بلوتو

الاكتشاف

في عقد الأربعينيات من القرن التاسع عشر (1840)، استخدم عامل الفلك أوربان لوفيرييه الميكانيكا النيوتونية للتنبؤ بموقع الكوكب نبتون الذي لم يكتشف بعد. بعد تحليل الاضطرابات في مدار أورانوس أدت الملاحظات اللاحقة لنبتون في أواخر القرن التاسع عشر إلى جعل علماء الفلك يتكهنون بأن مدار أورانوس كان مضطربًا بواسطة كوكب آخر بجانب كوكب نبتون.
في عام 1906، بدأ بيرسيفال لويل (وهو من سكان بوسطن الأثرياء الذين أسسوا مرصد لويل في فلاغستاف بولاية أريزونا عام 1894)، بمشروع كبير بحثًا عن كوكب تاسع محتمل، أطلق عليه اسم "الكوكب العاشر". 
بحلول عام 1909، اقترح لويل وويليام بيكرينغ العديد من الإحداثيات السماوية المحتملة لمثل هذا الكوكب. أجرى لويل ومرصده أبحاثا حتى وفاتهِ في عام 1916، ولكن دون جدوى. لم يكن معروفًا لدى لويل، فقد التقطت استطلاعاته صورتين ضعيفتين عن بلوتو في 19 مارس و 7 أبريل 1915، لكن لم يتعرف عليهما كما كان. 
دخلت أرملة بيرسيفال، كونستانس لويل في معركة قانونية لمدة عشر سنوات مع مرصد لويل بشأن تراث زوجها، ولم يستأنف البحث عن الكوكب العاشر حتى عام 1929. أعطى مدير المراصد فيستو ميلفين سليفير، مهمة تحديد موقع الكوكب العاشر لكلايد تومبو (عمره 23 عامًا عندما استلم المهمة)، الذي وصل لتوه إلى المرصد بعد أن تأثرت سليفير بعينة من رسوماته الفلكية. 
كانت مهمة كلايد تومبو هي تصوير السماء الليلية بشكل منهجي في أزواج من الصور الفوتوغرافية، ثم فحص كل زوج وتحديد ما إذا كانت أي كائنات قد غيرت موضعها. باستخدام المقارنة الوامضة، تحول بسرعة بين وجهات النظر لكل من اللوحات لإنشاء المهمة بحركة أي كائنات قد غيرت موضعها أو المظهر بين الصور الفوتوغرافية. 
في 18 فبراير 1930، بعد قرابة عام من البحث، اكتشف تومبو كائنًا متحركًا محتملاً على لوحات فوتوغرافية التقطت في 23 و 29 يناير. ولقد ساعدت صورة أقل جودة التقطت في 21 يناير في تأكيد الحركة. وبعد أن حصل المرصد على مزيد من الصور التأكيدية، ارسل خبر اكتشافه إلى مرصد كلية هارفارد في 13 مارس 1930. يبلغ مقدار سنة بلوتو الواحدة 247.68 سنة ولهذا لم يكمل بلوتو مدارًا كاملًا حول الشمس منذ اكتشافه.

التصنيف

من عام 1992 اكتشف العديد من الأجسام التي تدور في نفس المجال مثل بلوتو، مما يدل على أن بلوتو هو جزء من مجموعة من الكائنات تسمى حزام كويبر. 
جعل هذا وضعه الرسمي ككوكب مثيرًا للجدل، حيث شكك الكثيرون فيما إذا كان ينبغي النظر إلى بلوتو مع بقية الأجسام المحيطة به أم منفصلا عنها. أثار مديرو المتاحف والقبة السماوية أحيانًا جدلاً من خلال حذف بلوتو من النماذج الكوكبية للنظام الشمسي. أعيد فتح القبة السماوية في شهر فبراير عام 2000، وبعد التجديد مع نموذج من ثمانية كواكب فقط، والذي تصدر عناوين الصحف عام 2001. 
نظرًا لاكتشاف كائنات متزايدة بشكل أكبر من بلوتو في المنطقة، قيل إنه ينبغي إعادة تصنيف بلوتو كأحد كائنات حزام كويبر، تمامًا كما فقدت سيريس وبالاس وجونو وفستا مكانتها على كوكب الأرض بعد اكتشاف العديد من الكويكبات الأخرى.
في 29 يوليو 2005، أعلن علماء الفلك في معهد كاليفورنيا للتقنية عن اكتشاف جرم وراء نبتوني، وهو إريس، الذي كان أكبر بكثير من بلوتو وأكبر جسما منهُ واكتُشف في النظام الشمسي منذ ترايتون في عام 1846.
أطلق عليهِ مكتشفوه والصحافة في البداية اسم الكوكب العاشر، على الرغم من عدم وجود إجماع رسمي في ذلك الوقت على ما إذا كان يطلق عليهِ كوكب. واعتبر آخرون في المجتمع الفلكي بأن هذا الاكتشاف أقوى حجة لإعادة تصنيف بلوتو ككوكب ثانوي.

لمحات من تاريخ بلوتو

بلوتو ذلك الكوكب غير المعروف النشأة والذي تختلف طبيعته عن بقية كواكب مجموعتنا الشمسية، فبعد اكتشافه مباشرة توقع العلماء أنه سيتفتت في غضون عشر سنوات على الأكثر، إلا أنهم فوجئوا بهِ يزداد كثافة وقوة مما جعلهم يعيدون حساباتهم أكثر من مرة.
وكان بلوتو في البدء الكوكب الثامن في ترتيب بعدهِ عن الشمس، إلى أن تقاطع مداره مع مدار كوكب نبتون ومن ثم تخطاه ليصبح ترتيبه التاسع ويتوقع العلماء أنه سيظل كذلك لمدة 228 عاما على الأقل منذ تخطيه لمدار نبتون في عقد التسعينات من القرن الماضي.

المدار

تبلغ فترة بلوتو المدارية حوالي 248 عام. وتختلف خصائصه المدارية اختلافًا كبيرًا عن خصائص الكواكب التي تتبع مدارات شبه دائرية حول الشمس. في المقابل يميل مدار بلوتو بشكل معتدل بالنسبة إلى الكسوف (أكثر من 17 درجة) ويكون غريب الأطوار إلى حد ما (بيضاوي الشكل).
هذه الغرابة تعني أن منطقة صغيرة من مدار بلوتو تقع أقرب إلى الشمس من كوكب نبتون. وصل مركز بلوتو-شارون إلى الحضيض في 5 سبتمبر 1989، وكان أقرب إلى الشمس من نبتون بين 7 فبراير 1979 و 11 فبراير 1999. 
على المدى الطويل يدور بلوتو في فوضى. يمكن استخدام المحاكاة الحاسوبية للتنبؤ بمكانهِ لعدة ملايين من السنين، ولكن بعد فواصل زمنية أطول من فترة ليابونوف التي تتراوح من 10 إلى 20 مليون سنة، تصبح الحسابات متضاربة: بحيث لا يمكن قياس نظامه الشمسي، هنالك عوامل يصعب التنبؤ بها ستغير تدريجياً موقف بلوتو مع مداره. 
يتراوح المحور شبه الرئيسي لمدار بلوتو بين حوالي 39.3 و 39.6 وحدة فلكية مع فترة 19951 سنة تقابل فترة مدارية تتراوح بين 246 و 249 سنة. المحور شبه الرئيسي والفترة بإزدياد في الوقت الحالي.

العلاقة مع نبتون

على الرغم من أن مدار بلوتو يبدو كأنه يعبر نبتون عند مشاهدتهِ من الأعلى مباشرة، فإن مدار الكوكبين محاذٍ لبعضهما بحيث لا يمكن أن تصطدم أو حتى تقترب من بعض.
لا يتقاطع المداران عندما يكون بلوتو الأقرب إلى الشمس، وبالتالي هو الأقرب إلى مدار نبتون كما نراها من الأعلى. فيمر مدار بلوتو حوالي 8 وحدة فلكية فوق سطح كوكب نبتون مما يمنع الاصطدام. 
إن هذا وحده لا يكفي لحماية بلوتو. فيمكن أن تؤدي الاضطرابات الناتجة عن الكواكب (خاصة نبتون) إلى تغيير مدار بلوتو (مثل الميل المداري) على مدى ملايين السنين حتى يمكن حدوث تصادم. ومع ذلك فإن بلوتو محمي أيضًا برنينه المداري 2: 3 مع نبتون بالنسبة لكل مدارين يصنعهما بلوتو حول الشمس يصنع نبتون ثلاثة وتستمر كل دورة حوالي 495 سنة. هذا النمط مدته 495 عام عندما يكون بلوتو أول مرة بالقرب من الحضيض، يكون نبتون أكثر من 50 درجة خلف بلوتو. من خلال الحضيض الثاني لبلوتو، سيكون نبتون قد أكمل واحد ونصف من مداره، وسيكون ذلك متقدمًا بنحو 130 درجة على بلوتو. 
الحد الأدنى لفصل بلوتو ونبتون هو أكثر من 17 وحدة فلكية، وهو أكبر من الحد الأدنى لفصل بلوتو عن أورانوس، 11 وحدة فلكية الحد الأدنى للفصل بين بلوتو ونبتون يحدث في الواقع بالقرب من زمن بلوتو. 
الرنين 2: 3 بين الكوكبين مستقر للغاية واحتفظ بهِ على مدى ملايين السنين. هذا يمنع مدارهما من التغير بالنسبة لبعضهم البعض وبالتالي لا يمكن أبدا أن يمران بالقرب من بعضهما البعض. حتى لو لم يكن مدار بلوتو يميل، فلا يمكن أن يصطدما أبدًا. الاستقرار على المدى الطويل من رنين الحركة المتوسطة يرجع إلى حماية المرحلة. إذا كانت فترة بلوتو أقصر قليلاً من 3/2 من نبتون، فإن مداره بالنسبة إلى نبتون سوف ينجرف، مما يجعله يقترب أكثر من مدار نبتون. تؤدي الجاذبية القوية بين الاثنين إلى نقل الزخم الزاوي إلى بلوتو، على حساب نبتون. هذا ينقل بلوتو إلى مدار أكبر قليلاً  بحيث يسير ببطئ أكبر وفقًا لقوانين كيبلر للحركة الكوكبية. بعد العديد من هذه التكرارات يتباطأ بلوتو بشكل كافٍ وسرعان ما يسرع كوكب نبتون بما فيه الكفاية، أن مدار بلوتو بالنسبة إلى نبتون ينجرف في الاتجاه المعاكس حتى تعكس العملية. العملية كلها تستغرق حوالي 20،000 سنة لأكتمالها.

عوامل اخرى

أظهرت الدراسات العددية أنه على مدى ملايين السنين، لا تتغير الطبيعة العامة للمحاذاة بين مدارات بلوتو ونبتون. فهناك العديد من الرنين والتفاعلات الأخرى التي تعزز استقرار بلوتو. تنشأ هذه بشكل أساسي من آليتين إضافيتين (إلى جانب رنين متوسط الحركة 2: 3).
أولاً:  حجة بلوتو حول الحضيض والزاوية بين النقطة التي يعبر فيها المسار الشمسي والنقطة التي يكون فيها الأقرب إلى الشمس، تحترق عند حوالي 90 درجة. هذا يعني أنه عندما يكون بلوتو الأقرب إلى الشمس، يكون في أقصى مسافة أعلى مستوى المجموعة الشمسية ويمنع مواجهات نبتون. هذا هو نتيجة لآلية كوزاي، التي تربط غرابة المدار بميله إلى جسم أكبر مضطرب في حالة نبتون. بالنسبة إلى نبتون، تبلغ سعة الإزاحة 38 درجة، وبالتالي يكون الفصل الزاوي حول محيط بلوتو إلى مدار نبتون دائمًا أكبر من 52 درجة (90 درجة - 38 درجة). يحدث أقرب فصل زاوي كل 10،000 عام. 
ثانياً: إن خطوط الطول للكوكبين والمقصود النقاط التي يعبران فيها الكسوف الشمسي هي في صدى شبه قريب من الاهتزاز أعلاه. عندما يكون خطي الطول متماثلين يقع محيط بلوتو عند 90 درجة تمامًا، ومن ثم يصبح أقرب إلى الشمس عندما يكون أعلى من مدار نبتون. هذا هو المعروف باسم 1: 1 صدى عظمى. تلعب جميع الكواكب العملاقة ولا سيما كوكب المشتري دورًا في ابتكار الرحلة.

شبيه القمر

في عام 2012 افترض أن (أوران 15810) يمكن أن يكون شبه قمر من بلوتو وهو نوع معين من التكوين المداري المشترك. ووفقًا للفرضية سيكون الجسم عبارة عن شبه قمر لبلوتو لحوالي 350،000 عام من كل فترة مليوني عام. أتاحت القياسات التي أجرتها المركبة الفضائية نيوهورايزنز في عام 2015 حساب مدار أوران 15810 بدقة أكبر. 
تؤكد هذه الحسابات الديناميتية الكلية الموصوفة في الفرضية. ومع ذلك لم يتفق علماء الفلك حول ما إذا كان ينبغي تصنيف أوران 15810 على أنه قمر من بلوتو بناءً على هذه الحركة لأن مداره يتحكم بهِ كوكب نبتون بشكل أساسي مع اضطرابات أصغر بسبب بلوتو.

الدوران

يدور بلوتو حول الشمس مدار بيضاوي شاذ غير ثابت ويبتعد كثيراً عن دائرة مسير الشمس، فسبب دوران الكواكب حول الشمس عكس عقارب الساعة ناتج عن دوران الشمس حول نفسها، وبالتالي تجذب معها بقية الكواكب في نفس اتجاه دورانها بواسطة الجاذبية التي فيها.
فترة دوران بلوتو حول نفسهِ ليكون يومه يساوي 6.39 من يوم الأرض. مثل أورانوس، يدور بلوتو على "جانبه" في مرحلته المدارية، بميل محوري يبلغ 120 درجة، وبالتالي يكون التغير الموسمي شديدًا عند التغييرات، يكون ربع سطحه في وضح النهار، في حين أن الربع الآخر في ظلام مستمر. وقد نوقش سبب هذا التوجه غير العادي. 
أشارت الأبحاث التي أجرتها جامعة أريزونا إلى أن ذلك ربما يرجع إلى الطريقة التي يتم بها ضبط دوران الجسم دائمًا لتقليل الطاقة. قد يعني هذا إعادة توجيه الجسم لوضع كتلة دخيلة بالقرب من خط الاستواء وتميل المناطق التي تفتقر إلى الكتلة نحو القطبين. وهذا ما يسمى التجول القطبي. 
وفقا لبحث نشرته جامعة أريزونا فقد يكون السبب في ذلك كتلة من النيتروجين المتجمد في مناطق مظللة من الكوكب القزم. من شأن هذه الكتل أن تتسبب في إعادة توجيه الجسم، مما يؤدي إلى إمالة محورية غير عادية تبلغ 120 درجة. ويرجع تراكم النيتروجين إلى مسافة بلوتو الواسعة من الشمس. عند خط الاستواء يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى 240 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت، 33.1 كلفن)، مما يتسبب في تجميد النيتروجين حيث يتجمد الماء على الأرض. يمكن ملاحظة التأثير نفسه الذي شوهد على بلوتو لو فرضناه على الأرض إذا كانت الطبقة الجليدية في أنتاركتيكا أكبر بعدة مرات.

المظهر الخارجي

تتكون السهول على سطح بلوتو من جليد النيتروجين بنسبة تزيد عن 98%، مع آثار الميثان وأول أكسيد الكربون. بينما يوجد النيتروجين وأول أكسيد الكربون أكثر وفرة على الوجه المضاد لشارون من بلوتو (حوالي 180 درجة خط الطول، حيث يقع الفص الغربي من تومبو ريغيو وحوض سبوتنك)، في حين أن الميثان يكون أكثر وفرة بالقرب من 300 درجة شرقًا. 
الجبال في بلوتو مكونة من جليد الماء، وسطح بلوتو متنوع للغاية مع وجود اختلافات كبيرة في كل من السطوع واللون. إن بلوتو هو واحد من أكثر الأجسام تباينًا في النظام الشمسي مع تباين كبير مثل قمر زحل إيابيتوس. يختلف لونه من لون الفحم الأسود إلى اللون البرتقالي الداكن والأبيض. ويشبه لون بلوتو لون إيابيتوس مع لون برتقالي أكثر قليلاً ولون أحمر أقل بكثير من المريخ. تشمل المعالم الجغرافية البارزة تومبو ريغيو (منطقة مشرقة كبيرة على الجانب المقابل لشارون)، منطقة "الحوت" (منطقة مظلمة كبيرة في نصف الكرة الخلفي)، والمفاصل "النحاس" (سلسلة من المناطق المظلمة الاستوائية في نصف الكرة الرئيسي).
حوض سبوتنك يمثل الجزء الغربي الذي هو عبارة عن حوض بعرض 1000 كم من جليد النيتروجين وأول أكسيد الكربون، وينقسم إلى خلايا متعددة الأضلاع، تفسر على أنها خلايا حرارية تحمل كتل عائمة من قشرة جليد الماء. وهناك علامات واضحة على التدفقات الجليدية داخل وخارج الحوض. لا يوجد بهِ حفر مرئية لآفاق جديدة، مما يشير إلى أن سطحه أقل من 10 مليون سنة. أظهرت أحدث الدراسات أن السطح يبلغ من العمر 180000+90000
−40000 سنة. ولخص فريق العلوم في مركبة نيو هورايزونز النتائج الأولية على أنها "تعرض بلوتو لمجموعة واسعة بشكل مدهش من الأشكال الجيولوجية، بما في ذلك تلك الناتجة عن التفاعلات الجليدية والتفاعلية بين الغلاف الجوي والسطحي وكذلك التأثيرات التكتونية والعمليات البكتيرية الجليدية.
في الأجزاء الغربية من حوض سبوتنك توجد حقول كثبان عرضية تتشكل من رياح تهب من مركز حوض سبوتنك في اتجاه الجبال المحيطة. يتراوح طول موجات الكثبان الرملية بين 0.4 و 1 كم، ومن المحتمل أن تتكون من جزيئات الميثان من 200 إلى 300 ميكرومتر.

الهيكل الداخلي

كثافة بلوتو هي 1.860±0.013 سـم³/غ. نظرًا لأن تسوس العناصر المشعة سيؤدي في النهاية إلى تسخين الجسيمات بما يكفي للانفصال عن الصخور، ويتوقع العلماء أن يكون هيكل بلوتو الداخلي متباينًا، حيث استقرت المواد الصخرية في لب كثيف محاط بغطاء من جليد الماء. ويُفترض أن قطر النواة يبلغ حوالي 1700 كم، 70٪ من قطر بلوتو. ومن المحتمل أن يستمر هذا التسخين حتى اليوم مما يخلق محيطًا سميكًا من المياه السائلة يتراوح سمكها بين 100 و 180 كم عند الحدود المركزية.
في شهر سبتمبر 2016 حاكى العلماء في جامعة براون التأثير الذي يعتقد أنه شكل حوض سبوتنك، وأظهروا أنه ربما كان نتيجة لارتفاع منسوب المياه السائلة من الأسفل بعد الاصطدام، مما يعني وجود محيط تحت سطح أرضهِ على عمق 100 كيلومتر على الأقل. وبلوتو لا يوجد لديه مجال مغناطيسي.

الغلاف الجوي

يتمتع بلوتو بغلاف جوي ضعيف يتكون من غازات النيتروجين، والميثان، وأول أكسيد الكربون، والتي تتوازن مع جليدها على سطح بلوتو. وفقًا لقياسات نيو هورايزونز، يبلغ ضغط السطح حوالي 1 باسكال (10 بار)، ما يقرب من مليون إلى 100000 مرة أقل من الضغط الجوي للأرض. كان يعتقد في البداية أنه مع تحرك بلوتو بعيدًا عن الشمس، يجب أن يتجمد الغلاف الجوي تدريجياً على السطح.
تشير الدراسات التي أجريت على بيانات نيو هورايزونز والتجاهل الأرضي إلى أن كثافة بلوتو في الغلاف الجوي تزداد، وأنه من المرجح أن تظل غازية في مدار بلوتو. أظهرت ملاحظات نيو هورايزونز أن هروب غاز النيتروجين في الغلاف الجوي سيكون أقل بعشرة آلاف مرة من المتوقع.
أكد آلان ستيرن أنه حتى الزيادة البسيطة في درجة حرارة سطح بلوتو يمكن أن تؤدي إلى زيادات كبيرة في الكثافة الجوية لبلوتو. من 18 باسكال إلى ما يصل إلى 280 باسكال (ثلاثة أضعاف مساحة المريخ إلى ربع مساحة الأرض). في مثل هذه الكثافة، يمكن أن يتدفق النيتروجين عبر السطح كسائل. تمامًا مثل العرق يبرد الجسم أثناء تبخره من الجلد، فإن تسامي جو بلوتو يبرد سطحه. 
عثر على وجود غازات في الغلاف الجوي يصل ارتفاعها إلى 1670 كم والجو ليس لهُ حدود حادة علوية. إن وجود غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، في جو بلوتو يخلق انقلابًا في درجة الحرارة، حيث يكون متوسط درجة حرارة الغلاف الجوي لعشرات الدرجات أكثر دفئًا من سطحه، على الرغم من أن ملاحظات نيو هورايزونز كشفت أن الغلاف الجوي العلوي لبلوتو هو أكثر برودة وأكثر من المتوقع (70 كلفن، مقابل حوالي 100 كلفن). ينقسم جو بلوتو إلى حوالي 20 طبقة ضباب متباعدة بانتظام يصل ارتفاعها إلى 150 كم، ويُعتقد أنها بسبب موجات الضغط الناتجة عن تدفق الهواء عبر جبال بلوتو.

الملاحظة والاستكشاف

تجعل مسافة بلوتو من الأرض من الصعب إجراء دراسة واستكشاف متعمق له. في 14 يوليو 2015، طار المسبار الفضائي نيو هورايزونز التابع لناسا عبر نظام بلوتو، مما وفر الكثير من المعلومات عنه.

الملاحظة

متوسط حجم الظهور البصري لبلوتو 15.1، اشراقا إلى 13.65 في الحضيض. لرؤيته مطلوب تلسكوب. حوالي 30 سم (12 بوصة) فتحة مرغوبة. يبدو مثل النجوم وبدون قرص مرئي حتى في التلسكوبات الكبيرة، لأن قطره الزاوي هو 0.11 فقط.
كانت خرائط بلوتو الأقدم، التي صنعت في أواخر الثمانينات من القرن الماضي خرائط سطوع تم إنشائها من ملاحظات قريبة من الكسوف من قبل أكبر اقماره شارون. تم إجراء ملاحظات حول التغير في إجمالي سطوع نظام بلوتو وشارون أثناء الكسوف. على سبيل المثال يؤدي تجاوز نقطة مضيئة على بلوتو إلى تغيير سطوع كلي أكبر من كسر بقعة مظلمة. يمكن استخدام معالجة الكمبيوتر للعديد من هذه الملاحظات لإنشاء خريطة سطوع. يمكن لهذه الطريقة أيضًا تتبع التغيرات في السطوع بمرور الوقت. 
تم إنتاج خرائط أفضل من الصور التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي، والتي قدمت دقة أعلى، وأظهرت تفاصيل أكثر بكثير، حل الاختلافات عدة مئات من الكيلومترات بما في ذلك المناطق القطبية والبقع الساطعة الكبيرة.  تم إنتاج هذه الخرائط من خلال معالجة كمبيوتر معقدة، حيث تجد أفضل الخرائط المسقطة لعدد قليل من وحدات البكسل في صور تلسكوب هابل. ظلت هذه هي خرائط بلوتو الأكثر تفصيلا حتى مركبة نيو هورايزونز في يوليو 2015، لأن كاميرتين على تلسكوب هابل الفضائي المستخدمة لهذه الخرائط لم تعد في الخدمة.

مصادر خارجية

1. مطالبات بتغيير مسمى كوكب بلوتو
2. الواشنطن تايمز تنشر خبراً بتغيير مسمى كوكب بلوتو