Cüce gezegen

Cüce gezegen, uydu olmayan ve kendi uzay bölgesine hakim olmayan (bir gezegenin yaptığı gibi) gezegen-kütleli bir gök cismidir. Yani, Güneş'in doğrudan yörüngesindedir ve biçimlenebilir olacak kadar büyüktür, fakat yörüngesindeki benzer cisimlerin civarını temizlememiştir. Prototip cüce gezegen Plüton'dur. Astrojeologların cüce gezegenlere olan ilgisi muhtemelen farklılaşmış ve jeolojik olarak aktif gök cisimleri olarak gezegen jeolojisini gösterebilmeleridir, bu da Plüton'a 2015 New Horizons misyonunun getirdiği doğruluğu kanıtlanmış bir beklentidir.

Güneş Sistemindeki cüce gezegenlerin sayısı bilinmemektedir. Bunun nedeni, bir cismin hidrostatik dengede olup olmadığının belirlenmesinin uzay aracı tarafından yapılacak yakın bir gözlemi gerektirmesidir. Yarım düzine kadar büyük aday ya uzay aracı tarafından ziyaret edildi (Plüton ve Ceres), ya da kütlelerinin belirlenmesine ve dolayısıyla yoğunluklarının tahmin edilmesine izin veren en az bir bilinen uyduya sahipti (Plüton, Eris, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar). Kütle ve yoğunluk, hidrostatik denge modellerine uyarlanabilir.

Cüce gezegen terimi, gezegen bilimcisi Alan Stern tarafından Güneş Sistemindeki gezegen kütleli nesnelerin üç yönlü sınıflandırmasının bir parçası olarak icat edildi: Klasik gezegenler (büyük sekiz), cüce gezegenler ve uydu gezegenler. Cüce gezegenler, adından da anlaşılacağı gibi bir gezegen kategorisi olarak tasarlandı. Bununla birlikte bu terim, 2006 yılında Uluslararası Astronomi Birliği (IAU) tarafından Güneş'in etrafında dönen cisimlerin üç yönlü yeniden sınıflandırılmasının bir parçası olan, gezegen olmayan cisimlerin bir kategorisi olarak kabul edildi. Bu karar, Plüton'dan daha büyük ancak yine de klasik gezegenlerden çok daha küçük ve Güneş'e Neptün'den daha uzak bir cisim olan Eris'in keşfiyle hızlandırılmıştı. Boyut olarak Plüton'a rakip olan bir dizi başka cismin keşfinden sonra Plüton'un ne olduğunun yeniden değerlendirilmesini de zorunlu kıldı. Böylece Stern ve diğer birçok gezegen jeoloğu cüce gezegenleri klasik gezegenlerden ayırır, fakat 2006'dan bu yana IAU ve gök bilimcilerin çoğunluğu Eris ve Plüton gibi gök cisimlerini gezegen listesinden tamamen dışlamıştır.

1801'den başlayarak gök bilimciler Mars ve Jüpiter arasındaki, onlarca yıl gezegen olarak görülen Ceres ve diğer nesneleri keşfetti. Gezegen sayısının 23'e ulaştığı 1851 yılı civarında gök bilimciler, daha küçük cisimler için asteroid kelimesini kullanmaya başladılar ve daha sonra da onları gezegen olarak adlandırmayı veya sınıflandırmayı bıraktılar.

1930'da Plüton'un keşfi ile birlikte birçok gök bilimci, binlerce oldukça küçük cisim ile birlikte (astreoidler ve kuyruklu yıldızlar) Güneş Sistemi'nin dokuz gezegenden oluştuğunu düşündü. Neredeyse 50 yıl boyunca Plüton'un Merkür'den büyük olduğu düşünülüyordu, ancak 1978'de Plüton'un uydusu Charon'un keşfi ile Plüton'un kütlesinin kesin ölçülmesi ve ilk varsayımlara göre çok daha küçük olduğunun öğrenilmesi mümkün oldu. Plüton'u en küçük gezegen yapan, neredeyse kabaca Merkür'ün 20'de bir kütlesinde olmasıydı. Ceres, asteroit kuşağının en büyük cisminin on katından daha büyük olmasına rağmen, Dünya'nın uydusu Ay'ın beşte biri kadar kütleye sahiptir. Dahası, büyük yörünge dış merkezliği ve yüksek yörünge eğikliği gibi bazı alışılmadık özelliklere sahip olarak, diğer gezegenlerin herhangi birinden farklı bir tür cisim olduğu ortaya çıktı.

1990'larda gök bilimciler uzayın aynı bölgesinde hatta bazıları daha da uzakta, Plüton gibi cisimler bulmaya başladı (şu an Kuiper Kuşağı olarak bilinen). Bunlardan birçoğu, Plüton'un bazı temel yörüngesel özelliklerini paylaştı ve Plüton, yeni bir nesne sınıfı olan plütinoların en büyük üyesi olarak görülmeye başlandı. Bu cisimlerin daha büyüğünün de gezegen olarak sınıflandırılması gerektiği, ya da ek asteroitlerin keşfinden sonra Ceres'in yeniden sınıflandırıldığı gibi Plüton'un da yeniden sınıflandırılması gerektiği ortaya çıktı. Bu, bazı gök bilimcilerin plüton'u bir gezegen olarak adlandırmayı bırakmasına neden oldu. Alt gezegen ve küçük gezegen dahil olmak üzere birkaç terim, cüce gezegen olarak bilinen cisimler için kullanılmaya başlandı. 2005 yılında Plüton ile kıyaslanabilir boyutta üç Neptün ötesi cisim (Quaoar, Sedna ve Eris) duyuruldu. Gök bilimciler ayrıca Plüton kadar büyük nesnelerin keşfedilebileceğinden ve şayet Plüton bir gezegen olarak sınıflandırılmaya devam ederse gezegen sayısının hızla artmaya başlayacağından emindiler.

Eris (daha sonra 2003 UB313 olarak bilinen) Ocak 2005'te keşfedildi; Plüton'dan biraz daha büyük olduğu düşünülüyor ve bazı raporlarda ona gayri resmi olarak onuncu gezegen deniyordu. Sonuç olarak konu, Ağustos 2006'daki IAU Genel Kurulu'nda yoğun bir tartışma konusu haline geldi. IAU'nun ilk taslak önerisi, gezegenler listesinde Charon, Eris ve Ceres'i içeriyordu. Pek çok gök bilimci bu teklife itiraz ettikten sonra, Uruguaylı gök bilimciler Julio Ángel Fernández ve Gonzalo Tancredi tarafından bir alternatif hazırlandı: Yuvarlak olacak kadar büyük, fakat etraflarındaki küçük gezegenimsi yapıları temizlememiş olan cisimler için bir ara kategori önerildi. Charon'u listeden düşüren yeni teklif, yörüngelerini temizlemedikleri için Plüton, Ceres ve Eris'i de liste dışı bıraktı.

IAU, sınıra yakın cisimleri belirlemek için hiçbir zaman bir süreç oluşturmadı ve bu tür kararları gök bilimcilere bıraktı. Bununla birlikte, daha sonra bir IAU komitesinin olası cüce gezegenlerin isimlendirilmesini denetleyeceği yönergeler oluşturuldu: Mutlak büyüklüğü +1'den daha parlak olan isimsiz Neptün ötesi cisimler (ve dolayısıyla 1'lik bir geometrik albedo'ya karşılık gelen minimum 838 km çap) cüce-gezegen adlandırma komitesi tarafından adlandırılacaktı. O sırada (ve 2019 itibarıyla), adlandırma kriterini karşılayan cisimler Haumea ve Makemake idi.

Bu beş cisim – 2006'da ele alınan üçü (Plüton, Ceres ve Eris) ve 2008'de adlandırılan ikisi (Haumea ve Makemake) – genellikle yetkililerin isimlendirmesi ile Güneş Sisteminin cüce gezegenleri olarak sunulur. Bununla birlikte, bunlardan sadece biri – Plüton – mevcut şeklinin hidrostatik dengeden beklenilene uyduğunu doğrulamak için yeterince ayrıntılı olarak gözlemlenmiştir. Ceres dengeye yakındır, fakat bazı kütleçekimi anormallikleri açıklanamıyor.

Öte yandan, astronomi topluluğu sıklıkla daha büyük Neptün ötesi cisimleri cüce gezegenler olarak adlandırır. Örneğin, JPL/NASA, 2016'daki gözlemlerden sonra Gonggong'u cüce gezegen olarak nitelendirdi ve Southwest Araştırma Enstitüsü'nden Simon Porter, 2018'de Pluto, Eris, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar, Sedna ve Orcus'a atıfta bulunarak "büyük sekiz [Neptün ötesi] cüce gezegenden" bahsetti.

Diğer yıldızların etrafında dönen gezegenlerin sınıflandırılması ile ilgili endişeler ortaya çıkmış olsa da sorun çözülmedi; bunun yerine, yalnızca cüce gezegen büyüklüğündeki cisimler gözlemlenmeye başladığında karar verilmesi önerildi.

Cüce gezegen terimi bir şekilde kendiliğinden tartışmalıdır çünkü bu cisimler cüce yıldızların yıldız olmaları kadar gezegendir. Bu Güneş sisteminin konseptidir. Bu tanım ayrıca gök bilimciler tarafından da kullanılır ve IAU tanımına uyar. Brown şunu vurgular, gezegenimsi bu tarz cisimler için yıllarca kullanılan oldukça güzel bir kelimedir. Hatta 5A tasarısı bu medyan cisimlere gezegenimsi demiş, ancak genel kurulda kapalı oylama ile böyle olmaması kararı alınmıştır. İkinci tasarı, 5B, cüce gezegenleri altgezegen olarak tanımlamıştır, Stern'in de en başta niyetlendiği gibi diğer sekiz klasik gezegenden farklı olarak. Bu anlaşma altında, reddedilmiş teklifteki on iki gezegen sekiz klasik gezegen ve dört cüce gezegen olmuştur. Ancak, 5B tasarısı da tıpkı 5A ya olduğu gibi yenilgiye uğramıştır. Çünkü cüce gezegenin 5B tasarısının başarısızlığı sebebiyle gezegen olmayışı anlamlı kararsızlığı, nanogezgen ve alt gezegen gibi alternatif terimlerin tartışılmasına sebep oldu, ancak CSBN de değiştirmek için hiçbir uzlaşma yoktu.

2006'nın IAU tasarısı 6a'ya göre Plüton, yeni kategori trans-Neptün cisimlerin prototipidir. Bu kategorinin kesin doğası ve ismi netleştirilmemişti ama IAU için daha sonra yayınlaması için bırakılmıştı; tartışmada tasarının taraftarı olan grup, kategori üyeleri değişiklik göstererek plutonlar ve plutomsu nesnelere yöneldi, ancak isim daha ileri gitmedi bunun sebebi belki de yer bilimcilerin onların plütonu ile karışacağını düşünmelerinden kaynaklanan itirazlarıydı. 11 Haziran 2008'de IAU yönetici komitesi plütoid adını ortaya çıkardı ve onları bütün trans-neptün cüce gezegenler olarak tanımladı. Ayrıca iletişim eksikliğine dair bir e-postanın bir parçası, WG-PSN (gezegen sistemleri cisimleri isimlendirme çalışma grubu) plütoid isminin seçiminde rol almadı. Hatta WG-PSN tarafından yapılmış bir oylamada bu spesifik terimin kullanılması reddedildi ve gök bilimciler arasında yaygın bir kelime olmadı.

Alan Stern ve Harold F.Levison yörüngedeki sapmada karşılaşılan sonucu ifade ederek bir parametre tanıttı Λ (lambda). Stern'ün modelinde buparametrenin değeri kütlenin karesiyle doğru orantılı olup periyot ile ters orantılıdır. Bu değer bir cismin komşu yörüngesinde dolanabilme kapasitesini saptamada kullanılabilir, Λ > 1 olması eninde sonunda dolanabilir olması anlamına gelir. Λnın beşli sıralamasındaki boşluk, en küçük karasal gezegen ile en büyük asteroid ve Kuiper Kuşağı nesneleri arasında bulunur.

Bu parametreyi kullanmak, Steven Soter ve diğer gök bilimcilerin gezegenler ile asteroidler arasındaki fark üzerinde anlaştığı, gezegenlerin çarpışmalarla, kütleçekimi dağılmasıyla küçük nesneleri yörüngelerinden atabilmesi ile ilgilidir. Soter gezgen diskriminantı adını vermek istediği bir parametreyi ortay koydu, sembolü µ (mu) olan, yörüngesel bölgedeki gezilebilirliği deneysel olarak ölçen bir derece idi bu. (µ, incelenen kütlenin yörüngedeki toplam kütleye oranı ile hesaplanıyordu.) µ > 100 olduğunda, gezebilir anlamına geliyordu. Gezegenleri ve cüce gezegenleri ayırmada kullanılan daha birçok şema vardır, ancak bu konsept için 2006'nın tanımlaması kullanılır.

Yeterli iç basınç, cismin kütleçekiminden kaynaklanan, cismi esnek bir hale çevirir ve yeterli esneklik yüksek rakıma sebep olur bu aşamaya kütleçekimsel rahatlama denir. Birkaç kilometreden daha küçük cisimler, kütleçekimsel olmayan kuvvetler altına girmiştir ve şekilsiz bir biçimde olma eğilimindedirler.

Satürn'ün uydusu Methone, yaklaşık 3 km yarıçapında, yuvalar, ancak hafifçe yumurta şeklinde bir nesnedir. Kütleçekiminin önemli, ancak baskın olmadığı daha büyük nesneler patates şeklindedir; cisim ne kadar kütleli ise, cisim aynı zamanda o kadar iç yuvarlak ve iç basıncı yüksektir, basınç iç kuvvetleri yenecek kadar ve hidrostatik dengeye gelene kadar. Bu noktada, cisim olabileceği kadar yuvarlaktır. Bu bir cüce gezegeni tanımlama limitidir.

Bir nesne, hidrostatik dengede iken, üstünü kaplayan sıvının küresel katmanı, aynı şekilde bir sıvı yüzeyi oluşturabilir, tıpkı kraterler ve çatlaklar gibi. Eğer cisim dönmüyorsa küre olur, ancak ne kadar hızlı dönerse o kadar yassılaşır. Ancak bu şekilde dönen bir cisim eriyene kadar ısıtılırsa, bu cismin tüm şekli sıvı iken de değişmeyecektir. Bu tarz küresel olmayan ve hidrostatik dengedeki bir cismin aşırıya kaçan bir örneği Haumea'dir (ana ekseninin uzunluğu kutuplardakinin iki katıdır).

Eğer cisim kütleli bir komşu cisme sahip ise çekimsel kuvvetlerde etki edecektir. Jüpiter'in bir ayı İo buna bir örnektir. İo, gelgitsel ısınmaya bağlı olarak Güneş Sistemi'ndeki volkanik olarak en aktif cisimdir.

Gelgitsel kuvvetler, ayrıca cisimlerin çekimsel olarak kilitlenmesine de sebep olabilir. Komşu cismine sürekli aynı yüzünü göstermesi gibi. Buna verilebilecek en aşırı örnek Plüton-Charon sistemidir. Bu sistemde iki cisimde gelgitsel olarak birbirine kilitlenmiştir. Dünya'nın ayı da ayrıca bu şekilde çekimsel olarak kilitlenmiştir tıpkı birçok gaz devlerinin uydularında olduğu gibi. En uç ve en alt boyuttaki ve cüce gezegenlerin kütle limitleri IAU tarafından spesifik olarak belirtilmemiştir. Tanımlanmış bir üst sınır yoktur ve Merkür'den daha büyük ya da daha kütleli, komşularının yörüngelerinin etrafında dönmeyen cisimler cüce gezegen olarak adlandırılır. Alt sınırlar, hidrostatik dengeye ulaşabilmek için gereken koşullar göze alınarak belirlenir, ancak bir cismin bu şekle gelebilmesi için gereken boyut ve kütle o cismin yapısına ve termal geçmişine bağlıdır. 2006 IAU nun orijinal taslak önerisi hidrostatik denge olarak tekrar tanımlanmıştır, kütlesi 5×1020 km ‘ın üstünde ve yarıçapı 800 km'den fazla, ancak bu bilgi son taslağa konulmamıştır.

Deneysel gözlemler önerir ki alt limit cismin yapısı ve termal geçmişe göre değişiklik gösterir. Taşlı asteroidler gibi katı silikatlardan yapılmış bir cismin hidrostatik dengeye ulaşması ortalama 600 km yarıçapta ve 3.4×1020 km kütlede ortaya çıkar. Daha az miktarda sudan oluşan bir cisimde ise, limit 320 km ve 1019 kg kütle ile sınırlıdır.

Methone'nin uzamış şeklinin, Satürn'ün uyguladığı gelgitsel kuvvetler ile kendi kütleçekim kuvvetinin arasındaki dengenin yansıması olduğunu varsayarak, yarıçapı sadece 3 km buzlu olduğu öne sürülür. Asteroid kuşağında, Ceres taş bulundurma limitini açıkça aşan tek cisimdir ve şekli dengeli bir küreseldir. 2 Pallas ve 4 Vesta, ancak, taşlı ve limitin altındadır. Pallas, 525-560 km ve 1.85-2.4×1020 kg da neredeyse yuvarlak bir şekle sahiptir fakat hala bir şekilde düzensizdir. Vesta, 530 km ve 2.6×1020 km de elips bir şekilden sapmadır, kutuplarının büyük etkisinden dolayı.

Buzlu cisimler boyunca, hidrostatik dengede olmak için en küçük düşünce, cüce gezegen konsepti tartışılırken Mimastı, 396 km ve 3.75×1019kg.Güneş Sistemi'nde bilinen en büyük şekilsiz cisim Proteus'dur (neredeyse 396 km yarıçapında ve yaklaşık olarak 4.4×1019kg). Neredeyse ama tam olmayacak şekilde yuvarlak kabul edilir. Mimas gibi cisimler Proteus'a göre daha geniş bir termal geçmişe sahip olabilirler ya da bir çarpışmadan sonra şekilleri kaybolabilir. Hiçbir cisim, alt sınırı hesaplamak için kullanıldığı gibi saf buz değildir, ancak, ve Mike Brown'un önerdiği üzere, buzlu bir cüce gezegen için olan pratik alt sınır 400 km'nin altında bir yerde olmalıdır. Şu anda bu boyutun üzerine çıktığı varsayılan tahminî olarak yaklaşık 100 TNOs vardır. Ancak, Mimasın hidrostatik dengede olmadığı keşfedildi ve geçmişinde kaynaklı elips bir şekli vardır. Satürn'ün onaylanmış, bilinen en küçük ayı hidrostatik dengede olan Rhea'dır. (1.530 km), dengede olmayan en büyük olan İapetus dışında (1.470 km). Bu bulgular, cüce gezegen konseptinde tartışılmadıysa da İapetus, Makemake'den biraz daha (1.415-1.445 km), Haumea'dan büyük ölçüde büyüktür (1.180-1.310 km).

Birçok trans-Neptün cismin (TNOs) çekirdeğinin buzlu olduğu düşünüldü ve bu yüzden belki 400   km yarıçaplı (Dünya'nın yüzde üçü kadar) olması gerekiyordu. Bu cisimlerin yarıçapları hakkında sadece kabaca tahminler olmasına rağmen, yaklaşık 100 bilinen TNOs büyük olasılıkla cüce gezegendir. Bunlardan 30'unu araştıran bir grup eninde sonunda Kuiper Kuşağı'nda 200 tane olduğunun kanıtlanacağına inanıyor ve daha binlercesine.

Ceres – 1 Ocak 1801'de keşfedildi, Neptün'den 45 yıl önce. Yarım asır boyunca gezegen olarak kabul edildikten sonra asteroid olarak sınıflandırıldı. IAU tarafından 19 Eylül 2006'da cüce gezegen olarak kabul edildi.

Plüton – 18 Şubat 1930 tarihinde keşfedildi. 76 yıl boyunca gezegen olarak kabul edildi. IAU tarafından 24 Ağustos 2006'da cüce gezegen olarak tanımlandı.

Eris – 5 Ocak 2005'te keşfedildi. Medya raporlarında onuncu gezegen olarak anıldı. IAU tarafından 13 Eylül 2006'da cüce gezegen olarak kabul edildi.

Hiçbir uzay probu bunları ziyaret etmedi. Fakat NASA'nın uyduları bu konuda başarılı olursa ve görevini başarıyla tamamlarsa 2015'te bu değişti ve Dawn, Ceres'in yörüngesine girdi. New Horizons'da aynı yıl Plüton sisteminin içinden geçmesi planlanıyor. Bu Kuiper Kuşağı cisimlerini kesfetmek için NASA ise New Horizons 2 adında yeni bir görev planlıyor. Eğer bu görev gerçekleşirse tahmini veriler yerine elimizde kayda değer bilgiler olacak.

Ceres'den sonra asteroid kuşağındaki ikinci en kütleli cisim Vesta da cüce gezegen olarak sınıflandırılabilir, çünkü şekli hidrostatik dengeden çıkmaktadır ve bunun en büyük sebebi katılaşmadan sonra meydana gelen kütleli etkilerdir. Cüce gezegenin tanımı bu probleme hitap etmiyor. Dawn probundan gelen veri, 2011-2012'de Vesta'da dolanan, belki bu konuyu açığa kavuşturmaya yardım edebilir.

Kendi kütleçekimleri altında yuvarlak olabilecek kadar kütleli olan o dokuz tane ay biliniyor ve bunlardan yedi tanesi Eris ve Plüton'dan daha kütleli. Fiziksel olarak cüce gezegenlerden ayılmazlar, ancak o sınıfın da üyeleri değillerdir çünkü direkt olarak Güneş yörüngesinde dolanmazlar. Eris'den ve Dünya'nın ayından daha büyük olan yedisi, Jüpiter'in eylemsiz referans çerçevesindeki ayları İo, Europa, Ganymede ve Callisto, Satürn'ün bir uydusu Titan ve Neptün'ün bir uydusu Triton'dur. Satürn'ün diğer altı uydusu; Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea ve İapetus, Uranüs'ün beş uydusu; Miranda, Ariel, Umbriel, Titania ve Oberon ve Plüton'un bir uydusu Charon'dur. Planemo terimi (gezegenimsi kütlede olan ay) cüce gezegenleri ve bu çeşit ayları içine alır tıpkı gezegenler gibi. Alan Stern onları özel bir gezegen kategorisi olarak görürü, uydu gezegenler.

IAU nun taslak tasarısında gezegen tanımı, Plüton ve Charon cüce gezegen olarak görülmelidir der çünkü tüm kütle ve şekil gereksinimlerini karşılarlar. IAU şimdilerde Charonun cüce gezegen olarak görülmemesi gerektiğini, sadece Plüton'un bir uydusu olarak bilinmesi gerektiğini söyler, ileride tüm cüce gezegen gereksinimlerini sağlayacağını göz önünde bulundursak bile.

Ağırlık merkezinin yeri, sadece cisimlerin göreceli kütlelerine göre değil ayrıca aralarındaki uzaklığa da bağlıdır; mesela Güneş ve Jüpiter in ağırlık merkezi, güneşin dışında yer alır.

IAU nun cüce gezegeni tanımlamasından hemen sonra, birçok bilim insanı IAU nun tanımını reddettiğini açıkladı. Kampanyalara araba tamponu ve t-shirt'leri dahil oldu. Mike Brown (Eris'i keşfetti) gezegenlerin sekize indirgenmesi konusunda hemfikir oldu.

NASA, IAU tarafından ortaya konulan yeni yönlendirmeyi takip edeceğini açıkladı. Ancak Alan Stern, NASA'nın Plüton görevinin yöneticisi, yeni IAU tanımını reddetti çünkü hem cüce gezegeni tanımlamadaki kriterler hem de diğer çeşit gezegen olmayan cisimlerin kriterleri aynıydı ve tanımlamada iç karakteristik özelliklerin kullanımındansa yörüngesel karakteristikler kullanılmalıydı. Dahası, 2011'de o hala Plüton'a gezegen olarak hitap ediyordu. IAU tanımından birkaç yıl önce übergezegenler ile cüce gezegenleri ayırmak için yörüngesel karakteristikleri kullanmıştı.