Плутон

Плутон (134 340) — найбільш відома карликова планета Сонячної системи та найбільший транснептуновий об’єкт, а також перший відкритий об’єкт поясу Койпера. Як і більшість тіл у поясі Койпера, Плутон здебільшого складається з каменю та льоду і є відносно малим — його діаметр складає близько 2374 км. За масою він поступається Місяцю вп’ятеро, а за об’ємом — утричі. Орбіта Плутона дуже витягнута та має великий ексцентриситет — 0,25 і значний нахил до площини екліптики — 17,1°. Через витягнутість орбіти Плутон може наближатися до Сонця на відстань 29,7 а. о. (4,437 млрд км), опиняючись ближче до Урана ніж Нептун, та віддалятися на 49,3 а. о. (7,376 млрд км). Таким чином світло від Сонця досягає Плутона за 247 хв у перигелії й за 410 хв у афелії, а інтенсивність освітлення змінюється в 2,8 разів. Період обертання Плутона навколо Сонця становить 248 років. Плутон перебуває в стабільному орбітальному резонансі 3:2 з Нептуном, тому їхнє взаємне зіткнення виключене. На кожні три оберти Нептуна навколо Сонця припадає два оберти Плутона, а весь цикл триває близько 495 років. Орбітальний резонанс з Нептуном дуже стабільний і зберігається мільйони років, але орбіту Плутона можна розрахувати не далі ніж на кілька мільйонів років вперед або назад. Рух Плутона хаотичний і описується нелінійними рівняннями, а орбіта сильно зміщується на великих проміжках часу.

З 7 лютого 1979 року до 11 лютого 1999 року Плутон перебував на ближчій відстані до Сонця ніж Нептун. Через великий нахил орбіти Плутона до площини екліптики вона не перетинається з орбітою Нептуна. Проходячи перигелій, Плутон перебуває на відстані 10 а. о. над площиною екліптики, таким чином Плутон не наближається до Нептуна ближче 17 а. о., проте можливі зближення з Ураном до 11 а. о.

Плутон і його найбільший супутник Харон часто розглядаються як подвійна планета, оскільки їх спільний центр мас розташований поза обома об’єктами. Міжнародний астрономічний союз оголосив про намір дати формальне визначення для подвійних карликових планет, а до того часу Харон класифікується як супутник Плутона. Окрім Харона, Плутон має також чотири менші супутники — Нікту та Гідру, відкриті 2005 року, Кербер, відкритий у 2011, і Стікс, виявлений у 2012 році.

Історія відкриття Плутона є досить випадковим та ще більш несподіваним продовженням детективної історії відкриттів Урана та Нептуна, що не завершена й досі. Небесна механіка у 1846 році досягла значного успіху: завдяки передбаченим заздалегідь відхиленням Урана від розрахованої орбіти був відкритий Нептун. Цей успіх, а також суттєві віхилення у положенні Урана навіть після врахування впливу Нептуна надихнули астрономів на пошуки нових планет. Першим на ці розбіжності у 1848 році звернув увагу Бенджамін Пірс. Розглядав їх і Саймон Ньюкомб у 1874, але він дійшов висновку що їх не може спричиняти транснептунова планета: згідно його розрахунків вона мала бути настільки великою що її б уже помітили. Однак кілька астрономів зайнялися передбаченнями нових планет на основі відхилень у русі відомих або виходячи з аналізу орбіт комет. Найзначнішими були роботи Персіваля Ловелла та Вільяма Генрі Пікерінга.

Пікерінг, починаючи з 1908 року, спрогнозував на основі нерегулярностей руху відомих планет кілька нових. У 1919 році одну з них („Планету O”) невдало шукали в обсерваторії Маунт-Вілсон, і лише згодом виявилося що Плутон, який був недалеко від її розрахованого положення, все ж потрапив на 4 зроблені там знімки. Проте більша заслуга у відкритті Плутона належить Персівалю Ловеллу. Він зробив велику роботу з обчислення орбіти нової планети, яку він називав „Планетою X”, на основі збурень у русі Урана і з 1905 до 1916 року проводив її пошуки у власній обсерваторії. Однак знайти планету не вдавалося, і у 1916 Ловелл розчарувався, припинивши черговий етап пошуку, а згодом помер. Потім, коли Плутон вже був виявлений, його знайшли на двох фотопластинах 1915 року, відзнятих у цій обсерваторії.

Продовженню пошуків заважав довгий і дорогий судовий процес із вдовою Ловелла, яка намагалася відсудити гроші, що Ловелл заповів обсерваторії. Відновити цю роботу вдалося лише у 1929 році. Спеціально для цього замовили астрограф із апертурою 32,5 см, знімки якого охоплювали велику ділянку неба (12×14°), а гранична зоряна величина при витримці в одну годину сягала 17^m. У січні 1929 для роботи з ним на обсерваторію запросили астронома-аматора Клайда Томбо. У квітні, остаточно налаштувавши телескоп, він почав фотографування неба. Плутон потрапив уже на десятий знімок, але знову лишився непоміченим. Цікаво що всього відомо близько 15 його спостережень, зроблених до відкриття, причому найдавніші з них сягають 1909 або навіть 1908 року. До вересня було розроблено методику пошуків, яка полягала в зйомці ділянок неба поблизу протилежної Сонцю точки тричі з інтервалом у кілька діб. Порівнюючи на блінк-компараторі дві фотоплатівки, дослідники шукали об’єкти, що за цей час змістилися, а третя слугувала у якості контрольної для перевірки перших двох знімків. Перегляд знімків був доволі трудомістким через сотні тисяч зірок, крім цього додаткові проблеми створювали змінні зірки та дефекти платівок. Врешті 18 лютого 1930 року Томбо виявив на зроблених 23 та 29 січня знімках рухомий об’єкт, мала швидкість якого вказувала на його розташування за орбітою Нептуна. Також цей об’єкт знайшовся на контрольному знімку за 21 січня. Об’єкт перебував у сузір’ї Близнят і мав 15-ту величину — на 2^m слабше ніж очікував Ловелл.

13 березня 1930 року, в день 75-річчя Ловелла і у 149-ту річницю відкриття Урана, директор Ловеллівської обсерваторії Весто Слайфер оголосив про відкриття дев’ятої планети Сонячної системи такою телеграмою: „Систематичні багаторічні пошуки, що доповнюють дослідження Ловелла щодо транснептунової планети, призвели до виявлення об’єкта, який протягом семи тижнів мав швидкість руху і траєкторію, що узгоджуються з даними транснептунового тіла…”. Право дати назву новому небесному тілу належало Ловеллівській обсерваторії. Пропозиції почали надходити з усього світу. Констанція Ловелл, вдова Персіваля Ловелла, запропонувала спочатку назву „Зевс”, потім „Персіваль”, а потім і „Констанція”. Але всі подібні варіанти були проігноровані. Працівники обсерваторії визнали найкращими три пропозиції: „Мінерва” (хоча так уже було названо один із астероїдів), „Кронос” (ця назва, запропонована Томасом Джефферсоном Джексоном Сі — астрономом із поганою репутацією — виявилася непопулярною) і „Плутон”. Вони влаштували в своєму колі голосування, і всі голоси отримав останній варіант. Пропозицію цієї назви Весто Слайфер уперше опублікував 1 травня 1930 року, а загальне оголошення відбулося 25 травня. Її подали на розгляд до Американського астрономічного товариства та Лондонського королівського астрономічного товариства, і обидві організації її одноголосно затвердили. Згідно з повідомленням Слайфера, назву „Плутон” першою запропонувала Венеція Берні, одинадцятирічна школярка з Оксфорда. Це сталося 14 березня 1930 року, наступного дня після повідомлення про відкриття Плутона. Дід Венеції Фолконер Мейдан, що працював у Бодліанській бібліотеці Оксфордського університету, прочитав новину в „Таймс” і за сніданком розповів про це онуці. Вона цікавилася не лише астрономією, але й класичною міфологією, і вирішила, що це ім’я — давньоримський варіант імені грецького бога підземного царства — підходить для такого, ймовірно, темного й холодного світу. Фолконер Мейдан передав пропозицію своєму другу, астроному Герберту Тернеру, який телеграфував її колегам у США. Коли назву затвердили, Мейдан нагородив Венецію 5-ма фунтами стерлінгів. Цікаво, що його брат, Генрі Мейдан, запропонував назви супутників Марса.

Плутон знайшли на відстані 6° від передбачуваних положень і „Планети X” Ловелла, і „Планети O” Пікерінга у версії від 1919 року. Загалом його орбіта краще відповідала розрахованій Ловеллом. Ці розрахунки виявилися навіть ближчими до істини, ніж зроблені Адамсом та Левер’є для орбіти Нептуна, хоча у положенні планети на небі Ловелл помилився сильніше. Пікерінг точніше за Ловелла передбачив блиск та деякі з елементів орбіти Плутона, трохи меншою у нього була й похибка положення. Але робота Пікерінга справила на астрономів слабше враження через велику кількість спрогнозованих планет, частий перегляд їх параметрів та неточний метод розрахунків.

З першого погляду ситуація видавалася схожою до відкриття Нептуна: двоє дослідників незалежно передбачили положення нової планети і спостереження підтвердили їх прогнози. Однак тьмяність Плутона та відсутність у нього помітного диску відразу викликали сумніви в тому що він є передбаченою планетою. Вже наступного місяця після його відкриття англійський математик і астроном Ернест Браун, проаналізувавши розрахунки Ловелла, дійшов висновку що його передбачення було результатом похибок спостережень і Плутон виявився поблизу розрахованої точки зовсім випадково. Це стосується й передбачення Пікерінга, де похибку вніс ще й гірший метод обробки даних.

Всю середину XX століття оцінка маси Плутона переглядалася в бік зменшення. 1978 року відкриття Харона вперше дозволило її виміряти, і стало остаточно зрозуміло що маса в 0,002 маси Землі занадто мала для суттєвого збурення орбіти Урана. При цьому Ловелл передбачав масу 6,6 земних, а Пікерінг — спочатку 2,0, а потім 0,75 земної. Проводилися пошуки альтернативної „Планети X”, але вони не мали успіху.

У 1989 році завдяки прольоту „Вояджера-2” біля Нептуна вдалося уточнити його масу: вона виявилася на 0,5% меншою, ніж вважалося раніше. У 1993 американський астроном Ерланд Майлс Стендіш використав ці дані для перерахунку гравітаційного впливу Нептуна на Уран. В результаті невідповідності в русі Урана зникли, а з ними і потреба в пошуках „Планети X”.

Проте плутанина з Плутоном на цьому не закінчилася. З моменту відкриття Плутона у 1930 році і аж до 2006 він вважався дев’ятою планетою. Проте вже наприкінці XX — початку XXI століття в зовнішній частині Сонячної системи були відкриті інші масивні об’єкти. Зважаючи на це, Міжнародний астрономічний союз вперше ухвалив формальне визначення планети та критерії, яким вона повинна відповідати. Незважаючи на деякий опір перекласифікації серед астрономів, Плутон та інші масивні об’єкти типу Церери або Ериди, що не відповідають цьому визначенню, були зараховані до нової категорії карликових планет, а загальне число „класичних” великих планет у Сонячній системі зменшилось до восьми. Також Плутон був зарахований до каталогу малих планет під номером 134 340. Цікаво що якби Плутон отримав статус малої планети одразу після відкриття — його номер міг би бути серед перших тисяч. Мала планета Кобольда, виявлена через місяць після відкриття Плутона (19 березня 1930 року), отримала номер 1164, і саме цей номер міг би закріпитися за Плутоном.

Єдиний космічний апарат, який досліджував Плутон зблизька — New Horizons — пролетів повз нього 14 липня 2015 року на відстані 12 500 км.