Trpasličí planeta Pluto a její systém pěti měsíců jsou asi stejně záhadné jako podsvětí starověku, které inspirovalo jejich jména. V průměru asi 3, 7 miliardy kilometrů od Země je Pluto jedinou z devíti původních planet, které dosud nebyly pozorovány v blízkém dosahu - to se však změní, když sonda New Horizons provede průlet v polovině července. Má také nepotvrzený počet měsíců, což zvyšuje komplikace výpočtu orbitálních trajektorií.
Související obsah
- Pluto Probe najde překvapení před svým blízkým setkáním
- William Shatner unesl soutěž o jmenování Pluta's Moon
"Pokud jste oslovili můj vědecký tým, jsem si zcela jist, že většina by byla překvapená, když nenajde více měsíců, " říká Alan Stern, hlavní vyšetřovatel mise New Horizons. "Otázka je, že najdeme 2, 10 nebo 20?" Nevsadil bych své sázky na nulu. “
Nová studie publikovaná tento týden v Přírodě nám pomáhá lépe porozumět oběžným drahám Plutových známých měsíců, které zase mohou poskytnout vodítka mechanikům exoplanet, které obíhají na dvou hvězdách. Práce však také poukazuje na některé nesrovnalosti, které naznačují, že vytvoření těchto měsíců je stále hádankou.
Pluto a jeho největší měsíc, Charon, jsou zamčeni v binárním tanci, obíhajícím společným centrem hmoty kvůli jejich gravitačnímu vlivu na sebe. Čtyři další známé satelity v tomto systému - Styx, Nix, Kerberos a Hydra - také obíhají kolem tohoto společného centra, nikoli samotného Pluta. To znamená, že mají podivné kolísání ve svých oběžných drahách a chovají se odlišně od ostatních měsíců ve sluneční soustavě.
Tento složitý orbitální vztah spojený s obtížemi pozorovat vzdálený systém způsobil, že bylo těžké zjistit, jak se Pluto a jeho rodina utvářely. Hlavní teorie je, že se Charon, stejně jako obrovský dopad, který tvořil Zemský Měsíc, narodil, když se během násilného utváření sluneční soustavy vrhl do Pluta velký objekt a další malé měsíce se nahromadily ze zbytků.
Snímky z New Horizons pořízené v dubnu ukazují, že Pluto a Charon obíhají kolem společného centra hmoty. (Animovaný gif NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute) "Stále jsme zmatení z toho, jak se tento systém vytvořil, " říká spoluautor studie Mark Showalter, vedoucí vědecký pracovník Institutu pro hledání mimozemských zpravodajských služeb (SETI). "Myslím, že všichni věří, že v určitém okamžiku v dávné minulosti se do" proto-Pluta "vrhl velký objekt a z oblaku trosek se vytvořily měsíce. Po tomto bodě v příběhu se však podrobnosti stávají velmi útržkovité. “
Analýza dat shromážděných z Hubbleova kosmického dalekohledu po objevech Kerberose a Styxe nyní naznačuje, že Styx je uzavřen do orbitální rezonance s Nixem a Hydrou, což podporuje teorii dopadu. Orbitální rezonance je, když více těl vykonává pravidelný, periodický gravitační vliv na sebe tak, že dokončují své oběžné dráhy v předvídatelném vzorci. Nejznámějším příkladem je Laplaceova rezonance tří měsíců Jupitera, Io, Europa a Ganymede, které mají orbitální rezonanci 1: 2: 4. To znamená, že Io obíhá Jupiter čtyřikrát pro každou z Ganymedových rotací, zatímco Evropa obíhá dvakrát ve stejnou dobu.
Matematické modely od Showaltera ukazují, že rezonance všech pěti Pluto měsíců mohly být po Charonově formujícím dopadu uzavřeny ve vztahu 1: 3: 4: 5: 6, velmi blízké současnému poměru orbitálních period pro Plutoovy měsíce. Tato teorie také vysvětluje zbývající rezonanci Styx, Nix a Hydra. Je zde však komplikující faktor: Jiná těla v systému Pluto vkládají chaos do jinak stabilní konfigurace těchto měsíců.
Styx, Nix a Hydra se zdají být většinou rezonančně uzamčeny, ale Nix a Hydra jsou pravidelně hozeny do chaosu a bylo obtížné tuto příčinu vyřešit. Chaotické dráhy se objevují, když se osa rotace nesférického objektu významně zakolísá, což zabraňuje pádu na synchronní orbitu. Například Saturnův „houba“ Měsíc Hyperion se chaoticky otáčí a astronomové se domnívají, že jeho vratký pohyb je způsoben orbitální rezonancí Hyperionu 3: 4 s větším měsícem Titan. Nové fotometrické a dynamické modely, které provozuje společnost Showalter, však naznačují, že binární systém, jako je Pluto a Charon, může také způsobit chaotickou rotaci nesférických měsíců, takže i s chaotickými oběžnými dráhami Nix a Hydra se scénář dopadu zdá být věrohodný.
Snímek Hubble z roku 2012 zachycuje Pluta svými pěti známými měsíci. (NASA, ESA a M. Showalter (institut SETI)) Kerberos však hodí hlavní klíč do teorie dopadů. Na základě pozorovacích dat z Hubblova se Nix a Hydra jeví jako jasné objekty podobné Charonu. Ale Kerberos vypadá mnohem tmavší. S hmotností, která je zhruba třetinou hmotnosti Nix a Hydry, odráží Kerberos pouze asi 5 procent tolik slunečního světla. Kdyby byly Plutovy menší měsíce vytvořeny z agregovaného materiálu jediné velké kolize, pak by měly přímý vztah mezi velikostí a jasem. Heterogenní satelitní systém, jako je například Pluto, se zdá být záhadou.
"Tento výzkum je trochu jako archeologie, " říká Showalter. "Právě jsme objevili několik kusů starověké keramiky, ale zatím nevíme, jak spolu zapadají."
Flyety New Horizons systému Pluto 14. července pomohou odpovědět na mnoho otázek vznesených v dokumentu Nature . Nástroje na New Horizons budou schopny určit, zda Kerberos je skutečně tmavší než ostatní měsíce, a budou provádět přesná měření tvarů všech Plutových měsíců. Snad nejzajímavější z letu odhalí, zda existují nějaké další měsíce nebo prsteny, které ovlivňují složitou orbitální mechaniku systému Pluto.
"Každý planetární systém má příběh o formaci, " vysvětluje Showalter. „Porozumění jejich historii nám pomáhá pochopit jiné druhy astrofyzikálních disků, včetně galaxií a exoplanetárních systémů. Existuje mnoho známých „oběžných planet“, které obíhají kolem dvou hvězd místo jedné - přemýšlejte Luke Skywalker při západu slunce na Tatooine. Myslím, že systém Pluto nám ukazuje nové podrobnosti o tom, jak tyto mnohem větší dynamické systémy fungují. “
