Планетарлық астрономия зерттеулеріндегі Плутон
Плутон - қазіргі заманғы астрономия тарихындағы ең қызықты нысандардың бірі. Ол бір кездері Күн жүйесіндегі тоғызыншы планета болып саналды, содан кейін ергежейлі планета мәртебесіне «төмендетілді». Дегенмен, анықтаманың бұл өзгеруі Плутонның ғылыми құндылығын төмендеткен жоқ. Керісінше: Плутон Күн жүйесінің сыртқы аймақтарын, ұсақ денелердің динамикасын және ғылымның бақылау, деректер және тұжырымдамалық пікірталас арқылы қалай дамитынын түсінудің маңызды кезеңіне айналды.
Плутонның ашылуы және оның тарихи жағдайы
Плутонды 1930 жылы 18 ақпанда Аризона штатындағы Лоуэлл обсерваториясында Клайд Томбо ашты. Оның іздеуі Уран мен Нептун орбиталарында шағын бұзылулар тудырады деп есептелетін "X ғаламшарының" бар екендігі туралы болжамға негізделген. Аспан фотосуреттерін салыстыру арқылы (жыпылықтау салыстыру әдісін қолдана отырып) Томбо кейінірек жаңа нысан ретінде танылған қозғалатын нүктені тапты. Қоғам мен ғылыми қауымдастық оны тоғызыншы ғаламшар ретінде құптады, әсіресе Күн жүйесінің сыртқы аймақтары сол кезде әлі де жұмбақ болғандықтан.
Уақыт өте келе, дәлірек есептеулер Плутонды іздеуге түрткі болған орбиталық «бұзылыстардың» негізінен бұрынғы деректердегі белгісіздіктерден туындағанын, үлкен, ашылмаған планетаның тартылуынан емес екенін көрсетті. Сонымен қатар, Плутонның массасы соншалықты аз болып шықты - алып планеталардың массасынан әлдеқайда аз - сондықтан ол басқа планеталардың орбиталық бұзылуларының маңызды себебі болуы екіталай. Бұл жаңалық жаңа тарау ашты: Плутон біз іздеген «үлкен планета» емес, керісінше Күн жүйесінің шетіндегі мұзды денелер популяциясының типтік мүшесі болды.
Плутонның физикалық сипаттамалары және орбитасы
Плутон Күннен орташа есеппен шамамен 39,5 астрономиялық бірлік (AU) қашықтықта орналасқан, бұл Жер мен Күннің арақашықтығынан орташа есеппен 39,5 есе көп. Оның орбитасы ерекше: ол өте эллиптикалық (өте эксцентрикалық) және эклиптикалық жазықтыққа еңкейген (көлбеулігі шамамен 17 градус). Кейде Плутон 1979 және 1999 жылдар аралығындағыдай Нептунға қарағанда Күнге жақынырақ болады. Дегенмен, Плутон ешқашан Нептунмен соқтығыспаған, себебі олар 3:2 орбиталық резонанста; Нептун Күнді үш рет айналған сайын Плутон Күнді екі рет айналып шығады. Бұл резонанс оның орбиталық динамикасын өте ұзақ уақыт аралығында тұрақты ұстайды.
Плутонның диаметрі шамамен 2.377 км (1377 миль), Айдан (шамамен 3.474 км) әлдеқайда кіші және Күн жүйесіндегі кейбір ірі серіктерден де кіші. Оның массасы Жердің массасынан шамамен 0,2% құрайды. Плутон негізінен мұз бен тау жыныстарынан тұрады, бетінде азот мұзы (N₂), метан (CH₄) және көміртегі тотығы (CO) басым. Оның беткі температурасы өте төмен, ондаған Кельвин шамасында, бұл азот сияқты ұшпа заттардың Плутонның жыл мезгілдерінен кейін қатып, сублимациялануына мүмкіндік береді.
Харон мен Плутонның спутниктік жүйесі
Плутонның ерекшелігі 1978 жылы оның ең үлкен серігі Харон ашылған кезде одан да айқын болды. Харонның диаметрі Плутонның диаметрінің жартысына жуық, бұл олардың өлшемдерінің арақатынасын планета-спутник жүйесі үшін ерекше етеді. Плутон-Харон жүйесінің барицентрі (масса орталығы) тіпті Плутон денесінің сыртында орналасқан, бұл оны көбінесе «қос» планета жүйесі деп атайды. Хароннан басқа, Плутонның төрт кіші серігі бар: Никс, Гидра, Керберос және Стикс. Бұл серіктердің ашылуы ғалымдарға Плутонның массасын дәлірек өлшеуге және Койпер белдеуіндегі жүйелердің күрделі гравитациялық динамикасын зерттеуге көмектесті.
Харонның шығу тегі Айдың пайда болу гипотезасына ұқсас алып соқтығысу оқиғасымен байланысты деп есептеледі. Алғашқы Плутон мен Койпер белдеуіндегі басқа нысанның соқтығысуы кейінірек Харон мен басқа да шағын серіктерді құраған материалдың бөлінуіне себеп болуы мүмкін. Егер бұл рас болса, Плутон сыртқы Күн жүйесіндегі соқтығысулар арқылы серіктердің пайда болу теориясын тексерудің маңызды мысалы болар еді.
Плутон және Койпер белдеуі: көзқарастың өзгеруі
Планетарлық астрономияны зерттеудегі үлкен өзгеріс 1990 жылдары астрономдар Нептуннан тысқары жерлерде, қазіргі Койпер белдеуі деп аталатын көптеген нысандарды аша бастаған кезде болды. Бұл популяция Күн жүйесінің пайда болуынан қалған, әртүрлі өлшемдегі және орбитадағы мұзды және тасты денелерден тұрады. Плутон жалғыз аномалия емес, керісінше транс-Нептун нысандары (ТНО) қауымдастығының үлкен мүшесі болып шығады.
2005 жылы Эриданың ашылуы — массасы бойынша Плутонмен салыстыруға болатын немесе тіпті одан сәл үлкенірек нысан — маңызды катализатор болды. Егер Плутон планета болып қала берсе, онда Эрида және басқа да бірнеше нысандар планеталар болып саналуы мүмкін. Бұл астрономиялық қауымдастықты неғұрлым қатаң анықтама беру қажеттілігі туралы ескертті.
Планета және «ергежейлі планета» мәртебесінің анықтамасы
2006 жылы Халықаралық астрономиялық одақ (ХАО) планетаның ресми анықтамасын белгіледі. Бұл анықтамаға сәйкес, планета: (1) Күнді айналып шығуы, (2) сфералық пішінді (гидростатикалық тепе-теңдікті) сақтау үшін жеткілікті массаға ие болуы және (3) ұқсас нысандардан «орбиталық маңайын тазартуы» керек. Плутон (1) және (2) критерийлеріне сәйкес келеді, бірақ (3) критерийіне сәйкес келмейді, себебі оның орбитасы көптеген Койпер белдеуінің нысандарымен кеңістікті бөліседі. Сондықтан Плутон «ергежейлі планета» ретінде жіктеледі.
Планеталық астрономияда бұл шешім жай ғана белгі емес. Бұл ғалымдардың гравитациялық басым нысандарды (планеталар) белдеу популяциясының «ұжымдық» мүшелерінен (ергежейлі планеталар мен кішігірім денелер) қалай ажырататынын көрсетеді. Дегенмен, ХАА анықтамасы да пікірталас тудырды: кейбір астрономдар «орбитаны тазарту» дененің ішкі қасиеттеріне емес, оның орналасқан жері мен динамикалық тарихына тым көп байланысты деп санайды. Бұл пікірталас ғылыми жіктеулердің деректер мен теориялық құрылымдар дамыған сайын дами алатынын көрсететін үздіксіз академиялық талқылау болып қала береді.
«Жаңа көкжиектер» миссиясы және деректер төңкерісі
NASA-ның «Жаңа көкжиектер» миссиясымен Плутон туралы адамзаттың түсінігі үлкен серпіліс жасады. 2006 жылы ұшырылған зонд 2015 жылдың 14 шілдесінде Плутонның жанынан ұшып өтіп, көптен бері қалыптасқан сенімдерді өзгерткен суреттер мен деректерді қайтарды. Плутон геологиялық тұрғыдан белсенді әлем болып шықты.
New Horizons компаниясы Томбо Реджио деп аталатын алып, жүрек пішінді, азотты мұз жазығын, соның ішінде геологиялық қайнауға ұқсас мұз конвекциясының орны деп саналатын, бірақ материал ретінде азот мұзы бар үлкен бассейн - Sputnik Planitia-ны ашты. Сондай-ақ, Плутон температурасында қатты жыныстар сияқты әрекет ететін су мұзынан тұратын тауларды ашты. Бетінде жас процестердің белгілері бар, кейбір жерлерде соққы кратерлерінің болмауы салыстырмалы түрде жақында геологиялық уақытта қайта пайда болғанын көрсетеді.
Миссия сонымен қатар Плутонның негізінен азоттан және метан іздері бар жұқа атмосферасын зерттеді. Атмосфераның күн радиациясымен және күн желімен әрекеттесуі күрделі, қабатты тұманды тудырады. Плутонның көлбеу осі мен эллиптикалық орбитасына байланысты мезгілдері ерекше болғандықтан, оның атмосферасы «тыныс алады» деп есептеледі: Күнге жақын болғанда кеңейеді, ал алыстаған кезде жиырылады немесе қатып қалады.
Плутонның қазіргі планеталық астрономиядағы маңызы
Плутон бұрынғы планеталық мәртебесіне байланысты емес, Күн жүйесінің шетіндегі мұзды әлемдер класын білдіретіндіктен маңызды. Планеталық астрономияны зерттеуде Плутон негізгі сұрақтарға жауап беруге көмектеседі: планеталар мен ұсақ денелер протопланетарлық дискілерде қалай пайда болды, алып планеталардың миграциясы Койпер белдеуінің құрылымын қалай қалыптастырды және геологиялық процестер ұсақ, мұзды денелерде қалай дамуы мүмкін.
Сонымен қатар, Плутон Тритон (Нептунның серігі), Сатурнның бірнеше серігі және тіпті ашылмаған ТНО сияқты басқа мұзды әлемдер үшін аналог (салыстыру) қызметін атқарады. Егер Плутон әлі де осындай суық ортада геологиялық динамиканы көрсетсе, онда басқа мұзды әлемдерде «белсенділік» мүмкіндігі, соның ішінде сұйық болған немесе әлі де сұйық болып табылатын жер астының болуы мүмкін екендігі барған сайын ықтимал бола түседі.
Жабу
Плутон ғылымның статикалық емес екендігінің тамаша мысалы болып табылады. Ол «тоғызыншы планета» ретінде ашылды, содан кейін Койпер белдеуінің үлкен мүшесі ретінде түсінілді және ақырында қазіргі заманғы жіктеу жүйесінде ергежейлі планета ретінде қайта жіктелді. Дегенмен, Плутонның маңыздылығы артты, себебі ол астрономдарды біркелкі анықтамалар жасауға, сыртқы Күн жүйесінің динамикасы туралы теорияларды жасауға және бұрын жай жарық нүктелері болған кішкентай әлемдердің күрделілігін ашатын миссиялар жіберуге мәжбүр етті.
Планетарлық астрономияны зерттеуде Плутон маңызды сабақ береді: тіпті алыс, кішкентай және суық нысандар да Күн жүйесінің кең тарихын түсінудің кілтін ұстай алады. Бұл жіктеудегі жай ғана сілтеме емес, орбиталық эволюцияны, мұз құрамын, жұқа атмосфераны және планетарлық жүйеміздің шетіндегі ерекше геологияны зерттеуге арналған табиғи зертхана.
