Pluuto

Avastamine

1840. aastatel kasutas Urbain Le Verrier klassikalist mehaanikat, et ennustada Neptuuni taga asuva tundmatu planeedi asukohta, analüüsides Uraani orbiidi häiritusi. Edasised 19. sajandi lõpul toimunud vaatlused viisid astronoomid järelduseni, et Uraani orbiiti häirib peale Neptuuni ka teine planeet.
1906. alustas rikas Bostoni ärimees Percival Lowell ja astronoom William Henry Pickering, Arizonas Flagstaffis asuvas Lowelli observatooriumis põhjalikke otsinguid, leidmaks võimalikku üheksandat planeeti. Lowell ja tema observatoorium otsisid planeeti edutult kuni 1916. aastani, mil Lowell suri. Lowell pärandas üle miljoni dollari tema asutatud ja tema nime kandvale observatooriumile Flagstaffis Arizona osariigis planeet X-i, nagu Lowell seda nimetas, otsimiseks. Hiljem selgus, et ta observatoorium oli Pluutot pildistanud juba 1915. aastal, kuid kuna see oli piltidel väga väikese heledusega, siis seetõttu seda ei märgatud. Teadaolevalt pildistati Pluutot enne ametlikku avastamist 14 korda ning vanim pilt pärineb aastast 1909.
Kuna Lowelli lesk vaidlustas päranduse ning kohtuskäimine võttis üle kümne aasta aega, sai observatoorium otsinguid jätkata alles 1929. aastal. Observatooriumi direktor Vesto Melvin Slipher andis ülesande leida tundmatu planeet erihariduseta amatöörastronoom Clyde Tombaugh'le, kes oli hiljuti observatooriumisse tööle palgatud. Tombaugh' ülesandeks oli tähistaevast süstemaatiliselt paarisfotodena pildistada ning seejärel uurida igat paari, et teha kindlaks, kas mõni objekt on vahepeal liikunud. 18. veebruaril 1930, pärast aasta kestnud otsinguid, avastas Tombaugh rutiinsel fotode võrdlemisel, et sama aasta 23. ja 29. jaanuaril tehtud fotodel oli üks objekt vahepeal liikunud. Pärast täiendavate vaatluste tegemist, teavitas observatoorium 13. märtsil 1930 avastusest Harvardi observatooriumi.
Uus planeet asus küllaltki lähedal Lowelli ja Pickeringi ennustatud kohale. Tombaugh sai oma avastuse eest lisaks Kuningliku Astronoomiaseltsi medalile ja 25-naelasele preemiale ka stipendiumi koduosariigi Kansase Ülikoolilt astronoomiahariduse omandamiseks.

Nimi

Kääbusplaneedi Pluuto avastamine oli ajakirjanduses väga populaarne teema. Lowelli observatoorium, kellel oli õigus uuele objektile nimi anda, sai üle tuhande soovituse üle terve maailma alates Atlasest kuni Zymalini. Tombaugh käis Slipherile peale, et too pakuks välja uue kääbusplaneedi nime enne, kui keegi teine jõuab seda teha. Constance Lowell pakkus nimeks Zeus, siis Percival ja lõpuks Constance, kuid need variandid jäeti kõrvale.
Pluuto sai nime allmaailma jumala järgi, mille pakkus välja 11-aastane mütoloogiahuviline Venetia Burney, kes oli Oxfordi kooli õpilane. Oma nimevariandist rääkis Burney oma vanaisale Falconer Madanile, kes oli Oxfordi Ülikooli raamatukoguhoidja. Madan edastas idee astronoomiaprofessor Herbet Hall Turnerile, kes omakorda saatis telegraafiga sõnumi edasi oma kolleegidele Ameerika Ühendriikidesse.
Iga Lowelli observatooriumi liige sai hääletada kolme nimevariandi vahel: "Minerva" (mis oli juba ka ühe asteroidi nimi), "Cronus" (mille maine oli halvenenud, kuna selle pakkus välja ebapopulaarne astronoom Thomas Jefferson Jackson See) ja "Pluto". "Pluto" sai enda kasuks kõik hääled ning nimi avalikustati 1. mail 1930. Nime lõplikku valikut soodustas ka asjaolu, et "Pluto" kaks esimest tähte on Percival Lowelli initsiaalid. Pärast avalikustamist andis Madan Venetiale tasuks 5 Briti naela (2014. aasta vääringus 300 Briti naela või 450 USA dollarit). Pluuto astronoomiline sümbol (Unicode U+2647, ♇) loodi monogrammina tähtedest "PL". Pluuto sümbol sarnaneb Neptuuni omaga, kuid sellel on keskel kera kolmhargi asemel.
Nimi võeti varsti kasutusele ka muudes valdkondades. 1930. aastal oli Walt Disney ilmselt Pluuto avastamisest inspireeritud, kui ta tutvustas Miki Hiire koera välimusega kaaslast nimega Pluto, kuigi Disney animaator Ben Sharpsteen ei osanud öelda, miks just see nimi oli pandud. 1941. aastal nimetas Glenn T. Seaborg vastloodud elemendi plutooniumi Pluuto järgi, järgides traditsiooni nimetada uusi elemente viimati avastatud planeetide järgi, samamoodi nagu nimetati uraan Uraani järgi ja neptuunium Neptuuni järgi.
Mõnedes keeltes nimetatakse Pluutot teisiti. Näiteks jaapani keeles soovitas Houei Nojiri tõlget Meiōsei (冥王星, "Allmaailma jumal"), ja see laenati omakorda hiina, korea ja vietnami keelde. Mõned india keeled kasutavad nime Pluto, kuid teised, nagu näiteks hindi keel, kasutab nime "Yama", mis on hindu ja budistliku mütoloogia surmajumal. Polüneesia keeltes kaldutakse kasutama kohalikku allmaailma jumalat Whirot maoori mütoloogiast.

Planeet X hüpoteesi ümberlükkamine

Pärast Pluuto leidmist hakati kahtlema, et kas see on Lowelli otsitud planeet X ning planeedi oletatava massi arvestused vähenesid kogu ülejäänud 20. sajandi jooksul. Pluuto esialgne mass arvutati välja, kasutades andmeid oletatava mõju kohta Uraanile ja Neptuunile. 1931. aastal määrati Pluuto oletatavaks massiks umbes üks Maa mass. 1948. aastal tehtud arvutused näitasid, et Pluuto mass on samaväärne Marsi massiga. 1976. aastal arvutasid Hawaii Ülikooli teadurid Dale Cruikshank, Carl Pilcher ja David Morrison välja Pluuto albeedo ning avastasid, et see klapib jäätunud metaani albeedoga, mis näitas, et Pluuto mass ei saa olla rohkem kui 1% Maa massist.
1978. aastal avastatud Charon võimaldas esimest korda arvutada Pluuto massi ning tulemuseks saadi vähem kui 0,2% Maa massist. See tähendas, et Pluuto oli Uraani orbiidi mõjutamiseks liiga väike ja edasised planeet X-i otsingud ebaõnnestusid. 1989. aastal mõõdus Voyager 2 Neptuunist ja möödalennul kogutud andmed näitasid, et planeedi mass on arvatust 0,5% ehk planeet Marsi massi jagu väiksem. 1992. aastal kasutas Myles Standish Voyager 2 andmeid, et arvutada välja Neptuuni mõju Uraani orbiidile, ning avastas, et häiringud tegelikult puuduvad ja koos selle avastusega kadus ka vajadus planeet X-i jaoks. Tänapäeval on astronoomid seisukohal, et Lowelli kirjeldatud planeet X-i pole tegelikult olemas ning Pluuto avastamine oli tõenäoliselt juhus.

Klassifikatsioon

1992. aastast alates on avastatud palju taevakehasid, mis tiirlevad samal orbiidil nagu Pluuto, mis näitab, et Pluuto on osa Kuiperi vööst. See tekitas vastuolu Pluuto planeedi staatuses ja tekkis küsimus, et kas Pluutot peaks arvesse võtma koos või eraldi teistest teda ümbritsevatest kehadest. Muuseumi ja planetaariumi direktorid tekitasid juhuslikult vaidluse, jättes Pluuto välja Päikesesüsteemi planetaarsetest mudelitest. 2000. aasta veebruaris avas taas uksed Haydeni planetaarium, mis esitles ainult 8 planeedi mudelit.
Aina enam hakati avastama Pluuto-suuruseid objekte, mis viis vaidluseni, et Pluuto peaks ümber klassifitseerima, nii nagu läks Cerese, Pallase, Juno ja Vestaga, mis viimaks kaotasid oma planeedistaatuse pärast paljude asteroidide avastamist. 2005. aasta 29. juulil andsid Caltechi astronoomid teada uuest avastusest – Neptuuni-tagusest objektist Erisest, mis oli oluliselt massiivsem objekt kui Pluuto ja kõige suurem objekt, mis on avastatud Päikesesüsteemis alates Tritonist 1846. aastal. Selle avastajad ja ajakirjandus kutsusid seda algselt kümnendaks planeediks, kuigi polnud veel ametlikku kokkulepet, et seda üldse planeediks nimetada. Teised astronoomide kogukonnast hindasid, et see avastus on kõige tugevam argument Pluuto ümber klassifitseerimiseks asteroidina.
Vaidlus lõppes 2006. aastal, kui Rahvusvaheline Astronoomiaunioon (IAU) defineeris esmakordselt planeedi definitsiooni. Pluuto täitis kaks tingimust kolmest, kuid ühe tingimuse mitte-täitmine tähendas, et IAU definitsiooni kohaselt on tegemist kääbusplaneediga ja Pluutolt võeti planeedi staatus. Hiljem on vahel taas tõstatatud küsimus Pluuto klassifikatsiooni kohta, kuid IAU pole oma varasemat otsust üle vaadanud.

Orbiit

Pluuto orbitaalperiood on 248 aastat ja Pluuto orbiidi omadused on võrreldes teiste planeetidega märgatavalt erinevad. Tavaliselt on planeetide orbiidid peaaegu ringikujulised ning nende orbiittasandid on Päikese telje suhtes peaaegu risti (ehk orbiittasand ei ole põhimõtteliselt kallutatud). Kääbusplaneedi orbiit on aga väga ekstsentriline (ellipsikujuline) ja Päikese suhtes ligi 17-kraadise nurga all.
Pluuto keskmine kaugus Päikesest on 5,9 miljardit kilomeetrit (39,5 aü). Periheelis on see 29,7 aü ja afeelis on kaugus Päikesest aga 49,3 aü. Orbiidi kuju ja ekstsentrilisuse tõttu tuleb Pluuto perioodiliselt umbes 20 aastaks Päikesele lähemale kui on Neptuun. Pluuto oli viimati periheelis 5. septembril 1989 ja Pluuto oli Päikesele lähemal kui Neptuun, 7. veebruarist 1979 kuni 11. veebruarini 1999.
Pluuto orbiit on pikemas perspektiivis kaootiline. Kääbusplaneedi orbiiti on võimalik arvutuste ja arvutisimulatsioonidega ette ennustada paar miljonit aastat (seda nii tulevikus kui ka paari miljoni aasta tagusest ajast), kuid sellest kaugemale minevad arvutused, mis ületavad Lyapunovi aega (u 10–20 miljonit aastat) muutuvad väga ebatäpseteks. Pluuto orbiit on väikestele Päikesesüsteemi mõjutustele väga tundlik, mistõttu ettearvamatud tegurid muudavad planeedi teekonda märgatavalt.

Pluuto ja Neptuun

Kuigi vaatlejale võib tunduda, et Pluuto võib Neptuuni orbiiti ületades teise planeediga kokku põrgata, on kahe taevakeha orbiidid sellised, et nad ei saa kokku põrgata ega isegi üksteisele ohtlikult läheneda. Neptuuni ja Pluuto orbiidid ei ristu kunagi ja Pluuto orbiit möödub Neptuuni omast minimaalselt 8 aü kauguselt.
Orbiitide erinevus pole piisav, et kaitsta Pluutot Neptuuni eest, sest teised planeedid (eriti Neptuun) võivad Pluuto orbiiti ikkagi mõjutada ning muuta kokkupõrke võimalikuks. Pluutot kaitseb lisaks orbiitide erinevusele ka 2:3 orbitaalresonants Neptuuniga, mis tähendab, et iga Pluuto kahe tiiru kohta teeb Neptuun kolm tiiru ümber Päikese ja iga tsükkel kestab umbes 500 aastat. Tsükkel toimib selliselt, et kui Pluuto on esimest korda periheeli minemas, on Neptuun planeedist üle 50° tagapool ja teise Pluuto periheeli ajaks on Neptuun liikunud üle 50° Pluutost ettepoole. Pluuto ja Neptuuni vahe on alati vähemalt 17 aü-d, mis on suurem kui Uraani ja Neptuuni vaheline minimaalne kaugus (11 aü-d) ja see välistab kokkupõrke.
Pluuto ja Neptuuni vaheline 2:3 resonants on väga stabiilne ja püsib miljoneid aastaid. See takistab nende orbiitide muutumist ja isegi siis, kui Pluuto orbiit poleks ekstsentriline, ei saaks need kunagi kokku põrgata.

Pöörlemine

Pluuto teeb tiiru ümber oma telje 6,39 päevaga ning see pöörleb orbiidil külili. Pluuto pöörlemistelg on 120° nurga all ning seetõttu on Pluuto aastaaegade kõikumine äärmuslik. Pööripäevadel on neljandik Pluutost pidevalt valgustatud ning neljandik on pidevalt pimeduses. Pluuto ebatavalise pöörlemise põhjused pole teada. Arizona Ülikooli teadlased arvavad, et Pluuto pimedatel aladel on palju lämmastikku, mis on tekitanud olukorra, kus kääbusplaneedi mass on ekvaatoril pooluste omast suurem ning see ongi Pluuto külili keeranud. Pluutol on palju lämmastikku, sest kääbusplaneet asub Päikesest väga kaugel ning ekvaatoril on temperatuur kuni −240 °C, mis põhjustab lämmastiku jäätumise.

Pealispind

Pluuto tasandikud koosnevad rohkem kui 98% ulatuses lämmastikujääst, millele lisanduvad vähesel määral metaan ja süsinikmonooksiidist. Metaani ja süsinikmonooksiidi leidub kõige rohkem Tombaugh' regioonis ja Sputniku tasandikul. Mäestikud koosnevad jäätunud veest. Pluuto pealispind on varieeruv ja selle eredus ja värv on piirkonniti väga erinev, olles Päikesesüsteemi üks kontrastsemaid taevakehi. Kääbusplaneedi värv varieerub süsimustast kuni valge ja tumeoranžini. Pluuto värv sarnaneb veidi Io omaga, olles veidi rohkem oranž, kuid see on võrreldes Marsiga tunduvalt vähem punane.
Märkimisväärsed Pluuto piirkonnad on Tombaugh regioon, Cthulhu regioon ja Sputniku tasandik. Sputniku tasandik on 1000 km lai ladestusala, mis koosneb jäätunud lämmastikust ja süsinikmonooksiidist, mis on jaotunud hulknurkadeks. Neid hulknurki peetakse konvektsioonikarpideks, mis kannavad edasi jäätunud veest koosnevat pinnast. Tasandikul pole kraatreid ning seetõttu arvatakse, et see on vähem kui 10 miljonit aastat vana.
New Horizonsi meeskonna teadlased ütlesid hiljem, et Pluutol leidub väga palju erinevaid pinnavorme, mis on tõenäoliselt tekkinud glatsioloogiliste, vulkaaniliste ja tektooniliste protsesside tulemusena. Lisaks leidus Pluutol ka palju kraatreid.

Siseehitus

Pluuto tihedus on 1,860±0,013 g/cm³. Teadlaste arvates on kääbusplaneedi sisestruktuur diferentseeruv ja tõenäoliselt on Pluutol tihe ja kivine tuum, mis on ümbritsetud ookeaniga. Tuuma diameeter on arvatavalt umbes 1700 km, mis moodustab 70% Pluuto diameetrist ja ilmselt on Pluuto tuuma ümber on vähemalt 100–180 kilomeetri paksune ookean. Septembris 2016 uurisid Browni Ülikooli teadlased simulatsioone kasutades Sputniku tasandiku tekkimist ning leidsid viiteid sellele, et Pluuta pealispinna all peab olema vähemalt 100 km sügavune ookean. Pluutol puudub magnetväli.

Mass ja mõõtmed

Pluuto diameeter on 2379,8±0,4 km ja selle mass on (1,303±0,003)×10²² kg, mis moodustab 17,7% Kuu massist ja 0,22% Maa massist. Kääbusplaneedi pindala on 1,779×10⁷ km², mis on peaaegu võrdne Venemaa Föderatsiooni pindalaga. Pluuto pinnal on gravitatsioonikiirendus 0,063 g (Maal on 1 g).
Pluuto kaaslase, Charoni, avastamine võimaldas astronoomidel määrata täpsemalt kindlaks Pluuto-Charoni süsteemi massi, kasutades Kepleri kolmandat seadust. Lisaks oli nüüd Pluuto vaatlemisega võimalik määrata täpsemalt kindlaks Pluuto diameeter ja kuju.
Kuna Pluuto moodustab vähem kui 20% Kuu massist, on see Päikesesüsteemi planeetidest tunduvalt vähem massiivne ja see on väiksem ka seitsmest kuust: Ganymedesest, Callistost, Iost, Kuust, Europast ja Tritonist. Pluuto massi peeti enne Charoni avastamist palju suuremaks.
Pluuto on kääbusplaneet Cerese diameetrist kaks korda suurem ja kaksteist korda massiivsem, olles samas massilt väiksem kui Eris. Samas on Pluuto 2379-kilomeetrine diameeter Erise omast suurem.
Enne New Horizonsi Pluuto juurde jõudmist, mõõdeti selle diameetrit kääbusplaneedi atmosfääri abil. 2014. aastal tehtud mõõtmistel pakuti, et Pluuto diameeter peab olema suurem kui 2360 km ning see võib olla 2368 km. 13. juulil 2015 mõõtsid NASA teadlased New Horizonsi mõõteriista LORRI abil Pluuto diameetriks 2370 km ning see suurendati kõigepealt 2372 ja seejärel 2374±8 kilomeetrini. Teine mõõteriist, REX, mõõtis Pluuto diameetriks 2379,8±0,4 km.

Kaaslased

Pluutol on viis kuud: Charon, Nix, Hydra, Kerberos ja Styx. Charon, mis tiirleb Pluutost ainult 19 000 km kaugusel, avastati 1978, Nix ja Hydra 2005, Kerberos 2011 ja Styx 2012. Kuude orbiidid on ringikujulised ja nende ekstsentrilisus on väga väike. Kõik kaaslased tiirlevad kääbusplaneedi ekvaatori tasandis ning nende orbiidid on Pluuto orbiidi suhtes 120° nurga all. Pluuto kuude süsteem on väga kompaktne ja kääbusplaneedile väga lähedal tiirlemine tagab kõigi kaaslaste orbiitide suure stabiilsuse.
Pluuto ja Charon on üks väheseid Päikesesüsteemi süsteeme, mille orbiidi kese on kummastki taevakehast väljaspool. Teine selline süsteem on Jupiter ja Päike, mille orbiidi raskuskese on Päikesest väljaspool, aga mitte kuigi palju. Pluuto ja Charoni sarnasuse tõttu on mõned astronoomid seisukohal, et need on kaksikplaneedid. Süsteem on eriline ka seetõttu, et mõlema pöörlemine on teineteise suhtes lukustatud ehk nad on alati ühe küljega üksteise poole pööratud.
Pluuto kuud tekkisid ühe hüpoteesi kohaselt siis, kui Pluuto põrkas Päikesesüsteemi arengu varases etapis kokku endasuuruse taevakehaga. Kokkupõrkest eraldunud ainest moodustusidki tema kuud. Samas pole see teooria suutnud seletada, miks on Kerberose albeedo teiste kuude omast tunduvalt madalam.

Pluuto ja Triton

Ebatavaliste Pluuto ja Tritoni (Neptuuni kaaslane) orbiitide olemuse ja massi samasuse tõttu oletatakse, et neil kahel on ühine ajalugu. Algul usuti, et Pluuto võis esialgu olla Neptuuni kaaslane, kuid nüüdseks tundub see ebatõenäoline ja usutavam on teooria, et Triton, nagu Pluutogi, liikus kunagi iseseisval orbiidil ümber Päikese, kuid tõmmati Neptuuni mõjuvõimu.

Vaatlemine

Pluuto keskmine heledus on 15,1 tähesuurust ja see kasvab periheelis 13,65-ni. Pluutot saab vaadelda ainult teleskoobiga ning selle nägemiseks peab teleskoobi diameeter olema vähemalt 30 cm, kuid isegi siis on selle nägemine keeruline, sest Pluuto paistab vaatlejale tähena ning selle heledus on väga väike isegi suurtes teleskoopides.
Kääbusplaneedi uurimine on olnud väga keeruline, sest ta on Maast väga kaugel. Esimesed Pluuto kaardid koostati 1980. aastatel, kui astronoomid jälgisid Charoni varjutusi. Varjutuste ajal oli heledama koha keskmine heledus suurem kui tumedamal kohal ning tänu sellele sai arvuti selle abil koostada esimese kaardi.
Paremad kaardid koostati Hubble'i kosmoseteleskoobi abil, mille resolutsioon oli parem ja millega sai teha detailsemaid fotosid. Kosmoseteleskoop suutis eristada ainult üksikuid suuremaid pinnavorme, kuid koostatud kaardid olid parimad saadaolevad kaardid kuni New Horizonsi möödalennuni.