Плутон у даследаваннях планетарнай астраноміі
Плутон — адзін з самых захапляльных аб'ектаў у гісторыі сучаснай астраноміі. Калісьці ён лічыўся дзевятай планетай Сонечнай сістэмы, а потым быў «паніжаны» да статусу карлікавай планеты. Аднак гэтая змена ў вызначэнні не прыменшыла навуковай каштоўнасці Плутона. Наадварот: Плутон стаў вырашальнай кропкай адпраўкі ў разуменне знешніх абласцей Сонечнай сістэмы, дынамікі малых цел і таго, як навука развіваецца праз назіранні, дадзеныя і канцэптуальныя дыскусіі.
Адкрыццё Плутона і яго гістарычны кантэкст
Плутон быў адкрыты 18 лютага 1930 года Клайдам Томба ў абсерваторыі Лоўэла, штат Арызона. Яго пошукі былі выкліканы меркаваннем пра існаванне «Планеты X» — планеты, якая, як мяркуюць, выклікае невялікія парушэнні арбіт Урана і Нептуна. Параўноўваючы нябесныя фатаграфіі (з дапамогай метаду міргання), Томба выявіў рухомую пляму, якая пазней была прызнана новым аб'ектам. Грамадскасць і навуковая супольнасць віталі яе як дзявятую планету, асабліва таму, што ў той час знешнія вобласці Сонечнай сістэмы былі ўсё яшчэ вельмі загадкавымі.
З часам больш дакладныя разлікі паказалі, што арбітальныя «зрушэнні», якія справакавалі пошукі Плутона, былі ў значнай ступені вынікам нявызначанасцей у папярэдніх дадзеных, а не прыцягнення вялікай, неадкрытай планеты. Больш за тое, маса Плутона аказалася настолькі малой — значна меншай, чым у планет-гігантаў, — што яна наўрад ці магла быць істотнай прычынай арбітальных збурэнняў іншых планет. Гэта адкрыццё адкрыла новую главу: Плутон быў не той «вялікай планетай», якую мы шукалі, а хутчэй тыповым прадстаўніком папуляцыі ледзяных цел на ўскраіне Сонечнай сістэмы.
Фізічныя характарыстыкі і арбіта Плутона
Плутон знаходзіцца на сярэдняй адлегласці каля 39,5 астранамічных адзінак (а.а.) ад Сонца, што ў сярэднім у 39,5 разоў больш за адлегласць паміж Зямлёй і Сонцам. Яго арбіта ўнікальная: яна вельмі эліптычная (вельмі эксцэнтрычная) і нахілена да плоскасці экліптыкі (нахіл каля 17 градусаў). Часам Плутон нават бліжэй да Сонца, чым Нептун, як гэта было паміж 1979 і 1999 гадамі. Аднак Плутон ніколі не сутыкаўся з Нептунам, таму што яны знаходзяцца ў арбітальным рэзанансе 3:2; Плутон абарочваецца вакол Сонца двойчы за кожны тройчы абароту Нептуна вакол Сонца. Гэты рэзананс падтрымлівае стабільнасць яго арбітальнай дынамікі на працягу вельмі доўгага часу.
Плутон мае дыяметр каля 2.377 км (1377 міль), што значна менш за Месяц (каля 3.474 км) і менш за некаторыя з буйнейшых спадарожнікаў Сонечнай сістэмы. Яго маса складае каля 0,2% ад масы Зямлі. Плутон складаецца ў асноўным з лёду і горных парод, а на паверхні пераважаюць азотны лёд (N₂), метан (CH₄) і чадны газ (CO). Тэмпература яго паверхні вельмі нізкая, каля дзясяткаў Кельвінаў, што дазваляе лятучым рэчывам, такім як азот, замярзаць і сублімаваць у адпаведнасці з сезонамі Плутона.
Харон і сістэма спадарожнікаў Плутона
Унікальнасць Плутона стала яшчэ больш відавочнай, калі ў 1978 годзе быў адкрыты яго найбуйнейшы спадарожнік — Харон. Дыяметр Харона прыкладна ўдвая меншы за дыяметр Плутона, што робіць іх суадносіны памераў незвычайнымі для сістэмы планета-спадарожнік. Барыцэнтр (цэнтр мас) сістэмы Плутон-Харон знаходзіцца нават па-за межамі цела Плутона, таму яе часта называюць «падвойнай» планетарнай сістэмай. Акрамя Харона, у Плутона ёсць чатыры малыя спадарожнікі: Нікс, Гідра, Кербер і Стыкс. Адкрыццё гэтых спадарожнікаў дапамагло навукоўцам больш дакладна вымераць масу Плутона і вывучыць складаную гравітацыйную дынаміку сістэм у поясе Койпера.
Лічыцца, што паходжанне Харона звязана з гіганцкім ударам, падобным да гіпотэзы аб утварэнні Месяца. Сутыкненне першабытнага Плутона з іншым аб'ектам у поясе Койпера, магчыма, вызваліла матэрыял, з якога пазней утварыліся Харон і іншыя невялікія спадарожнікі. Калі гэта праўда, Плутон будзе важным прыкладам для праверкі тэорыі ўтварэння спадарожнікаў праз удары ў вонкавай частцы Сонечнай сістэмы.
Плутон і пояс Койпера: змена пункту гледжання
Істотны зрух у вывучэнні планетарнай астраноміі адбыўся ў 1990-х гадах, калі астраномы пачалі адкрываць шматлікія аб'екты за межамі Нептуна, якія цяпер называюць поясам Койпера. Гэтая папуляцыя складаецца з ледзяных і скалістых цел, якія засталіся пасля фарміравання Сонечнай сістэмы, розных памераў і арбіт. Аказваецца, Плутон — не адзінокая анамалія, а хутчэй буйны член супольнасці транснептунавых аб'ектаў (ТНА).
Адкрыццё Эрыды ў 2005 годзе — аб'екта, параўнальнага па масе з Плутонам або нават крыху большага за яго — стала значным каталізатарам. Калі б Плутон заставаўся планетай, то Эрыда і некалькі іншых аб'ектаў патэнцыйна таксама лічыліся б планетамі. Гэта прымусіла астранамічную супольнасць задумацца пра неабходнасць больш строгага вызначэння.
Вызначэнне планеты і статус «карлікавай планеты»
У 2006 годзе Міжнародны астранамічны саюз (МАС) усталяваў афіцыйнае вызначэнне планеты. Згодна з гэтым вызначэннем, планета павінна: (1) круціцца вакол Сонца, (2) мець дастатковую масу, каб падтрымліваць амаль сферычную форму (гідрастатычную раўнавагу), і (3) «вызваляць сваю арбітальную асяроддзе» ад параўнальных аб'ектаў. Плутон адпавядае крытэрыям (1) і (2), але не адпавядае крытэрыю (3), паколькі яго арбіта знаходзіцца ў адной прасторы з многімі аб'ектамі пояса Койпера. Таму Плутон класіфікуецца як «карлікавая планета».
У планетарнай астраноміі гэтае рашэнне — больш, чым проста ярлык. Яно адлюстроўвае тое, як навукоўцы адрозніваюць гравітацыйна дамінантныя аб'екты (планеты) ад больш «калектыўных» членаў папуляцыі пояса (карлікавых планет і малых цел). Аднак вызначэнне МАС таксама выклікала дыскусіі: некаторыя астраномы лічаць, што «ачыстка арбіты» занадта залежыць ад месцазнаходжання цела і дынамічнай гісторыі, а не ад яго ўнутраных уласцівасцей. Гэтая дыскусія застаецца бягучай акадэмічнай дыскусіяй, якая дэманструе, што навуковыя класіфікацыі могуць развівацца па меры развіцця дадзеных і тэарэтычных асноў.
Місія «Новыя гарызонты» і рэвалюцыя дадзеных
Дзякуючы місіі NASA «Новыя гарызонты» ў разуменні Плутона чалавецтва зрабіла значны крок наперад. Зонд, запушчаны ў 2006 годзе, праляцеў міма Плутона 14 ліпеня 2015 года, атрымаўшы выявы і дадзеныя, якія змянілі даўнія меркаванні. Плутон аказаўся геалагічна актыўным светам.
«Новыя гарызонты» адкрылі гіганцкую раўніну з азотнага лёду ў форме сэрца, вядомую як вобласць Томба, у тым ліку раўніну «Спутнік» — вялікі басейн, які, як мяркуюць, з'яўляецца месцам канвекцыі лёду, падобнай да геалагічнага кіпення, але з азотным лёдам у якасці матэрыялу. Таксама былі выяўленыя горы, якія складаюцца з вадзянога лёду, які пры тэмпературы Плутона паводзіць сябе як цвёрдая парода. На паверхні ёсць прыкметы маладых працэсаў, а ў некаторых раёнах адсутнічаюць ударныя кратэры, што сведчыць аб аднаўленні паверхні ў адносна нядаўні геалагічны час.
Місія таксама вывучала разрэджаную атмасферу Плутона, якая складаецца ў асноўным з азоту са слядамі метану. Узаемадзеянне атмасферы з сонечнай радыяцыяй і сонечным ветрам стварае складаную, шматслаёвую імглу. Паколькі Плутон мае экстрэмальныя сезоны з-за нахіленай восі і эліптычнай арбіты, лічыцца, што яго атмасфера «дыхае»: пашыраецца, калі знаходзіцца блізка да Сонца, і сціскаецца або замярзае, калі знаходзіцца далей.
Значэнне Плутона для сучаснай планетарнай астраноміі
Плутон важны не з-за свайго былога планетарнага статусу, а таму, што ён прадстаўляе клас ледзяных светаў на ўскраіне Сонечнай сістэмы. У вывучэнні планетарнай астраноміі Плутон дапамагае адказаць на важныя пытанні: як планеты і малыя целы ўтварыліся ў протапланетных дысках, як міграцыя планет-гігантаў сфармавала структуру пояса Койпера і як геалагічныя працэсы могуць развівацца на малых ледзяных целах.
Акрамя таго, Плутон служыць аналагам (параўнаннем) для іншых ледзяных планет, такіх як Трытон (спадарожнік Нептуна), некалькі спадарожнікаў Сатурна і нават неадкрытыя трансназемныя аб'ектывы. Калі Плутон усё яшчэ дэманструе геалагічную дынаміку ў такім халодным асяроддзі, то магчымасць «актыўнасці» на іншых ледзяных светах становіцца ўсё больш праўдападобнай, у тым ліку патэнцыйнае існаванне падпаверхні, якая была або ўсё яшчэ з'яўляецца вадкай.
Закрыццё
Плутон — выдатны прыклад таго, што навука не статычная. Ён быў адкрыты як «дзявятая планета», потым лічыўся буйным членам пояса Койпера, а ў рэшце рэшт быў перакласіфікаваны як карлікавая планета ў сучаснай сістэме класіфікацыі. Аднак значэнне Плутона ўзрасло, бо ён прымусіў астраномаў распрацаваць больш паслядоўныя вызначэнні, тэорыі дынамікі знешняй часткі Сонечнай сістэмы і адправіць місіі, якія раскрылі складанасць малых светаў, якія раней былі проста кропкамі святла.
У вывучэнні планетарнай астраноміі Плутон дае важны ўрок: нават далёкія, малыя і халодныя аб'екты могуць быць ключом да разумення шырокай гісторыі Сонечнай сістэмы. Гэта не проста зноска ў класіфікацыі, а натуральная лабараторыя для вывучэння арбітальнай эвалюцыі, складу лёду, разрэджанай атмасферы і ўнікальнай геалогіі на ўскраіне нашай планетарнай сістэмы.
