Charon (vệ tinh)

Phát hiện

Charon được phát hiện vào ngày 22/6/1978 bởi nhà thiên văn học James Christy khi đang nghiên cứu một bức hình phóng to của Pluto được chụp 2 tháng trước. Christy để ý thấy một đốm tối nhạt xuất hiện có chu kì. Phát hiện này được Christy thông báo vào ngày 7/7/1978. Sau đó, phát hiện này được khẳng định lại nhờ một số bức ảnh chụp vào 29/4/1965. 
Những quan sát tiếp theo đã chỉ ra rằng đốm đen nói trên thuộc về một vệ tinh có kích cỡ nhỏ hơn. Chu kì của nó bằng với chu kì quay của Pluto, đã được xác định từ trước nhờ phổ ánh sáng của Pluto. Quỹ đạo kiểu như trên thuộc về kiểu quỹ đạo đồng thời.
Mọi nghi vấn về sự tồn tại của Charon đã được xóa bỏ khi trong 5 năm từ năm 1985 đến năm 1990, Trái Đất, Pluto và Charon ở trên cùng một mặt phẳng. Hiện tượng này đã khiến chúng ta quan sát được rất nhiều lần Charon đi qua bề mặt của Pluto. Trong chu kì quay quanh mặt trời kéo dài 248 năm của Pluto, hiện tượng này chỉ xảy ra 2 lần. Vì thế quan sát được hiện tượng này chỉ sau khi phát hiện ra Charon một thời gian ngắn là một sự kiện rất đáng quý trong thiên văn học.
Vào những năm 90 của thế kỉ 20, nhờ sự trợ giúp của kính thiên văn Hubble, chúng ta đã quan sát được Pluto và Charon với hình ảnh của 2 thiên thể riêng biệt. Ngày nay chúng ta cũng làm được điều đó với các hệ kính viễn vọng tự điều chỉnh trên mặt đất.

Tên

Charon lúc đầu mang mã hiệu tạm thời là S/1978 P 1 theo cách đặt tên thời đó. Vào ngày 24/6/1978, Christy đề nghị được đặt tên vệ tinh mới là Charon, một cái tên nhằm gợi nhớ đến tên của vợ ông là Charlene. Mặc dù các đồng sự đề xuất tên Persephone (cũng có một tiểu hành tinh tên là 399 Persephone), nhưng do tình cờ phát hiện ra Charon cũng đồng thời là tên một nhân vật trong thần thoại Hy Lạp, Christy vẫn giữ nguyên ý kiến của mình. Sau đó vào năm 1985, cái tên trên được chính thức công nhận, và được công bố vào 3/1/1986.
Theo thần thoại Hy Lạp, Charon là người chở đò đưa con người tới địa phủ, một nhân vật có liên hệ chặt chẽ với thần Âm phủ Hades. Pluto trong thần thoại La mã chính là Hades. Mặc dù trong tiếng Anh, ch trong tên người chở đò Charon được đọc là k, Christy đọc từ này là [ʃ], giống như tên vợ ông. Cách phát âm này là khá phổ biến trong cộng đồng các nhà thiên văn học nói tiếng Anh. Mặc dù vậy, các nhà thiên văn học nói các thứ tiếng khác, cũng như một số nhà thiên văn học nói tiếng Anh đọc tên Charon giống như cách đọc tên nhân vật thần thoại.

Đặc điểm vật lý

Đường kính của Charon khoảng 1.207 km, bằng một nửa so với Pluto, với diện tích bề mặt vào cỡ 4.580.000 km². Không giống như Pluto, với bề mặt bao phủ bởi nitrogen và băng methane, bề mặt của Charon được bao phủ bởi băng nước khó bốc hơi hơn, và có vẻ như không có khí quyển. Vào năm 2007, từ những quan sát của đài thiên văn Gemini, người ta nhận thấy dấu hiệu của amoniac ngậm nước và tinh thể nước. Điều này cho thấy Charon có thể có những mạch phun nhiệt độ siêu thấp (cryo-geyser).
Những lần che khuất lẫn nhau liên tiếp của Pluto và Charon trong thập kỉ 80 cho phép các nhà khoa học tính toán quang phổ của Pluto và quang phổ của cả hệ 2 thiên thể. Lấy cái thứ 2 trừ đi cái thứ nhất, người ta tính toán được quang phổ, và từ đó là cấu trúc bề mặt, của Charon.
Thể tích và khối lượng của Charon chỉ ra mật độ của nó. Từ mật độ đó, người ta cho rằng Charon là một thiên thể băng, chứa ít các cấu trúc đất đá hơn Pluto. Do đó, người ta giả thiết rằng, Charon được tạo ra sau một vụ va chạm lớn của Pluto với một thiên thể trong quá khứ. Có 2 giả thuyết trái ngược nhau về cấu trúc bên trong của Charon. Một giả thuyết cho rằng Charon có phần lõi đá rắn và phần vỏ băng, trong khi giả thuyết kia nghiêng về một thiên thể đồng nhất về cấu trúc. Giả thuyết thứ nhất gần đây đã phần nào được chứng minh khi những phát hiện về sự xuất hiện tinh thể băng nước được đài quan sát Gemini tìm thấy vào năm 2007. Tinh thể như vậy không thể tồn tại quá 30.000 năm do tia cực tím từ mặt trời sẽ chuyển mọi tinh thể kết tinh thành dạng vô định hình. Từ đó cho thấy một cấu trúc bên trong khác biệt của Charon.

Quỹ đạo

Charon và Pluto quay quanh nhau với chu kì 6,387 ngày. Bị lực hấp dẫn "khóa lại", 2 thiên thể này luôn luôn quay cùng một mặt về phía thiên thể còn lại. Khoảng cách trung bình giữa 2 thiên thể là 19.570 km. Phát hiện ra Charon đã giúp các nhà thiên văn tính toán được chính xác khối lượng của hệ Pluto, và những lần che khuất đã giúp tính toán chính xác được kích thước của chúng. Nhưng vẫn chưa thể tính được khối lượng của từng thiên thể. Mãi tới cuối năm 2005, sau khi phát hiện ra 2 vệ tinh nhỏ hơn của Pluto, các nhà khoa học mới tính được chính xác khối lượng của Charon bằng 11.65% khối lượng của Pluto. Từ đó cho thấy khối lượng riêng của Charon là 1,65 ± 0,06 g/cm³, có thể gồm 55 ± 5% đá và 45% băng, trong khi Pluto có khối lượng riêng lớn hơn, chứa khoảng 70% là đá

Hình thành

Những nghiên cứu của Robin Canup vào năm 2005 cho rằng Charon có thể được tạo thành sau một vụ va chạm lớn cách đây 4,5 tỉ năm, giống như Trái Đất và Mặt Trăng. Theo giả thuyết này, một thiên thể thuộc vành đai Kuiper khá lớn đã đâm vào Pluto với vận tốc cao, làm Pluto văng mất phần vỏ băng ở phía ngoài. Thiên thể này cũng bị vỡ ra. Từ những phần mảnh vỡ này sau đó đã kết lại tạo thành Charon. Nhưng nếu như giả thuyết này là đúng, cấu tạo của Charon phải gồm nhiều băng hơn, trong khi Pluto phải cấu tạo bởi nhiều đá hơn so với thực tế. Gần đây, người ta cho rằng Pluto và Charon trước khi quay xung quanh nhau là 2 thiên thể riêng biệt. Sau đó chúng va chạm và một phần lớn những băng dễ bốc hơi đã thoát ra ngoài trong khi 2 thiên thể vẫn không bị hủy hoại hoàn toàn và bắt đầu quay xung quanh nhau như hiện nay.

Charon là một hành tinh lùn?

Trọng tâm của hệ Pluto nằm ở ngoài cả Pluto và Charon. Do không thiên thể nào thực sự quay xung quanh thiên thể còn lại mà chúng quay quanh một tâm chung, và khối lượng của Charon tương đối lớn so với Pluto (11,6%), có một câu hỏi được đặt ra rằng Charon có thực sự là một vệ tinh của Pluto hay không, hay thực ra là 2 hành tinh lùn.
Theo những tiêu chuẩn đề nghị ban đầu của Hiệp hội thiên văn thế giới, một hành tinh được định nghĩa là các thiên thể hình cầu quay xung quanh Mặt trời. Cũng theo tiêu chuẩn này, 2 thiên thể là một hệ hành tinh - vệ tinh khi mà trọng tâm chung của hệ nằm trong giới hạn của thiên thể lớn hơn. Còn nếu không, chúng là một hệ hành tinh đôi. Theo tiêu chuẩn này, Charon sẽ phải là một hành tinh. Thế nhưng sau đó, khi những định nghĩa chính thức được đưa ra, Pluto được coi là một hành tinh lùn, trong khi không có một định nghĩa mới về việc khi nào một hệ 2 thiên thể là một hệ hành tinh - vệ tinh. Do đó Charon chưa được định danh chính thức là vệ tinh hay hành tinh lùn (Hiện nay trong danh sách các hành tinh lùn vẫn chưa có Charon).
2 vệ tinh còn lại là khá nhỏ so với Pluto và Charon, chúng cũng không thể đủ khối lượng để có hình cầu. Chúng đơn giản được coi là 2 vệ tinh của Pluto, hay theo quan điểm hệ sao đôi, là 2 vệ tinh của hệ Pluto - Charon.