Dvergplaneten Pluto og systemet med fem måner er omtrent like mystisk som underverdenen i antikken som inspirerte navnene deres. Pluto er i gjennomsnitt omtrent 3, 7 milliarder kilometer fra Jorden, den eneste av de opprinnelige ni planetene som ennå ikke er observert på nært hold - selv om dette vil endre seg når New Horizons-sonden utfører en flyby i midten av juli. Den har også et ubekreftet antall måner, noe som gir komplikasjoner ved beregning av banebaner.
Relatert innhold
- Pluto Probe finner overraskelser foran dets nære møte
- William Shatner kaprer konkurranse for å navngi Plutos måne
"Hvis du har spurt vitenskapsteamet mitt, er jeg ganske sikker på at flertallet ville bli overrasket over ikke å finne flere måner, " sier Alan Stern, hovedetterforsker for oppdraget New Horizons. "Spørsmålet er om vi skal finne 2, 10 eller 20? Jeg ville ikke sette innsatsene mine på null. ”
En ny studie publisert denne uken i Nature hjelper oss med å bedre forstå banene i Plutos kjente måner, som igjen kan gi ledetråder til mekanikken til eksoplaneter som går i bane rundt tvillingstjerner. Men arbeidet peker også på noen uoverensstemmelser som antyder at dannelsen av disse månene fremdeles er en conundrum.
Pluto og dens største måne, Charon, er låst i en binær dans, og kretser rundt et felles massesenter på grunn av deres gravitasjonspåvirkning på hverandre. De fire andre kjente satellittene i dette systemet - Styx, Nix, Kerberos og Hydra - går også i bane rundt det felles senteret i stedet for selv om Pluto. Dette betyr at de har rare vugger i sine nesten sirkulære baner, og at de oppfører seg annerledes enn andre måner i solsystemet.
Dette komplekse omløpsforholdet, kombinert med vanskeligheten med å observere det fjerne systemet, har gjort det vanskelig å finne ut hvordan Pluto og familien dannet seg. Den ledende teorien er at i likhet med den gigantiske påvirkningen som dannet jordens måne, ble Charon født da en stor gjenstand smadret inn i Pluto under den voldsomme dannelsen av solsystemet, og de andre små månene som ble ankreppet fra det resterende rusk.
Bilder fra New Horizons tatt i april viser Pluto og Charon som går i bane rundt et felles massesenter. (Animert gif av NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute) "Vi er fortsatt forvirret av hvordan systemet dannet seg, " sier studieforfatter Mark Showalter, senior forsker ved Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute. ”Jeg tror alle tror at et stort objekt på et eller annet tidspunkt i en fjern fortid basled seg inn i 'proto-Pluto' og månene dannet av søppelskyen. Etter dette punktet i historien blir imidlertid detaljene veldig skisserte. ”
Nå antyder analyse av data samlet inn fra Hubble-romteleskopet etter funnene av Kerberos og Styx at Styx er innelåst i en orbital resonans med Nix og Hydra, og støtter konsekvensteorien. Orbital resonans er når flere kropper utøver regelmessig, periodisk gravitasjonspåvirkning på hverandre slik at de fullfører banene sine i et forutsigbart mønster. Det mest kjente eksemplet er Laplace-resonansen til Jupiters tre måner, Io, Europa og Ganymede, som har en orbital resonans på 1: 2: 4. Dette betyr at Io går i bane rundt Jupiter fire ganger for hver eneste av Ganymedes rotasjoner, mens Europa går i bane to ganger på samme tid.
Matematiske modeller fra Showalter viser at resonansene for alle fem Pluto-månene kunne vært innelåst i et forhold 1: 3: 4: 5: 6 etter den Charon-dannende påvirkningen, veldig nær dagens forhold mellom orbitale perioder for Plutos måner. Denne teorien forklarer også den gjenværende resonansen til Styx, Nix og Hydra. Men det er en kompliserende faktor: De andre kroppene i Pluto-systemet injiserer kaos i disse månenes ellers stabile konfigurasjon.
Styx, Nix og Hydra ser ut til å være innelåst i resonans mesteparten av tiden, men Nix og Hydra blir med jevne mellomrom kastet ut i kaos, og det har vært vanskelig å pinointe årsaken. Kaotiske baner oppstår når en ikke-sfærisk objekts rotasjonsakse vingler betydelig, og forhindrer at den faller inn i en synkron bane. Saturns "svamp" -måne Hyperion roterer for eksempel kaotisk, og astronomer mener at dens vinglende bevegelse er forårsaket av Hyperions 3: 4-bane-resonans med den større månen Titan. Men de nye fotometrien og dynamiske modellene som drives av Showalter antyder at et binært system som Pluto og Charon også kan føre til at ikke-sfæriske måner roterer kaotisk, så selv med de kaotiske banene til Nix og Hydra, virker innvirkningsscenariet fortsatt plausibelt.
Et Hubble-bilde fra 2012 fanger Pluto med sine fem kjente måner. (NASA, ESA og M. Showalter (SETI Institute)) Kerberos kaster imidlertid en viktig skiftenøkkel inn i konsekvensteorien. Basert på observasjonsdataene fra Hubble ser Nix og Hydra ut til å være lyse objekter, likt Charon. Men Kerberos virker mye mørkere. Med en masse som er omtrent en tredjedel av Nix og Hydra, reflekterer Kerberos bare rundt 5 prosent så mye sollys. Hvis Plutos mindre måner ble dannet fra det aggregerte materialet til en eneste større kollisjon, ville de ha et direkte forhold mellom størrelse og lysstyrke. Et heterogent satellittsystem, som Plutos ser ut til å være, er fortsatt et gåte.
"Denne forskningen er litt som arkeologi, " sier Showalter. "Vi har bare avdekket noen få stykker gammel keramikk, men vet ennå ikke hvordan de passer sammen."
The New Horizons flyby av Pluto-systemet 14. juli vil bidra til å svare på mange av spørsmålene som er reist i Nature- papiret. Instrumentene på New Horizons vil kunne bestemme om Kerberos virkelig er mørkere enn de andre månene, og de vil ta nøyaktige målinger av formene til alle Plutos måner. Kanskje mest spennende, vil flybyen avsløre om det finnes andre måner eller ringer som påvirker den kompliserte banemekanikken i Pluto-systemet.
"Hvert planetarisk system har en formasjonshistorie å fortelle, " forklarer Showalter. "Å forstå historien deres hjelper oss å forstå andre typer astrofysiske disker, inkludert galakser og eksoplanetære systemer. Det er mange kjente 'sirkulære planeter' som går i bane rundt to stjerner i stedet for en - tenk Luke Skywalker ved solnedgang på Tatooine. Jeg tror Pluto-systemet viser oss nye detaljer om hvordan disse mye større dynamiske systemene fungerer. ”
