Карликовая планета Плутон и ее система из пяти лун примерно так же загадочны, как подземный мир древности, вдохновивший их имена. В среднем около 3, 7 миллиардов миль от Земли, Плутон - единственная из девяти первоначальных планет, которые еще предстоит наблюдать на близком расстоянии, хотя это изменится, когда зонд New Horizons совершит облет в середине июля. У этого также есть неподтвержденное число лун, которое добавляет к осложнениям вычисления орбитальных траекторий.
Связанный контент
- Зонд Плутона находит сюрпризы перед близким знакомством
- Конкурс угонщиков имени Уильяма Шатнера на имя Луны Плутона
«Если бы вы опросили мою научную команду, я вполне уверен, что большинство будет удивлено, если не найдет больше лун», - говорит Алан Стерн, главный исследователь миссии «Новые горизонты». «Вопрос в том, найдем ли мы 2, 10 или 20? Я бы не ставил свои ставки на ноль ».
Новое исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature, помогает нам лучше понять орбиты известных лун Плутона, которые, в свою очередь, могут дать представление о механике экзопланет, которые вращаются вокруг звезд-близнецов. Но работа также указывает на некоторые несоответствия, которые предполагают, что формирование этих лун все еще остается загадкой.
Плутон и его самая большая луна, Харон, заперты в бинарном танце, вращаясь вокруг общего центра масс из-за их гравитационного влияния друг на друга. Четыре других известных спутника в этой системе - Стикс, Никс, Керберос и Гидра - также вращаются вокруг этого общего центра, а не самого Плутона. Это означает, что они имеют странные колебания на своих почти круговых орбитах, и они ведут себя не так, как другие луны в Солнечной системе.
Эти сложные орбитальные отношения в сочетании с трудностью наблюдения за далекой системой затруднили понимание того, как образовался Плутон и его семья. Ведущая теория состоит в том, что, подобно гигантскому удару, который сформировал луну Земли, Харон родился, когда большой объект врезался в Плутон во время насильственного формирования солнечной системы, а другие маленькие луны накапливались из остатков мусора.
Снимки из «Нового горизонта», сделанные в апреле, показывают, что Плутон и Харон вращаются вокруг общего центра масс. (Анимированный GIF от НАСА / Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса / Юго-западный научно-исследовательский институт) «Мы по-прежнему озадачены тем, как сформировалась система», - говорит соавтор исследования Марк Шоуолтер, старший научный сотрудник Института поиска внеземного разума (SETI). «Я думаю, что все считают, что в какой-то момент в далеком прошлом большой объект врезался в« прото-Плутон », и луны образовались из облака обломков. Тем не менее, после того момента в истории, детали становятся очень схематичными ».
Теперь, анализ данных, собранных с космического телескопа Хаббла после открытий Кербероса и Стикса, позволяет предположить, что Стикс находится в орбитальном резонансе с Никсом и Гидрой, поддерживая теорию удара. Орбитальный резонанс - это когда несколько тел оказывают регулярное периодическое гравитационное влияние друг на друга, так что они завершают свои орбиты в предсказуемой схеме. Самый известный пример - резонанс Лапласа трех спутников Юпитера, Ио, Европы и Ганимеда, которые имеют орбитальный резонанс 1: 2: 4. Это означает, что Ио вращается вокруг Юпитера четыре раза за каждое вращение Ганимеда, в то время как Европа вращается дважды за это же время.
Математические модели Шоуолтера показывают, что резонансы всех пяти лун Плутона могли быть зафиксированы в соотношении 1: 3: 4: 5: 6 после воздействия, формирующего Харон, очень близко к текущему соотношению орбитальных периодов для лун Плутона. Эта теория также объясняет оставшийся резонанс Стикса, Никса и Гидры. Но есть усложняющий фактор: другие тела в системе Плутона вводят хаос в устойчивую конфигурацию этих лун.
Стикс, Никс и Гидра, похоже, большую часть времени находятся в резонансе, но Никс и Гидра периодически оказываются в хаосе, и трудно было найти причину. Хаотические орбиты возникают, когда ось вращения несферического объекта значительно колеблется, не давая ему упасть на синхронную орбиту. «Губчатая» луна Сатурна Гиперион, например, вращается хаотично, и астрономы считают, что его колебание вызвано орбитальным резонансом Гипериона 3: 4 с большей луной Титаном. Но новая фотометрия и динамические модели, запущенные Showalter, предполагают, что двойная система, такая как Плутон и Харон, может также вызвать хаотическое вращение несферических лун, поэтому даже с хаотическими орбитами Никс и Гидры сценарий воздействия все еще кажется правдоподобным.
На снимке Хаббла 2012 года изображен Плутон с его пятью известными лунами. (НАСА, ЕКА и М. Шоуолтер (Институт SETI)) Керберос, однако, вносит большой рывок в теорию удара. Основываясь на данных наблюдений Хаббла, Никс и Гидра кажутся яркими объектами, похожими на Харона. Но Kerberos кажется намного темнее. С массой, которая составляет примерно одну треть массы Nix и Hydra, Kerberos отражает только около 5 процентов солнечного света. Если меньшие спутники Плутона были сформированы из агрегированного материала одного крупного столкновения, то они имели бы прямую связь между размером и яркостью. Гетерогенная спутниковая система, такая как, кажется, Плутон, остается загадкой.
«Это исследование немного похоже на археологию», - говорит Шоуолтер. «Мы только что обнаружили несколько кусков древней керамики, но пока не знаем, как они сочетаются друг с другом».
Облет системы Плутона «Новые горизонты» 14 июля поможет ответить на многие вопросы, поднятые в газете « Природа» . Инструменты на Новых Горизонтах смогут определить, действительно ли Керберос темнее других лун, и они точно измерят формы всех лун Плутона. Возможно, самое захватывающее, облет обнаружит, существуют ли какие-либо другие луны или кольца, которые влияют на сложную орбитальную механику системы Плутона.
«У каждой планетной системы есть своя история формирования, - объясняет Шоуолтер. «Понимание их истории помогает нам понять другие виды астрофизических дисков, включая галактики и экзопланетные системы. Есть много известных «окружных планет», которые вращаются вокруг двух звезд вместо одной - подумайте Люк Скайуокер на закате на Татуине. Я думаю, что система Плутона показывает нам новые подробности о том, как работают эти гораздо большие динамические системы ».
