De dwergplaneet Pluto en zijn systeem van vijf manen zijn ongeveer net zo mysterieus als de onderwereld van de oudheid die hun namen inspireerde. Gemiddeld ongeveer 3, 7 miljard mijl van de aarde, is Pluto de enige van de oorspronkelijke negen planeten die nog van dichtbij moet worden waargenomen - hoewel dit zal veranderen wanneer de New Horizons-sonde half juli een flyby uitvoert. Het heeft ook een niet-bevestigd aantal manen, wat de complicaties van het berekenen van baanbanen vergroot.
gerelateerde inhoud
- Pluto Probe vindt verrassingen in afwachting van zijn nauwe ontmoeting
- William Shatner kapt wedstrijd om Pluto's Moon een naam te geven
"Als je mijn wetenschapsteam hebt ondervraagd, ben ik er vrij zeker van dat de meerderheid verrast zou zijn om geen manen meer te vinden, " zegt Alan Stern, hoofdonderzoeker voor de New Horizons-missie. “De vraag is, gaan we er 2, of 10 of 20 vinden? Ik zou mijn weddenschappen niet op nul zetten. "
Een nieuwe studie die deze week in Nature is gepubliceerd, helpt ons om de banen van de bekende manen van Pluto beter te begrijpen, die op hun beurt aanwijzingen kunnen geven aan de monteurs van exoplaneten die rond tweelingsterren draaien. Maar het werk wijst ook op enkele inconsistenties die suggereren dat de vorming van deze manen nog steeds een raadsel is.
Pluto en zijn grootste maan, Charon, zijn opgesloten in een binaire dans, die rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt draait vanwege hun zwaartekracht op elkaar. De vier andere bekende satellieten in dit systeem - Styx, Nix, Kerberos en Hydra - draaien ook rond dat gemeenschappelijke centrum in plaats van Pluto zelf. Dit betekent dat ze vreemde wiebels hebben in hun bijna cirkelvormige banen, en ze gedragen zich anders dan andere manen in het zonnestelsel.
Deze complexe orbitale relatie, gekoppeld aan de moeilijkheid om het verre systeem te observeren, heeft het moeilijk gemaakt om erachter te komen hoe Pluto en zijn familie gevormd zijn. De leidende theorie is dat, net als de gigantische impact die de maan van de aarde vormde, Charon werd geboren toen een groot object Pluto insloeg tijdens de gewelddadige vorming van het zonnestelsel, en de andere kleine manen vergroeid van het overgebleven puin.
Afbeeldingen uit New Horizons genomen in april laten Pluto en Charon zien rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt. (Geanimeerde gif door NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute) "We zijn nog steeds verbijsterd over hoe het systeem is gevormd", zegt co-auteur Mark Showalter, een senior onderzoeker aan het Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Instituut. “Ik denk dat iedereen gelooft dat op een bepaald punt in het verre verleden een groot object in 'proto-Pluto' werd gestoten en de manen gevormd uit de puinwolk. Na dat punt in het verhaal worden details echter erg vaag. ”
Nu, analyse van gegevens verzameld uit de Hubble Space Telescope na de ontdekkingen van Kerberos en Styx suggereert dat Styx opgesloten zit in een orbitale resonantie met Nix en Hydra, ter ondersteuning van de impacttheorie. Orbitale resonantie is wanneer meerdere lichamen regelmatige, periodieke zwaartekracht op elkaar uitoefenen zodat ze hun banen in een voorspelbaar patroon voltooien. Het bekendste voorbeeld is de Laplace-resonantie van de drie manen van Jupiter, Io, Europa en Ganymede, die een orbitale resonantie hebben van 1: 2: 4. Dit betekent dat Io vier keer rond Jupiter draait voor elke rotatie van Ganymedes, terwijl Europa twee keer rond die tijd draait.
Wiskundige modellen van Showalter laten zien dat de resonanties van alle vijf Pluto-manen hadden kunnen worden vergrendeld in een 1: 3: 4: 5: 6-relatie na de Charon-vormende impact, heel dicht bij de huidige verhouding van de orbitale perioden voor Pluto-manen. Deze theorie verklaart ook de resterende resonantie van Styx, Nix en Hydra. Maar er is een complicerende factor: de andere lichamen in het Pluto-systeem injecteren chaos in de anders stabiele configuratie van die manen.
Styx, Nix en Hydra lijken meestal in resonantie te zitten, maar Nix en Hydra worden periodiek in chaos geworpen en het was moeilijk om de oorzaak te achterhalen. Chaotische banen treden op wanneer de rotatieas van een niet-sferisch object aanzienlijk schommelt, waardoor het niet in een synchrone baan kan vallen. Saturnus 'spons' maan Hyperion roteert bijvoorbeeld chaotisch, en astronomen geloven dat zijn wiebelige beweging wordt veroorzaakt door Hyperion's 3: 4 orbitale resonantie met de grotere maan Titan. Maar de nieuwe fotometrie en dynamische modellen van Showalter suggereren dat een binair systeem zoals Pluto en Charon er ook voor kan zorgen dat niet-sferische manen chaotisch roteren, dus zelfs met de chaotische banen van Nix en Hydra lijkt het impactscenario nog steeds aannemelijk.
Een Hubble-afbeelding uit 2012 legt Pluto vast met zijn vijf bekende manen. (NASA, ESA en M. Showalter (SETI Institute)) Kerberos gooit echter een grote sleutel in de impacttheorie. Op basis van de observatiegegevens van Hubble lijken Nix en Hydra heldere objecten te zijn, vergelijkbaar met Charon. Maar Kerberos lijkt veel donkerder. Met een massa die ongeveer een derde is van die van Nix en Hydra, reflecteert Kerberos slechts ongeveer 5 procent zoveel zonlicht. Als Pluto's kleinere manen zouden worden gevormd uit het geaggregeerde materiaal van een enkele grote botsing, dan zouden ze een directe relatie hebben tussen grootte en helderheid. Een heterogeen satellietsysteem, zoals Pluto lijkt te zijn, blijft een raadsel.
"Dit onderzoek lijkt een beetje op archeologie", zegt Showalter. "We hebben net een paar stukken oud aardewerk opgegraven maar weten nog niet hoe ze in elkaar passen."
De fly-by New Horizons van het Pluto-systeem op 14 juli zal helpen bij het beantwoorden van veel van de in de Nature- paper gestelde vragen. De instrumenten op New Horizons zullen kunnen bepalen of Kerberos echt donkerder is dan de andere manen, en ze zullen nauwkeurige metingen uitvoeren van de vormen van alle manen van Pluto. Misschien wel het meest opwindend, zal de flyby onthullen of er andere manen of ringen bestaan die de complexe orbitale mechanica van het Pluto-systeem beïnvloeden.
"Elk planetair systeem heeft een vormingsverhaal te vertellen", legt Showalter uit. “Inzicht in hun geschiedenis helpt ons andere soorten astrofysische schijven te begrijpen, waaronder sterrenstelsels en exoplanetaire systemen. Er zijn veel bekende 'circulaire planeten' die rond twee sterren draaien in plaats van één - denk aan Luke Skywalker bij zonsondergang op Tatooine. Ik denk dat het Pluto-systeem ons nieuwe details laat zien over hoe deze veel grotere dynamische systemen werken. ”
