Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Á plánetan Plútó systurplánetu/-hnött?

Athugasemd ritstjórnar: Þegar þetta svar var upphaflega skrifað var Plútó flokkaður sem ein af reikistjörnum sólkerfisins. 24. ágúst árið 2006 samþykkti Alþjóðasamband stjarnfræðinga aftur á móti nýja skilgreiningu á reikistjörnum. Plútó fellur ekki undir hana og telst nú til dvergreikistjarna. Reikistjörnurnar eru því átta talsins: Merkúríus, Venus, jörðin, Mars, Júpíter, Satúrnus, Úranus og Neptúnus. Þess ber þó að geta að Plútó sjálfur hefur auðvitað ekkert breyst við þetta.


Spyrjandi bætir líka við:
Ef svo er, er þá eitthvað sérstakt við samsetningu hnattarins, þyngd, aðdráttarafl og svo framvegis?
Stuttu eftir fund Plútós fóru menn að velta fyrir sér hvort hann ætti sér ekki tungl. Nokkrir stjörnufræðingar freistuðu þess að finna það, en leit bar engan árangur.

Árið 1978 var stjörnuathugunarstöð bandaríska flotans að gera athuganir á braut Plútós. James Christy starfsmaður þar var að mæla staðsetningu Plútós á nokkrum ljósmyndaplötum, þegar hann áttaði sig á að á sumum myndunum virtist Plútó vera ílangur. Christy skoðaði þetta nánar og komst að því að á sumum myndunum var Plútó lengri til norðurs en á öðrum til suðurs. Fljótlega áttaði hann sig á að þarna var komið tungl Plútós, sem síðar var nefnt Karon (enska Charon).

Eiginleikar kerfisins

Upplýsingar okkar um ýmsar einkennisstærðir Plútós og Karons eru ónákvæmar. Sérstaklega á það við um þætti eins og eðlismassa, innri gerð, hitastig yfirborðs og samsetningu andrúmslofts.

Í töflunni má sjá helstu eiginleika kerfisins.

PlútóKaron
Þvermál2.360 km1.190 km
Massi~1,3x1022kg~1,1x1021kg
Meðalfjarlægð frá sólu39,54 AU
Umferðartími248 ár6,387 dagar
Eðlismassi1,8-1,9 g/cm31-2 g/cm3
Lausnarhraði1,2 km/s
Yfirborðshiti~40 KEitthvað hærri
Möndulhalli118°
Horn frá brautarplani17,14°
AndrúmsloftLíklega ekki
Fjarlægð milli P. og K.19.640 km
Snúningstími6,387 dagar6,387 dagar

Innri gerð

Að sjálfsögðu er ekki hægt að fullyrða um innri gerð Plútós og Karons, en út frá stærð þeirra, massa og staðsetningu má setja fram líkön fyrir hana. Talið er að innstu 300-500 km Plútó séu úr grjóti sem ef til vill sé blandað vatni og ís. Þar fyrir utan er líklega þykkt íslag, en ein kenning gerir ráð fyrir lagi af lífrænu efni fyrir utan grjótkjarnann. Minnst verður á yfirborð Plútós hér á eftir þegar fjallað verður um lofthjúp hans.

Minna er hægt að segja um innviði Karons þar sem eðlismassi hans er verr þekktur en Plútós. Svipaðar hugmyndir eru þó á lofti um hann og Plútó, það er grjótkjarni með ísmöttli utan um. Vera má að Plútó og Karon séu ekki lagskiptir, heldur nokkurn veginn einsleitir að innan. Myndu þeir þá vera úr einhvers konar blöndu grjóts og íss. Líklegra verður þó að telja að lagskipting eigi við.

Lofthjúpur

Staðfest hefur verið að Plútó hafi lofthjúp en ólíklegt er að það eigi við um Karon, aðallega vegna smæðar. Lofthjúpur Plútós er þó ekki jafn stöðugur og viðvarandi og til dæmis lofthjúpur jarðarinnar. Næsta mynd lýsir því nokkuð vel.



Þegar Plútó er í sólnánd er lofthjúpurinn þéttastur. Yfirborðsís gufar upp og myndar lofthjúp sem aðallega er samsettur úr nitursameindum eða tvínitri (N2) og metangasi. Þegar Plútó heldur áfram ferð sinni og fjarlægist sólina, þéttist lofthjúpurinn og leggst á yfirborðið sem verður mjög ljóst. Í sólfirrð er lofthjúpurinn mjög þunnur og ljósa snjóhulan er orðin dökk sökum geislunar. Síðan heldur hringurinn áfram, Plútó nálgast sól og lofthjúpurinn fer að þéttast á ný. Dökka lagið verður áberandi á þessum hluta umferðarinnar.

Þessi uppgufun íss og myndun lofthjúps sem fylgir í kjölfarið minnir um margt á halastjörnur sem ferðast umhverfis sólina.

Myndun Plútós og Karons

Ef reikistjörnur sólkerfisins eru skoðaðar sjáum við fljótlega að Plútó á sér engan sinn líka. Berghnettirnir fjórir næst sólu eiga margt sameiginlegt, og sama má segja um gasrisana Júpíter og Satúrnus og vatnsrisana Úranus og Neptúnus. En Plútó virðist vera einstakur þar sem hann líður umhverfis sólina í gífurlegri fjarlægð.

Plútó sem tungl Neptúnusar

Kenningar um uppruna Plútós eru nokkrar. Sú sem lengst af naut mestrar hylli er kenning Raymond Lyttletons frá 1936. Í ritgerð sem hann birti í breska blaðinu „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” setti hann fram nokkrar hugmyndir um upprunann. Ein þeirra, sú að Plútó væri fyrrum tungl Neptúnusar, festist fljótt í sessi og var jafnvel enn haldið á loft eftir að ljóst var að Plútó ætti sjálfur tungl. Lyttleton gerði ráð fyrir að Tríton, tungl Neptúnusar, og Plútó hefðu í fyrndinni komið svo nálægt hvor öðrum að Plútó hefði sloppið frá aðdráttarafli Neptúnusar og í leiðinni hefði braut Trítons snúist við.

Með þessu mót mátti skýra ýmislegt í sambandi við Plútó og Tríton sem áður var talin ráðgáta. Fyrst má nefna smæð Plútós, en samkvæmt kenningu Lyttletons er hún útskýrð með þeirri staðreynd að hann hafi einu sinni verið tungl. Jafnframt má útskýra öfugan gang Trítons um Neptúnus, brautarhalla og miðskekkju Plútós og þá staðreynd að brautir Plútó og Neptúnusar virðast skerast. Það er einmitt þessi síðasta fullyrðing sem loks olli því að kenningu Lyttletons var kastað fyrir róða.

Þær kenningar sem hafa rutt sér til rúms hin síðari ár glíma að sjálfsögðu ekki eingöngu við uppruna Plútós heldur tvíreikistirnisins Plútó-Karons. Þessar kenningar byggja allar á rannsóknum og kenningum um uppruna tunglsins okkar. Það var, fyrir fund Karons, talið hlutfallslega stærsta tunglið í sólkerfinu. Þess vegna er tilvalið að beita líkönum sem gerð hafa verið um uppruna tunglsins á Plútó-Karon kerfið.

Snúningssundrun

Þessi kenning gerir ráð fyrir að Karon hafi myndast úr efni sem sundraðist frá Plútó vegna mikils snúnings hans og þjappaðist svo saman aftur utar. Helstu rökin fyrir þessari kenningu eru að ef við setjum upp líkan af plánetu sem er jafnstór og Plútó og Karon til samans, yrði sú pláneta óstöðug og gæti við nógu hraðan snúning skipt sér í tvær.

Gallar á þessari kenningu eru þó nokkrir. Snúningur reikistjarna virðist stafa af síðustu stóru árekstrunum við myndun þeirra. Snúningurinn sem Plútó þyrfti að hafa verið á er mun meiri en reikisteinarnir sem mynduðu hann gætu orsakað. Síðan má nefna að til að sundrun með snúningi geti átt sér stað verður plánetan sem um ræðir að vera algjörlega bráðin. Til að ná slíku ástandi í þeirri fjarlægð frá sólu sem Plútó er, þyrfti plánetan að snúast á geysilegum hraða og það er eins og fyrr segir illmögulegt. Með þessum rökum má telja fullvíst að Plútó-Karon kerfið hafi ekki myndast með snúningssundrun.

Hremming

Tvær útgáfur eru af þessum möguleika. Sú fyrri gerir ráð fyrir að Plútó hafi hremmt Karon í þeirri mynd sem við þekkjum hann núna, það er að Karon hafi ekki breyst í ferlinu. Þetta getur gerst á þrennan hátt:
  1. Sjávarfallakraftar gætu eytt skriðorku Karons þegar hann á leið hjá Plútó og hann því fest á braut.
  2. Karon gæti rekist á smærri tungl eða reikisteina á braut um Plútó og misst þannig næga orku til að Plútó geti haldið honum á braut.
  3. Karon hefði getað lent á braut um Plútó með hjálp þriðja hnattarins sem á einnig leið hjá.

Hvað varðar fyrsta liðinn þá þarf Karon að hitta á afar lítið svæði til að festast á braut um Plútó. Liður tvö strandar á því að ólíklegt er talið að jafn lítil reikistjarna og Plútó hafi eða hafi haft minni tungl eða reikisteina á braut. Lið þrjú má svo líka útiloka vegna ósennileika. Í raun er fátt sem gæti komið algerlega í veg fyrir að atburðarásir, eins og lýst er í hér á undan, geti átt sér stað, en jafnframt er ljóst að slíkt er afar ólíklegt.

Síðari útgáfan er sambærileg þeirri fyrri, en þar reyna menn að auka líkurnar á hremmingu með því setja ekki það skilyrði að Karon haldist óbreyttur. Þannig er gert ráð fyrir að hnöttur fari fram hjá Plútó, sjávarfallakraftar rífi hann í sundur og hluti brotanna lendi á braut um Plútó. Brotin myndu svo smám saman mynda tungl. Til að sjávarfallakraftar nái að rífa komuhnöttinn í sundur, þarf samanlagður hraði hans og Plútós að vera minni en lausnarhraði Plútós; minni en 1,2 km/s. Ef horft er til núverandi brautar Plútós og hraða (að meðaltali 4,7 km/s) verður að telja slíkan atburð í hæsta máta ólíklegan.

Aðsópstvenna

Þegar reikistjörnur sólkerfisins eru að myndast úr reikisteinum í aðsópsskífu sólarinnar geta sumir þeirra rekist saman og skilið eftir smábrot á braut um reikistjörnuna sem er í myndun. Þessi brot geta svo síðar hnoðast saman í tungl. Gallinn við þessa kenningu er sá að kerfið Plútó-Karon felur í sér mikinn hverfiþunga sem getur ekki myndast í þessari atburðarás.

Risaárekstur

Síðasta og jafnframt líklegasta kenningin um uppruna tvíreikistirnisins er sú að utanaðkomandi hnöttur hafi rekist á Plútó og tveir minni hnettir myndast. Þetta er útskýrt á myndinni hér að neðan.



Hnötturinn sem rækist á Plútó mætti ekki vera miklu minni en Plútó sjálfur til að áreksturinn myndi leiða til tunglmyndunar. Eins og sést á myndinni myndar möttull komuhnattar að mestu tunglið, en mikill hluti kjarna hans sameinast Plútó. Þó nokkuð af efni fer til spillis, ef svo má segja, og þeytist einfaldlega út í geiminn.

Eins og við höfum áður séð, eru líkurnar á því að tveir hnettir komi mjög nálægt hvor öðrum litlar. Þessi kenning er engin undantekning þar á, en samt er hægt að fullyrða að líkurnar á svona atburði eru meiri en til dæmis líkurnar á hremmingu þar sem þriðji hnötturinn kemur við sögu.

Aðalstyrkur þessarar kenningar er sá að aðeins með henni er hægt að útskýra þann mikla hverfiþunga sem falinn er í kerfinu Plútó-Karon. Svona árekstur getur einnig útskýrt brautarhalla Plútós, sem er töluvert meiri en brautarhalli hinna reikistjarnanna. Þegar meira er vitað um nákvæma innri byggingu og eðlismassa Plútós og Karons, gæti komið í ljós hvort þessi kenning stenst.

Lokaorð

Í þeim kenningum sem farið er yfir í hlutum hér á undan er einungis leitast við að útskýra hvernig Plútó og Karon urðu tvíreikistirni. Enn er ósvarað þeirri spurningu hvernig Plútó varð til og hvers vegna hann er svona ólíkur hinum reikistjörnunum. Enn í dag er aðeins hægt að svara þeirri spurningu að nokkru leyti.

Margt af því sem hér hefur verið sagt um Plútó og Karon byggist á kenningum. Sumar verður aldrei hægt að sanna svo óhrekjandi sé og á það sérstaklega við kenningar um uppruna tvíreikistirnisins. Aðrar fást við hluti sem hægt er að kanna og þegar geimfar verður sent til Plútó, vonandi bráðlega, kemur í ljós hvort þær standist eða hvort menn þurfa að endurskoða þær.

Sú þekking sem við höfum er samt ótrúlega mikil miðað við þær fjarlægðir sem um ræðir. Telja má það ótrúlega heppni að stuttu eftir að Karon uppgötvaðist urðum við vitni að myrkvum sem verða aðeins á 124 ára fresti og sögðu þeir okkur mikið af því sem vitað er um aflfræði kerfisins. Nú þarf bara að senda geimfar til Plútó enda orðið tímabært þar sem hann er eina reikistjarnan sem ekki hefur enn fengið geimflaug í heimsókn.

Heimildir:

Malhotra, Renu, og James G. Williams, 1997. "Pluto's Heliocentric Orbit". Hjá S. Alan Stern og David J. Tholen (ritstj.), Pluto and Charon. Tucson, Arizona: The University of Arizona Press. Bls. 127-157.

Stern, A. og Mitton, J., 1998. Pluto and Charon: Ice Worlds on the Ragged Edge of the Solar System. New York: John Wiley. (Myndir á bls. 142 og 143).

Útgáfudagur

22.5.2002

Spyrjandi

Ísar Sigurþórsson

Höfundur

háskólanemi og starfsmaður Vísindavefsins

Tilvísun

Einar Örn Þorvaldsson. „Á plánetan Plútó systurplánetu/-hnött? “ Vísindavefurinn, 22. maí 2002. Sótt 22. október 2018. http://visindavefur.is/svar.php?id=2404.

Einar Örn Þorvaldsson. (2002, 22. maí). Á plánetan Plútó systurplánetu/-hnött? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2404

Einar Örn Þorvaldsson. „Á plánetan Plútó systurplánetu/-hnött? “ Vísindavefurinn. 22. maí. 2002. Vefsíða. 22. okt. 2018. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2404>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Sigurbjörn Árni Arngrímsson

1973

Sigurbjörn Árni Arngrímsson er prófessor í íþróttafræði við deild heilsueflingar, íþrótta og tómstunda á Menntavísindasviði HÍ og skólameistari Framhaldsskólans á Laugum. Sigurbjörn stundar rannsóknir á sviði heilsueflingar auk rannsókna á afreksíþróttafólki.