobb bolygóvá, de mivel szferikus alakkal rendelkezik, a törpebolygó besorolást kapta (4, 5).
A Plútónak öt ismert holdja van: a Charon, a legnagyobb, amelynek átmérője alig több mint fele a Plútóénak; és az apróbb Styx, Nix, Kerberos, és Hydra. A Plútót és a Charont bináris rendszernek tekintik, mivel pályájuk baricentruma mindkét testen kívül van, és kötött keringésűek, tehát mindkét égitest ugyanazt az oldalát fordítja a másik felé.
Planetológiája
A Plútó átlagos átmérője 2376 km, tehát a Föld átmérőjének nagyjából ötöde, tengelyforgási ideje 6,39 nap. Naprendszerünk tömegközéppontját 248 év alatt kerüli meg, pályája az ekliptikához képest 17 fokot zár be.
Földtől való távolsága miatt nehéz mélyrehatóan tanulmányozni a Földről, ezért a legtöbb részlet ismeretlen maradt 2015. július 14-ig, amikor is a New Horizons áthaladt a Plútó rendszerén, és megkezdte az adatok visszaküldését a Földre. Nyilvánvalóvá vált, hogy a Plútó figyelemre méltó geológiai sokféleséggel rendelkezik.
Felszíne
A Plútó felszínének túlnyomó része szilárd nitrogénből áll, nyomokban vízjeget, metánt és szén-monoxidot tartalmaz. A törpebolygó Charon felé néző oldala több szilárd metánt tartalmaz, míg a másik oldal több nitrogént és szilárd szén-monoxidot. Az illékony jegek eloszlása évszakfüggő, jobban befolyásolja a napsugárzás és a domborzat, mint a felszín alatti folyamatok (6, 7). A Plútó a Naprendszer egyik legszínesebb teste, szénfekete, barna, sötétnarancs és fehér színekkel.
A New Horizons adatai szerint a Plútó felszíni életkora rendkívül változatos, az ősi, sötét, hegyvidéki terepektől kezdve (Cthulhu) a fényes, lapos, gyakorlatilag krátermentes területekig, mint például a Szputnik Planitia.
A Sputnik Planitia a Plútó vízjeges alapkőzeténél illékonyabb, lágyabb és sűrűbb jegekből áll, mint a nitrogén, a szén-monoxid és a szilárd metán. Sokszögű konvekciós sejtszerkezet látható a krátertelen síkság nagy részén, ami arra utal, hogy felszínének 10 millió évnél fiatalabbnak kell lennie. A feltehetőleg szilárd nitrogénből álló gleccserek a síkságból a szomszédos mélyedésekbe és kráterekbe áramlanak. A síkság nitrogénje vékony jégrétegekben rakódott le a keletre és délre fekvő hegyvidékeken, kialakítva a Tombaugh Regio nagy, fényes keleti lebenyét. Úgy tűnik, hogy ezekről a keleti felföldekről a gleccserek a völgyeken keresztül áramlanak vissza a síkságba.
A Sputnik Planitia délnyugati és déli széle mentén több kilométer magas hegyek találhatók. A vízjég az egyetlen olyan jég, amely elég erős a helyi hőmérsékleten ahhoz, hogy megtartsa az ilyen magasságú képződményeket.
A Sputnik Planitia nyugati részén, az Al-Idrisi Montes közelében szelek által kialakított keresztirányú dűnék vannak, amelyek a Szputnyik Planitia központjától a környező hegyek irányába fújnak. A dűnék mérete 0,4-1 km között van, melyek valószínűleg 200-300 μm méretű metánjégrészecskékből állnak. A részecskék a felszín fölé emelkednek, amikor a nitrogénjég a napsugárzás hatására szublimál. Ezt követően enyhe, 1-10 m/s sebességgel fújó szél mozgatja őket az általában alacsony, körülbelül 15 μbar körüli légköri nyomás ellenére.
Felszíni alakzatok a Plútón
Cavi (tsz.)
Cavus (esz.) üreges és meredek oldalú mélyedés.
A Quidlivun Cavus egy mélyedés a Plútó felszínén, amely Wright Mons központi kalderájának felel meg, a Tenzing Montestől délnyugatra és Morgoth Macula szomszédságában.
Colles (tsz.)
Collis (esz.) alacsony hegy, domb.
A Coleta de Dados Colles egy dombsor a Sputnik Planitián, tulajdonképpen a síkság sűrűbb nitrogénjegében úszó vízjégtömbök.
Dorsa (tsz.)
Dorsum (esz.) alacsony, kanyargós gerinc, amely akár több száz kilométerre is kiterjedhet. A gerincek a láva lehűlése és megszilárdulása után keletkező tektonikus képződmények.
Fluctus (tsz, esz.) folyékony anyag által feltöltött terület.
Fossae (tsz.)
Fossa (esz.) hosszú, keskeny árok.
Lacus (tsz, esz.) kis síkság.
Maculae (tsz.)
Macula (esz.) környezeténél sötétebb foltszerű terület. A régió sötét színe a feltételezések szerint a felszínt borító, összetett szénhidrogénekből, úgynevezett tholinokból álló „kátrány” eredménye, amelyek a légkörben lévő metánból és nitrogénből képződnek, kölcsönhatásba lépve az ultraibolya és a kozmikus sugárzással.
Montes (tsz.)
Mons (esz.) hegy.
A Hillary Montes hegyek 3,5 km magasak, a Tenzing Montestől északnyugatra találhatók, a Sputnik Planitia délnyugati határterületén, Tombaugh Regio déli részén. Metán és vízjég alkotja domborulatait.
Paludes (tsz.)
Palus (esz.) kis síkság.
Planitiae (tsz.)
Planitia (esz.) alacsony síkság.
A Sputnik Planitia egy magas albedójú, jéggel borított terület a Plútón, körülbelül 1050 x 800 km méretű. A New Horizons nem észlelt krátert, ami 10 millió évesnél fiatalabb felszínre utal. A medencét alkotó jégről azt gondolják, hogy elsősorban nitrogénjégből áll, kisebb hányadban szén-monoxid és metánjég alkotja. A Sputnik Planitia valószínűleg becsapódási medenceként keletkezett, amely ezt követően gyűjtötte össze az illékony jeget. A feltételezett impaktor, a becsapódó test mérete 150–300 km-re becsülhető. Ezt a hipotézist erősíti egy pozitív gravitációs anomália a Plútó vízjégkérge alatt, mivel ehhez egy felszín alatti folyékony vízóceán jelenléte szükséges; az elvékonyodott kéreg izosztatikus felemelkedése és ennek következtében a sűrűbb folyékony víz behatolása a medence alá magyarázhatja meg az anomáliát.
Regiones (tsz.)
Regio (esz.) olyan terület, mely jelentősen különbözik a környezetétől.
A Tombaugh Regio a Plútó legnagyobb felszínformája, a törpebolygó híres szív alakú kéoződménye. Nyugati lebenye, egy 1000 km széles, nitrogénből és egyéb jegekből álló síkság, a Sputnik Planitia, mely egy medencében terül el. A keleti lebeny magas albedójú felföldekből áll, amelyekről azt feltételezik, hogy a Sputnik Planitia légkörén ideáramló nitrogén borítja, majd jégként rakódik le. Ennek a nitrogénjégnek egy része ezután a jeges áramláson keresztül visszatér a Sputnik Planitiára.
Rupes (tsz, esz.) meredek lejtő.
A Piri Rupes lejtőin feltehetően a Plútó metánjégben gazdag felszíne szublimálódik a légkörbe, és az alatta lévő vízjég rétegei felszínre bukkannak.
Terrae (tsz.)
Terra (esz.) kiterjedt szárazföld.
Viking Terra a vöröses színű területen, mely színt itt is a tholin okozza. A vidék krátereinek a peremén lerakódott metánjég is jól megfigyelhető. Ez a vidék is gazdag kriovulkáni tevékenység nyomaiban.
Valles (tsz.)
Vallis (esz.) völgy.
Kriovulkanizmus
A kriovulkánok, vagy jégvulkánok olyan típusú vulkánok, ahol olvadt kőzet, láva helyett illékony anyagok, például víz, ammónia vagy metán tör ki rendkívül hideg környezetbe, amely fagyáspontjukon vagy az alatt van. Két lehetséges kriovulkánt is azonosítottak a Plútón, a Wright Mons és a Piccard Mons képződményeket, a Sputnik Planitiától délre, a déli pólus közelében található régióban. Mindkettő több mint 150 km átmérőjű és legalább 4 km magas, a Plútó jelenleg ismert legmagasabb csúcsai. Enyhén kráterezettek, így planetológiailag fiatalok, bár idősebbek, mint a Szputnyik Planitia. Ez az első alkalom, hogy nagy kriovulkáni képződményeket azonosítottak a Naprendszerben (8, 9).
Egy 2019-es tanulmány egy második valószínű kriovulkáni szerkezetet azonosított a Virgil Fossae körül, amely egy sor mélyedés a Cthulhu Macula északkeleti részén, Tombaugh Regiotól nyugatra. Úgy tűnik, hogy ammóniában gazdag kriolávák Virgil Fossae-ből és más közeli területről törtek ki, és több ezer négyzetkilométernyi területet fedtek le. Az a tény, hogy az ammónia spektrális jele észlelhető volt, amikor a New Horizons elrepült a Plútó mellett, arra utal, hogy Virgil Fossae nem idősebb egymilliárd évnél, mivel annyi idő alatt a kozmikus sugarak elpusztítanák az ammóniát a felszínen és a kéreg felső részében (10).
Belső szerkezete
A Plútó sűrűsége 1,87 g/cm3. Mivel a radioaktív elemek bomlása eléggé felmelegítette a törpebolygó belsejét ahhoz, hogy a különféle sűrűségű anyagok különváljanak, a Plútó belső szerkezete differenciált, a mag szerpentinitben gazdag kőzetekből áll, mely a Kuiper öv szenes kondritos kőzeteiből állt össze. Ezt folyékony víz köpenye, majd vízjégből álló kéreg vesz körül. A Plútó felszíni könnyű, illékony anyagainak nagy mennyisége azt sugallja, hogy a Plútó teljesen differenciálódott, így felszabadította az összes könnyű, illékony anyagot, amely a kőzetekbe és a vízjégbe volt zárva (11).
Valószínű, hogy ez a felszín alatti felmelegedés ma is folytatódik, és mintegy 100-180 km vastag folyékony vízből álló felszín alatti óceán megmaradását teszi lehetővé a mag és a köpeny határán (12, 13).
Keletkezése
A Plútó eredete sokáig rejtély volt. Az egyik korai feltételezés az volt, hogy a Plútó a Neptunusz szökött holdja, amelyet a Neptunusz jelenlegi legnagyobb holdja, a Triton lökött ki a pályáról. Ezt az ötletet végül elvetették, miután a számítások szerint ez lehetetlen, miután a Plútó soha nem közelíti meg a Neptunuszt, mert ezzel 2:3 arányú keringési rezonanciában van (14, 15).
A Plútó eredetére csak 1992-ben kezdett fény derülni, amikor is a csillagászok a Neptunuszon túl olyan kis jeges objektumokat kezdtek találni, amelyek nemcsak pályájukban, összetételükben, hanem akár méretükben is hasonlítottak a Plútóhoz. Ez a Neptunuszon túli terület sok rövid periódusú üstökös forrása. A Plútó ma a Kuiper-öv legnagyobb tagja, mely a Naptól 30-50 CSE távolságra elhelyezkedő égitestek öve. A Plútónál nagyobb 136199 Eris noha a Kuiper övből származik, ma már nem ott található, hanem Kuiper-övön túl található „Szórt Korong” tagja.
A Kuiper-öv többi tagjához hasonlóan a Plútót is „maradék-planetezimálnak” tartják, olyan égitestnek, mely a Nap körüli eredeti protoplanetáris korong részeként nem tudott valódi bolygóvá nőni, bekebelezve a régió többi tagját. Plútó a jelenlegi helyzetét a Neptunusz Naprendszerünk kialakulásának korai szakaszában bekövetkezett vándorlásnak köszönheti. Ahogy a Neptunusz a Naptól távolodott, megközelítette az ősi Kuiper-öv térségét. A Tritont maga körüli pályára állította, egyeseket pályarezonanciákba zárt, másokat kaotikus pályára sodort (16).
Források:
1. Croswell, Ken (1997). Planet Quest: The Epic Discovery of Alien Solar Systems. New York: The Free Press. p. 43. ISBN 978-0-684-83252-4.
2. Basri, Gibor; Brown, Michael E. (2006-05-01). „PLANETESIMALS TO BROWN DWARFS: What is a Planet?”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 34 (1): 193–216. https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.earth.34.031405.125058
3. What is a Planet? https://astrogibor.org/uncategorized/whatisaplanet/
4. Csizmadia Szilárd: A Pluto osztályozásáról. Fizikai Szemle, 2006, 12. szám, 399-403. oldal, http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0612/FizSzem-200612.pdf
5. AU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes” (Press release). International Astronomical Union (News Release — IAU0603), https://web.archive.org/web/20070103145836/http://www.iau.org/iau0603.414.0.html
6. Owen, Tobias C.; Roush, Ted L.; Cruikshank, Dale P.; et al. (1993). „Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto”. Science. 261 (5122): 745–748.
7. Lewin, Sarah (27 September 2017). „Pluto’s ‘Skyscrapers’: What’s Responsible for Dwarf Planet’s Giant Ice Blades”. Space.com, https://www.space.com/38281-pluto-giant-ice-blades-explained.html
8. „At Pluto, New Horizons Finds Geology of All Ages, Possible Ice Volcanoes, Insight into Planetary Origins”. New Horizons News Center. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC. 9 November 2015.
9. Witze, A. (9 November 2015). „Icy volcanoes may dot Pluto’s surface”. Nature, https://www.nature.com/articles/nature.2015.18756
10. Cruikshank, Dale P. et Al; (15 September 2019). „Recent cryovolcanism in Virgil Fossae on Pluto”. Icarus. 330: 155–168. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103518307346?via%3Dihub
11. Lisse, C. M. et Al; (2020). „Ices in KBO MU69 and Pluto – Implications for Their Formation & Evolution”. American Astronomical Society Meeting Abstracts. 52: 438.04, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020AAS…23543804L/abstract
12. Hussmann, Hauke; Sohl, Frank; Spohn, Tilman (November 2006). „Subsurface oceans and deep interiors of medium-sized outer planet satellites and large trans-neptunian objects”, https://www.researchgate.net/publication/225019299_Subsurface_Oceans_and_Deep_Interiors_of_Medium-Sized_Outer_Planet_Satellites_and_Large_Trans-Neptunian_Objects
13. Bierson, Carver; et al. (June 22, 2020). „Evidence for a hot start and early ocean formation on Pluto”, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020NatGe..13..468B
14. Stern, S. Alan; Tholen, David J. (1997). Pluto and Charon. University of Arizona Press. p. 623. ISBN 978-0-8165-1840-1.
15. Jewitt, David C. (2004). „The Plutinos”. University of Hawaii, http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/kb/plutino.html
16. Hahn, Joseph M. (2005). „Neptune’s Migration into a Stirred-up Kuiper Belt: A Detailed Comparison of Simulations to Observations” (PDF). The Astronomical Journal. 130 (5): 2392–2414, https://arxiv.org/abs/astro-ph/0507319
