Designato 134340 Plutone, Plutone è un pianeta nano situato all'interno della fascia di Kuiper, un vasto anello di corpi celesti oltre l'orbita di Nettuno. È riconosciuto come il nono oggetto più grande e il decimo più massiccio conosciuto in orbita attorno al Sole. Sebbene detenga la particolarità di essere il più grande oggetto transnettuniano conosciuto in termini di volume, anche se con un margine ristretto, la sua massa è inferiore a quella di Eris. Come altri oggetti della cintura di Kuiper, Plutone è composto principalmente da ghiaccio e roccia e le sue dimensioni sono significativamente più piccole di quelle dei pianeti interni. La sua massa è circa un sesto di quella della Luna e il suo volume è circa un terzo. Inizialmente classificato come pianeta, il suo status è stato rivalutato quando gli astronomi hanno stabilito una nuova definizione per il termine, incorporando criteri rivisti.
Plutone (designazione di pianeta minore: 134340 Plutone) è un pianeta nano nella fascia di Kuiper, un anello di corpi oltre l'orbita di Nettuno. È il nono oggetto più grande e il decimo più massiccio conosciuto in orbita diretta attorno al Sole. È il più grande oggetto transnettuniano conosciuto in termini di volume con un piccolo margine, ma è meno massiccio di Eris. Come altri oggetti della cintura di Kuiper, Plutone è costituito principalmente da ghiaccio e roccia ed è molto più piccolo dei pianeti interni. Plutone ha circa un sesto della massa della Luna e un terzo del suo volume. Originariamente considerato un pianeta, il suo status fu cambiato quando gli astronomi adottarono una nuova definizione della parola con nuovi criteri.
L'orbita di Plutone è caratterizzata da moderata eccentricità e inclinazione, con la sua distanza dal Sole che varia tra 30 e 49 unità astronomiche (UA), equivalenti a 4,5-7,3 miliardi di chilometri (2,8-4,6 miliardi di miglia). A una distanza orbitale media di 39,5 UA (5,91 miliardi di km; 3,67 miliardi di mi), la luce solare richiede 5,5 ore per raggiungere Plutone. Nonostante il suo percorso eccentrico lo avvicini periodicamente al Sole rispetto a Nettuno, un meccanismo di risonanza orbitale stabile assicura che i due corpi non entrino in collisione.
Plutone è orbitato da cinque lune conosciute: Caronte, che è la più grande con un diametro superiore alla metà di quello di Plutone; Stige; Niente; Kerberos; e Idra. Plutone e Caronte sono occasionalmente classificati come un sistema binario a causa del loro baricentro, il centro di massa comune, che si trova all'esterno di entrambi i corpi, insieme al loro stato di marea bloccata. La navicella spaziale New Horizons condusse la prima
Clyde W. Tombaugh a scoprire Plutone nel 1930, contrassegnandolo come il primo oggetto identificato all'interno della fascia di Kuiper. Inizialmente, era ampiamente riconosciuto come il nono pianeta. Tuttavia, la sua classificazione planetaria fu sottoposta a un esame accurato quando ci si rese conto che le sue dimensioni erano considerevolmente più piccole del previsto. Queste riserve si sono intensificate con la scoperta di ulteriori oggetti della cintura di Kuiper a partire dagli anni '90, in particolare del più massiccio oggetto del disco diffuso Eris nel 2005. Di conseguenza, nel 2006, l'Unione Astronomica Internazionale (IAU) ha rivisto formalmente la definizione di pianeta, riclassificando così i pianeti nani come Plutone. Tuttavia, un numero significativo di astronomi planetari persiste nel considerare Plutone e altri pianeti nani come pianeti.
Storia
Scoperta
Durante il 1840, Urbain Le Verrier applicò la meccanica newtoniana per prevedere la posizione dell'allora non identificato pianeta Nettuno, sulla base della sua analisi delle perturbazioni orbitali osservate su Urano. Successive osservazioni di Nettuno alla fine del XIX secolo spinsero gli astronomi a ipotizzare che un ulteriore pianeta sconosciuto, distinto da Nettuno, stesse influenzando l'orbita di Urano.
Nel 1906, Percival Lowell, un eminente bostoniano che fondò l'Osservatorio Lowell a Flagstaff, in Arizona, nel 1894, iniziò uno sforzo di ricerca globale per individuare un potenziale nono pianeta, che chiamò "Pianeta X". Nel 1909, Lowell, in collaborazione con William H. Pickering, propose diverse possibili coordinate celesti per questo ipotetico pianeta. Lowell e il suo osservatorio perseguirono questa ricerca, utilizzando calcoli matematici eseguiti da Elizabeth Williams, fino alla sua scomparsa nel 1916, senza successo. All'insaputa di Lowell, le sue indagini fotografiche avevano inavvertitamente catturato due deboli immagini di Plutone il 19 marzo e il 7 aprile 1915; tuttavia, all'epoca questi non furono identificati come il pianeta. Inoltre, sono note altre quattordici osservazioni pre-scoperta di Plutone, di cui la prima registrata dall'Osservatorio Yerkes il 20 agosto 1909.
Dopo la morte di Percival Lowell, la sua vedova, Constance Lowell, si impegnò in una controversia legale decennale con l'Osservatorio Lowell riguardante la proprietà di suo marito, che di conseguenza ritardò la ripresa della ricerca del Pianeta X fino al 1929. Vesto Melvin Slipher, il direttore dell'osservatorio, assegnò successivamente il compito di localizzare il Pianeta X a Clyde Tombaugh, allora 23enne, che si era recentemente unito allo staff dell'osservatorio dopo che Slipher era stato ucciso. particolarmente colpito dalle sue illustrazioni astronomiche.
L'incarico di Clyde Tombaugh prevedeva di fotografare sistematicamente il cielo notturno in coppia, analizzando successivamente queste coppie per identificare eventuali corpi celesti che avevano cambiato posizione. Utilizzando un comparatore di battito di ciglia, ha alternato rapidamente le visualizzazioni di ciascuna lastra fotografica, generando così un'illusione di movimento per gli oggetti che mostravano cambiamenti di posizione o aspetto attraverso le immagini. Dopo quasi un anno di diligente osservazione, il 18 febbraio 1930, Tombaugh identificò un potenziale oggetto in movimento sulle lastre catturate il 23 e 29 gennaio. Un'ulteriore fotografia del 21 gennaio, sebbene di qualità inferiore, confermò questo movimento osservato. In seguito all'acquisizione da parte dell'osservatorio di ulteriori immagini corroboranti, la scoperta fu formalmente annunciata tramite telegramma all'Osservatorio dell'Harvard College il 13 marzo 1930.
Un singolo anno plutoniano copre 247,94 anni terrestri; di conseguenza, si prevede che Plutone completerà la sua orbita inaugurale sin dalla sua scoperta nell'anno 2178.
Nomenclatura
La designazione Plutone deriva dalla divinità romana degli inferi, che funge anche da epiteto per Ade, la controparte greca.
Dopo l'annuncio della scoperta, l'Osservatorio Lowell ha ricevuto più di mille proposte di denominazione. Tra questi, Minerva, Plutone e Crono emersero come i principali contendenti. Sebbene "Minerva" fosse inizialmente favorito dallo staff di Lowell, alla fine fu rifiutato a causa del suo precedente utilizzo come asteroide. Crono fu ritenuto inadatto, soprattutto perché sostenuto da Thomas Jefferson Jackson See, un astronomo percepito come impopolare ed egocentrico. Successivamente si è svolta una votazione che ha portato alla scelta unanime di "Plutone". Per garantire la permanenza di questa designazione e prevenire potenziali rinominazioni, simili ai cambiamenti storici vissuti da Urano, il Lowell Observatory ha presentato formalmente il nome sia all'American Astronomical Society che alla Royal Astronomical Society, che hanno entrambe concesso l'approvazione unanime. Il nome fu ufficialmente pubblicato il 1 maggio 1930.
Il nome Plutone era tra i circa 150 suggerimenti inviati a Lowell tramite corrispondenza e telegrammi. La proposta iniziale proveniva da Venetia Burney (1918–2009), una studentessa di undici anni di Oxford, in Inghilterra, che possedeva un interesse per la mitologia classica. Ha proposto il nome a suo nonno, Falconer Madan, durante una colazione in famiglia quando ha condiviso la notizia della scoperta di Plutone. Madan ha successivamente trasmesso questo suggerimento al professore di astronomia Herbert Hall Turner, che lo ha poi trasmesso via cavo ai suoi colleghi di Lowell il 16 marzo, tre giorni dopo l'annuncio ufficiale.
L'appellativo "Plutone" era ritenuto mitologicamente appropriato, poiché la divinità Plutone era uno dei sei discendenti sopravvissuti di Saturno, i cui fratelli (Giove e Nettuno, insieme a Cerere, Giunone e Vesta) erano già stati assegnati a pianeti maggiori o minori. Sia la figura mitologica che il corpo celeste erano associati a domini "oscuri", e la capacità di invisibilità del dio rispecchiava il prolungato stato di invisibilità del pianeta. Inoltre, la selezione è stata rafforzata dalla coincidenza che le due lettere iniziali di Plutone corrispondevano alle iniziali di Percival Lowell, il cui nome, "Percival", era stato un importante suggerimento per il nuovo pianeta.
Simbolo
In seguito alla sua denominazione, il simbolo planetario di Plutone ⟨⟩ è stato concepito come un monogramma che combina le lettere "PL". Sebbene questo simbolo sia ora impiegato raramente in contesti astronomici, mantiene la prevalenza nell’astrologia. Al contrario, il simbolo astrologico predominante per Plutone, che vede anche un uso occasionale in astronomia, raffigura una sfera (che potenzialmente simboleggia il berretto dell'invisibilità di Plutone) posizionata sopra il bidente di Plutone ⟨⟩, un disegno originario dei primi anni '30.
La designazione "Plutone" permea rapidamente sfere culturali più ampie. Nel 1930, secondo quanto riferito, Walt Disney trasse ispirazione dal nome quando introdusse il compagno canino di Topolino, Plutone, sebbene l'animatore Ben Sharpsteen non potesse accertare in modo definitivo la logica dietro questa scelta di nome. Successivamente, nel 1941, Glenn T. Seaborg chiamò l'elemento appena sintetizzato plutonio in onore di Plutone, aderendo alla convenzione stabilita di nominare gli elementi in base ai pianeti scoperti di recente, una pratica precedentemente osservata con l'uranio (dal nome di Urano) e il nettunio (dal nome di Nettuno).
Il nome "Plutone" è ampiamente adottato in numerose lingue, spesso appare in varie forme traslitterate. In giapponese, Houei Nojiri propose il calco Meiōsei (冥王星, che significa "Stella del Re (Dio) degli Inferi"), termine successivamente adottato da cinese e coreano. Mentre alcune lingue indiane mantengono il nome Plutone, altre, incluso l'hindi, si riferiscono ad esso con il nome di Yama, la divinità indù della morte. Allo stesso modo, le lingue polinesiane utilizzano spesso il nome di una divinità indigena del mondo sotterraneo, esemplificata dal termine Māori Whiro. Il vietnamita diverge dalla nomenclatura cinese a causa di un vincolo fonologico: il termine sino-vietnamita 冥 minh, che significa "scuro", è un omofono per 明 minh, che significa "luminoso". Di conseguenza, i vietnamiti utilizzano il nome Yama, anch'esso una divinità buddista, reso come Sao Diêm Vương 星閻王 ("Stella di Yama"), che ha origine dal termine cinese 閻王 Yán Wáng / Yìhm Wòhng ("Re Yama").
Confutazione del Pianeta X
Dopo la scoperta di Plutone, la sua intrinseca debolezza e l'assenza di un disco distinguibile sollevarono immediatamente dubbi sulla sua identificazione con l'ipotetico Pianeta X di Lowell. Nel corso del XX secolo, le stime della massa di Plutone subirono successive revisioni al ribasso.
Inizialmente, gli astronomi hanno determinato la massa di Plutone estrapolando la sua presunta influenza gravitazionale su Nettuno e Urano. Nel 1931, si stimava che la massa di Plutone si avvicinasse a quella della Terra; calcoli successivi nel 1948 ridussero questa stima a circa la massa di Marte. Seidelmann e colleghi, nel 1971, determinarono un valore di 0,11±0,02 masse terrestri, basato sull'ipotesi che Plutone stesse perturbando gravitazionalmente l'orbita di Nettuno. Nel 1976, Dale Cruikshank, Carl Pilcher e David Morrison, ricercatori dell'Università delle Hawaii, scoprirono prove di ghiaccio di metano che ricopriva la superficie di Plutone, cosa che permise loro di calcolare per la prima volta l'albedo di Plutone. Le loro scoperte indicavano che Plutone possedeva una luminosità eccezionalmente elevata rispetto alle sue dimensioni, il che implica che la sua massa non poteva superare l'1% di quella terrestre. Cruikshank e il suo team affermarono inoltre che la massa di Plutone, stimata a soli pochi millesimi di quella terrestre, era inadeguata per esercitare un effetto gravitazionale significativo sulle orbite di Urano o Nettuno, riconoscendo così che la scoperta di Tombaugh derivava da una ricerca osservativa completa piuttosto che da una previsione specifica.
La scoperta di Caronte, luna di Plutone, nel 1978 ha facilitato la misurazione precisa iniziale della massa di Plutone, rivelandola all'uomo. essere circa lo 0,2% della massa terrestre, un valore troppo piccolo per spiegare le discrepanze orbitali osservate di Urano. Le successive indagini per un Pianeta X alternativo, in particolare quelle condotte da Robert Sutton Harrington, si rivelarono infruttuose. Nel 1992, Myles Standish utilizzò i dati del sorvolo di Nettuno del 1989 della Voyager 2, che aveva portato a una revisione al ribasso dello 0,5% della stima della massa di Nettuno - una quantità equivalente alla massa di Marte - per ricalcolare l'influenza gravitazionale di Nettuno su Urano. Incorporando queste cifre riviste, le discrepanze orbitali e di conseguenza la necessità di un Pianeta X furono eliminate.
Nel 2000, un consenso tra gli scienziati affermò che il Pianeta X, come concettualizzato da Lowell, non esisteva. La previsione di Lowell del 1915 riguardante l'orbita e la posizione del Pianeta X mostrava una notevole vicinanza all'orbita effettiva di Plutone e alla sua posizione in quel periodo. Poco dopo la scoperta di Plutone, Ernest W. Brown concluse che questo allineamento era semplicemente casuale.
Categorizzazione
A partire dal 1992, numerosi corpi celesti furono identificati in orbita all'interno della regione orbitale di Plutone, dimostrando così l'appartenenza di Plutone a una distinta popolazione di oggetti conosciuta come cintura di Kuiper. Questa consapevolezza rese controverso lo status planetario ufficiale di Plutone, stimolando un ampio dibattito sull'opportunità di classificarlo insieme o distintamente dalla popolazione circostante. Direttori di musei e planetari occasionalmente generarono polemiche escludendo Plutone dai loro modelli planetari del Sistema Solare. Ad esempio, nel febbraio 2000, l'Hayden Planetarium di New York City ha svelato un modello del Sistema Solare con solo otto pianeti, una decisione che ha attirato una notevole attenzione da parte dei media quasi un anno dopo.
Cerere, Pallade, Giunone e Vesta furono in gran parte riclassificati come pianeti dalla maggior parte degli astronomi in seguito alla vasta scoperta di altri asteroidi durante gli anni '40 dell'Ottocento. Al contrario, i geologi planetari distinguevano spesso Cerere, e occasionalmente Pallade e Vesta, dagli asteroidi più piccoli, attribuendo questa distinzione alle loro dimensioni sufficienti per l'evoluzione geologica. Mentre gli oggetti iniziali della cintura di Kuiper identificati erano relativamente piccoli, le scoperte successive includevano oggetti che si avvicinavano progressivamente alle dimensioni di Plutone, con alcuni (incluso lo stesso Plutone) che soddisfacevano i criteri geologici per essere un pianeta ma non riuscivano a soddisfare le definizioni dinamiche.
Nel 1998, Brian G. Marsden del Minor Planet Center dell'Università di Harvard propose di assegnare a Plutone la designazione di pianeta minore 10000, mantenendo allo stesso tempo il suo status ufficiale di pianeta. La prospettiva della "retrocessione" di Plutone ha provocato una significativa opposizione pubblica, spingendo l'Unione Astronomica Internazionale (IAU) a chiarire che, in quel frangente, non stava sostenendo la rimozione di Plutone dall'elenco dei pianeti.
Durante i primi anni 2000, gli astronomi del Caltech, sotto la guida di Michael E. Brown, hanno condotto un'ampia indagine del cielo utilizzando una tecnologia di rilevamento digitale avanzata, che ha portato alla scoperta di numerosi oggetti transnettuniani. Inizialmente si stimava che molti di questi oggetti fossero paragonabili o più grandi di Plutone in termini di dimensioni, avviando così un dibattito accademico riguardo alla loro potenziale classificazione come pianeti. Successive rivalutazioni, tuttavia, hanno portato a revisioni al ribasso di queste stime delle dimensioni a causa di albedo inaspettatamente elevati.
Il dibattito sulla classificazione si intensificò e divenne inevitabile nel luglio 2005, quando questi astronomi annunciarono la scoperta di Eris, un oggetto dimostrabilmente più massiccio di Plutone e il corpo più massiccio trovato nel Sistema Solare dai tempi di Tritone nel 1846. I media inizialmente si riferirono a Eris come al decimo pianeta, nonostante l'assenza di un consenso ufficiale sulla sua status planetario in quel momento. Al contrario, un segmento della comunità astronomica ha considerato questa scoperta come una prova convincente a favore della riclassificazione di Plutone come pianeta minore.
Classificazione IAU
Il dibattito è culminato nell'agosto 2006 durante l'incontro triennale della IAU, dove gli astronomi uruguaiani Julio Ángel Fernández e Gonzalo Tancredi hanno introdotto formalmente una nuova definizione per il termine "pianeta". La loro proposta prevedeva tre condizioni essenziali affinché un oggetto all'interno del Sistema Solare potesse essere considerato un pianeta:
- L'oggetto deve mantenere un'orbita attorno al Sole.
- L'oggetto deve possedere una massa sufficiente affinché la sua stessa gravità lo renda equilibrato idrostaticamente, risultando in una forma quasi sferica.
- L'oggetto deve aver liberato gravitazionalmente il suo percorso orbitale da altri detriti significativi.
Plutone non riesce a soddisfare il terzo criterio. La sua massa costituisce solo 0,07 volte la massa combinata di altri oggetti nelle sue vicinanze orbitali, in netto contrasto con la Terra, che rappresenta 1,7 milioni di volte la massa rimanente nella sua orbita (esclusa la Luna). La IAU ha successivamente stabilito che i corpi celesti, come Plutone, che soddisfano i primi due criteri ma non il terzo sarebbero stati designati come pianeti nani. Nel settembre 2006, la IAU ha formalmente incorporato Plutone, Eris e la luna di Eris Dysnomia nel suo catalogo dei pianeti minori, assegnando loro le designazioni ufficiali di pianeti minori rispettivamente "(134340) Plutone", "(136199) Eris" e "(136199) Eris I Disnomia". Se Plutone fosse stato catalogato al momento della sua scoperta nel 1930, avrebbe probabilmente ricevuto la designazione 1164, dopo 1163 Saga, identificata un mese prima.
La riclassificazione ha incontrato una certa resistenza all'interno della comunità astronomica, in particolare tra gli scienziati planetari che spesso continuano a rifiutarla. Questi scienziati spesso considerano Plutone, Caronte ed Eris come pianeti, applicando la stessa logica usata per Cerere, che di fatto implica l'accettazione solo della seconda clausola della definizione IAU. Alan Stern, il ricercatore principale della missione New Horizons della NASA su Plutone, ha criticato pubblicamente la risoluzione dell'IAU. Ha inoltre sostenuto che la decisione mancava di un'ampia rappresentanza della comunità astronomica, dato che meno del 5% degli astronomi ha partecipato al voto. Marc W. Buie, allora affiliato all'Osservatorio Lowell, presentò formalmente una petizione contro la definizione. Al contrario, altre figure di spicco, come Mike Brown, l'astronomo accreditato della scoperta di Eris, hanno espresso sostegno alla posizione della IAU.
La reazione del pubblico alla decisione della IAU è stata diversa. L'Assemblea dello Stato della California ha presentato una risoluzione che scherzosamente definisce la decisione della IAU come "eresia scientifica". Nel Nuovo Messico, la Camera dei Rappresentanti ha approvato una risoluzione in onore di Clyde Tombaugh, lo scopritore di Plutone e residente di lunga data nello stato, dichiarando che Plutone sarebbe stato per sempre considerato un pianeta nei cieli del Nuovo Messico e designando il 13 marzo 2007 come il Plutone Planet Day. Allo stesso modo, il Senato dell'Illinois ha adottato una risoluzione nel 2009, citando la nascita di Tombaugh nell'Illinois, in cui si affermava che Plutone era stato "ingiustamente declassato a pianeta 'nano'" dalla IAU.
Alcuni membri del pubblico hanno espresso dissenso riguardo alla riclassificazione, attribuendo la loro posizione al dibattito scientifico in corso o spinti da attaccamento sentimentale, affermando lo status planetario di Plutone indipendentemente dalla determinazione della IAU. Nel 2006, l'American Dialect Society, durante la sua 17esima selezione annuale delle parole dell'anno, ha designato plutoto come la parola dell'anno, definendo "pluto" come "declassare o svalutare un'entità o un individuo". Inoltre, nell'aprile 2024, l'Arizona, lo stato in cui Plutone fu scoperto inizialmente nel 1930, ha promulgato una legislazione che riconosce ufficialmente Plutone come pianeta statale.
Nell'agosto 2008, studiosi che rappresentano punti di vista divergenti sulla definizione planetaria si sono riuniti presso il Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University per una conferenza in cui si sono svolte ampie discussioni sui criteri IAU per i pianeti. L'evento, intitolato "Il grande dibattito sul pianeta", si è concluso con un comunicato stampa in cui si riconosceva l'incapacità della comunità scientifica di raggiungere un consenso definitivo sulla definizione di pianeta. In precedenza, nel giugno 2008, la IAU aveva emesso un comunicato stampa introducendo il termine "plutoide" per classificare Plutone e altri oggetti di massa planetaria che possiedono un semiasse maggiore orbitale superiore a quello di Nettuno; tuttavia, questa nomenclatura non ha raggiunto un'adozione diffusa.
Orbita
Plutone completa un'orbita ogni 248 anni circa. I suoi parametri orbitali divergono significativamente da quelli dei pianeti maggiori, che tipicamente mantengono percorsi quasi circolari attorno al Sole, strettamente allineati con il piano dell'eclittica. Al contrario, l'orbita di Plutone presenta un'inclinazione moderata, superiore a 17° rispetto all'eclittica, e possiede una notevole eccentricità, rendendola ellittica. Questa pronunciata eccentricità fa sì che un segmento del percorso orbitale di Plutone si avvicini periodicamente al Sole più vicino dell'orbita di Nettuno. Il baricentro del sistema Plutone-Caronte ha raggiunto il suo perielio il 5 settembre 1989 ed è stato posizionato più vicino al Sole rispetto a Nettuno durante il periodo che va dal 7 febbraio 1979 all'11 febbraio 1999.
Nonostante mantenga una risonanza orbitale 3:2 con Nettuno, l'inclinazione e l'eccentricità di Plutone mostrano un comportamento caotico. Sebbene i modelli computazionali possano prevedere la sua posizione orbitale per diversi milioni di anni sia nel passato che nel futuro, le previsioni diventano inaffidabili oltre gli intervalli che superano significativamente il tempo di Lyapunov di 10-20 milioni di anni. Questa inaffidabilità deriva dall'estrema sensibilità di Plutone ai dettagli minuti e incommensurabili all'interno del Sistema Solare, che rappresentano fattori imprevedibili che alterano gradualmente la sua traiettoria orbitale.
Il semiasse maggiore dell'orbita di Plutone fluttua tra circa 39,3 e 39,6 UA in un periodo di circa 19.951 anni, che è correlato a un periodo orbitale che va da 246 a 249 anni. Attualmente, si osserva che sia il suo semiasse maggiore che il periodo orbitale sono in aumento.
Relazione con Nettuno
Sebbene l'orbita di Plutone sembri visivamente intersecare quella di Nettuno quando osservata dalle prospettive nord o sud del Sistema Solare, le traiettorie di questi due corpi celesti, in realtà, non si incrociano. Durante il suo perielio, quando Plutone è il più vicino al Sole e apparentemente vicino all'orbita di Nettuno da questi punti di osservazione, raggiunge simultaneamente il suo massimo spostamento settentrionale rispetto al piano orbitale di Nettuno. Nello specifico, il percorso orbitale di Plutone mantiene una separazione di circa 8 UA a nord di quello di Nettuno, precludendo così qualsiasi potenziale collisione.
Tuttavia, questa separazione spaziale da sola non è sufficiente a salvaguardare Plutone, poiché le perturbazioni gravitazionali di altri pianeti, in particolare Nettuno, potrebbero gradualmente modificare l'orbita di Plutone, inclusa la sua precessione orbitale, nel corso di milioni di anni, portando potenzialmente a una collisione. Fondamentalmente, Plutone è ulteriormente protetto da una risonanza orbitale stabile 2:3 con Nettuno: per ogni due orbite complete che Plutone esegue attorno al Sole, Nettuno ne completa esattamente tre. Questa relazione viene osservata all'interno di un quadro di riferimento che corota con il tasso di precessione del perielio di Plutone, che è di circa 0,97×10−4 gradi all'anno.
Questo ciclo di risonanza dura circa 495 anni. Numerosi altri corpi celesti, collettivamente chiamati plutini, condividono questa identica risonanza orbitale. Attualmente, all'interno di ogni ciclo di 495 anni, quando Plutone raggiunge per la prima volta il suo perielio (ad esempio, nel 1989), Nettuno è posizionato 57° davanti a Plutone. Al successivo passaggio al perielio di Plutone, Nettuno avrà completato altre 1,5 orbite, posizionandosi a 123° dietro Plutone. L'avvicinamento più vicino tra Plutone e Nettuno supera le 17 UA, una distanza maggiore della separazione minima di Plutone da Urano, che è 11 UA. Curiosamente, la separazione minima tra Plutone e Nettuno coincide tipicamente con l'afelio di Plutone.
La risonanza orbitale 2:3 tra Plutone e Nettuno dimostra una stabilità eccezionale, essendo persistita per milioni di anni. Questa stabilità previene efficacemente alterazioni significative nelle loro orbite relative, garantendo così che i due corpi non subiscano mai incontri ravvicinati. Anche in uno scenario ipotetico in cui l'orbita di Plutone non fosse inclinata, questa risonanza precluderebbe qualsiasi collisione tra i due oggetti celesti.
Una deviazione minore nel periodo orbitale di Plutone rispetto alla risonanza 3:2 con Nettuno si traduce in una graduale alterazione del suo modello di distanza rispetto a Nettuno. Durante il suo perielio, Plutone attraversa l'orbita di Nettuno, accelerando di conseguenza. Questa accelerazione fa sì che Plutone si avvicini a Nettuno da dietro durante l'orbita iniziale del ciclo di 495 anni. Attualmente, Plutone mantiene una posizione tra 50° e 65° a poppa di Nettuno per un secolo (ad esempio, dal 1937 al 2036).
La mutua interazione gravitazionale tra i due corpi celesti facilita il trasferimento del momento angolare a Plutone. Questo trasferimento spinge Plutone in un'orbita leggermente più grande, estendendo così il suo periodo orbitale, in linea con la terza legge di Keplero. Dopo molteplici iterazioni di questo processo, Plutone sperimenta un ritardo sufficiente tale che, durante il secondo perielio di ogni ciclo, non è più significativamente più avanti di Nettuno poiché quest'ultimo si avvicina da dietro; successivamente, Nettuno comincia a ridurre ancora una volta il periodo orbitale di Plutone. L'insieme di questo fenomeno ciclico dura circa 20.000 anni.
Altri fattori
Le analisi computazionali indicano che la configurazione fondamentale dell'allineamento orbitale tra Plutone e Nettuno rimane coerente su scale temporali geologiche, coprendo milioni di anni. Numerose altre risonanze e interazioni gravitazionali contribuiscono alla stabilità orbitale di Plutone. Questi fenomeni hanno origine principalmente da due meccanismi supplementari, distinti dalla risonanza del moto medio 2:3 stabilita.
In primo luogo, l'argomentazione di Plutone sul perielio, definito come l'angolo tra il suo nodo ascendente (dove interseca il piano eclittico o invariante) e il suo perielio (il punto di massimo avvicinamento al Sole), mostra una librazione di circa 90°. Di conseguenza, al suo perielio, Plutone raggiunge il suo massimo spostamento settentrionale rispetto al piano invariante del Sistema Solare, precludendo così incontri ravvicinati con Nettuno. Questo fenomeno è attribuito al meccanismo di Kozai, che stabilisce una correlazione tra l'eccentricità di un'orbita e la sua inclinazione rispetto a un corpo perturbante più massiccio, in questo contesto specificamente Nettuno. Rispetto a Nettuno, l'ampiezza della librazione misura 38°, assicurando che la separazione angolare tra il perielio di Plutone e l'orbita di Nettuno superi costantemente i 52° (90°–38°). La separazione angolare minima di questa configurazione si verifica circa ogni 10.000 anni.
In secondo luogo, le longitudini dei nodi ascendenti di entrambi i corpi celesti, che rappresentano i loro punti di intersezione con il piano invariante, mostrano una relazione quasi di risonanza con la suddetta librazione. Quando queste due longitudini coincidono, implicando un allineamento collineare di entrambi i nodi con il Sole, il perielio di Plutone è esattamente a 90°, posizionandolo più vicino al Sole e contemporaneamente alla sua massima escursione settentrionale dal piano orbitale di Nettuno. Questa configurazione specifica è chiamata superrisonanza 1:1. La formazione di questa superrisonanza coinvolge l'influenza collettiva di tutti i pianeti gioviani, vale a dire Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
Rotazione
Il periodo di rotazione siderale di Plutone, che costituisce il suo giorno, è esattamente di 6.387 giorni terrestri. Similmente a Urano e all'asteroide 2 Pallade, Plutone mostra una rotazione retrograda all'interno del suo piano orbitale, caratterizzata da un'inclinazione assiale di 120°, che porta a pronunciate variazioni stagionali. Durante i solstizi, circa un quarto della sua superficie è esposto alla luce del giorno perpetua, mentre un altro quarto rimane nell'oscurità continua. L'eziologia di questo orientamento anomalo è stata oggetto di dibattito scientifico. Le indagini condotte dall'Università dell'Arizona suggeriscono che questo fenomeno potrebbe derivare dalla tendenza intrinseca di un corpo celeste a modificare la propria configurazione di rotazione per raggiungere stati di energia minima. Un simile aggiustamento comporterebbe la ridistribuzione della massa in eccesso verso le regioni equatoriali, mentre le aree carenti di massa migrerebbero verso i poli. Questo processo è denominato vagagione polare.
Una pubblicazione dell'Università dell'Arizona postula che questo effetto potrebbe essere indotto dall'accrescimento di masse di azoto congelato all'interno delle regioni perennemente in ombra del pianeta nano. Tali masse accumulate provocherebbero un riorientamento del corpo, determinando la sua caratteristica inclinazione assiale di 120°. L'accumulo di azoto è direttamente attribuibile alla notevole distanza eliocentrica di Plutone. Le temperature equatoriali possono precipitare fino a -240 °C (-400,0 °F; 33,1 K), facilitando il congelamento dell'azoto in modo analogo al congelamento dell'acqua sulla Terra. Un analogo fenomeno di migrazione polare, osservato su Plutone, si manifesterebbe sulla Terra se la calotta glaciale antartica fosse sostanzialmente più massiccia.
Geologia
Superficie
Le vaste pianure sulla superficie di Plutone sono costituite principalmente da oltre il 98% di ghiaccio di azoto, integrato da tracce di metano e monossido di carbonio. L'azoto e il monossido di carbonio mostrano le loro concentrazioni più elevate nell'emisfero anti-Caronte di Plutone (a circa 180° di longitudine, che comprende Sputnik Planitia, il lobo occidentale di Tombaugh Regio), mentre il metano predomina vicino a 300° di longitudine est. Le formazioni montuose sono composte da ghiaccio d'acqua. La superficie di Plutone mostra una notevole eterogeneità, caratterizzata da variazioni significative sia nell'albedo che nelle proprietà cromatiche.
Plutone mostra uno dei contrasti superficiali più pronunciati all'interno del Sistema Solare, paragonabile a quello osservato su Giapeto, luna di Saturno. La sua colorazione va dal nero carbone all'arancio scuro e al bianco. Le caratteristiche cromatiche di Plutone hanno una somiglianza più stretta con Io, mostrando una tonalità leggermente più arancione e considerevolmente meno rossa di Marte. Caratteristiche geografiche importanti comprendono Tombaugh Regio, conosciuta anche come "Cuore", che è una regione sostanzialmente luminosa situata nell'emisfero opposto a Caronte; Belton Regio, o la "Balena", una grande distesa oscura nell'emisfero finale; e il "Brass Knuckles", una sequenza di zone equatoriali scure nell'emisfero principale.
Sputnik Planitia, che costituisce il lobo occidentale del "Cuore", è un bacino largo 1.000 km composto da ghiacci congelati di azoto e monossido di carbonio. Questo bacino è segmentato in celle poligonali, interpretate come celle di convezione che trasportano blocchi galleggianti di crosta di ghiaccio d'acqua e pozzi di sublimazione verso le loro periferie. Evidenti indicatori di flussi glaciali sono presenti sia in entrata che in uscita dal bacino. L'assenza di crateri visibili, come osservato da New Horizons, suggerisce un'età della superficie inferiore a 10 milioni di anni. Recenti indagini hanno determinato che l'età della superficie è di circa 180000+90000
−40000 anni. Il team scientifico di New Horizons ha riassunto le scoperte iniziali, affermando che "Plutone mostra una varietà sorprendentemente ampia di morfologie geologiche, comprese quelle risultanti da interazioni glaciologiche e superficie-atmosfera, nonché processi da impatto, tettonici, possibili criovulcanici e di deperimento di massa."
Nelle regioni occidentali dello Sputnik Planitia, sono stati osservati campi di dune trasversali, scolpiti dai venti originari del centro del bacino e diretto verso le montagne adiacenti. Queste dune mostrano lunghezze d'onda che vanno da 0,4 a 1 km e si presume siano composte da particelle di metano di dimensioni pari a circa 200-300 μm.
Struttura interna
Plutone possiede una densità di 1,853±0,004 g/cm§56§. Dato che il decadimento degli elementi radioattivi genererebbe alla fine calore sufficiente per facilitare la separazione dei ghiacci dal materiale roccioso, gli scienziati ipotizzano che la struttura interna di Plutone sia differenziata. Questa differenziazione comporterebbe la sedimentazione del materiale roccioso in un nucleo denso, avvolto da un mantello di acqua ghiacciata. Prima della missione New Horizons, il diametro stimato del nucleo era di 1700 km, che rappresenta il 70% del diametro totale di Plutone.
Questo riscaldamento interno potrebbe persistere, sostenendo potenzialmente un oceano sotterraneo di acqua liquida, stimato tra 100 e 180 km di spessore, situato al confine tra nucleo e mantello. Nel settembre 2016, i ricercatori della Brown University hanno condotto simulazioni dell'impatto che si ritiene abbia creato lo Sputnik Planitia. Le loro scoperte suggerivano che la formazione del bacino avrebbe potuto essere il risultato della risalita di acqua liquida da sotto la superficie in seguito alla collisione, indicando così la presenza di un oceano sotterraneo con una profondità minima di 100 km.
Nel giugno 2020, gli astronomi hanno presentato prove che suggeriscono che Plutone avrebbe potuto possedere un oceano sotterraneo, e quindi potenzialmente abitabile, durante le sue prime fasi di formazione. Successivamente, nel marzo 2022, un gruppo di ricerca ha ipotizzato che le formazioni note come Wright Mons e Piccard Mons rappresentano una coalescenza di numerose cupole criovulcaniche più piccole. Questa interpretazione implica l'esistenza di una fonte di calore interna al corpo a grandezze precedentemente considerate improbabili.
Massa e dimensione
Il diametro di Plutone misura 2.376,6±1,6 km e la sua massa è calcolata come (1,303±0,003)ק1213§22 kg, che corrisponde al 17,7% della massa della Luna e allo 0,22% della massa della Terra. La superficie di Plutone è di circa 1.774443ק222324§ km§2526§, che è leggermente più grande della massa continentale della Russia o dell'Antartide (soprattutto se si tiene conto del ghiaccio marino antartico durante l'inverno). La sua gravità superficiale è di 0,063 g, in contrasto con 1 g della Terra e 0,17 g della Luna. Di conseguenza, Plutone possiede una velocità di fuga di 4.363,2 km orari (2.711,167 miglia orarie), significativamente inferiore ai 40.270 km orari della Terra (25.020 miglia orarie). Il diametro di Plutone è più del doppio di quello di Cerere, l'oggetto più grande della fascia degli asteroidi, e la sua massa è una dozzina di volte maggiore. Nonostante abbia un diametro maggiore di 2.376,6 km rispetto al diametro approssimativo di Eris di 2.326 km, Plutone è meno massiccio del pianeta nano Eris, un oggetto transnettuniano identificato nel 2005.
Plutone possiede una massa significativamente inferiore a quella dei pianeti terrestri, in particolare inferiore a 0,2 masse lunari, ed è anche meno massiccio di sette lune principali: Ganimede, Titano, Callisto, Io, la Luna della Terra, Europa e Tritone. L'identificazione di Caronte, il satellite di Plutone, nel 1978 ha facilitato il calcolo preciso della massa totale del sistema Plutone-Caronte attraverso l'applicazione dell'adattamento di Newton della terza legge di Keplero. Le successive osservazioni di Plutone durante le occultazioni con Caronte hanno fornito agli scienziati i mezzi per accertare il diametro di Plutone con maggiore precisione, mentre l'avvento della tecnologia dell'ottica adattiva ha consentito una valutazione più accurata della sua forma.
Le misurazioni accurate delle dimensioni di Plutone sono state complesse a causa della presenza della sua atmosfera e di una pervasiva foschia di idrocarburi. Nel marzo 2014, Lellouch, de Bergh et al. ha presentato una ricerca che indicava rapporti di miscelazione del metano all'interno dell'atmosfera di Plutone coerenti con un diametro plutoniano superiore a 2.360 km, con un valore ottimale stimato di 2.368 km. Successivamente, il 13 luglio 2015, le immagini acquisite dal Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) a bordo della missione New Horizons della NASA, combinate con i dati di altri strumenti di bordo, hanno inizialmente stabilito il diametro di Plutone a 2.370 km (1.473 mi). Questa misurazione è stata successivamente perfezionata a 2.372 km (1.474 mi) il 24 luglio e successivamente adattata a 2374±8 km. Ulteriori analisi, utilizzando i dati di occultazione radio del New Horizons Radio Science Experiment (REX), hanno prodotto un diametro di 2.376,6±1,6 km.
Atmosfera
Plutone possiede un'atmosfera tenue composta principalmente da azoto (N2), metano (CH4) e monossido di carbonio (CO), che esistono tutti in uno stato di equilibrio con i corrispondenti ghiacci superficiali. Le misurazioni condotte da New Horizons indicano una pressione superficiale di circa 1 Pa (10 μbar), che rappresenta una magnitudo da circa un milione a 100.000 volte inferiore alla pressione atmosferica terrestre. Inizialmente si ipotizzava che l'atmosfera di Plutone si sarebbe progressivamente congelata sulla sua superficie man mano che il pianeta nano si allontanava dal Sole; tuttavia, analisi successive dei dati di New Horizons e osservazioni di occultazione da terra dimostrano un aumento della densità atmosferica di Plutone, suggerendo la sua persistenza in uno stato gassoso lungo tutto il suo percorso orbitale.
Le osservazioni condotte da New Horizons hanno rivelato che il tasso di fuga atmosferica dell'azoto era 10.000 volte inferiore a quanto previsto. Alan Stern ha ipotizzato che anche un lieve aumento della temperatura superficiale di Plutone potrebbe indurre aumenti esponenziali della sua densità atmosferica, potenzialmente compresi tra 18 hPa e 280 hPa (equivalenti a tre volte quella di Marte o un quarto di quella della Terra). A densità così elevate, l’azoto potrebbe manifestarsi come un flusso liquido attraverso la superficie. Analogamente all'effetto di raffreddamento evaporativo del sudore sul corpo umano, la sublimazione dell'atmosfera di Plutone contribuisce al raffreddamento della sua superficie. Plutone mostra una troposfera assente o estremamente minima; i dati provenienti da New Horizons suggeriscono la presenza semplicemente di un sottile strato limite troposferico. Nel luogo di misurazione, questo strato aveva uno spessore di 4 km e registrava una temperatura di 37±3 K. Inoltre, questo strato non è continuo.
Nel luglio 2019, un evento di occultazione che ha coinvolto Plutone ha rivelato un'inaspettata riduzione del 20% della sua pressione atmosferica rispetto al 2016. Successivamente, nel 2021, gli astronomi affiliati al Southwest Research Institute hanno confermato questa scoperta analizzando i dati di un'occultazione del 2018. Questa analisi ha dimostrato che la luce emerge meno gradualmente da dietro il disco di Plutone, un fenomeno indicativo di un'atmosfera in attenuazione.
L'esistenza di metano, un potente gas serra, all'interno dell'atmosfera di Plutone induce un'inversione di temperatura, risultando in una temperatura atmosferica media decine di gradi superiore a quella della sua superficie. Tuttavia, le osservazioni condotte da New Horizons hanno indicato che l'atmosfera superiore di Plutone è considerevolmente più fredda di quanto inizialmente previsto (70 K, in contrasto con circa 100 K). L'atmosfera di Plutone è stratificata in circa 20 strati di foschia distinti e regolarmente distanziati, che si estendono fino a 150 km di altitudine. Si ipotizza che questi strati provengano da onde di pressione generate dal flusso atmosferico sul terreno montuoso di Plutone.
Satelliti naturali
Il sistema plutoniano comprende cinque satelliti naturali identificati. Caronte, la più grande e la più interna di queste lune, fu identificata per la prima volta nel 1978 dall'astronomo James Christy. È anche l'unica luna plutoniana potenzialmente in equilibrio idrostatico. La massa sostanziale di Caronte sposta il baricentro del sistema Plutone-Caronte oltre i confini fisici di Plutone. Oltre Caronte, quattro lune circumbinarie considerevolmente più piccole orbitano attorno al sistema. Questi sono, in ordine crescente di distanza da Plutone: Styx, Nix, Kerberos e Hydra. Nix e Hydra sono stati scoperti nel 2005, seguiti da Kerberos nel 2011 e Styx nel 2012. Le orbite di questi satelliti mostrano una bassa eccentricità (inferiore a 0,006) e sono complanari con l'equatore di Plutone (inclinazione inferiore a 1°), risultando in un'inclinazione di circa 120° rispetto al piano orbitale di Plutone. Questo sistema plutoniano altamente compatto confina tutti e cinque i satelliti conosciuti al 3% più interno della regione dove le orbite prograde potrebbero mantenere la stabilità.
I periodi orbitali dell'intero sistema satellitare di Plutone sono interconnessi attraverso una complessa disposizione di risonanze orbitali e quasi-risonanze. Nello specifico, quando si tiene conto della precessione, i periodi orbitali di Styx, Nix e Hydra mostrano un preciso rapporto 18:22:33. Inoltre, esiste un rapporto approssimativo di 3:4:5:6 tra i periodi orbitali di Stige, Nix, Kerberos e Idra rispetto a Caronte, con questi rapporti che si avvicinano a una maggiore precisione per le lune più distanti.
Il sistema Plutone-Caronte rappresenta uno dei rari casi nel Sistema Solare in cui il baricentro è situato esterno al corpo primario; il sistema Patroclo-Menoetius offre un analogo più piccolo, mentre il sistema Sole-Giove è l'unico esempio più grande. A causa delle dimensioni comparabili di Caronte e Plutone, alcuni astronomi hanno proposto di classificarlo come un pianeta nano doppio. Questo sistema si distingue ulteriormente tra le configurazioni planetarie per il suo reciproco bloccaggio delle maree, il che implica che Plutone e Caronte presentano perpetuamente lo stesso emisfero l'uno all'altro, una caratteristica osservata solo in un altro sistema conosciuto, Eris e Dysnomia. Di conseguenza, da qualsiasi punto di vista su uno dei corpi celesti, l'altro rimane fisso nel cielo o permanentemente oscurato. Questo fenomeno impone anche che il periodo di rotazione di ciascun corpo corrisponda esattamente al periodo orbitale dell'intero sistema attorno al suo baricentro.
Si ipotizza che la formazione delle lune di Plutone sia il risultato di una collisione catastrofica tra Plutone e un corpo celeste di dimensioni comparabili durante le prime fasi dell'evoluzione del Sistema Solare. Questo evento di impatto ha espulso materiale sostanziale, che successivamente si è accumulato per formare i satelliti in orbita attorno a Plutone.
Quasi-satellite
Nel 2012, i calcoli hanno indicato che l'oggetto 15810 Arawn potrebbe funzionare come un quasi-satellite di Plutone, rappresentando una configurazione coorbitale distinta. Questi calcoli suggerivano che Arawn avrebbe mantenuto una relazione quasi satellitare con Plutone per circa 350.000 anni entro ciascun ciclo di due milioni di anni. Le successive misurazioni condotte dalla navicella spaziale New Horizons nel 2015 hanno consentito una determinazione più precisa dell'orbita di Arawn, corroborando i risultati iniziali. Tuttavia, un consenso tra gli astronomi riguardo alla classificazione di Arawn come quasi-satellite di Plutone, in base alla sua dinamica orbitale, rimane sfuggente, dato che la sua traiettoria è prevalentemente governata da Nettuno, con solo rare perturbazioni da Plutone.
Origine
L'origine e la precisa identità di Plutone storicamente hanno rappresentato un enigma significativo per gli astronomi. Un'ipotesi iniziale postulava che Plutone avesse avuto origine da una luna di Nettuno sfuggita, spostata dalla sua orbita dal più grande satellite di Nettuno, Tritone. Tuttavia, questa affermazione fu successivamente confutata da studi dinamici, che ne dimostrarono l'impossibilità a causa della costante distanza orbitale di Plutone da Nettuno.
La posizione definitiva di Plutone all'interno del Sistema Solare divenne evidente solo nel 1992, in coincidenza con la scoperta di numerosi piccoli oggetti ghiacciati transnettuniani che mostravano somiglianze orbitali, dimensionali e compositive con Plutone. Questa popolazione di oggetti transnettuniani è considerata la progenitrice di molte comete di breve periodo. Plutone stesso è riconosciuto come il più grande costituente della fascia di Kuiper, una regione stabile di corpi celesti situata tra 30 e 50 UA dal Sole. Nel 2011, sono state in gran parte completate indagini approfondite sulla fascia di Kuiper fino alla magnitudo 21, suggerendo che qualsiasi oggetto non ancora scoperto delle dimensioni di Plutone risiederebbe probabilmente a oltre 100 UA dal Sole.
Simile ad altri oggetti della cintura di Kuiper (KBO), Plutone mostra caratteristiche simili alle comete; per esempio, il vento solare erode progressivamente la superficie di Plutone nello spazio. Una proposta suggerisce che se Plutone fosse posizionato a una distanza orbitale paragonabile a quella della Terra, manifesterebbe una coda cometaria. Tuttavia, questa affermazione è stata contestata, citando la velocità di fuga sufficientemente elevata di Plutone come fattore proibitivo. In alternativa, è stato teorizzato che la formazione di Plutone potrebbe essere attribuita all'agglomerazione di numerose comete e altri oggetti della fascia di Kuiper.
Mentre Plutone è riconosciuto come il più grande oggetto scoperto della cintura di Kuiper, Tritone, la luna di Nettuno, che supera Plutone in dimensioni, mostra somiglianze sia geologiche che atmosferiche, portando all'ipotesi che si tratti di un oggetto catturato della cintura di Kuiper. Eris, paragonabile per dimensioni a Plutone ma dotato di massa maggiore, non è strettamente classificato come membro della popolazione della fascia di Kuiper; invece, è classificato all'interno della relativa popolazione di dischi sparsi.
Coerentemente con gli altri costituenti della fascia di Kuiper, si ipotizza che Plutone sia un planetesimo residuo, un elemento del disco protoplanetario primordiale che circonda il Sole che non si è completamente accresciuto in un pianeta completo. Un consenso tra gli astronomi suggerisce che l'attuale configurazione orbitale di Plutone sia il risultato di una rapida migrazione verso l'esterno di Nettuno durante le prime fasi dello sviluppo del Sistema Solare. Questo movimento verso l'esterno portò Nettuno in prossimità degli oggetti nella fascia proto-Kuiper, portando alla cattura di uno (Tritone) in orbita, allo stabilirsi di relazioni risonanti con gli altri e alla perturbazione di alcuni in traiettorie caotiche. Si ritiene che i corpi all'interno del disco sparso, una zona dinamicamente instabile contigua alla fascia di Kuiper, abbiano raggiunto le loro posizioni attuali attraverso le interazioni con le risonanze migratorie di Nettuno.
Un modello computazionale del 2004 sviluppato da Alessandro Morbidelli presso l'Observatoire de la Côte d'Azur a Nizza ha proposto che la migrazione di Nettuno nella fascia di Kuiper potrebbe essere stata avviata dall'instaurazione di una risonanza 1:2 tra Giove. e Saturno. Questa risonanza generò un impulso gravitazionale che spinse sia Urano che Nettuno in orbite più distanti, facendoli scambiare di posizione e raddoppiando di fatto la distanza eliocentrica di Nettuno. La successiva espulsione di oggetti dalla fascia proto-Kuiper potrebbe inoltre spiegare il pesante bombardamento tardivo, avvenuto circa 600 milioni di anni dopo la genesi del Sistema Solare, e chiarire la genesi dei troiani di Giove. È concepibile che Plutone mantenga un'orbita quasi circolare a circa 33 UA dal Sole prima della migrazione di Nettuno, che successivamente lo perturbò in una cattura risonante. Il modello di Nizza postula l'esistenza di circa un migliaio di corpi delle dimensioni di Plutone, tra cui Tritone ed Eris, all'interno del disco planetesimale primordiale.
Osservazione ed esplorazione
Osservazione
La notevole distanza di Plutone dalla Terra presenta notevoli sfide per il suo studio completo e l'esplorazione diretta. La sua magnitudine apparente visiva media è 15,1, scendendo a 13,65 durante il perielio. Di conseguenza, è necessaria l'osservazione telescopica, consigliando un'apertura di circa 30 cm (12 pollici). Anche se osservato attraverso potenti telescopi, Plutone appare stellare, privo di un disco distinguibile, a causa del suo diametro angolare massimo di 0,11 secondi d'arco.
Le rappresentazioni cartografiche iniziali di Plutone, sviluppate alla fine degli anni '80, comprendevano mappe di luminosità derivate da meticolose osservazioni di eclissi che coinvolgono la sua luna più grande, Caronte. Queste osservazioni si sono concentrate sulla quantificazione delle variazioni nella luminosità media totale del sistema Plutone-Caronte durante gli eventi di eclissi. Ad esempio, l’occultazione di una regione luminosa su Plutone provoca un’alterazione più pronunciata della luminosità complessiva rispetto all’occultazione di un’area più scura. Un'ampia elaborazione computazionale di numerose osservazioni di questo tipo facilita la generazione di una mappa di luminosità, una tecnica in grado anche di monitorare i cambiamenti temporali nella luminosità.
Dati cartografici migliorati sono stati successivamente generati da immagini acquisite dal telescopio spaziale Hubble (HST), che hanno fornito una risoluzione superiore e hanno rivelato dettagli significativamente maggiori, risolvendo caratteristiche di estensione di diverse centinaia di chilometri, come regioni polari e aree luminose prominenti. La creazione di queste mappe ha comportato una sofisticata elaborazione computazionale per ricavare rappresentazioni proiettate ottimali dai dati limitati dei pixel delle immagini di Hubble. Queste mappe costituivano le rappresentazioni più complete di Plutone fino al sorvolo di New Horizons nel luglio 2015, poiché le due fotocamere HST utilizzate per la loro produzione avevano cessato di funzionare.
Esplorazione
La navicella spaziale New Horizons, che ha effettuato un sorvolo di Plutone nel luglio 2015, rappresenta il primo e, ad oggi, unico tentativo di indagare direttamente su Plutone. Lanciata nel 2006, la sonda ha acquisito le prime immagini distanti di Plutone alla fine di settembre 2006 durante un test di calibrazione del suo Long Range Reconnaissance Imager. Queste immagini, catturate da una distanza approssimativa di 4,2 miliardi di chilometri, hanno convalidato la capacità della navicella spaziale di tracciare corpi celesti remoti, una funzione cruciale per gli aggiustamenti della sua traiettoria verso Plutone e altri oggetti della cintura di Kuiper. Successivamente, all'inizio del 2007, il velivolo ha eseguito una manovra di assistenza gravitazionale utilizzando Giove.
La navicella spaziale New Horizons ha eseguito il suo avvicinamento più vicino a Plutone il 14 luglio 2015, culminando con un transito di 3.462 giorni attraverso il Sistema Solare. Le indagini scientifiche su Plutone iniziarono cinque mesi prima di questo incontro ravvicinato e continuarono per almeno un mese dopo. Queste osservazioni sono state facilitate da una suite completa di telerilevamento, comprendente strumenti di imaging, uno strumento di indagine radioscientifica e vari apparati spettroscopici e sperimentali. Gli obiettivi scientifici primari di New Horizons comprendevano la caratterizzazione delle caratteristiche geologiche e morfologiche globali di Plutone e della sua luna Caronte, la mappatura delle loro composizioni superficiali e l'analisi dell'atmosfera neutra di Plutone insieme al suo tasso di fuga atmosferica. La trasmissione finale dei dati, per un totale di 50 miliardi di bit (6,25 gigabyte), da New Horizons riguardanti l'incontro con Plutone è stata ricevuta con successo il 25 ottobre 2016, alle 17:48 ET.
In seguito al sorvolo di New Horizons, la comunità scientifica ha proposto una missione orbitante per ri-questi obiettivi includono il raggiungimento della mappatura della superficie con una risoluzione di 9,1 metri (30 piedi) per pixel, conducendo osservazioni dei satelliti minori di Plutone, monitorando i cambiamenti di rotazione di Plutone, indagando la potenziale presenza di un oceano sotterraneo ed eseguendo la mappatura topografica di regioni perennemente avvolte nell'oscurità a causa dell'inclinazione assiale di Plutone. Quest'ultimo obiettivo potrebbe essere raggiunto attraverso l'impiego di impulsi laser per costruire una mappa topografica completa del pianeta nano.
Alan Stern, il ricercatore principale di New Horizons, ha proposto una missione orbitante in stile Cassini, prevista per il lancio intorno al 2030 in concomitanza con il centenario della scoperta di Plutone. Questo orbitante proposto sfrutterebbe l'influenza gravitazionale di Caronte per regolare dinamicamente la sua traiettoria, facilitando così il raggiungimento degli obiettivi scientifici al suo arrivo nel sistema Plutone. Dopo il completamento di tutte le indagini scientifiche relative a Plutone, l'orbiter potrebbe utilizzare la gravità di Caronte per allontanarsi dal sistema Plutone per condurre ulteriori studi sugli oggetti della cintura di Kuiper (KBO). Inoltre, uno studio concettuale supportato dal programma Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA delinea un orbiter e lander Plutone alimentato a fusione, basato sul design del reattore a configurazione inversa di campo di Princeton.
La missione New Horizons ha ripreso con successo l'intero emisfero settentrionale di Plutone, estendendosi alle regioni equatoriali a circa 30° sud. Al contrario, latitudini meridionali più elevate sono state osservate solo dalla Terra, producendo dati a risoluzione molto bassa. Le immagini acquisite dal telescopio spaziale Hubble nel 1996 comprendevano l'85% della superficie di Plutone, rivelando caratteristiche di albedo prominenti fino a circa 75° sud, sufficienti a delineare l'estensione delle macole della zona temperata. Le successive immagini di Hubble hanno mostrato miglioramenti marginali nella risoluzione, attribuibili a miglioramenti minori nella strumentazione del telescopio. Il settore equatoriale dell'emisfero sub-Caronte di Plutone è stato catturato esclusivamente a bassa risoluzione, dato che New Horizons ha eseguito il suo avvicinamento più vicino all'emisfero anti-Caronte.
Alcune variazioni di albedo all'interno delle latitudini meridionali più elevate sono state rilevabili da New Horizons attraverso il fenomeno di Charon-shine, che si riferisce alla luce riflessa da Caronte. La regione polare meridionale sembra esibire un'albedo più scura rispetto alla sua controparte settentrionale; tuttavia, nell'emisfero meridionale è presente una regione distinta ad alto albedo, che indica potenzialmente un deposito localizzato di ghiaccio di azoto o metano.