تم تصنيفه على أنه 134340 بلوتو، بلوتو هو كوكب قزم يقع داخل حزام كويبر، وهو حلقة واسعة من الأجرام السماوية تقع خارج مدار نبتون. يُعرف بأنه تاسع أكبر وعاشر أكبر جسم معروف يدور حول الشمس مباشرة. في حين أنه يتميز بكونه أكبر جسم معروف بعد نبتون من حيث الحجم، وإن كان بهامش ضيق، إلا أن كتلته أقل من كتلة إيريس. مثل الأجسام الأخرى في حزام كويبر، يتكون بلوتو بشكل أساسي من الجليد والصخور، وحجمه أصغر بكثير من حجم الكواكب الداخلية. تبلغ كتلته سدس كتلة القمر تقريبًا، وحجمه حوالي الثلث. تم تصنيفه في البداية على أنه كوكب، لكن تم إعادة تقييم وضعه عندما وضع علماء الفلك تعريفًا جديدًا للمصطلح، يتضمن معايير منقحة.
بلوتو (تسمية الكوكب الصغير: 134340 بلوتو) هو كوكب قزم يقع في حزام كويبر، وهو عبارة عن حلقة من الأجسام تقع خلف مدار نبتون. إنه تاسع أكبر وعاشر أكبر جسم معروف يدور حول الشمس مباشرة. إنه أكبر جسم معروف بعد نبتون من حيث الحجم بهامش صغير، ولكنه أقل كتلة من إيريس. مثل الأجسام الأخرى في حزام كويبر، يتكون بلوتو بشكل أساسي من الجليد والصخور وهو أصغر بكثير من الكواكب الداخلية. تبلغ كتلة بلوتو حوالي سدس كتلة القمر وثلث حجمه. كان يُعتبر في الأصل كوكبًا، ولكن تم تغيير وضعه عندما اعتمد علماء الفلك تعريفًا جديدًا للكلمة بمعايير جديدة.
يتميز مدار بلوتو بانحراف مركزي وميل معتدل، حيث تتراوح المسافة بينه وبين الشمس بين 30 و49 وحدة فلكية (AU)، أي ما يعادل 4.5 إلى 7.3 مليار كيلومتر (2.8 إلى 4.6 مليار ميل). على مسافة مدارية متوسطة تبلغ 39.5 وحدة فلكية (5.91 مليار كيلومتر؛ 3.67 مليار ميل)، يتطلب ضوء الشمس 5.5 ساعة للوصول إلى بلوتو. على الرغم من مساره اللامركزي الذي يجعله بشكل دوري أقرب إلى الشمس من نبتون، إلا أن آلية الرنين المداري المستقرة تضمن عدم اصطدام الجسمين.
يدور حول بلوتو خمسة أقمار معروفة: شارون، وهو الأكبر بقطر يتجاوز نصف قطر بلوتو؛ ستيكس. لا شىء. كيربيروس. وهيدرا. يتم تصنيف بلوتو وشارون أحيانًا على أنهما نظام ثنائي نظرًا لوجود مركز الكتلة المشترك بينهما، وهو مركز الكتلة المشترك، خارج كلا الجسمين، بالإضافة إلى حالتهما المقفلة مديًا. أجرت المركبة الفضائية نيو هورايزنز أول اكتشاف
لكلايد دبليو تومبو لبلوتو في عام 1930، مما جعله أول جسم تم تحديده داخل حزام كويبر. في البداية، تم الاعتراف به على نطاق واسع باعتباره الكوكب التاسع. ومع ذلك، أصبح تصنيف الكواكب خاضعًا للتدقيق بعد إدراك أن حجمه كان أصغر بكثير مما كان متوقعًا. تكثفت هذه التحفظات مع اكتشاف أجسام إضافية في حزام كايبر بداية من تسعينيات القرن الماضي، لا سيما الجسم القرصي المتناثر الأكثر ضخامة إيريس في عام 2005. وبالتالي، في عام 2006، قام الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) بمراجعة تعريف الكوكب رسميًا، وبالتالي إعادة تصنيف الكواكب القزمة مثل بلوتو. ومع ذلك، فإن عددًا كبيرًا من علماء فلك الكواكب يصرون على اعتبار بلوتو والكواكب القزمة الأخرى كواكب.
التاريخ
الاكتشاف
خلال أربعينيات القرن التاسع عشر، طبق أوربان لو فيرير الميكانيكا النيوتونية للتنبؤ بموقع كوكب نبتون الذي لم يكن معروفًا آنذاك، بناءً على تحليله للاضطرابات المدارية التي لوحظت في أورانوس. دفعت الملاحظات اللاحقة لنبتون في أواخر القرن التاسع عشر علماء الفلك إلى افتراض وجود كوكب إضافي غير معروف، مختلف عن نبتون، كان يؤثر على مدار أورانوس.
في عام 1906، بدأ بيرسيفال لويل، وهو أحد سكان بوسطن البارزين الذي أنشأ مرصد لويل في فلاجستاف، أريزونا، في عام 1894، مسعى بحثي شامل لتحديد موقع الكوكب التاسع المحتمل، والذي أطلق عليه اسم "الكوكب X". بحلول عام 1909، اقترح لويل، بالتعاون مع ويليام بيكرينغ، عدة إحداثيات سماوية محتملة لهذا الكوكب الافتراضي. واصل لويل ومرصده هذا البحث، مستخدمين الحسابات الرياضية التي أجرتها إليزابيث ويليامز، حتى وفاته في عام 1916، دون نجاح. دون علم لويل، التقطت مسوحاته الفوتوغرافية عن غير قصد صورتين خافتين لبلوتو في 19 مارس و7 أبريل 1915؛ ومع ذلك، لم يتم تحديدها على أنها الكواكب في ذلك الوقت. علاوة على ذلك، هناك أربعة عشر رصدًا سابقًا لبلوتو معروفة، وقد سجل مرصد يركس أولها في 20 أغسطس 1909.
بعد وفاة بيرسيفال لويل، انخرطت أرملته، كونستانس لويل، في نزاع قانوني دام عقدًا من الزمن مع مرصد لويل فيما يتعلق بملكية زوجها، مما أدى بالتالي إلى تأخير استئناف البحث عن الكوكب X حتى عام 1929. بعد ذلك، قام فيستو ملفين سليفر، مدير المرصد، بإسناد مهمة تحديد موقع الكوكب X إلى كلايد تومبو، الذي كان يبلغ من العمر آنذاك 23 عامًا، والذي انضم مؤخرًا إلى طاقم المرصد بعد ذلك. وقد أعجب سليفر بشكل خاص برسومه التوضيحية الفلكية.
تضمنت مهمة كلايد تومبو تصوير السماء ليلًا بشكل منهجي في أزواج، ثم تحليل هذه الأزواج لاحقًا للتعرف على أي أجرام سماوية قد غيرت مواقعها. وباستخدام مقارن وميض، قام بالتناوب بسرعة بين طرق عرض كل لوحة فوتوغرافية، وبالتالي توليد وهم الحركة للأشياء التي تظهر تغيرات في الموضع أو المظهر عبر الصور. بعد ما يقرب من عام من المراقبة الدؤوبة، في 18 فبراير 1930، حدد تومبو جسمًا متحركًا محتملاً على اللوحات التي تم التقاطها في 23 و29 يناير. وقد أكدت صورة إضافية من 21 يناير، على الرغم من أنها ذات جودة أقل، هذه الحركة المرصودة. وبعد حصول المرصد على مزيد من الصور المؤيدة، تم الإعلان عن الاكتشاف رسميًا عبر برقية إلى مرصد كلية هارفارد في 13 مارس 1930.
تمتد السنة البلوتونية الواحدة إلى 247.94 سنة أرضية؛ وبالتالي، من المتوقع أن يكمل بلوتو مداره الافتتاحي منذ اكتشافه في عام 2178.
التسميات
تنشأ التسمية بلوتو من إله العالم السفلي الروماني، وهي أيضًا بمثابة لقب لـ Hades، النظير اليوناني.
وبعد الإعلان عن الاكتشاف، تلقى مرصد لويل أكثر من ألف مقترح للتسمية. ومن بين هؤلاء، ظهرت مينيرفا، وبلوتو، وكرونوس كمتنافسين رئيسيين. على الرغم من أن طاقم عمل لويل كان يفضل "مينيرفا" في البداية، إلا أنه تم رفضه في النهاية بسبب استخدامه السابق في التعامل مع كويكب. تم اعتبار كرونوس غير مناسب، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تأييد توماس جيفرسون جاكسون سي له، وهو عالم فلكي يُنظر إليه على أنه لا يحظى بشعبية وأناني. وبعد ذلك، تم إجراء تصويت أدى إلى اختيار "بلوتو" بالإجماع. ولضمان ديمومة هذه التسمية ومنع إعادة التسمية المحتملة، على غرار التغييرات التاريخية التي شهدها أورانوس، قدم مرصد لويل الاسم رسميًا إلى كل من الجمعية الفلكية الأمريكية والجمعية الفلكية الملكية، وكلاهما منح الموافقة بالإجماع. تم نشر الاسم رسميًا في 1 مايو 1930.
كان الاسم بلوتو من بين حوالي 150 اقتراحًا تم تقديمها إلى لويل عبر المراسلات والبرقيات. نشأ الاقتراح الأولي من فينيسيا بورني (1918-2009)، وهي تلميذة تبلغ من العمر أحد عشر عامًا من أكسفورد بإنجلترا، وكانت مهتمة بالأساطير الكلاسيكية. اقترحت الاسم على جدها، فالكونر مادان، خلال وجبة إفطار عائلية عندما شارك أخبار اكتشاف بلوتو. بعد ذلك، نقل مادان هذا الاقتراح إلى أستاذ علم الفلك هربرت هول تورنر، الذي أرسله بعد ذلك إلى زملائه في لويل في 16 مارس، بعد ثلاثة أيام من الإعلان الرسمي.
اعتبرت تسمية "بلوتو" ملائمة من الناحية الأسطورية، حيث أن الإله بلوتو كان أحد ذرية زحل الستة الباقية، والذي تم بالفعل تعيين إخوته (المشتري ونبتون، إلى جانب سيريس وجونو وفيستا) لكواكب كبيرة أو صغيرة. ارتبط كل من الشخصية الأسطورية والجرم السماوي بمجالات "قاتمة"، وتعكس قدرة الإله على الاختفاء حالة الكوكب التي لم يتم اكتشافها لفترة طويلة. علاوة على ذلك، تم تعزيز الاختيار من خلال مصادفة أن الحرفين الأوليين من بلوتو يتوافقان مع الأحرف الأولى من اسم بيرسيفال لويل، الذي كان اسمه "بيرسيفال" اقتراحًا بارزًا للكوكب الجديد.
الرمز
بعد تسميته، تم تصميم رمز كوكب بلوتو ⟨⟩ على شكل حرف واحد فقط يجمع بين الحروف "PL". على الرغم من أن هذا الرمز نادرًا ما يُستخدم الآن في السياقات الفلكية، إلا أنه يحتفظ بانتشاره في علم التنجيم. على العكس من ذلك، فإن الرمز الفلكي السائد لبلوتو، والذي يرى أيضًا استخدامًا عرضيًا في علم الفلك، يصور جرمًا سماويًا (يحتمل أن يرمز إلى غطاء الاختفاء لبلوتو) متوضعًا فوق ثنائي بلوتو ⟨⟩، وهو تصميم نشأ من أوائل ثلاثينيات القرن العشرين.
تغلغلت تسمية "بلوتو" بسرعة في المجالات الثقافية الأوسع. في عام 1930، ورد أن والت ديزني استلهم الاسم من الاسم عندما قدم رفيق كلب ميكي ماوس، بلوتو، على الرغم من أن رسام الرسوم المتحركة بن شاربستين لم يتمكن بشكل قاطع من التأكد من الأساس المنطقي وراء اختيار التسمية هذا. بعد ذلك، في عام 1941، أطلق جلين سيبورج اسم البلوتونيوم على العنصر المُصنَّع حديثًا باسم بلوتو، ملتزمًا بالتقليد الراسخ لتسمية العناصر على اسم الكواكب المكتشفة حديثًا، وهي ممارسة تمت ملاحظتها سابقًا مع اليورانيوم (سمي على اسم أورانوس) والنبتونيوم (سمي على اسم نبتون).
يتم اعتماد اسم "بلوتو" على نطاق واسع عبر العديد من اللغات، وغالبًا ما يظهر بأشكال مختلفة مكتوبة بحروف صوتية. في اليابانية، اقترح هوي نوجيري النقش Meiōsei (冥王星، ويعني "نجم الملك (إله) العالم السفلي")، وهو مصطلح تم تبنيه لاحقًا في اللغة الصينية والكورية. في حين تحتفظ بعض اللغات الهندية باسم بلوتو، تشير لغات أخرى، بما في ذلك اللغة الهندية، إليه باسم ياما، إله الموت الهندوسي. وبالمثل، كثيرًا ما تستخدم اللغات البولينيزية اسم إله العالم السفلي الأصلي، والذي يتمثل في المصطلح الماوري Whiro. تختلف اللغة الفيتنامية عن التسميات الصينية بسبب قيود صوتية: المصطلح الصيني الفيتنامي 冥 minh، والذي يشير إلى "dark"، هو صوت متجانس لـ 明 minh، وتعني "مشرق." وبناء على ذلك، يستخدم الفيتناميون اسم ياما، وهو أيضًا إله بوذي، والذي يُترجم على أنه Sao Diêm Vương 星閻王 ("نجم ياما")، والذي نشأ من المصطلح الصيني 閻王 يان وانغ / Yìhm Wòhng ("الملك ياما").
عدم إثبات وجود الكوكب X
عند اكتشاف بلوتو، أثار ضعفه المتأصل وغياب القرص الذي يمكن تمييزه على الفور تساؤلات حول تحديد هويته على أنه الكوكب العاشر الذي افترضه لويل. طوال القرن العشرين، خضعت تقديرات كتلة بلوتو لمراجعات تنازلية متتالية.
في البداية، حدد علماء الفلك كتلة بلوتو من خلال استقراء تأثير الجاذبية المفترض على نبتون وأورانوس. بحلول عام 1931، قدرت كتلة بلوتو بأنها تقارب كتلة الأرض؛ أدت الحسابات اللاحقة في عام 1948 إلى خفض هذا التقدير إلى كتلة المريخ تقريبًا. حدد سايدلمان وزملاؤه، في عام 1971، قيمة 0.11±0.02 من كتلة الأرض، استنادًا إلى فرضية مفادها أن بلوتو كان يتسبب في اضطراب مدار نبتون بسبب جاذبيته. في عام 1976، اكتشف ديل كروكشانك، وكارل بيلشر، وديفيد موريسون، الباحثون في جامعة هاواي، دليلاً على وجود جليد الميثان يغطي سطح بلوتو، مما مكنهم من حساب بياض بلوتو لأول مرة. أشارت النتائج التي توصلوا إليها إلى أن بلوتو يمتلك لمعانًا عاليًا بشكل استثنائي بالنسبة لحجمه، مما يعني أن كتلته لا يمكن أن تتجاوز 1% من كتلة الأرض. وأكد كروكشانك وفريقه أيضًا أن كتلة بلوتو، المقدرة ببضعة أجزاء من الألف من كتلة الأرض، كانت غير كافية لممارسة أي تأثير جاذبية كبير على مدارات أورانوس أو نبتون، وبالتالي الاعتراف بأن اكتشاف تومبو نابع من بحث رصدي شامل وليس تنبؤ محدد.
إن اكتشاف قمر بلوتو شارون في عام 1978 سهّل القياس الدقيق الأولي لكتلة بلوتو. الكتلة، وكشف أنها تبلغ حوالي 0.2٪ من كتلة الأرض - وهي قيمة أصغر بكثير من أن تفسر التناقضات المدارية الملحوظة لأورانوس. أثبتت التحقيقات اللاحقة لكوكب X بديل، وخاصة تلك التي أجراها روبرت ساتون هارينجتون، عدم نجاحها. في عام 1992، استخدم مايلز ستانديش بيانات من رحلة فوييجر 2 عام 1989 بالقرب من نبتون، والتي أدت إلى مراجعة تنازلية بنسبة 0.5% لتقدير كتلة نبتون - وهي كمية تعادل كتلة المريخ - لإعادة حساب تأثير جاذبية نبتون على أورانوس. وبدمج هذه الأرقام المنقحة، تم القضاء على التناقضات المدارية، وبالتالي ضرورة وجود الكوكب X.
بحلول عام 2000، أكد العلماء على أن الكوكب X، كما تصوره لويل، غير موجود. أظهر تنبؤ لويل عام 1915 بشأن مدار الكوكب X وموقعه قربًا ملحوظًا من مدار بلوتو الفعلي وموقعه في تلك الفترة. بعد وقت قصير من اكتشاف بلوتو، توصل إرنست دبليو براون إلى أن هذا المحاذاة كان مجرد مصادفة.
التصنيف
بدءًا من عام 1992، تم التعرف على العديد من الأجرام السماوية التي تدور داخل المنطقة المدارية لبلوتو، مما يدل على عضوية بلوتو في مجموعة متميزة من الأجسام المعروفة باسم حزام كويبر. أدى هذا الإدراك إلى جعل الوضع الكوكبي الرسمي لبلوتو مثيرًا للجدل، مما أثار جدلاً واسع النطاق حول ما إذا كان ينبغي تصنيفه جنبًا إلى جنب أو بشكل منفصل عن المجموعة السكانية المحيطة به. أثار مديرو المتاحف والقباب السماوية أحيانًا جدلاً من خلال استبعاد بلوتو من نماذجهم الكوكبية في النظام الشمسي. على سبيل المثال، في فبراير 2000، كشفت قبة هايدن السماوية في مدينة نيويورك عن نموذج للنظام الشمسي يضم ثمانية كواكب فقط، وهو القرار الذي حظي باهتمام إعلامي كبير بعد عام تقريبًا.
تم إعادة تصنيف سيريس، وبالاس، وجونو، وفيستا إلى حد كبير من الكواكب من قبل معظم علماء الفلك بعد الاكتشاف المكثف للكويكبات الأخرى خلال أربعينيات القرن التاسع عشر. على العكس من ذلك، كثيرًا ما يميز علماء جيولوجيا الكواكب سيريس، وأحيانًا بالاس وفيستا، عن الكويكبات الأصغر حجمًا، ويعزون هذا التمييز إلى حجمها الكافي للتطور الجيولوجي. في حين أن أجسام حزام كويبر الأولية التي تم تحديدها كانت صغيرة نسبيًا، فقد تضمنت الاكتشافات اللاحقة أجسامًا تقترب تدريجيًا من حجم بلوتو، مع استيفاء بعضها (بما في ذلك بلوتو نفسه) للمعايير الجيولوجية الخاصة بالكوكب ولكنها فشلت في تلبية التعريفات الديناميكية.
في عام 1998، اقترح بريان مارسدن من مركز الكواكب الصغيرة بجامعة هارفارد منح بلوتو تصنيف الكوكب الصغير 10000، مع الحفاظ في الوقت نفسه على وضعه الرسمي ككوكب. أثار احتمال "خفض رتبة" بلوتو معارضة عامة كبيرة، مما دفع الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) إلى توضيح أنه لم يكن، في تلك المرحلة، يدعو إلى إزالة بلوتو من قائمة الكواكب.
خلال أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أجرى علماء الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، بقيادة مايكل براون، مسحًا واسع النطاق للسماء باستخدام تقنية الكشف الرقمي المتقدمة، مما أدى إلى اكتشاف العديد من الأجسام العابرة للنبتون. تم التقدير في البداية أن العديد من هذه الأجسام يمكن مقارنتها أو أكبر من حجم بلوتو، مما أدى إلى بدء نقاش علمي حول تصنيفها المحتمل ككواكب. ومع ذلك، أدت عمليات إعادة التقييم اللاحقة إلى مراجعات تنازلية لتقديرات الحجم هذه بسبب البياض المرتفع بشكل غير متوقع.
اشتد النقاش حول التصنيف وأصبح لا مفر منه في يوليو 2005، عندما أعلن هؤلاء الفلكيون عن اكتشاف إيريس، وهو جسم أكثر ضخامة بشكل واضح من بلوتو وأضخم جسم تم العثور عليه في النظام الشمسي منذ تريتون في عام 1846. أشارت وسائل الإعلام في البداية إلى إيريس على أنه الكوكب العاشر، على الرغم من عدم وجوده. من الإجماع الرسمي على وضعها الكوكبي في ذلك الوقت. وعلى العكس من ذلك، اعتبرت شريحة من المجتمع الفلكي هذا الاكتشاف بمثابة دليل دامغ على إعادة تصنيف بلوتو ككوكب صغير.
تصنيف IAU
بلغت المناقشة ذروتها في أغسطس 2006 أثناء الاجتماع الذي يعقده الاتحاد الفلكي الدولي كل ثلاث سنوات، حيث قدم الفلكيان من أوروغواي خوليو أنجيل فرنانديز وجونزالو تانكريدي رسميًا تعريفًا جديدًا لمصطلح "الكوكب". نص اقتراحهم على ثلاثة شروط أساسية لاعتبار أي جسم داخل النظام الشمسي كوكبًا:
- يجب أن يحافظ الجسم على مدار حول الشمس.
- يجب أن يمتلك الجسم كتلة كافية لجاذبيته لجعله متوازنًا هيدروستاتيكيًا، مما يؤدي إلى شكل كروي تقريبًا.
- يجب أن يكون الجسم قد طهر مساره المداري من الحطام المهم الآخر بواسطة الجاذبية.
فشل بلوتو في استيفاء المعيار الثالث. تشكل كتلته 0.07 مرة فقط من كتلة الأجسام الأخرى مجتمعة داخل محيطه المداري، وهو تناقض صارخ مع الأرض، التي تمثل 1.7 مليون مرة الكتلة المتبقية في مداره (باستثناء القمر). قرر الاتحاد الفلكي الدولي لاحقًا أن الأجرام السماوية، مثل بلوتو، التي تستوفي المعيارين الأولين ولكن ليس المعيار الثالث، سيتم تصنيفها على أنها كواكب قزمة. في سبتمبر 2006، قام الاتحاد الفلكي الدولي رسميًا بدمج خلل تسمية بلوتو وإيريس وقمر إيريس في كتالوج الكواكب الصغيرة، ومنحهم التسميات الرسمية للكواكب الصغيرة "(134340) بلوتو" و"(136199) إيريس" و"(136199) إيريس الأول ديسنوميا" على التوالي. لو تم فهرسة بلوتو عند اكتشافه في عام 1930، لكان من المحتمل أن يحصل على التصنيف 1164، بعد ملحمة 1163، التي تم تحديدها قبل شهر.
وقد واجهت إعادة التصنيف بعض المقاومة داخل المجتمع الفلكي، وخاصة بين علماء الكواكب الذين يستمرون في رفضها في كثير من الأحيان. غالبًا ما يعتبر هؤلاء العلماء بلوتو وشارون وإيريس كواكب، ويطبقون نفس الأساس المنطقي المستخدم لسيريس، والذي يستلزم فعليًا قبول البند الثاني فقط من تعريف الاتحاد الفلكي الدولي. آلان ستيرن، الباحث الرئيسي في بعثة ناسا نيو هورايزنز إلى بلوتو، انتقد علنًا قرار الاتحاد الفلكي الدولي. وأكد أيضًا أن القرار يفتقر إلى تمثيل واسع للمجتمع الفلكي، نظرًا لأن أقل من خمسة بالمائة من علماء الفلك شاركوا في التصويت. قدم مارك دبليو بوي، المنتسب آنذاك إلى مرصد لويل، التماسًا رسميًا ضد التعريف. على العكس من ذلك، أعربت شخصيات بارزة أخرى، مثل مايك براون، عالم الفلك الذي يُنسب إليه الفضل في اكتشاف إيريس، عن دعمها لموقف الاتحاد الفلكي الدولي.
كان رد الفعل العام على قرار الاتحاد الفلكي الدولي متنوعًا. قدمت جمعية ولاية كاليفورنيا قرارًا وصف بشكل ساخر قرار الاتحاد الفلكي الدولي بأنه "بدعة علمية". في نيو مكسيكو، أصدر مجلس النواب قرارًا لتكريم كلايد تومبو، مكتشف بلوتو والمقيم في الولاية منذ فترة طويلة، معلنًا أن بلوتو سيُعتبر إلى الأبد كوكبًا داخل سماء نيو مكسيكو، وحدد يوم 13 مارس 2007، باعتباره يوم كوكب بلوتو. وبالمثل، اعتمد مجلس الشيوخ في ولاية إلينوي قرارًا في عام 2009، مستشهدًا بميلاد تومبو في إلينوي، والذي أكد أن بلوتو "تم تخفيض تصنيفه بشكل غير عادل إلى كوكب 'قزم'" من قبل الاتحاد الفلكي الدولي.
أعرب بعض أفراد الجمهور عن معارضتهم بشأن إعادة التصنيف، عازين موقفهم إلى الجدل العلمي المستمر أو مدفوعين بارتباط عاطفي، مؤكدين على وضع بلوتو الكوكبي بغض النظر عن قرار الاتحاد الفلكي الدولي. في عام 2006، قامت جمعية اللهجات الأمريكية، خلال اختيارها السنوي السابع عشر لكلمات العام، بتعيين كلمة بلوتو ككلمة العام، معرِّفة كلمة "إلى بلوتو" بأنها "تخفيض أو تخفيض قيمة كيان أو فرد". علاوة على ذلك، في أبريل 2024، سنت ولاية أريزونا، الولاية التي تم اكتشاف بلوتو فيها لأول مرة في عام 1930، تشريعًا يعترف رسميًا ببلوتو ككوكب الدولة.
في أغسطس 2008، اجتمع العلماء الذين يمثلون وجهات نظر متباينة حول تعريف الكواكب في مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز لعقد مؤتمر يتضمن مناقشات مستفيضة حول معايير الاتحاد الفلكي الدولي للكواكب. واختتم هذا الحدث، الذي يحمل عنوان "مناقشة الكوكب العظيم"، ببيان صحفي يعترف بعدم قدرة المجتمع العلمي على التوصل إلى إجماع نهائي بشأن تعريف الكوكب. في وقت سابق، في يونيو 2008، أصدر الاتحاد الفلكي الدولي بيانًا صحفيًا يعرض فيه مصطلح "بلوتويد" لتصنيف بلوتو وغيره من الأجسام ذات الكتلة الكوكبية التي تمتلك محورًا مداريًا شبه رئيسي يتجاوز محور نبتون؛ ومع ذلك، لم تحقق هذه التسمية اعتماداً واسع النطاق.
المدار
يكمل بلوتو دورته كل 248 عامًا تقريبًا. تختلف معالمها المدارية بشكل كبير عن تلك الخاصة بالكواكب الرئيسية، والتي تحافظ عادةً على مسارات دائرية تقريبًا حول الشمس، وتتماشى بشكل وثيق مع مستوى مسار الشمس. على العكس من ذلك، يُظهر مدار بلوتو ميلًا معتدلًا يتجاوز 17 درجة بالنسبة إلى مسير الشمس ويمتلك انحرافًا ملحوظًا، مما يجعله بيضاويًا. يؤدي هذا الانحراف الواضح إلى اقتراب جزء من المسار المداري لبلوتو بشكل دوري من الشمس بشكل أقرب من مدار نبتون. وصل مركز كتلة بلوتو-شارون إلى نقطة الحضيض في 5 سبتمبر 1989، وكان أقرب إلى الشمس من نبتون خلال الفترة الممتدة من 7 فبراير 1979 إلى 11 فبراير 1999.
على الرغم من الحفاظ على رنين مداري بنسبة 3:2 مع نبتون، إلا أن ميل بلوتو وانحرافه يظهر سلوكًا فوضويًا. في حين أن النماذج الحسابية يمكن أن تتنبأ بموقعها المداري لعدة ملايين من السنين في الماضي والمستقبل، فإن التنبؤات تصبح غير موثوقة بعد فترات زمنية تتجاوز بشكل كبير زمن ليابونوف الذي يبلغ 10-20 مليون سنة. تنبع عدم الموثوقية هذه من حساسية بلوتو الشديدة للتفاصيل الدقيقة التي لا يمكن قياسها داخل النظام الشمسي، والتي تمثل عوامل غير متوقعة تغير مساره المداري تدريجيًا.
يتقلب المحور شبه الرئيسي لمدار بلوتو بين حوالي 39.3 و39.6 وحدة فلكية على مدار فترة تبلغ حوالي 19,951 عامًا، والتي ترتبط بفترة مدارية تتراوح من 246 إلى 246 إلى 246 وحدة فلكية. 249 سنة. وفي الوقت الحالي، يُلاحظ تزايد كل من المحور شبه الرئيسي والدورة المدارية.
العلاقة مع نبتون
على الرغم من أن مدار بلوتو يبدو بصريًا متقاطعًا مع مدار نبتون عند رؤيته من منظور شمال أو جنوب النظام الشمسي، إلا أن مساري هذين الجرمين السماويين لا يتقاطعان في الواقع. أثناء الحضيض الشمسي، عندما يكون بلوتو الأقرب إلى الشمس ويبدو أنه قريب من مدار نبتون من نقاط المراقبة هذه، فإنه يصل في نفس الوقت إلى أقصى إزاحته الشمالية بالنسبة إلى المستوى المداري لنبتون. على وجه التحديد، يحافظ المسار المداري لبلوتو على مسافة 8 وحدات فلكية تقريبًا شمال نبتون، مما يمنع أي تصادم محتمل.
ومع ذلك، فإن هذا الفصل المكاني وحده غير كافٍ لحماية بلوتو، حيث يمكن لاضطرابات الجاذبية من الكواكب الأخرى، وخاصة نبتون، تعديل مدار بلوتو تدريجيًا، بما في ذلك المبادرة المدارية، على مدار ملايين السنين، مما قد يؤدي إلى حدوث تصادم. والأهم من ذلك، أن بلوتو محمي أيضًا من خلال رنين مداري مستقر بنسبة 2:3 مع نبتون: مقابل كل دورتين كاملتين يقوم بهما بلوتو حول الشمس، يكمل نبتون ثلاثة مدارات بالضبط. يتم ملاحظة هذه العلاقة ضمن إطار مرجعي يدور بالتزامن مع معدل المبادرة في الحضيض الشمسي لبلوتو، والذي يبلغ تقريبًا 0.97×10−4 درجة سنويًا.
تمتد دورة الرنين هذه إلى حوالي 495 عامًا. العديد من الأجرام السماوية الأخرى، والتي يطلق عليها مجتمعة بلوتينوس، تشترك في هذا الرنين المداري المتطابق. حاليًا، خلال كل دورة مدتها 495 عامًا، عندما يصل بلوتو إلى الحضيض لأول مرة (على سبيل المثال، في عام 1989)، يكون نبتون متقدمًا بمقدار 57 درجة عن بلوتو. عند مرور بلوتو اللاحق بالحضيض، سيكون نبتون قد أكمل 1.5 مدارًا إضافيًا، مما يجعله 123 درجة خلف بلوتو. أقرب مسافة بين بلوتو ونبتون تتجاوز 17 وحدة فلكية، وهي مسافة أكبر من الحد الأدنى لفصل بلوتو عن أورانوس، وهو 11 وحدة فلكية. ومن المثير للاهتمام أن الحد الأدنى للفصل بين بلوتو ونبتون يتزامن عادةً مع أوج بلوتو.
يُظهر الرنين المداري 2:3 بين بلوتو ونبتون استقرارًا استثنائيًا، حيث استمر لملايين السنين. يمنع هذا الاستقرار بشكل فعال حدوث تغييرات كبيرة في مداراتهما النسبية، وبالتالي يضمن عدم مواجهة الجسمين أبدًا. حتى في السيناريو الافتراضي حيث يفتقر مدار بلوتو إلى الميل، فإن هذا الرنين من شأنه أن يمنع أي تصادم بين الجسمين السماويين.
إن انحراف طفيف في الفترة المدارية لبلوتو عن الرنين 3:2 مع نبتون يؤدي إلى تغيير تدريجي في نمط المسافة بالنسبة لنبتون. خلال فترة الحضيض الشمسي، يمر بلوتو داخل مدار نبتون، وبالتالي يتسارع. يؤدي هذا التسارع إلى اقتراب بلوتو من نبتون من الخلف خلال المدار الأولي لدورة مدتها 495 عامًا. حاليًا، يحتفظ بلوتو بموقع بين 50 درجة و65 درجة خلف نبتون لمدة قرن (على سبيل المثال، من 1937 إلى 2036).
يُسهِّل تفاعل الجاذبية المتبادل بين الجرمين السماويين نقل الزخم الزاوي إلى بلوتو. يؤدي هذا النقل إلى دفع بلوتو إلى مدار أكبر قليلاً، وبالتالي إطالة فترة مداره، بما يتوافق مع قانون كبلر الثالث. بعد تكرارات متعددة لهذه العملية، يواجه بلوتو تأخيرًا كافيًا بحيث أنه خلال الحضيض الثاني لكل دورة، لم يعد متقدمًا بشكل ملحوظ على نبتون حيث يقترب الأخير من الخلف؛ بعد ذلك، يبدأ نبتون في تقليل الفترة المدارية لبلوتو مرة أخرى. وتمتد هذه الظاهرة الدورية بأكملها إلى حوالي 20 ألف سنة.
عوامل أخرى
تشير التحليلات الحسابية إلى أن التكوين الأساسي للمحاذاة المدارية بين بلوتو ونبتون يظل ثابتًا على فترات زمنية جيولوجية، تمتد لملايين السنين. تساهم العديد من الأصداء الأخرى وتفاعلات الجاذبية في الاستقرار المداري لبلوتو. تنشأ هذه الظواهر في المقام الأول من آليتين تكميليتين، تختلفان عن رنين الحركة المتوسطة 2:3.
أولاً، حجة بلوتو حول الحضيض الشمسي، والتي تم تعريفها على أنها الزاوية بين عقدته الصاعدة (حيث تتقاطع مع مستوى مسير الشمس أو المستوى الثابت) وحضيضه الشمسي (نقطة الاقتراب الأقرب إلى الشمس)، تظهر ميسانًا حول 90 درجة. وبالتالي، في الحضيض الشمسي، يحقق بلوتو أقصى إزاحته الشمالية من المستوى الثابت للنظام الشمسي، وبالتالي يمنع حدوث لقاءات قريبة مع نبتون. تُعزى هذه الظاهرة إلى آلية كوزاي، التي تقيم علاقة بين انحراف المدار وميله بالنسبة إلى جسم مضطرب أكثر ضخامة، وتحديدًا نبتون في هذا السياق. فيما يتعلق بنبتون، يبلغ سعة الميسان 38 درجة، مما يضمن أن الفصل الزاوي بين الحضيض الشمسي لبلوتو ومدار نبتون يتجاوز باستمرار 52 درجة (90°–38°). يتكرر الحد الأدنى من الانفصال الزاوي لهذا التكوين كل 10000 عام تقريبًا.
ثانيًا، تظهر خطوط طول العقد الصاعدة لكلا الأجرام السماوية - التي تمثل نقاط تقاطعهما مع المستوى الثابت - علاقة شبه رنانة مع الميزان المذكور أعلاه. عندما يتزامن خطا الطول هذين، مما يعني محاذاة خطية واحدة لكلا العقدتين مع الشمس، يكون الحضيض الشمسي لبلوتو عند 90 درجة بالضبط، مما يجعله أقرب إلى الشمس بينما يكون في نفس الوقت في أقصى انحراف شمالي من المستوى المداري لنبتون. يُطلق على هذا التكوين المحدد اسم الرنين الفائق 1:1. يتضمن تكوين هذا الرنين الفائق التأثير الجماعي لجميع كواكب المشتري، وهي المشتري وزحل وأورانوس ونبتون.
الدوران
تبلغ فترة الدوران الفلكي لبلوتو، والتي تشكل يومه، 6.387 يومًا أرضيًا على وجه التحديد. على غرار أورانوس والكويكب 2 بالاس، يُظهر بلوتو دورانًا رجعيًا داخل مستواه المداري، ويتميز بميل محوري قدره 120 درجة، مما يؤدي إلى اختلافات موسمية واضحة. أثناء الانقلاب، يتعرض ما يقرب من ربع سطحه لضوء النهار الدائم، بينما يبقى ربع آخر في ظلام مستمر. وكانت مسببات هذا التوجه الشاذ موضوعا للخطاب العلمي. تشير التحقيقات التي أجرتها جامعة أريزونا إلى أن هذه الظاهرة قد تنبع من الميل المتأصل للأجرام السماوية إلى تعديل تكوين دورانها لتحقيق الحد الأدنى من حالات الطاقة. ومثل هذا التعديل يستلزم إعادة توزيع الكتلة الزائدة نحو المناطق الاستوائية، في حين أن المناطق التي تعاني من نقص الكتلة سوف تهاجر نحو القطبين. تُعرف هذه العملية باسم التجول القطبي.
يفترض منشور صادر عن جامعة أريزونا أن هذا التأثير قد يكون ناجمًا عن تراكم كتل النيتروجين المجمدة داخل المناطق المظللة دائمًا للكوكب القزم. مثل هذه الكتل المتراكمة من شأنها أن تحفز على إعادة توجيه الجسم، مما يؤدي إلى ميله المحوري المميز بمقدار 120 درجة. يُعزى تراكم النيتروجين بشكل مباشر إلى المسافة الكبيرة التي يفصلها بلوتو عن مركز الشمس. يمكن أن تنخفض درجات الحرارة الاستوائية إلى -240 درجة مئوية (−400.0 درجة فهرنهايت; 33.1 كلفن)، مما يسهل تجميد النيتروجين بطريقة مشابهة لتجميد الماء على الأرض. قد تظهر ظاهرة تجوال قطبي مماثلة، كما لوحظ على بلوتو، على الأرض إذا كانت الطبقة الجليدية في القطب الجنوبي أكبر بكثير.
الجيولوجيا
السطح
تتكون السهول الممتدة عبر سطح بلوتو في المقام الأول من أكثر من 98% من جليد النيتروجين، تكملها كميات ضئيلة من الميثان وأول أكسيد الكربون. يُظهر النيتروجين وأول أكسيد الكربون أعلى تركيزاتهما في نصف الكرة الأرضية المضاد لشارون لبلوتو (حوالي خط طول 180 درجة، يشمل سبوتنيك بلانيتيا، الفص الغربي لتومبو ريجيو)، بينما يهيمن الميثان بالقرب من خط الطول 300 درجة شرقًا. تتكون التكوينات الجبلية من جليد الماء. يُظهر سطح بلوتو قدرًا كبيرًا من عدم التجانس، ويتميز باختلافات كبيرة في كل من خصائص البياض واللون.
يظهر بلوتو أحد أكثر التباينات السطحية وضوحًا داخل النظام الشمسي، وهو ما يمكن مقارنته بتلك التي لوحظت على قمر زحل إيابيتوس. ويتراوح لونه من الأسود الفحمي إلى البرتقالي الداكن والأبيض. تحمل الخصائص اللونية لبلوتو تشابهًا أكبر مع آيو، حيث يظهر لونًا برتقاليًا أكثر قليلاً وأقل احمرارًا بكثير من لون المريخ. تشمل المعالم الجغرافية البارزة تومبو ريجيو، والمعروفة أيضًا باسم "القلب"، وهي منطقة مشرقة كبيرة تقع في نصف الكرة الأرضية المقابل لشارون؛ بيلتون ريجيو، أو "الحوت"، مساحة كبيرة مظلمة في نصف الكرة الأرضية؛ و"المفاصل النحاسية"، وهي سلسلة من المناطق الاستوائية المظلمة في نصف الكرة الأرضية الرئيسي.
سبوتنيك بلانيتيا، الذي يشكل الفص الغربي لـ "القلب"، هو حوض يبلغ عرضه 1000 كيلومتر يتكون من جليد النيتروجين وأول أكسيد الكربون المتجمد. يتم تقسيم هذا الحوض إلى خلايا متعددة الأضلاع، يتم تفسيرها على أنها خلايا الحمل الحراري التي تنقل الكتل العائمة من قشرة الجليد المائي وحفر التسامي نحو أطرافها. توجد مؤشرات واضحة للتدفقات الجليدية عند الدخول والخروج من الحوض. يشير غياب الفوهات المرئية، كما لاحظته نيو هورايزنز، إلى أن عمر السطح أقل من 10 ملايين سنة. حددت التحقيقات الحديثة عمر السطح بحوالي 180000+90000
−40000 سنة. لخص الفريق العلمي لنيو هورايزونز النتائج الأولية التي توصلوا إليها، مشيرًا إلى أن "بلوتو يعرض مجموعة واسعة بشكل مدهش من الأشكال الجيولوجية، بما في ذلك تلك الناتجة عن التفاعلات الجليدية والتفاعلات بين السطح والغلاف الجوي، بالإضافة إلى عمليات الاصطدام والتكتونية والبراكين الجليدية المحتملة وعمليات الهدر الشامل."
في المناطق الغربية من سبوتنيك بلانيتيا، تمت ملاحظة حقول الكثبان العرضية، المنحوتة بواسطة الرياح القادمة من الحوض. المركز وتوجيهه نحو الجبال المجاورة. تظهر هذه الكثبان أطوال موجية تتراوح من 0.4 إلى 1 كيلومتر ويفترض أنها تتكون من جزيئات الميثان التي يبلغ حجمها حوالي 200-300 ميكرومتر.
البنية الداخلية
يمتلك بلوتو كثافة 1.853±0.004 جم/سم§56§. ونظرًا لأن اضمحلال العناصر المشعة سيؤدي في النهاية إلى توليد حرارة كافية لتسهيل فصل الجليد عن المواد الصخرية، يفترض العلماء أن البنية الداخلية لبلوتو مختلفة. سيؤدي هذا التمايز إلى استقرار المواد الصخرية في نواة كثيفة، يلفها عباءة من الجليد المائي. قبل مهمة نيوهورايزنز، كان القطر المقدر للنواة 1700 كيلومتر، وهو ما يمثل 70% من إجمالي قطر بلوتو.
قد يستمر هذا التسخين الداخلي، مما قد يؤدي إلى الحفاظ على محيط تحت السطح من الماء السائل، يقدر بسمك 100 إلى 180 كيلومتر، ويقع عند حدود اللب والوشاح. في سبتمبر 2016، أجرى الباحثون في جامعة براون عمليات محاكاة للتأثير الذي يُعتقد أنه أدى إلى إنشاء سبوتنيك بلانيتيا. تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن تكوين الحوض يمكن أن يكون ناتجًا عن ارتفاع المياه السائلة من تحت السطح بعد الاصطدام، مما يشير إلى وجود محيط تحت السطح بعمق لا يقل عن 100 كيلومتر.
في يونيو 2020، قدم علماء الفلك أدلة تشير إلى أن بلوتو ربما كان يمتلك محيطًا تحت السطح، وبالتالي يحتمل أن يكون صالحًا للسكن، خلال مراحل تكوينه المبكرة. بعد ذلك، في مارس 2022، افترض فريق بحث أن التكوينات المعروفة باسم Wright Mons وPiccard Mons تمثل اندماجًا للعديد من القباب البركانية الأصغر حجمًا. ويشير هذا التفسير إلى وجود مصدر حرارة داخلي داخل الجسم بمقادير كانت تعتبر في السابق غير محتملة.
الكتلة والحجم
يبلغ قطر بلوتو 2,376.6±1.6 كيلومتر، ويتم حساب كتلته على أنها (1.303±0.003)ק1213§22 كجم، وهو ما يعادل 17.7% من كتلة القمر و0.22% من كتلة الأرض. تبلغ مساحة سطح بلوتو تقريبًا 1.774443ק222324§ km§2526§، وهي أكبر قليلًا من مساحة اليابسة في روسيا أو القارة القطبية الجنوبية (خاصة عند حساب الجليد البحري في القطب الجنوبي أثناء الشتاء). تبلغ جاذبية سطحه 0.063 g، على النقيض من جاذبية الأرض 1 g والقمر 0.17 g. وبالتالي، يمتلك بلوتو سرعة إفلات تبلغ 4,363.2 كيلومترًا في الساعة (2,711.167 ميلًا في الساعة)، وهي أقل بكثير من سرعة الهروب على الأرض التي تبلغ 40,270 كيلومترًا في الساعة (25,020 ميلًا في الساعة). يبلغ قطر بلوتو ضعف قطر سيريس، وهو أكبر جسم في حزام الكويكبات، كما أن كتلته أكبر بعشرات المرات. على الرغم من أن قطره أكبر يبلغ 2376.6 كيلومترًا مقارنة بقطر إيريس التقريبي البالغ 2326 كيلومترًا، إلا أن بلوتو أقل كتلة من الكوكب القزم إيريس، وهو جسم عابر لنبتون تم اكتشافه في عام 2005.
يمتلك بلوتو كتلة أقل بكثير من كتلة الكواكب الأرضية، وبالتحديد أقل من 0.2 كتلة قمرية، كما أنه أقل كتلة من سبعة أقمار رئيسية: جانيميد، وتيتان، وكاليستو، وآيو، وقمر الأرض، ويوروبا، وتريتون. سهّل تحديد شارون، القمر الصناعي لبلوتو، في عام 1978 الحساب الدقيق للكتلة الإجمالية لنظام بلوتو-شارون من خلال تطبيق تكييف نيوتن لقانون كبلر الثالث. زودت الملاحظات اللاحقة لبلوتو أثناء احتجابه مع شارون العلماء بالوسائل اللازمة للتأكد من قطر بلوتو بدقة أكبر، بينما سمح ظهور تكنولوجيا البصريات التكيفية بتقييم أكثر دقة لشكله.
كانت القياسات الدقيقة لأبعاد بلوتو معقدة بسبب وجود غلافه الجوي والضباب الهيدروكربوني المنتشر. في مارس 2014، لولوش، دي بيرغ وآخرون. قدم بحثًا يشير إلى نسب اختلاط الميثان داخل الغلاف الجوي لبلوتو والتي كانت متوافقة مع قطر بلوتوني يتجاوز 2360 كيلومترًا، مع قيمة مثالية تقدر بـ 2368 كيلومترًا. لاحقًا، في 13 يوليو 2015، حددت الصور التي حصل عليها جهاز التصوير الاستطلاعي طويل المدى (LORRI) على متن مهمة نيوهورايزنز التابعة لناسا، جنبًا إلى جنب مع بيانات من أدوات أخرى على متن المركبة، قطر بلوتو عند 2370 كيلومترًا (1473 ميلًا). تم تنقيح هذا القياس لاحقًا إلى 2,372 كيلومترًا (1,474 ميلًا) في 24 يوليو، وتم تعديله لاحقًا إلى 2374±8 كيلومتر. مزيد من التحليل، باستخدام بيانات الاحتجاب الراديوي من نيوهورايزنز تجربة العلوم الراديوية (REX)، أسفر عن قطر 2,376.6±1.6 كيلومتر.
الغلاف الجوي
يمتلك بلوتو غلافًا جويًا هشًا يتكون بشكل أساسي من النيتروجين (N2) والميثان (CH4) وأول أكسيد الكربون (CO)، وكلها موجودة في حالة توازن مع الجليد السطحي المقابل لها. تشير القياسات التي أجرتها نيو هورايزنز إلى ضغط سطحي يبلغ حوالي 1 باسكال (10 ميكروبار)، وهو ما يمثل حجمًا أقل بحوالي مليون إلى 100000 مرة من الضغط الجوي للأرض. في البداية، كان من المفترض أن الغلاف الجوي لبلوتو سوف يتجمد تدريجياً على سطحه مع تراجع الكوكب القزم عن الشمس؛ ومع ذلك، أظهرت التحليلات اللاحقة لبيانات نيو هورايزنز وملاحظات الاحتجاب الأرضية زيادة في كثافة الغلاف الجوي لبلوتو، مما يشير إلى بقاءه في حالة غازية طوال مساره المداري.
كشفت الملاحظات التي أجرتها نيو هورايزنز أن معدل هروب النيتروجين من الغلاف الجوي كان أقل بـ 10000 مرة مما كان متوقعًا. افترض آلان ستيرن أنه حتى الارتفاع الطفيف في درجة حرارة سطح بلوتو يمكن أن يؤدي إلى زيادات هائلة في كثافته الجوية، ومن المحتمل أن تتراوح من 18 hPa إلى 280 hPa (أي ما يعادل ثلاثة أضعاف كثافة المريخ أو ربع كثافة الأرض). وفي مثل هذه الكثافات المرتفعة، قد يظهر النيتروجين على شكل تدفق سائل عبر السطح. على غرار تأثير التبريد التبخيري للعرق على جسم الإنسان، يساهم تسامي الغلاف الجوي لبلوتو في تبريد سطحه. يُظهر بلوتو إما طبقة التروبوسفير غائبة أو ضئيلة للغاية؛ تشير البيانات الواردة من New Horizons إلى وجود مجرد طبقة حدودية رقيقة من التروبوسفير. في موقع القياس، كانت هذه الطبقة يبلغ سمكها 4 كيلومترات وسجلت درجة حرارة 37±3 كلفن. علاوة على ذلك، هذه الطبقة ليست مستمرة.
خلال يوليو 2019، كشف حدث حجب يشمل بلوتو عن انخفاض غير متوقع بنسبة 20٪ في ضغطه الجوي منذ عام 2016. لاحقًا، في عام 2021، أكد علماء الفلك المنتسبون إلى معهد أبحاث الجنوب الغربي هذه النتيجة من خلال تحليل البيانات. من غيبة 2018. أظهر هذا التحليل أن الضوء ينبثق بشكل أقل تدرجًا من خلف قرص بلوتو، وهي ظاهرة تشير إلى الغلاف الجوي المخفف.
يؤدي وجود غاز الميثان، أحد غازات الدفيئة القوية، داخل الغلاف الجوي لبلوتو إلى انعكاس درجة الحرارة، مما يؤدي إلى متوسط درجة حرارة الغلاف الجوي أعلى بعشرات الدرجات من درجة حرارة سطحه. ومع ذلك، أشارت الملاحظات التي أجرتها نيوهورايزنز إلى أن الغلاف الجوي العلوي لبلوتو أكثر برودة بكثير مما كان متوقعًا في البداية (70 كلفن، على النقيض من 100 كلفن تقريبًا). ينقسم الغلاف الجوي لبلوتو إلى ما يقرب من 20 طبقة ضبابية متميزة ومتباعدة بانتظام، وتمتد حتى ارتفاع 150 كم. من المفترض أن تنشأ هذه الطبقات من موجات الضغط الناتجة عن التدفق الجوي فوق التضاريس الجبلية لبلوتو.
الأقمار الصناعية الطبيعية
يتكون النظام البلوتوني من خمسة أقمار طبيعية محددة. تم التعرف على تشارون، وهو الأكبر والأعمق بين هذه الأقمار، لأول مرة في عام 1978 من قبل عالم الفلك جيمس كريستي. وهو أيضًا القمر البلوتوني الوحيد الذي يحتمل أن يكون في حالة توازن هيدروستاتيكي. تؤدي كتلة شارون الكبيرة إلى إزاحة مركز الكتلة في نظام بلوتو-شارون إلى ما وراء الحدود المادية لبلوتو. خلف شارون، هناك أربعة أقمار دائرية أصغر بكثير تدور حول النظام. وهذه هي، بترتيب متزايد من حيث المسافة من بلوتو: ستيكس، نيكس، كيربيروس، وهيدرا. تم اكتشاف نيكس وهيدرا في عام 2005، وتلاهما كيربيروس في عام 2011، وستيكس في عام 2012. تظهر مدارات هذه الأقمار الصناعية انحرافًا مركزيًا منخفضًا (أقل من 0.006) وتكون مستوية مع خط استواء بلوتو (ميل أقل من 1 درجة)، مما يؤدي إلى ميل تقريبي قدره 120 درجة مقارنة بالمستوى المداري لبلوتو. يحصر هذا النظام البلوتوني المضغوط للغاية جميع الأقمار الصناعية الخمسة المعروفة في أعمق 3% من المنطقة حيث يمكن أن تحافظ المدارات التقدمية على الاستقرار.
ترتبط الفترات المدارية لنظام أقمار بلوتو بأكمله من خلال ترتيب معقد من الرنين المداري والرنين القريب. على وجه التحديد، عند حساب المبادرة، تظهر الفترات المدارية لـ Styx و Nix و Hydra نسبة دقيقة تبلغ 18:22:33. علاوة على ذلك، توجد نسبة تقريبية 3:4:5:6 بين الفترات المدارية لستيكس ونيكس وكيربيروس وهيدرا بالنسبة لشارون، وتقترب هذه النسب من دقة أكبر بالنسبة للأقمار الأبعد.
يمثل نظام بلوتو-شارون إحدى الحالات النادرة في النظام الشمسي حيث يقع مركز الكتلة خارج الجسم الأساسي؛ يقدم نظام باتروكلوس-مينوتيوس نظيرًا أصغر، في حين أن نظام الشمس-المشتري هو المثال الأكبر الوحيد. نظرًا لتشابه حجم شارون وبلوتو، اقترح بعض علماء الفلك تصنيفه على أنه كوكب قزم مزدوج. يتميز هذا النظام أيضًا بين تكوينات الكواكب من خلال قفل المد والجزر المتبادل، مما يعني أن بلوتو وشارون يقدمان دائمًا نفس نصف الكرة الأرضية لبعضهما البعض - وهي خاصية لوحظت في نظام واحد آخر معروف فقط، وهو إيريس وديسنوميا. وبالتالي، من أي نقطة مراقبة على أي من الجرم السماوي، يبقى الآخر ثابتًا في السماء أو محجوبًا بشكل دائم. تملي هذه الظاهرة أيضًا أن فترة دوران كل جسم تتطابق تمامًا مع الفترة المدارية للنظام بأكمله حول مركزه.
يُفترض أن تكوين أقمار بلوتو قد نتج عن تصادم كارثي بين بلوتو وجسم سماوي مماثل الحجم خلال المراحل الأولى من تطور النظام الشمسي. أدى حدث الاصطدام هذا إلى قذف مواد كبيرة، والتي تراكمت لاحقًا لتشكل الأقمار الصناعية التي تدور حول بلوتو.
شبه قمر صناعي
في عام 2012، أشارت الحسابات إلى أن الجسم 15810 أراون قد يعمل كشبه قمر صناعي لبلوتو، مما يمثل تكوينًا مداريًا مشتركًا متميزًا. تشير هذه الحسابات إلى أن أراون سيحافظ على علاقة شبه قمرية مع بلوتو لمدة 350 ألف سنة تقريبًا خلال كل دورة مدتها مليوني عام. أتاحت القياسات اللاحقة التي أجرتها المركبة الفضائية نيو هورايزونز في عام 2015 تحديدًا أكثر دقة لمدار أراون، مما يدعم النتائج الأولية. ومع ذلك، فإن الإجماع بين علماء الفلك بشأن تصنيف أراون كشبه تابع لبلوتو، بناءً على ديناميكياته المدارية، لا يزال بعيد المنال، نظرًا لأن مساره يحكمه نبتون في الغالب، مع اضطرابات نادرة فقط من بلوتو.
الأصل
شكل أصل بلوتو وهويته الدقيقة تاريخيًا لغزًا كبيرًا لعلماء الفلك. افترضت فرضية أولية أن بلوتو نشأ كقمر هارب من نبتون، تم طرده من مداره بواسطة أكبر أقمار نبتون، تريتون. ومع ذلك، فقد تم دحض هذا الافتراض لاحقًا من خلال الدراسات الديناميكية، التي أثبتت استحالته بسبب المسافة المدارية الثابتة لبلوتو من نبتون.
أصبح موقع بلوتو المحدد داخل النظام الشمسي واضحًا فقط في عام 1992، بالتزامن مع اكتشاف العديد من الأجسام الصغيرة الجليدية العابرة للنبتون التي تظهر أوجه تشابه مدارية وحجمية وتركيبية مع بلوتو. تعتبر هذه المجموعة من الأجسام العابرة للنبتون هي السلف للعديد من المذنبات قصيرة الدورة. يُعرف بلوتو نفسه بأنه أكبر مكون لحزام كويبر، وهي منطقة مستقرة من الأجرام السماوية تقع على بعد 30 إلى 50 وحدة فلكية من الشمس. بحلول عام 2011، تم الانتهاء من المسوحات الشاملة لحزام كويبر حتى قوة 21 إلى حد كبير، مما يشير إلى أن أي أجسام غير مكتشفة بحجم بلوتو من المرجح أن تكون موجودة على بعد 100 وحدة فلكية من الشمس.
على غرار كائنات حزام كويبر الأخرى (KBOs)، يُظهر بلوتو خصائص مشابهة للمذنبات؛ على سبيل المثال، تؤدي الرياح الشمسية إلى تآكل سطح بلوتو تدريجيًا في الفضاء. يقترح أحد الاقتراحات أنه إذا تم وضع بلوتو على مسافة مدارية مماثلة للأرض، فإنه سيظهر ذيل مذنب. ومع ذلك، فقد تم الطعن في هذا التأكيد، مستشهدين بسرعة الهروب العالية لبلوتو كعامل مانع. وبدلاً من ذلك، فقد تم الافتراض بأن تكوين بلوتو يمكن أن يعزى إلى تكتل العديد من المذنبات وأجسام حزام كويبر الأخرى.
بينما يُعرف بلوتو بأنه أكبر جسم مكتشف في حزام كويبر، فإن قمر نبتون تريتون، الذي يفوق بلوتو في الحجم، يُظهر تشابهًا جيولوجيًا وجويًا، مما يؤدي إلى فرضية أنه كائن تم التقاطه في حزام كويبر. إيريس، مشابه في الحجم لبلوتو ولكنه يمتلك كتلة أكبر، ولا يتم تصنيفه بشكل صارم كعضو في سكان حزام كويبر؛ وبدلاً من ذلك، يتم تصنيفها ضمن مجموعة الأقراص المتناثرة ذات الصلة.
تماشيًا مع مكونات حزام كويبر الأخرى، يُفترض أن بلوتو هو كوكب كوكبي متبقي، وهو عنصر من القرص الكوكبي البدائي الذي يحيط بالشمس والذي لم يتجمع بالكامل ليشكل كوكبًا كاملاً. يشير الإجماع بين علماء الفلك إلى أن التكوين المداري الحالي لبلوتو ناتج عن هجرة نبتون السريعة إلى الخارج خلال المراحل الأولى من تطور النظام الشمسي. أدت هذه الحركة الخارجية إلى اقتراب نبتون من الأجسام الموجودة في حزام كويبر الأولي، مما أدى إلى أسر أحدها (تريتون) في المدار، وإنشاء علاقات رنانة مع الآخرين، واضطراب بعضها في مسارات فوضوية. يُعتقد أن الأجسام الموجودة داخل القرص المتناثر، وهي منطقة غير مستقرة ديناميكيًا ومتاخمة لحزام كويبر، قد وصلت إلى مواقعها الحالية من خلال التفاعلات مع أصداء نبتون المهاجرة.
يقترح نموذج حسابي عام 2004 طوره أليساندرو موربيديلي في مرصد كوت دازور في نيس أن هجرة نبتون إلى حزام كويبر ربما بدأت من خلال إنشاء رنين 1:2 بين كوكب المشتري وزحل. ولّد هذا الرنين دافعًا جاذبية دفع كلًا من أورانوس ونبتون إلى مدارات أبعد، مما أدى إلى تبادل مواقعهما ومضاعفة مسافة مركزية الشمس حول نبتون بشكل فعال. يمكن أن يؤدي طرد الأجسام اللاحقة من حزام كويبر الأولي أيضًا إلى القصف الثقيل المتأخر، الذي حدث بعد حوالي 600 مليون سنة من نشأة النظام الشمسي، وتوضيح نشأة طروادة المشتري. من المتصور أن بلوتو حافظ على مدار دائري تقريبًا على بعد 33 وحدة فلكية تقريبًا من الشمس قبل هجرة نبتون، مما أدى لاحقًا إلى اضطرابه وتحويله إلى التقاط رنين. يفترض نموذج نيس وجود ما يقرب من ألف جسم بحجم بلوتو، بما في ذلك تريتون وإيريس، داخل القرص الكوكبي البدائي.
الملاحظة والاستكشاف
الملاحظة
تمثل المسافة الكبيرة بين بلوتو والأرض تحديات كبيرة لدراسته الشاملة واستكشافه المباشر. يبلغ متوسط القدر الظاهري البصري 15.1، وينخفض إلى 13.65 أثناء الحضيض الشمسي. وبالتالي، فإن المراقبة التلسكوبية ضرورية، مع فتحة تبلغ حوالي 30 سم (12 بوصة). حتى عند رؤيته من خلال التلسكوبات القوية، يبدو بلوتو نجميًا، ويفتقر إلى قرص يمكن تمييزه، نظرًا لقطره الزاوي الأقصى الذي يبلغ 0.11 ثانية قوسية.
تألف التمثيل الخرائطي الأولي لبلوتو، الذي تم تطويره في أواخر الثمانينيات، من خرائط سطوع مستمدة من الملاحظات الدقيقة للكسوف الذي يشمل أكبر أقماره، شارون. ركزت هذه الملاحظات على قياس الاختلافات في متوسط سطوع نظام بلوتو-شارون أثناء أحداث الكسوف. على سبيل المثال، يؤدي حجب المنطقة المضيئة على بلوتو إلى تغيير أكثر وضوحًا في السطوع الإجمالي مقارنةً باحتجاب المنطقة الأكثر قتامة. تسهل المعالجة الحسابية الشاملة للعديد من هذه الملاحظات إنشاء خريطة السطوع، وهي تقنية قادرة أيضًا على مراقبة التغيرات الزمنية في السطوع.
تم إنشاء بيانات رسم الخرائط المحسنة لاحقًا من الصور التي حصل عليها تلسكوب هابل الفضائي (HST)، والتي قدمت دقة فائقة وكشفت عن تفاصيل أكبر بكثير، وحلت ميزات عدة مئات من الكيلومترات، مثل المناطق القطبية والمناطق الساطعة البارزة. يتضمن إنشاء هذه الخرائط معالجة حسابية متطورة لاستخلاص التمثيلات المسقطة المثالية من بيانات البكسل المحدودة لصور هابل. شكلت هذه الخرائط التصوير الأكثر شمولاً لبلوتو حتى تحليق نيو هورايزنز في يوليو 2015، حيث توقفت كاميرتا HST المستخدمتان في إنتاجهما عن العمل.
الاستكشاف
تمثل المركبة الفضائية نيو هورايزنز، التي قامت بالتحليق بالقرب من بلوتو في يوليو 2015، المسعى الافتتاحي والوحيد حتى الآن للتحقيق بشكل مباشر في بلوتو. تم إطلاق المسبار في عام 2006، وحصل على صوره البعيدة الأولية لبلوتو في أواخر سبتمبر 2006 أثناء اختبار معايرة جهاز التصوير الاستطلاعي طويل المدى. أثبتت هذه الصور، التي تم التقاطها من مسافة تقريبية تبلغ 4.2 مليار كيلومتر، قدرة المركبة الفضائية على تتبع الأجرام السماوية البعيدة، وهي وظيفة حاسمة لتعديلات مسارها نحو بلوتو والأجرام الأخرى في حزام كويبر. وبعد ذلك، في أوائل عام 2007، نفذت المركبة مناورة مساعدة الجاذبية باستخدام كوكب المشتري.
نفذت المركبة الفضائية نيو هورايزونز أقرب اقتراب لها من بلوتو في 14 يوليو 2015، وبلغت ذروتها في عبور النظام الشمسي لمدة 3462 يومًا. بدأت التحقيقات العلمية حول بلوتو قبل خمسة أشهر من هذا اللقاء الوثيق واستمرت لمدة شهر واحد على الأقل بعد ذلك. وقد تم تسهيل هذه الملاحظات من خلال مجموعة شاملة للاستشعار عن بعد، تشتمل على أدوات التصوير، وأداة تحقيق العلوم الراديوية، والعديد من الأجهزة الطيفية والتجريبية. تضمنت الأهداف العلمية الأساسية لـ نيو هورايزنز توصيف السمات الجيولوجية والمورفولوجية العالمية لبلوتو وقمره شارون، ورسم خرائط لتركيبات سطحهما، وتحليل الغلاف الجوي المحايد لبلوتو جنبًا إلى جنب مع معدل الهروب من الغلاف الجوي. تم بنجاح إرسال البيانات النهائية، بإجمالي 50 مليار بت (6.25 غيغابايت)، من نيوهورايزنز فيما يتعلق بمواجهتها لبلوتو في 25 أكتوبر 2016، الساعة 05:48 مساءً بالتوقيت الشرقي.
بعد تحليق نيوهورايزنز، اقترح المجتمع العلمي مهمة مدارية لإعادة هذه الأهداف، بما في ذلك رسم خرائط السطح بدقة 9.1 متر. (30 قدمًا) لكل بكسل، وإجراء عمليات رصد لأقمار بلوتو الصغيرة، ومراقبة تغيرات دوران بلوتو، والتحقيق في الوجود المحتمل لمحيط تحت سطح الأرض، وإجراء رسم خرائط طبوغرافية للمناطق المغطاة دائمًا بالظلام بسبب الميل المحوري لبلوتو. يمكن تحقيق الهدف الأخير من خلال نشر نبضات الليزر لبناء خريطة طبوغرافية شاملة للكوكب القزم.
اقترح آلان ستيرن، الباحث الرئيسي في نيو هورايزنز، مهمة مدارية على طراز كاسيني، من المتوقع إطلاقها في عام 2030 تقريبًا لتتزامن مع الذكرى المئوية لاكتشاف بلوتو. سيستفيد هذا المسبار المقترح من تأثير جاذبية شارون لتعديل مساره ديناميكيًا، وبالتالي تسهيل تحقيق الأهداف العلمية عند وصوله إلى نظام بلوتو. بعد الانتهاء من جميع التحقيقات العلمية المتعلقة ببلوتو، يمكن للمركبة المدارية الاستفادة من جاذبية شارون للخروج من نظام بلوتو لإجراء المزيد من الدراسات لأجسام حزام كويبر (KBOs). علاوة على ذلك، هناك دراسة مفاهيمية مدعومة من برنامج ناسا للمفاهيم المبتكرة المتقدمة (NIAC) توضح الخطوط العريضة لمركبة بلوتو المدارية ومركبة الهبوط التي تعمل بالطاقة الاندماجية، استنادًا إلى تصميم مفاعل برينستون ذي التكوين العكسي.
نجحت مهمة نيو هورايزنز في تصوير نصف الكرة الشمالي لبلوتو بأكمله، ممتدًا إلى المناطق الاستوائية عند خط عرض 30 درجة جنوبًا تقريبًا. وعلى العكس من ذلك، فقد تم رصد خطوط العرض الجنوبية الأعلى من الأرض فقط، مما أدى إلى بيانات منخفضة الدقة للغاية. شملت الصور التي حصل عليها تلسكوب هابل الفضائي في عام 1996 85% من سطح بلوتو، وكشفت عن معالم بياض بارزة تصل إلى حوالي 75 درجة جنوبًا، وهي كافية لتحديد مدى البقع في المنطقة المعتدلة. أظهرت صور هابل اللاحقة تحسينات هامشية في الدقة، ويُعزى ذلك إلى التحسينات الطفيفة في أجهزة التلسكوب. تم التقاط القطاع الاستوائي لنصف الكرة الأرضية الفرعي لشارون لبلوتو بدقة منخفضة فقط، نظرًا لأن نيو هورايزنز نفذت أقرب نهج لها إلى نصف الكرة المقابل لشارون.
تم اكتشاف اختلافات معينة في البياض داخل خطوط العرض الجنوبية العليا بواسطة نيو هورايزنز من خلال ظاهرة تألق شارون، والتي تشير إلى الضوء المنعكس من شارون. يبدو أن المنطقة القطبية الجنوبية تظهر بياضًا أغمق مقارنة بنظيرتها الشمالية. ومع ذلك، توجد منطقة عالية البياض مميزة في نصف الكرة الجنوبي، مما قد يشير إلى وجود رواسب موضعية من جليد النيتروجين أو الميثان.