פני השטח של פלוטו מורכבים מ־98% חנקן קפוא, ועקבות של מתאן ופחמן חד־חמצני. בשל סיבובו של פלוטו על הצד סביב השמש, רבע משטחו של פלוטו נמצא באור יום רצוף, ואילו שלושת הרבעים האחרים בחושך מתמשך. לכן, השטח של פלוטו מגוון למדי, עם הבדלים גדולים בבהירותו ובצבעו. הצבע משתנה בין שחור פחם, כתום כהה ולבן. צבעו של פלוטו דומה לצבעו של איו, ירחו של כוכב הלכת צדק עם מעט יותר צבע כתום. רכס ההרים הגבוה בפלוטו הם הרי טנזינג אשר נקראים על שם המטפס הנפאלי טנזינג נורגיי, פסגת הרכס מגיעה לגובה של 6 ק"מ.
כמות האור מהשמש על פלוטו היא חלשה, מקביל לדמדומים על פני כדור הארץ. נאס"א פרסמה מחשבון "זמן פלוטו" הקובע מתי האור על פני כדור הארץ הוא שווה ערך לאור שעל פלוטו ביום בהיר.
פני השטח של פלוטו עשויים מקרח. קרחים אלו עשויים מגזים קפואים ביניהם חנקן, מתאן ופחמן חד־חמצני. בתצלומים שהגיעו מהגשושית "ניו הורייזונס" התגלו במישור ספוטניק תבניות קרקע הדומות לדיונות, זאת למרות העדר רוח חזקה מספיקה באטמוספירה הדקה.
אטמוספירה.
האטמוספירה של פלוטו מורכבת משכבה דקה של גזים, ובהם חנקן (N2), מתאן (CH4) ופחמן חד־חמצני (CO). החנקן, המהווה 98% מהאטמוספירה, בורח בקצב של מאות טון לשעה. אחת הסברות כי החנקן מגיע לאטמוספירה בתהליך של המראה כאשר מסלולו של פלוטו מתקרב לשמש, והאטמוספירה מתקררת וקופאת, ככל שהוא מתרחק.
הלחץ האטמוספירי הוא בין 0.65 ל־2.4 פסקל. ממדידות ניו הורייזונס ביולי 2015, רואים כי האטמוספירה מגיעה עד לגובה של 130 ק"מ, ויש שתי שכבות של אובך, בגבהים 30 ו־50 ק"מ.
בצילומים שצילמה הגשושית "ניו הורייזונס" הבחינו החוקרים ב-7 תצורות בהירות המצויות באזור ההפרדה בין אזור היום לאזור הלילה והן יכולות להיות עננים. על פי אחד המודלים שהוצאו הן מכילות אצטילן, אתאן וציאניד מימני.
ירחים.
לפלוטו חמישה ירחים ידועים: כארון, ניקס, הידרה, קרברוס וסטיקס.
הראשון, כארון, זוהה לראשונה ב־1978, וקוטרו 1,280 קילומטרים, כמחצית מקוטר פלוטו עצמו. לפי הצעת ההגדרה מחדש של כוכב לכת של האיגוד האסטרונומי הבינלאומי מ־16 באוגוסט 2006, כארון יוגדר ככוכב לכת ננסי תאום של פלוטו, כיוון שמרכז המסות של פלוטו וכארון נמצא מחוץ לשניהם. כדי שעצם אחד יחשב כירחו של העצם השני, צריך שמרכז המסות של שני העצמים ימצא בתוך העצם השני. מכאן שפלוטו וכארון מהווים מערכת כפולה, אולם נכון ל־2016, האיגוד טרם פסק בסוגיה של מערכת בינארית. על כן, פלוטו מוגדר ככוכב לכת ננסי וכארון מוגדר כירח שלו. שטח פניו של כארון 4,580,000 קמ"ר, בניגוד לפלוטו המכוסה בעיקר מתאן וחנקן קפואים, פניו מכוסים קרח, והוא כנראה מחוסר אטמוספירה. מחישוב נפחו ומסתו עולה צפיפות ממנה ניתן לשער כי כארון עשוי רובו ככולו קרח, ללא גרעין סלעי או בעל גרעין קטן משל שותפו פלוטו.
שני הירחים האחרים ניקס והידרה התגלו ב־15 במאי 2005, כאשר אסטרונומים בחנו בקפידה צילומים שערך טלסקופ החלל האבל, וקיומם אושר כמה חודשים לאחר מכן. ב־21 ביוני 2006, הכריז האיגוד האסטרונומי הבינלאומי כי הירחים יקראו על שם אלת הלילה הקדומה ניקס ויצור המים בעל תשעה ראשים ההידרה הלרניאנית. מרחק הירחים מפלוטו כ־50,000 ו־65,000 קילומטרים, וקוטרם מוערך בכמה עשרות קילומטרים. הירחים מסתחררים סביב עצמם בצורה כאוטית (ללא סדר קבוע או צפוי מראש).
הירח הרביעי, קרברוס, התגלה ב־28 ביוני 2011 (אושר ב־20 ביולי) על ידי מרק שוואלטר ממכון סט"י שנעזר בטלסקופ החלל האבל. קוטרו מוערך בין 13 ל־34 קילומטרים. ב־2 ביולי 2013, הכריז האיגוד האסטרונומי הבינלאומי כי הירח יקרא על שם קרברוס הכלב בעל שלושת הראשים השומר על הכניסה לשאול במיתולוגיה היוונית.
הירח החמישי, סטיקס, התגלה ב־26 ביוני 2012 (אושר ב־11 ביולי) על ידי מרק שוואלטר בעזרת טלסקופ החלל האבל. קוטרו מוערך בין 9.5 ל־25.7 ק"מ. ב־2 ביולי 2013, הכריז האיגוד האסטרונומי הבינלאומי כי הירח יקרא על שם הנהר סטיקס שבמיתולוגיה היוונית גבל בין הארץ לשאול.
שמות הירחים קרברוס וסטיקס נבחרו בהצבעה על ידי הציבור, והתקבלו על ידי האיגוד האסטרונומי הבינלאומי.
חקר פלוטו.
פלוטו מהווה אתגר לחוקרים בגלל גודלו הקטן ומרחקו מכדור הארץ. הגשושית וויאג'ר 1, שחקרה את שבתאי, ביקרה מרחוק את פלוטו בדרכה מחוץ למערכת השמש. לגשושית וויאג'ר 2 מעולם לא הייתה תוכנית לחלוף על־פני פלוטו.
הגשושית הראשונה שחקרה את פלוטו הייתה ניו הורייזונס של נאס"א, אשר שוגרה ב־19 בינואר 2006 (בעת השיגור פלוטו עוד נחשב ככוכב הלכת) וחלפה בקרבת פלוטו ב־14 ביולי 2015. מטרותיה העיקריות של ניו הורייזונס היו לאפיין את הגאולוגיה והמורפולוגיה הגלובליות של פלוטו ושל כארון ולמפות את הרכב פני השטח שלהם. משימות נוספות כוללות חקר השונות של פני השטח והאטמוספירה של פלוטו, צילום ומיפוי אזורים על פלוטו ושל כארון ברזולוציה גבוהה, אפיון האטמוספירה העליונה והיונוספירה של פלוטו וסביבת החלקיקים הטעונים הנובעים ממנה; חיפוש אחר אטמוספירה סביב כארון, עידון הידע המדעי הידוע באופן גס ביותר אודות פלוטו וכארון, וחיפוש ירחים נוספים.
שבתאי
שַׁבְּתַאי (בלועזית: Saturn, סטורן) הוא כוכב הלכת השישי במרחקו מהשמש והשני בסדרת כוכבי הלכת הגזיים. את שבתאי מקיפות טבעות פלנטריות בשם טבעות שבתאי, שמכילות בעיקר קרח ואבק.
מקור השם.
שמו הלועזי ניתן לו על שם סטורן, אל החקלאות והקציר במיתולוגיה הרומית (מקביל לקרונוס הטיטאן במיתולוגיה היוונית). מאחר ששבתאי היה כוכב הלכת השביעי בעת הקדומה (בנוסף לשמש, הירח, כוכב חמה, נוגה, מאדים וצדק), היום השביעי בשבוע קיבל את השם Saturday.
שבתאי נזכר בתלמוד הבבלי. המקור לשמו בעברית מגיע מהמילה שבת, כי יום השבת באסטרולוגיה שייך לשבתאי. יש הגורסים שמשמעות השם "שבתאי" מרמזת על כך שכוכב הלכת "שובת", כיוון שיחסית לכוכבי הלכת שהיו מוכרים בעת העתיקה, כוכב זה הוא המרוחק ביותר מהשמש, ולכן תנועתו קטנה ביותר.
האזכור התנ"כי קשור לכך שבתקופת המקרא, באכדית ובסורית נקרא שבתאי בשם של אל "כַּיְוֵנוּ". עמים רבים עבדו אל זה, ובניהם גם ישראל, ושני נביאים מזכירים בדבריהם את אל זה. עמוס הנביא מוכיח את עם ישראל "וּנְשָׂאתֶ֗ם אֵ֚ת סִכּ֣וּת מַלְכְּכֶ֔ם וְאֵ֖ת כִּיּ֣וּן צַלְמֵיכֶ֑ם כּוֹכַב֙ אֱלֹ֣הֵיכֶ֔ם אֲשֶׁ֥ר עֲשִׂיתֶ֖ם לָכֶֽם:" (עמוס פרק ה פסוק כו). ירמיהו הנביא מתלונן על עם ישראל "הַבָּנִים מְלַקְּטִים עֵצִים וְהָאָבוֹת מְבַעֲרִים אֶת הָאֵשׁ וְהַנָּשִׁים לָשׁוֹת בָּצֵק לַעֲשׂוֹת כַּוָּנִים לִמְלֶכֶת הַשָּׁמַיִם וְהַסֵּךְ נְסָכִים לֵאלֹהִים אֲחֵרִים לְמַעַן הַכְעִסֵנִי (ירמיהו פרק ז פסוק יח).
מאפיינים.
קוטרו של שבתאי 120,500 ק"מ וצפיפותו 0.69 גרם לסמ"ק; הוא מורכב, ברובו, ממימן ומהליום. במרכז כוכב הלכת נמצאת, כנראה, ליבה של ברזל וסלע ומסביבה מצוי אזור של מימן מתכתי המשתרע עד למחצית הרדיוס של שבתאי, ומעבר לו מתחילה האטמוספירה המגיעה לעומק של 9,000 קילומטרים (פי שלושה יותר מזו של צדק).
הרוח על פני שבתאי היא השנייה במהירותה במערכת השמש, לאחר נפטון. גשושיות תוכנית וויאג'ר מדדו רוחות מזרחיות שהגיעו למהירות מקסימלית של 1,800 קמ"ש.
מרחקו של שבתאי מהשמש הוא 9.54 יחידות אסטרונומיות והוא משלים הקפה סביב השמש אחת ל־29.46 שנה במהירות של 9.64 ק"מ לשנייה. שבתאי משלים סיבוב סביב צירו אחת ל־10.32 שעות בלבד. משקלו הסגולי של שבתאי הוא הנמוך ביותר מכל כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, אף פחות ממשקלם הסגולי של המים.
טבעות.
התופעה הבולטת ביותר בשבתאי היא הטבעות המקיפות אותו. מערכת הטבעות נטויה בזווית של 25.33 מעלות יחסית למישור ההקפה של שבתאי סביב השמש. עובי הטבעות הוא ק"מ אחד, לכל היותר, והן מכילות גושי קרח קטנים, שחלקם אינם גדולים מאבן ואחרים קוטרם עד כמה מאות ק"מ.
עד ל־2009 נצפו כ־7 טבעות לכוכב שבתאי ובשנת 2009, בזכות טלסקופ החלל שפיצר, נצפתה טבעתו השמינית.
ירחים.
מספר הירחים המדויק של שבתאי קשה לקביעה. מבחינה טכנית, כל גוש קרח בטבעות יכול להיחשב כירח, ונקודת ההכרעה בין ירח לבין גוש קרח גדול אינה מדויקת. נכון ל־2019 זוהו בוודאות 82 ירחים, מתוכם ל־53 ניתנו שמות, וזהו כוכב הלכת בעל המספר הגדול ביותר של ירחים שהתגלו.
ירחו הגדול ביותר הוא טיטאן, ולו אטמוספירה סמיכה המכילה בעיקר מתאן וחנקן והוא הירח היחיד במערכת השמש בעל אטמוספירה משמעותית משלו. ירחים גדולים נוספים הם פאן, אטלס, פרומתאוס, פנדורה, אפימתאוס, יאנוס, מימס, אנקלדוס, טתיס, טלסטו, קליפסו, דיוני, הלנה, ריאה, היפריון, יאפטוס, פובה, דפניס.
מחקר.
החללית הראשונה שהתקרבה לשבתאי הייתה פיוניר 11. בספטמבר 1979 התקרבה החללית עד למרחק של 20,000 קילומטרים מעל שכבת העננים של שבתאי. החללית שידרה לכדור הארץ תמונות ברזולוציה נמוכה של הכוכב וחלק מהירחים שלו. איכות התמונות לא אפשרה גילוי פרטים חדשים מפני הקרקע של הירחים. בנוסף, החללית חקרה את הטבעות ומדדה את הטמפרטורה על טיטאן.
בנובמבר 1980 עברה החללית וויאג'ר 1 בסמוך לכוכב. החללית שידרה תמונות ברזולוציה גבוהה של כוכב הלכת, הטבעות והירחים שלו. לראשונה נראו פרטים מפני השטח של הירחים. החללית טסה קרוב לטיטאן וגילתה כי האטמוספירה שלו אינה חדירה לקרני אור בתחום הנראה. מסיבה זו לא התקבלו פרטים על פני השטח של טיטאן. החללית ניצלה את כח הכובד של שבתאי כדי לשנות מסלול ולצאת ממערכת השמש.