Dværgplaneten Pluto og dets system på fem måner er omtrent lige så mystiske som underverdenen i antikken, der inspirerede deres navne. Pluto er i gennemsnit omkring 3, 7 mia. Miles fra Jorden den eneste af de oprindelige ni planeter, der endnu ikke er observeret på kort afstand - skønt dette vil ændre sig, når New Horizons-sonden udfører en flyby i midten af juli. Det har også et ubekræftet antal måner, hvilket tilføjer komplikationerne ved beregning af banebaner.
Relateret indhold
- Pluto Probe Finder overraskelser foran dens tætte møde
- William Shatner kaprer konkurrence for at navngive Plutos måne
”Hvis du har spurgt mit videnskabsteam, er jeg helt sikker på, at flertallet ville blive overrasket over ikke at finde flere måner, ” siger Alan Stern, hovedundersøgelsesleder for New Horizons-missionen. ”Spørgsmålet er, om vi finder 2, 10 eller 20? Jeg ville ikke sætte mine spil på nul. ”
En ny undersøgelse, der blev offentliggjort i denne uge i Nature, hjælper os med bedre at forstå banerne i Plutos kendte måner, som igen kan tilbyde ledetråde til mekanikerne i exoplaneter, der kredser om tvillingestjerner. Men arbejdet peger også på nogle uoverensstemmelser, der antyder dannelsen af disse måner er stadig et conundrum.
Pluto og dens største måne, Charon, er låst i en binær dans, der kredser rundt om et fælles massecenter på grund af deres tyngdepåvirkning på hinanden. De fire andre kendte satellitter i dette system - Styx, Nix, Kerberos og Hydra - kredser også om det fælles center snarere end Pluto selv. Det betyder, at de har mærkelige vugger i deres næsten cirkulære bane, og de opfører sig anderledes end andre måner i solsystemet.
Dette komplekse orbitalforhold kombineret med vanskeligheden ved at observere det fjerne system har gjort det svært at finde ud af, hvordan Pluto og dens familie dannede sig. Den førende teori er, at ligesom den gigantiske påvirkning, der dannede Jordens måne, blev Charon født, da en stor genstand smadrede ind i Pluto under den voldelige dannelse af solsystemet, og de andre små måner, der blev anbragt i resterne.
Billeder fra New Horizons taget i april viser Pluto og Charon kredser rundt om et fælles massecenter. (Animeret gif af NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute) ”Vi er stadig forvirrede over, hvordan systemet dannedes, ” siger studiemedforfatter Mark Showalter, en senior forsker ved Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute. ”Jeg tror, at alle tror, at et stort objekt på et tidspunkt i den fjerne fortid baskede sig i 'proto-Pluto', og månerne dannede sig fra affaldsskyen. Efter dette punkt i historien bliver detaljer imidlertid meget tegnet. ”
Analyse af data indsamlet fra Hubble-rumteleskopet efter opdagelsen af Kerberos og Styx antyder nu, at Styx er låst i en orbital resonans med Nix og Hydra, hvilket understøtter konsekvensteorien. Orbital resonans er, når flere organer udøver regelmæssig, periodisk tyngdekraftpåvirkning på hinanden, så de fuldender deres baner i et forudsigeligt mønster. Det bedst kendte eksempel er Laplace-resonans for Jupiters tre måner, Io, Europa og Ganymede, som har en orbital resonans på 1: 2: 4. Dette betyder, at Io kredser Jupiter fire gange for hver eneste af Ganymedes rotationer, mens Europa kredser to gange på samme tid.
Matematiske modeller af Showalter viser, at resonanserne for alle fem Pluto-måner kunne have været fastlåst i et forhold 1: 3: 4: 5: 6 efter den Charon-dannende påvirkning, meget tæt på det aktuelle forhold mellem orbitalperioder for Plutos måner. Denne teori forklarer også den resterende resonans for Styx, Nix og Hydra. Men der er en komplicerende faktor: De andre organer i Pluto-systemet injicerer kaos i disse månes ellers stabile konfiguration.
Styx, Nix og Hydra ser ud til at være låst i resonans det meste af tiden, men Nix og Hydra bliver med jævne mellemrum kastet i kaos, og det har været vanskeligt at pinoint årsagen. Kaotiske kredsløb forekommer, når en ikke-sfærisk objekts rotationsakse vugger markant og forhindrer, at den falder i en synkron bane. Saturns "svamp" -måne Hyperion roterer for eksempel kaotisk, og astronomer mener, at dens vaglende bevægelse er forårsaget af Hyperions 3: 4-orkitalresonans med den større måne Titan. Men de nye fotometri og dynamiske modeller, der er kørt af Showalter, antyder, at et binært system som Pluto og Charon også kan få ikke-sfæriske måner til at rotere kaotisk, så selv med de kaotiske baner fra Nix og Hydra virker virkningsscenariet stadig plausibelt.
Et Hubble-billede fra 2012 fanger Pluto med sine fem kendte måner. (NASA, ESA og M. Showalter (SETI Institute)) Kerberos kaster imidlertid en større skruenøgle ind i konsekvensteorien. Baseret på observationsdataene fra Hubble ser Nix og Hydra ud til at være lyse objekter, der ligner Charon. Men Kerberos virker meget mørkere. Med en masse, der er omtrent en tredjedel af Nix og Hydra, reflekterer Kerberos kun ca. 5 procent så meget sollys. Hvis Plutos mindre måner blev dannet af det samlede materiale fra en enkelt større kollision, ville de have et direkte forhold mellem størrelse og lysstyrke. Et heterogent satellitsystem, som Plutos ser ud til at være, forbliver et gåte.
”Denne forskning ligner lidt arkæologi, ” siger Showalter. ”Vi har lige fundet et par stykker af antik keramik, men ved endnu ikke, hvordan de passer sammen.”
Pluto-systemets nye horisonter den 14. juli vil hjælpe med at besvare mange af de spørgsmål, der rejses i Nature- papiret. Instrumenterne på New Horizons vil være i stand til at bestemme, om Kerberos virkelig er mørkere end de andre måner, og de vil tage nøjagtige målinger af figurerne på alle Plutos måner. Måske mest spændende vil flyby afsløre, om der findes andre måner eller ringe, der har indflydelse på Pluto-systemets komplekse orbitalmekanik.
”Hvert planetarisk system har en formationshistorie at fortælle, ” forklarer Showalter. ”At forstå deres historie hjælper os med at forstå andre former for astrofysiske diske, herunder galakser og eksoplanetære systemer. Der er mange kendte 'tarmplaneter', der kredser om to stjerner i stedet for en - tænk Luke Skywalker ved solnedgang på Tatooine. Jeg tror, at Pluto-systemet viser os nye detaljer om, hvordan disse meget større dynamiske systemer fungerer. ”
