ดาวพลูโต
ดาวพลูโต (; ดัชนีดาวเคราะห์น้อย: 134340 พลูโต) เป็นดาวเคราะห์แคระในแถบไคเปอร์ วงแหวนของวัตถุพ้นดาวเนปจูน โดยเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ชิ้นแรกที่ถูกค้นพบ มันมีขนาดใหญ่ที่สุดและมีมวลมากที่สุดเป็นอันดับสองในบรรดาดาวเคราะห์แคระที่รู้จักในระบบสุริยะ และยังเป็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับที่ 9 และมวลมากเป็นอันดับที่ 10 ในระบบสุริยะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดาวพลูโตเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ที่ใหญ่ที่สุดโดยปริมาตร แต่มีมวลน้อยกว่าอีริส ซึ่งเป็นวัตถุในแถบหินกระจาย ดาวพลูโตมีลักษณะเหมือนกับวัตถุอื่น ๆ ในบริเวณเดียวกัน กล่าวคือ ประกอบไปด้วยหินและน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ มีมวลและปริมาตรประมาณ 1 ใน 6 และ 1 ใน 3 ของดวงจันทร์ตามลำดับ วงโคจรของดาวพลูโตมีความเยื้องศูนย์กลางมาก อยู่ที่ 30 ถึง 49 หน่วยดาราศาสตร์ (4.4 – 7.4 พันล้านกิโลเมตร) จากดวงอาทิตย์ หมายความว่าเมื่อดาวพลูโตอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด มันจะอยู่ใกล้กว่าวงโคจรของดาวเนปจูนเสียอีก แต่เนื่องด้วยการสั่นพ้องของวงโคจร ทำให้ดาวเคราะห์ทั้งสองดวงไม่สามารถโคจรมาชนกันได้ ในปี พ.ศ. 2557 ดาวพลูโตมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 32.6 หน่วยดาราศาสตร์ แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลาประมาณ 5.5 ชั่วโมง ถึงจะไปถึงดาวพลูโตที่ระยะทางเฉลี่ย (39.5 หน่วยดาราศาสตร์)
ดาวพลูโตถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2473 โดยไคลด์ ทอมบอ และถูกจัดให้เป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 9 ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ สถานะการเป็นดาวเคราะห์ของมันเริ่มเป็นที่สงสัยเมื่อมีการค้นพบวัตถุประเภทเดียวกันจำนวนมากซึ่งถูกค้นพบในภายหลังในบริเวณแถบไคเปอร์ ความรู้ที่ว่าดาวพลูโตเป็นดาวเคราะห์หินขนาดใหญ่ที่เป็นน้ำแข็งเริ่มถูกคัดค้านจากนักดาราศาสตร์หลายคนที่เรียกร้องให้มีการจัดสถานะของดาวพลูโตใหม่ ในปี พ.ศ. 2548 มีการค้นพบอีริส วัตถุในแถบหินกระจาย ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดาวพลูโต 27% ซึ่งทำให้สหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (IAU) จัดการประชุมซึ่งเกี่ยวกับการตั้ง "นิยาม" ของดาวเคราะห์ขึ้นมาครั้งแรก ในปีเดียวกัน หลังสิ้นสุดการประชุม ดาวพลูโตถูกลดสถานะให้เป็นกลุ่ม "ดาวเคราะห์แคระ" แต่ยังมีนักดาราศาสตร์บางคนที่ยังคงจัดให้ดาวพลูโตเป็นดาวเคราะห์
ดาวพลูโตมีดาวบริวารที่ทราบแล้ว 5 ดวง ได้แก่ แครอน (มีขนาดใหญ่ที่สุด โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นครึ่งหนึ่งของดาวพลูโต) สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดรา บางครั้งดาวพลูโตและแครอนถูกจัดเป็นระบบดาวคู่ เนื่องจากจุดศูนย์กลางมวลของวงโคจรไม่ได้อยู่ในดาวดวงใดดวงหนึ่งเฉพาะ ไอเอยูยังไม่มีการให้คำนิยามของระบบดาวเคราะห์แคระคู่อย่างเป็นทางการ และแครอนกลายเป็นดาวบริวารของดาวพลูโตอย่างเป็นทางการแล้ว ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2559 นักดาราศาสตร์ประกาศว่าบริเวณสีน้ำตาลแดงที่ขั้วโลกของแครอนนั้น มีองค์ประกอบของโทลีน สารประกอบอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่อาจเป็นต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต และผลิตได้จากมีเทน ไนโตรเจน และแก๊สที่เกี่ยวข้องซึ่งปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต และเคลื่อนที่เป็นระยะทางกว่า 19,000 กิโลเมตร รอบดาวบริวาร
ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์กลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่บินผ่านดาวพลูโตสำเร็จระหว่างเส้นทางนิวฮอไรซันส์ก็ได้เก็บข้อมูลต่าง ๆ เกี่ยวกับดาวพลูโตและดาวบริวารของมันไปด้วย .
ในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1840 อูร์แบ็ง เลอ แวรีเย ได้ใช้กลศาสตร์แบบฉบับเพื่อทำนายตำแหน่งของดาวเนปจูน ซึ่งในขณะนั้นยังไม่ถูกค้นพบ หลังจากที่พบว่าดาวยูเรนัสมีวงโคจรที่ไม่ตรงกับการคำนวณ การสำรวจดาวเนปจูนในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้นำพาให้นักดาราศาสตร์คาดเดากันว่าเหตุที่วงโคจรของดาวยูเรนัสคลาดเคลื่อนเนื่องด้วยแรงดึงดูดของดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งซึ่งถัดจากดาวเนปจูนออกไป
ในปี พ.ศ. 2449 เปอร์ซิวัล โลเวลล์ เศรษฐีนครบอสตัน ผู้ซึ่งก่อตั้งหอดูดาวโลเวลล์ ในแฟลกสแตฟฟ์ รัฐแอริโซนา ในปี พ.ศ. 2437 ได้เริ่มภารกิจการค้นหาดาวเคราะห์ดวงที่เก้า เขาได้ให้ชื่อไว้ว่า "ดาวเคราะห์ X" ในปี พ.ศ. 2452 โลเวลล์และวิลเลียม เอช. พิกเกอร์ริง ได้เสนอพิกัดดาราศาสตร์ที่เป็นไปได้ของดาวเคราะห์นี้ โลเวลล์และทางหอดูดาวของเขายังคงดำเนินการค้นหาต่อไป จนกระทั่งโลเวลล์เสียชีวิตในปี พ.ศ. 2459 แต่ก็ไม่ได้ทำให้การค้นหาหยุดชะงักลง ก่อนการเสียชีวิตของโลเวลล์ คณะสำรวจของเขาก็ได้ถ่ายภาพเบลอของดาวพลูโตสองภาพ ภาพแรกถ่ายเมื่อวันที่ 19 มีนาคม และอีกภาพถ่ายเมื่อวันที่ 7 เมษายน พ.ศ. 2458 แต่พวกเขาก็ไม่ได้ยอมรับในสิ่งที่พวกเขาพบ นอกจากนั้นยังมีการสำรวจ 14 ครั้งก่อนการค้นพบ โดยครั้งเก่าแก่ที่สุดมีขึ้นที่หอดูดาวเยอร์เกส เมื่อวันที่ 20 สิงหาคม พ.ศ. 2452
เนื่องจากการต่อสู้ทางกฎหมายของคอนสแตนซ์ โลเวลล์ ภรรยาหม่ายของเพอร์ซิวัล ผู้ที่พยายามนำส่วนได้กว่าหนึ่งล้านดอลลาร์ของหอดูดาวไปใช้เพื่อประโยชน์ส่วนตัว ทำให้การค้นหาดาวเคราะห์ X หยุดชะงัก จนกระทั่ง พ.ศ. 2472 เมื่อ เวสโต เมลวิน สลิเฟอร์ ได้ยื่นภารกิจการค้นหาดาวเคราะห์ X ให้กับ ไคลด์ ทอมบอ ซึ่งในขณะนั้นอายุได้ 23 ปี ผู้ที่ซึ่งมาถึงหอดูดาวโลเวลล์ หลังจากที่สลิเฟอร์สนใจในในตัวอย่างของภาพวาดทางดาราศาสตร์ของเขา
หน้าที่ของทอมบอคือการถ่ายภาพท้องฟ้ายามกลางคืนเป็นจำนวนหลายสิบภาพ แล้ววิเคราะห์แต่ละภาพว่ามีวัตถุใดในภาพเหล่านั้นที่เปลี่ยนตำแหน่ง โดยใช้ตัวเปรียบเทียบ เขาได้สลับภาพ 14 ภาพไปมา เพื่อสร้างการเคลื่อนที่เสมือนของวัตถุใดๆที่เปลี่ยนตำแหน่งหรือปรากฏขึ้นระหว่างภาพถ่าย ในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2473 ซึ่งการสำรวจล่วงเลยไปเกือบปีแล้ว ทอมบอค้นพบวัตถุชื้นหนึ่งที่เปลี่ยนตำแหน่งจากภาพถ่ายของวันที่ 23 และ 29 มกราคมของปีนั้น และได้ภาพคุณภาพต่ำที่ถ่ายเมื่อวันที่ 21 มกราคม เป็นตัวช่วยยืนยันการเคลื่อนที่นี้ หลังจากที่ทางหอดูดาวได้ตรวจสอบภาพถ่ายว่าถูกต้องแล้ว ข่าวของการค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ก็ถูกประกาศออกไปทางโทรเลขของหอดูดาวฮาร์วาร์ดคอลเลจ ในวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2473
การค้นพบนี้เป็นประเด็นใหญ่ไปทั่วโลก หอดูดาวโลเวลล์ ได้รับสิทธิในการตั้งชื่อวัตถุใหม่นี้ โดยได้รับชื่อที่ถูกเสนอมากกว่า 1,000 ชื่อจากทั่วทุกมุมโลก เรียงจากแอตลาสถึงไซมัล ทอมบอกระตุ้นให้สลิเฟอร์เร่งการตั้งชื่อวัตถุใหม่นี้ก่อนที่จะมีคนอื่นตั้งชื่อให้ คอนสแตนซ์ โลเวลล์ได้เสนอชื่อ "ซุส" แล้ว"เปอร์ซิวัล" และสุดท้าย"คอนสแตนซ์" แต่ชื่อเหล่านี้ก็ตกไป
ชื่อของพลูโต ตั้งตามชื่อของเทพเจ้าแห่งยมโลก ถูกเสนอโดยเวเนเทีย เบอร์นี (พ.ศ. 2461 – พ.ศ. 2552) นักเรียนหญิงวัย 11 ปีในออกซฟอร์ด ประเทศอังกฤษ โดยเธอกำลังสนใจในเทพปกรณัมแบบฉบับ เธอเสนอชื่อนี้ระหว่างการสนทนากับฟัลคอนเนอร์ มาดาน ตาของเธอ อดีตบรรรณารักษ์ห้องสมุดโบดเลียนของมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด และมาดานก็เสนอชื่อนี้ไปยังเฮอร์เบิร์ต ฮอลล์ เทอร์เนอร์ ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ และเขาก็นำไปบอกกับเพื่อนร่วมงานในสหรัฐอเมริกา
วัตถุนี้ถูกตั้งชื่ออย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2473 โดยการออกเสียงของสมาชิกในหอดูดาวโลเวลล์ที่คัดเลือกชื่อจนเหลือเพียงสามชื่อ ได้แก่ มิเนอร์วา (ซึ่งได้นำไปตั้งชื่อเป็นดาวเคราะห์น้อยแล้ว) โครนัส (ซึ่งไม่ได้รับความนิยมเนื่องจากถูกเสนอโดยนักดาราศาสตร์ไร้ชื่อเสียง ทอมัส เจฟเฟอร์สัน แจคสัน ลี) และพลูโต โดยสมาชิกทุกคนได้ลงคะแนนให้ชื่อพลูโตทั้งหมด ชื่อได้ถูกประกาศในวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2473 และจากการประกาศนี้มาดานได้มอบเงินจำนวน 5 ปอนด์ (เท่ากับ 300 ปอนด์ หรือ 450 ดอลลาร์สหรัฐ ใน พ.ศ. 2558) ให้แก่เวเนเทียเป็นรางวัล
ชื่ออีกชื่อหนึ่งของดาวพลูโตได้รับแรงบันดาลใจจากข้อเท็จจริงที่ว่า สองอักษรแรกของชื่อ "พลูโต" เป็นตัวย่อของเปอร์ซิวัล โลเวลล์ ทำให้สัญลักษณ์ทางดาราศาสตร์ของดาวพลูโต (, Unicode U+2647, ♇) ถูกสร้างขึ้นจากการประกอบกันของตัวอักษร P และ L สัญลักษณ์ทางโหราศาสตร์ของดาวพลูโตคล้ายกับของดาวเนปจูน () แต่แค่มีวงกลมแทนที่ง่ามแหลมกลางของสามง่าม ()
ภายหลังชื่อนี้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง ในปี พ.ศ. 2473 วอลต์ ดิสนีย์ได้รับแรงบันดาลใจโดยเขาได้เสนอเพื่อนสุนัขของมิกกี้ เมาส์ ว่า พลูโต ถึงแม้ว่า เบน ชาร์ปสทีน ผู้ทำภาพเคลื่อนไหวของดิสนีย์ ไม่สามารถชี้ชัดได้ว่าทำไมชื่อนี้จึงถูกตั้งให้ ใน พ.ศ. 2484 เกลนน์ ที. ซีบอร์ก ตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ว่า ธาตุพลูโทเนียม ซึ่งตั้งชื่อตาม ดาวพลูโต ซึ่งเป็นการตั้งชื่อธาตุอย่างต่อเนื่องกับดาวเคราะห์ที่ค้นพบใหม่ล่าสุด ได้แก่ ยูเรเนียม ซึ่งตั้งชื่อตามดาวยูเรนัส เนปทูเนียม ซึ่งตั้งชื่อตามดาวเนปจูน
หลายภาษาใช้ชื่อพลูโตในรูปแบบที่ต่างกันออกไป ในญี่ปุ่น โฮอิ โนะจิริเสนอว่าคำแปลว่า "เมะอิโอเซอิ" (冥王星 แปลว่า ดาวแห่งเทพเจ้ายมโลก) และคำแปลนี้ยังถูกใช้ในภาษาจีน เกาหลี และเวียดนาม ภาษาอินเดียบางภาษายังคงใช้คำว่า พลูโต เป็นชื่อดาวเหมือนเดิม แต่อื่นๆ เช่น ภาษาฮินดี ใช้คำว่า ยามา เทพเจ้าแห่งความตายในเทพปกรณัมพุทธและฮินดู เช่นเดียวกับเวียดนาม ภาษาโปลินีเซีย ยังเชื่อมชื่อดาวกับชื่อของเทพเจ้ายมโลก เช่น ไวโร ในภาษาเมารี
ตอนที่พบดาวพลูโตครั้งแรก ความพร่ามัวและความไม่เชื่อมต่อของภาพถ่ายที่ได้ ทำให้เกิดความไม่แน่ชัดว่าจะเป็นดาวเคราะห์ X ของโลเวลล์ การประมาณค่ามวลของดาวพลูโตมีค่าน้อยลงเรื่อยๆในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 20
นักดาราศาสตร์คำนวณมวลของดาวพลูโตในขั้นต้น โดยประมาณจากผลกระทบของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน ในปี พ.ศ. 2474 มวลดาวพลูโตถูกคำนวณออกมาว่ามีค่าใกล้เคียงกับมวลโลก การคำนวณในปี พ.ศ. 2491 ได้ลดค่ามวลของดาวพลูโตลงไปอยู่ที่ใกล้เคียงกับมวลของดาวอังคาร ในปี พ.ศ. 2519 เดล ครูกชังค์ คาร์ล ฟลิชเชอร์ และเดวิด มอร์ริสันของมหาวิทยาลัยฮาวายคำนวณค่าความสะท้อนแสงของดาวพลูโตเป็นครั้งแรก และพบว่าค่าที่ได้ไปตรงกับค่าของน้ำแข็งมีเทน หมายความว่าดาวพลูโตจะต้องสว่างเป็นพิเศษสำหรับขนาดของมัน ดังนั้นดาวพลูโตจึงควรมีมวลน้อยกว่า 1% ของโลก (ความสะท้อนแสงของดาวพลูโตอยู่ที่ 1.3–2.0 เท่าของโลก)
ในปี พ.ศ. 2521 การค้นพบ แครอน ดาวบริวารของดาวพลูโต ได้กลายเป็นตัวช่วยในการคำนวณหาค่ามวลดาวพลูโต โดยได้ผลออกมาว่ามวลของดาวพลูโตมีค่าเท่ากับ 0.2% ของมวลโลก ซึ่งมีค่าน้อยเกินกว่าที่จะส่งผลกระทบต่อวงโคจรของดาวยูเรนัส ทำให้การค้นหาดาวเคราะห์ X ยังคงมีต่อไป นำโดยรอเบิร์ต ซุสตัน แฮร์ริงตัน แต่ก็ผิดพลาดไป ในปี พ.ศ. 2535 ไมลส์ สแตนดิช ใช้ข้อมูลของดาวเนปจูนที่ได้จากยาน"วอยเอจเจอร์ 2" ในปี พ.ศ. 2532 ซึ่งให้ค่ามวลของดาวเนปจูนน้อยลงไปกว่าค่าเดิม 0.5% ซึ่งเทียบได้กับมวลของดาวอังคาร ทำให้ต้องมีการคำนวณผลกระทบความโน้มถ่วงของวงโคจรดาวยูเรนัสใหม่ ด้วยค่าใหม่ที่ได้ ทำให้พวกเขาไม่จำเป็นที่จะต้องค้นหาดาวเคราะห์ X อีกต่อไป ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ X ที่โลเวลล์ได้กล่าวไว้นั้นไม่มีอยู่จริง โลเวลล์ได้ทำนายวงโคจรและตำแหน่งของดาวเคราะห์ X ในปี พ.ศ. 2458 ว่าวงโคจรและตำแหน่งของดาวเคราะห์ X จะอยู่ใกล้กับวงโคจรจริงของดาวพลูโตในเวลานั้นมาก เออร์เนสต์ ดับเบิลยู. บราวน์ ได้สรุปเกี่ยวกับการค้นพบดาวพลูโตว่าเป็นเหตุบังเอิญ แต่การสำรวจก็ยังคงมีต่อไป
นับตั้งแต่ พ.ศ. 2535 เป็นต้นมา วัตถุหลายชิ้นต่างถูกค้นพบว่าโคจรอยู่ในบริเวณเดียวกับดาวพลูโต แสดงให้เห็นว่าดาวพลูโตเป็นสมาชิกหนึ่งของบริเวณที่เรียกว่าแถบไคเปอร์ ทำให้สถานะการเป็นดาวเคราะห์ของมันเป็นข้อถกเถียง ด้วยคำถามที่ว่าดาวพลูโตควรจะถูกจัดรวมหรือแยกออกจากวัตถุแวดล้อมนั้น ตามพิพิธภัณฑ์หรือท้องฟ้าจำลองมักจะสร้างความขัดแย้งโดยนำดาวพลูโตออกจากการเป็นดาวเคราะห์ของระบบสุริยะ ท้องฟ้าจำลองเฮย์เดนที่กลับมาเปิดใหม่หลังการปรับปรุงในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2543 ก็มีดาวเคราะห์เพียงแปดดวงในแบบจำลองระบบสุริยะ ทำให้กลายเป็นประเด็นใหญ่ไปเกือบปีหลังจากนั้น
มีวัตถุจำนวนมากที่มีขนาดใกล้เคียงกับดาวพลูโตซึ่งถูกค้นพบในบริเวณเดียวกัน เป็นเหตุให้มีการถกเถียงว่าดาวพลูโตควรจะถูกจัดให้เป็นหนึ่งในวัตถุแถบไคเปอร์ เหมือนกับซีรีส พัลลัส จูโน และเวสตาที่สูญเสียสถานะการเป็นดาวเคราะห์ไปหลังจากที่ค้นพบดาวเคราะห์น้อยเป็นจำนวนมากในแถบเดียวกัน ในวันที่ 29 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 มีการค้นพบ อีริส วัตถุพ้นดาวเนปจูนชิ้นใหม่ ซึ่งถูกประมาณกันว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าดาวพลูโต ทำให้มันกลายเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะที่ถูกค้นพบหลังปี พ.ศ. 2389 แต่เดิมตำแหน่งนี้เป็นของ ไทรทัน ตัวผู้ค้นพบอีริสเองก็เรียกมันว่าเป็นดาวเคราะห์ดวงที่สิบ ถึงแม้ว่าในเวลานั้นจะยังไม่มีมติอย่างเป็นทางการที่จะเรียกมันว่าดาวเคราะห์ คนอื่น ๆ ในวงการดาราศาสตร์ได้ค้นพบข้อโต้แย้งที่หนักแน่นพอที่จะนำไปสู่การจัดประเภทของดาวพลูโตให้เป็นดาวเคราะห์แคระ
หัวข้อการอภิปรายเริ่มขึ้นในวันที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ด้วยไอเอยูได้สร้างคำนิยามของคำว่า "ดาวเคราะห์" อย่างเป็นทางการ ตามนิยามใหม่นี้ มีใจความสำคัญอยู่สามข้อสำหรับวัตถุที่จะถูกเรียกได้ว่าเป็นดาวเคราะห์ ดังนี้
ดาวพลูโตไม่เป็นไปตามนิยามข้อที่สาม เนื่องจากมันมีมวลแค่ 0.07 เท่าของมวลของวัตถุอื่นๆในบริเวณเดียวกัน (เมื่อเทียบกับโลกแล้ว โลกมีมวล 1.7 ล้านเท่าของวัตถุอื่น ๆ ในบริเวณเดียวกัน) ไอเอยูจึงได้เสนอให้วัตถุที่เป็นไปตามนิยามสองข้อแรก เช่น ดาวพลูโต เป็นดาวเคราะห์แคระ ในวันที่ 13 กันยายน พ.ศ. 2549 ไอเอยูได้รวมดาวพลูโต อีริส และดิสโนเมีย ดาวบริวารของอีริส เข้าไปอยู่ในรายชื่อดาวเคราะห์น้อย โดยให้ชื่ออย่างเป็นทางการว่า "(134340) พลูโต", "(136199)" อีริส และ "(136199) อีริส I ดิสโนเมีย" ดาวพลูโตยังได้รับการรวมอยู่กับวัตถุที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2473 มันควรที่จะได้รับเลข 1164 ถัดจาก 1163 ซากา ที่ถูกค้นพบเพียงไม่กี่เดือนก่อนหน้าดาวพลูโต
มีการต่อต้านบางส่วนภายในสมาคมดาราศาสตร์ด้วยกันเอง แอลัน สเติร์น ผู้ตรวจสอบภารกิจการเดินทางของยานนิวฮอไรซันส์ ดูถูกการจัดประเภทของไอเอยูสู่สาธารณะ โดยกล่าวว่า "การนิยามนี้แย่มาก ด้วยเหตุผลทางเทคนิค" เนื่องจากโดยนิยามใหม่ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเนปจูน จะไม่ถูกจัดเป็นดาวเคราะห์ เนื่องจากมีวงโคจรทับซ้อนกับดาวเคราะห์น้อย เขายังแย้งว่าดาวบริวารกลมขนาดใหญ่ เช่น ดวงจันทร์ ก็ควรจะถูกจัดเป็นดาวเคราะห์ด้วย การอ้างอื่นของเขา คือ เป็นการตัดสินใจที่ไม่ได้มาจากตัวแทนจากทุกสมาคมดาราศาสตร์ เพราะมีนักดาราศาสตร์ที่เห็นด้วยเพียงแค่ 5% มาร์ก ดับเบิลยู. บูอี กล่าวถึงทางเลือกเกี่ยวกับนิยามใหม่บนเว็บไซต์ของเขาและต่อต้าน คนอื่นที่เห็นด้วยกับไอเอยู ไมค์ บราวน์ ผู้ค้นพบดาวอีริส กล่าวว่า "ผ่านกระบวนการที่ดูตลกเช่นนี้ บางที คำตอบที่ถูกต้องอาจสะดุดลง นี่เป็นเวลานานแล้ว วิทยาศาสตร์ได้แก้ไขตัวเองอยู่แล้ว แม้ว่าจะมีความรู้สึกเข้ามาเกี่ยวข้อง"
ในปี พ.ศ. 2549 สมาคมสำเนียงอเมริกันได้เลือกให้คำว่า "plutoed" เป็นคำแห่งปี โดย To "pluto" แปลว่า "ลดขั้นหรือความสำคัญของบางคนหรือบางสิ่งลง"
คาบการหมุนรอบดวงอาทิตย์ของดาวพลูโต คือ 248 ปีโลก วงโคจรของดาวพลูโตแตกต่างไปจากวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่น ซึ่งมีวงโคจรในลักษณะใกล้เคียงกับวงกลมและแบนราบไปกับระนาบสุริยวิถี แต่ดาวพลูโตมีค่าความเอียงของวงโคจรมาก (มากกว่า 17°) และความเยื้องศูนย์กลางก็มาก นั่นหมายความว่าในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ดาวพลูโตจะโคจรใกล้ดวงอาทิตย์กว่าดาวเนปจูน จุดศูนย์กลางมวลของระบบดาวพลูโต-แครอนอยู่ในตำแหน่งใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดเมื่อวันที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2532 และอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์กว่าดาวเนปจูนในวันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2522 และ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2542
โดยรวมแล้ว วงโคจรของดาวพลูโตไม่มีความเสถียรภาพ ถึงแม้ว่าการประมวลผลจากคอมพิวเตอร์จะสามารถคำนวณตำแหน่งของดาวพลูโตได้ถึงหลายล้านปีข้างหน้า (ทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับ) แต่หลังจากที่คำนวณจนไปถึงช่วงเวลาเลียปูนอฟของ 10–20 ล้านปี และมากกว่านั้น การคำนวณจะเริ่มผิดพลาดมากขึ้น: ดาวพลูโตมีความว่องไวต่อรายละเอียดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ของระบบสุริยะ ปัจจัยที่คาดเดาได้ยากเหล่านั้น เป็นตัวทำให้วงโคจรของดาวพลูโตค่อยๆมีการเปลี่ยนแปลง
แม้ว่า เมื่อมองจากมุมมองด้านบนแล้ว วงโคจรของดาวพลูโตปรากฏทับกันกับวงโคจรของดาวเนปจูน แต่ด้วยตำแหน่งของวัตถุทั้งสอง ทำให้วัตถุนั้นไม่ชนหรือแม้แต่จะเข้าใกล้กันเลย ซึ่งมีสาเหตุหลายประการ
โดยพื้นฐาน มีนักดาราศาสตร์บางคนพบว่าวงโคจรของดาวพลูโตไม่ได้ตัดกับดาวเนปจูน แม้เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดหรือจะอยู่ในช่วงที่กำลังข้ามวงโคจร ตัวดาวยังอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวเนปจูนอีกมาก วงโคจรของดาวพลูโตข้ามวงโคจรของดาวเนปจูนที่ 8 หน่วยดาราศาสตร์ เหนือดาวเนปจูน ซึ่งป้องกันการปะทะ และระนาบโคจรของดาวพลูโตยังเอียงกว่าของดาวเนปจูน 21°
ระนาบโคจรเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถช่วยปกป้องดาวพลูโตได้มากพอ เพราะ การรบกวนจากดาวเคราะห์ข้างเคียง (โดยเฉพาะ ดาวเนปจูน) สามารถเบี่ยงเบนเส้นทางการโคจรของดาวพลูโต (เช่น การหมุนควงของวงโคจร) จนทำให้การปะทะกันมีความเป็นไปได้มากขึ้น กระบวนการป้องกันบางอย่างจึงต้องมีขึ้น โดยกระบวนการที่สำคัญที่สุด คือ การที่ดาวพลูโตและดาวเนปจูนเกิดการสั่นพ้องของวงโคจร โดยเมื่อดาวพลูโตโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปได้สองรอบ แล้วดาวเนปจูนจะเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ได้สามรอบ และเมื่อวัตถุทั้งสองโคจรกลับมาในตำแหน่งแรกเริ่ม กระบวนการนี้ก็ยังดำเนินต่อไป โดยกินเวลาประมาณ 500 ปี ในแต่ละวัฎจักร 500 ปีนี้ เมื่อดาวพลูโตโคจรมาอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดดาวเนปจูนจะอยู่เยื้องหลังดาวพลูโตไปกว่า 50° เมื่อดาวพลูโตโคจรมาอยู่ในตำแหน่งนี้อีกครั้งหนึ่ง ดาวเนปจูนจะโคจรไปได้หนึ่งรอบครึ่ง ซึ่งเป็นไปในกรณีเดียวกันกับเมื่อดาวเนปจูนโคจรมาอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด นั่นทำให้ระยะห่างระหว่างดาวพลูโตกับดาวเนปจูนมีค่าเท่ากับ 17 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งมากกว่าระยะห่างระหว่างดาวพลูโตกับดาวยูเรนัส (11 หน่วยดาราศาสตร์)
อัตราส่วนการโคจร 2:3 ระหว่างวัตถุสองวัตถุนี้มีเสถียรภาพสูงมาก และจะยังคงอยู่ไปอีกหลายล้านปี การป้องกันนี้ช่วยไม่ให้สองวัตถุมีปฏิสัมพันธ์ต่อกัน และวัฎจักรของมันกันจะวนซ้ำไปเรื่อย ๆ และทำให้วัตถุทั้งสองไม่เคลื่อนผ่านเข้าใกล้กัน ดังนั้น แม้วงโคจรของดาวพลูโตจะไม่เอียงเลยก็ตาม มันก็จะยังคงไม่สามารถปะทะกับดาวเนปจูนได้อยู่ดี
ผลการศึกษาจำนวนมาก แสดงให้เห็นว่า ตลอดหลายล้านปีที่ผ่านมา ธรรมชาติไม่ให้วงโคจรของดาวพลูโตและดาวเนปจูนเกิดการเปลี่ยนแปลง ยังมีการสั่นพ้องและปฏิสัมพันธ์อีกมากที่ควบคุมรายละเอียดการโคจรและเสถียรภาพของดาวพลูโต
อย่างแรก คือ ระยะมุมจุดใกล้ศูนย์กลางที่สุดของดาวพลูโต ซึ่งคือมุมที่อยู่ระหว่างจุด ณ ตำแหน่งที่โคจรตัดระนาบสุริยะ กับจุด ณ ตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด โดยมีค่าไลเบรชันประมาณ 90° นั่นหมายความว่า เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด มันก็จะอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากระนาบสุริยะมากที่สุดด้วย ซึ่งป้องกันการเคลื่อนที่เข้าหาดาวเนปจูน นี่ยังเป็นผลโดยตรงจากกลไกโคะซะอิ ซึ่งเกี่ยวข้องกับวัตถุที่มีค่าความเยื้องและความเอียงมาก ในกรณีของดาวเนปจูน ดาวเนปจูนมีไลเบรชันเท่ากับ 38° ทำให้การแยกเชิงมุมของจุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวพลูโตกับวงโคจรของดาวเนปจูนอยู่ห่างกันมากกว่า 52° เสมอ (90°–38°) โดยการแยกเชิงมุมที่มีค่าน้อยที่สุดจะเกิดขึ้นทุก ๆ 10,000 ปี
อย่างที่สองคือ เส้นแวงของแอสเซนดิงโนดของสองวัตถุ ซึ่งคือจุดที่วัตถุทั้งสองข้ามเส้นสุริยวิถี โดยตำแหน่งนั้นจะอยู่ในอัตราส่วนที่ใกล้เคียงกันด้วยการไลเบรชันค่าสูง เมื่อเส้นแวงของวัตถุทั้งสองอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน กล่าวคือ สามารถลากเส้นตรงผ่านจุดตัดระนาบของวัตถุทั้งสองและดวงอาทิตย์ได้ เมื่อเกิดขึ้นแล้ว จุดที่ใกล้ที่สุดของดาวพลูโตจะอยู่ที่ 90° และด้วยเหตุนี้ ทำให้มันโคจรเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ได้มากที่สุด เมื่อมันอยู่สูงจากดาวเนปจูนมากที่สุด รู้จักกันว่าเป็น"ซูเปอร์เรโซแนนซ์ 1:1" ดาวเคราะห์ยักษ์ทุกดวง โดยเฉพาะดาวพฤหัสบดี โคจรอยู่ในรูปแบบของซูเปอร์เรโซแนนซ์เช่นกัน
เพื่อที่จะเข้าใจถึงธรรมชาติของการไลเบรชัน จะต้องจินตนาการถึงมุมมองจากขั้วโลก มองลงมาบนเส้นสุริยวิถีจากจุดอ้างอิงที่ไกลออกไป ที่ซึ่งดาวเคราะห์โคจรทวนเข็มนาฬิกา หลังจากที่พวกมันผ่านจุดตัดระนาบมาแล้ว ดาวพลูโตจะอยู่ภายในวงโคจรของดาวเนปจูนและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว มุ่งหน้าสู่ดาวเนปจูนจากข้างหลัง แรงโน้มถ่วงอันแข็งแกร่งดึงวัตถุทั้งสอง จนเกิดโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งจะถูกส่งไปที่ดาวพลูโต จากดาวเนปจูน นี่ทำให้ดาวพลูโตมีวงโคจรที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย ที่ซึ่งมันจะโคจรช้าลงเล็กน้อยเช่นกันตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ เมื่อวงโคจรเกิดการเปลี่ยนแปลง มันก็จะค่อยๆมีผลกระทบให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดกับเส้นแวงของดาวพลูโต (และทำมุมกับดาวเนปจูนน้อยลง) หลังจากกระบวนการนี้เกิดการทำซ้ำหลายครั้ง จนในที่สุดดาวพลูโตก็จะเคลื่อนช้าลงอย่างเพียงพอ และดาวเนปจูนก็จะเคลื่อนที่เร็วอย่างเพียงพอ นั่นจะทำให้ดาวเนปจูนเริ่มไล่ตามดาวพลูโต ณ ตำแหน่งตรงข้ามกับจุดที่เราเริ่ม แล้วกระบวนการนี้ก็จะผันกลับ โดยดาวพลูโตจะสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมแก่ดาวเนปจูน จนกระทั่งดาวพลูโตมีความเร็วมากพอที่จะไล่ตามดาวเนปจูนอีกครั้ง ณ ตำแหน่งแรกเริ่มของเรา กระบวนการทั้งหมดนี้กินเวลากว่า 20,000 ปี
มีวัตถุขนาดเล็กอย่างน้อยหนึ่งดวงที่เป็นดาวบริวารเสมือน ซึ่งก็คือ (15810) 1994 JR อันเป็นรูปแบบดาวบริวารที่โคจรแตกต่างออกไป วัตถุนี้เป็นดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตมากว่า 100,000 ปี และจะยังคงอยู่อย่างนั้นไปอีก 250,000 ปี โดยมีระยะเวลาการเกิดซ้ำอยู่ 2,000,000 ปี และอาจจะมีดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตอีก
คาบการหมุนรอบตัวเองของดาวพลูโต เท่ากับ 6.39 วันโลก ดาวพลูโตยังหมุนรอบตัวเองบน "ด้านข้าง" ของระนาบโคจร ด้วยค่าความเอียง 120° เช่นเดียวกับดาวยูเรนัส และฤดูบนดาวพลูโตก็แตกต่างออกไปมาก ที่ตำแหน่งอายันของมัน 1 ใน 4 ของพื้นผิวดาวพลูโตจะได้รับแสงอาทิตย์ตลอด ในขณะที่บริเวณที่เหลือจะอยู่ในความมืดตลอด
ปริมาณแสงที่ได้รับของดาวพลูโตมีค่าน้อยมาก มีค่าเท่ากับเวลาพลบค่ำบนโลก นาซาได้โพสต์เครื่องคำนวณ "เวลาพลูโต" ซึ่งใช้หาว่าเวลาใดที่แสงบนโลกจะเท่ากับแสงบนดาวพลูโตในวันที่ปลอดโปร่ง ตัวอย่างเช่น ในวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ณ ตำแหน่งที่ตั้งของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ประยุกต์ เวลาพลูโต คือ 20:38 น. 4 นาทีหลังจากดวงอาทิตย์ตกตอนเวลา 20:34 น. รายงานสำหรับพื้นที่นั้นโดย NOAA
เนื่องจากดาวพลูโตอยู่ห่างจากโลกมาก การศึกษาแบบเจาะลึกจากโลกยังเป็นไปได้ยาก ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานนิวฮอไรซันส์ของนาซาสำเร็จการบินผ่านระบบดาวพลูโต ซึ่งช่วยให้ทราบถึงข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะภูมิประเทศของดาวพลูโตมากขึ้น และส่งมาเรื่อย ๆ จนกระทั่งปลาย พ.ศ. 2559
ผิวดาวพลูโตประกอบไปด้วยไนโตรเจนแข็งถึง 98% และน้ำแข็งมีเทนกับคาร์บอนมอนอกไซด์อีกจำนวนเล็กน้อย หน้าของดาวพลูโตที่หันเข้ามาแครอนประกอบไปด้วยน้ำแข็งมีเทนเป็นส่วนใหญ่ ต่างกับอีกด้านหนึ่งของดาวพลูโตซึ่งประกอบไปด้วยไนโตรเจนแข็งและคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนใหญ่ ผิวของดาวพลูโตค่อนข้างที่จะแปลกประหลาด ด้วยความแตกต่างอย่างมากของสีและความสว่างของพื้นผิว ดาวพลูโตเป็นหนึ่งในดาวที่มีพื้นผิวตัดกันอย่างชัดเจน เช่นเดียวกับ ไอแอพิตัส ดาวบริวารของดาวเสาร์ สีของพื้นผิวเปลี่ยนจากสีดำถ่านไปยังสีส้มเข้มและสีขาว สีของดาวพลูโตคล้ายกับสีของไอโอ เนื่องจากมีเฉดสีเดียวกัน คือ สีส้ม ลักษณะภูมิลักษณ์บนดาวพลูโตที่สำคัญ เช่น ทอมบอเรจีโอ (Tombaugh Regio) หรือ "หัวใจ" (อาณาเขตสว่างขนาดใหญ่ในด้านตรงข้ามกับแครอน) คูลฮูเรจีโอ (Cthulhu Regio) หรือ "วาฬ" (อาณาเขตสีเข้มขนาดใหญ่ที่คลอบคลุมเกือบซีกของดาวพลูโต) และบราสนัคเคิล (แถบสีเข้มบริเวณเส้นศูนย์สูตรของดาวพลูโต) สปุตนิกพลานัม (กลีบซ้ายของ "หัวใจ") เป็นที่ราบกว้าง 1000 กิโลเมตร ประกอบด้วยไนโตรเจนแข็งและคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง และมีสัญญาณที่ชี้ว่ามีการไหลของธารน้ำแข็งทั้งเข้าและออกจากที่ราบนั้น ดาวพลูโตไม่มีหลุมอุกกาบาตเท่าที่เห็นได้โดยยานนิวฮอไรซันส์ หมายความว่าผิวดาวจะต้องมีอายุไม่เกิน 10 ล้านปี คณะนักวิทยาศาสตร์ของนิวฮอไรซันส์ได้สรุปผลการวิจัยเบื้องต้นว่า "ดาวพลูโตแสดงลักษณะทางกายภาพที่หลากหลายจนน่าตกใจ รวมทั้งผลลัพธ์จากธารน้ำแข็ง และการมีปฏิสัมพันธ์ของผิวดาวกับชั้นบรรยากาศ การปะทะ แผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ ภูเขาไฟน้ำแข็ง และกระบวนการสูญเสียมวล"
ดาวพลูโตมีความหนาแน่นอยู่ที่ 1.87±0.06 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เนื่องจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีได้ก่อให้เกิดความร้อนที่จะทำให้น้ำแข็งบนดาวละลาย และแยกชั้นกับหินอย่างชัดเจน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าโครงสร้างภายในของดาวพลูโตมีความแตกต่างออกไป โดยแก่นของดาวจะประกอบไปด้วยหิน ล้อมรอบด้วยเนื้อโลกที่เป็นน้ำแข็งมีเทน เส้นผ่านศูนย์กลางของแก่นดาวถูกประมาณไว้อยู่ที่ 1,700 กิโลเมตร หรือ 70% ของเส้นผ่านศูนย์กลางดาวพลูโต แก่นดาวถูกคาดว่ายังคงจะมีความร้อนอยู่ ทำให้เกิดมหาสมุทรขนาดเล็กที่เกิดจากการละลายของน้ำแข็ง ในบริเวณ 100-180 กิโลเมตรระหว่างแก่นและเนื้อดาว
ดาวพลูโตมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2,372 กิโลเมตร และมีมวล 1.31 × 10 กิโลกรัม ซึ่งน้อยกว่ามวลของดวงจันทร์ 17.82 % (น้อยกว่าโลก 24 %) ดาวพลูโตมีพื้นที่ผิว 1.665 × 10 ตารางกิโลเมตร หรือเทียบได้กับพื้นที่ประเทศรัสเซีย มีแรงโน้มถ่วงที่ผิวดาวเท่ากับ 0.063 g (เทียบกับโลกที่ 1 g)
การค้นพบ แครอน ดาวบริวารของดาวพลูโต ทำให้มีการกำหนดมวลของระบบดาวพลูโต–แครอนขึ้นใหม่ โดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ข้อที่สามของเคปเลอร์ จากการสำรวจดาวพลูโตที่สัมพันธ์กับแครอน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพลูโตได้แม่นยำขึ้น และหลังจากที่มีการประดิษฐ์เลนส์ชนิดดัดแปลงได้ ทำให้มีการคาดเดาถึงรูปร่างได้แม่นยำขึ้น
ด้วยมวลที่น้อยกว่ามวลดวงจันทร์อยู่ 0.2 เท่า ทำให้ดาวพลูโตมีมวลน้อยกว่าดาวเคราะห์หินทั้งหมด แม้กระทั่งดาวบริวารเจ็ดดวง ได้แก่ แกนีมีด ไททัน คัลลิสโต ไอโอ ดวงจันทร์ ยูโรปา และไทรทัน แต่เดิมมวลของดาวพลูโตถูกคาดไว้มาก จนกระทั่งการค้นพบแครอน
ดาวพลูโตมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าสองเท่า และมีมวลมากกว่าหลายเท่าของดาวเคราะห์แคระ ซีรีส วัตถุที่ใหญ่ที่สุดในแถบดาวเคราะห์น้อย แต่มีมวลน้อยกว่าอีริส วัตถุพ้นดาวเนปจูนที่ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2548 แม้ว่าดาวพลูโตจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2,372 กิโลเมตร ซึ่งใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณของอีริส (2,326 กิโลเมตร) ก็ตาม
การประเมินขนาดของดาวพลูโตซับซ้อน เนื่องด้วยชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต และหมอกไฮโดรคาร์บอน ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2557 เลลลอช, เด เบอร์ก และคณะ ตีพิมพ์การค้นพบสารผสมมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต ซึ่งทำให้ประเมินได้ว่า ดาวพลูโตควรมีขนาดใหญ่กว่า 2,360 กิโลเมตร ด้วย "การคาดเดาที่ดีที่สุด" คือ 2,368 กิโลเมตร ในวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ภาพถ่ายและข้อมูลต่างๆ จากยานนิวฮอไรซันส์ ได้ประเมินเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพลูโตไว้ที่ 2,370 กิโลเมตร (1,470 ไมล์) ซึ่งภายหลังเปลี่ยนเป็น 2,372 กิโลเมตร (1,474 ไมล์) ในวันที่ 24 กรกฎาคม
ดาวพลูโตมีชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยไนโตรเจน (N) มีเทน (CH) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งอยู่ในภาวะเป็นไอน้ำแข็งบนผิวดาวพลูโต จากผลการวัดของยานนิวฮอไรซันส์ ความดันที่ผิวดาวอยู่ที่ 1 ปาสกาล (10 ไมโครบาร์) น้อยกว่าประมาณ 1 แสน ถึง 1 ล้านเท่าของโลก ในเบื้องต้น นักดาราศาสตร์มีความเห็นว่า เมื่อดาวพลูโตเคลื่อนห่างจากดวงอาทิตย์ ชั้นบรรยากาศจะเกิดการแข็งตัวแล้วร่วงลงสู่ผิวดาว แต่เมื่อถึงช่วงที่ดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ อุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มสูงขึ้น ทำให้น้ำแข็งเหล่านั้นระเหิดกลับขึ้นไปบนท้องฟ้า ถึงกระนั้น ข้อมูลจากยาน"นิวฮอไรซันส์" แสดงให้เห็นว่า จริงๆแล้ว ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตกำลังเพิ่มขึ้น และดูเหมือนว่าจะหลุดลอยเป็นแก๊สตามวงโคจร การสำรวจของ"นิวฮอไรซันส์" ยังพบว่าไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศหลุดออกมาในปริมาณน้อยกว่าจากที่คาดไว้ 10,000 เท่า แอลัน สเติร์นยืนยันว่าเพียงแค่อุณหภูมิผิวดาวพลูโตเพิ่มขึ้นเล็กน้อย จะทำให้ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ จาก 18 มิลลิบาร์เป็น 280 มิลลิบาร์ (3 เท่าของดาวอังคาร และหนึ่งในสี่ของโลก) ที่ความหนาแน่นขนาดนั้น ไนโตรเจนอาจไหลผ่านชั้นบรรยากาศในรูปของเหลว ความหนาของชั้นบรรยากาศดาวพลูโตสามารถเพิ่มสูงได้ถึง 1,670 กิโลเมตร แม้ชั้นบรรยากาศส่วนบนจะไม่มีรูปร่างที่แน่นอน
การมีอยู่ของมีเทน ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจกรุนแรง ในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต ทำให้เกิดการสลับที่ของอุณหภูมิ โดยอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศสูงกว่าอุณหภูมิที่ผิวดาว แม้การสำรวจจากยาน"นิวฮอไรซันส์"จะเผยว่าบรรยากาศชั้นบนของดาวพลูโต อาจมีอุณหภูมิต่ำกว่าที่คาดไว้มาก (70 K ซึ่งผิดจากที่คาดไว้ 100 K) ชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตแบ่งออกเป็นชั้นหมอกทั้งหมด 20 ชั้น ซึ่งหนาประมาณ 150 กิโลเมตร คาดว่าจะเกิดจากคลื่นความดันที่สร้างขึ้นโดยการไหลของอากาศผ่านภูเขาบนดาวพลูโต
ดาวพลูโตมีดาวบริวารเท่าที่ทราบห้าดวง ได้แก่ แครอน ซึ่งมีการระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2521 โดย เจมส์ คริสตี นักดาราศาสตร์, นิกซ์และไฮดรา ซึ่งถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2548 ทั้งคู่, เคอร์เบอรอส ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2554 และสติกซ์ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2555 วงโคจรของดาวบริวารเป็นวงกลม (ความเยื้องศูนย์กลาง < 0.006) และร่วมระนาบกับเส้นศูนย์สูตรของดาวพลูโต (ความเอียง < 1°) ฉะนั้นจึงเอียงประมาณ 120° เทียบกับวงโคจรของดาวพลูโต ระบบดาวบริวารของดาวพลูโตอัดกันอยู่อย่างหนาแน่นมาก โดยวงโคจรของดาวบริวารห้าดวงที่ทราบอยู่ใน 3% ชั้นในของบริเวณซึ่งวงโคจรตามทางจะเสถียร แครอนโคจรอยู่ใกล้ดาวพลูโตที่สุด โดยแครอนมีขนาดใหญ่พอที่จะอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิตและทำให้แบรีเซนเตอร์ของระบบดาวพลูโต–แครอนอยู่นอกดาวพลูโต ถัดจากแครอนออกไปมีดาวบริวารดาวคู่ (circumbinary) ขนาดเล็กกว่ามากของดาวพลูโต ได้แก่ สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดราตามลำดับ
คาบการโคจรของดาวบริวารของดาวพลูโตทุกดวงสัมพันธ์กันในระบบของการสั่นพ้องวงโคจร เมื่อการหมุนควงถูกนับด้วยแล้ว สำหรับคาบโคจรของสติกซ์ นิกซ์ และไฮดรา อยู่ในอัตราส่วน 18:22:23 นอกจากนี้สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดรายังโคจรอยู่ในอัตราส่วน 3:4:5:6 โดยประมาณ ด้วยแครอนที่ซึ่งเข้าใกล้แล้วก็ถอยห่างจากกลุ่มดาวบริวารนี้ออกไป
ระบบดาวพลูโต–แครอนเป็นระบบหนึ่งที่แบรีเซนเตอร์เลยออกไปจากผิวของดาวดวงใหญ่ (617 พาโทรคลัส เป็นตัวอย่างขนาดเล็กหนึ่ง และดวงอาทิตย์กับดาวพฤหัสบดี เป็นตัวอย่างขนาดใหญ่ตัวอย่างเดียว) การเยื้องของแบรีเซนเตอร์และขนาดที่ใหญ่ของแครอนเมื่อเทียบกับดาวพลูโตแล้ว ได้ทำให้นักดาราศาสตร์บางคนเรียกมันว่าดาวเคราะห์แคระคู่ ระบบนี้ยังมีลักษณะที่ไม่เหมือนกับระบบดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ คือ การล็อกไทดัล กล่าวคือดาวพลูโตและแครอนจะหันหน้าเข้าหากันเสมอ ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งใดบนดาวดวงใดก็ตาม ดาวอีกดวงจะลอยค้างอยู่บนฟ้าอย่างนั้นเสมอ หรือไม่ลอยขึ้นมาเสมอ นี่ยังหมายความว่าคาบการหมุนรอบตัวเองของแต่ละดาวเท่ากับระยะเวลาที่พวกมันใช้โคจรรอบจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง
ในปี พ.ศ. 2552 การสังเกตจากหอดูดาวเจมินี แสดงให้เห็นว่าบนผิวแครอน มีแอมโมเนียไฮเดรตและผลึกน้ำอยู่ ซึ่งหมายความว่าบนผิวดาวยังเกิดการปะทุของน้ำอยู่
ดาวบริวารของดาวพลูโตถูกสันนิษฐานว่าก่อตัวจากการปะทะของดาวพลูโตกับวัตถุขนาดเดียวกันชิ้นหนึ่ง ในช่วงยุคแรก ๆ ของระบบสุริยะ การปะทะได้ปลดปล่อยวัสดุที่ซึ่งภายหลังได้รวมตัวกันก่อเป็นดาวบริวารรอบ ๆ ดาวพลูโต ถึงอย่างนั้น เคอร์เบอรอสมีความสะท้อนแสงต่ำกว่าดาวบริวารดวงอื่นมาก ซึ่งยากต่อการอธิบายด้วยการปะทะครั้งใหญ่
ต้นกำเนิดและตัวตนของดาวพลูโตเป็นปริศนาแก่นักดาราศาสตร์มาอย่างยาวนานแล้ว สมมติฐานแรก ๆ เกี่ยวกับดาวพลูโต ระบุว่าดาวพลูโตเคยเป็นดาวบริวารของดาวเนปจูนมาก่อน ก่อนที่จะถูกแรงโน้มถ่วงของไทรทันเหวี่ยงออกไป ภายหลังแนวคิดนี้ก็ถูกค้าน เนื่องจากพบว่าเป็นไปไม่ได้ที่ดาวพลูโตจะเป็นเช่นนั้น เพราะดาวพลูโตไม่เคยเข้าใกล้ดาวเนปจูนเลยสักครั้งเดียว
ตำแหน่งจริงของดาวพลูโตถูกเปิดเผยออกมาเมื่อ พ.ศ. 2535 เมื่อนักดาราศาสตร์เริ่มทำการสำรวจวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กในบริเวณพ้นวงโคจรของดาวเนปจูนออกไปเช่นเดียวกับ ดาวพลูโต ทั้งขนาดและองค์ประกอบ กลุ่มวัตถุพ้นดาวเนปจูนนี้เชื่อว่าจะเป็นต้นกำเนิดของดาวหางคาบสั้น ปัจจุบัน ดาวพลูโต รู้จักกันว่าเป็นสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดในแถบไคเปอร์ แถบของวัตถุซึ่งห่างออกไป 30–50 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ ณ ปี พ.ศ. 2554 การสำรวจแถบไคเปอร์ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์และวัตถุขนาดใกล้เคียงดาวพลูโตที่เหลือถูกคาดว่าจะอยู่ห่างออกไป 100 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ หรือมากกว่านั้น ดาวพลูโตเหมือนกับวัตถุในแถบไคเปอร์อื่น ๆ ตรงที่สมบัติของมันไปมีร่วมกันกับดาวหาง ตัวอย่างเช่น ลมสุริยะค่อย ๆ เป่าผิวของดาวพลูโตออกไปสู่อวกาศ นักดาราศาสตร์ยังเชื่อกันว่า ถ้าดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ในระยะเดียวกับโลกแล้ว ดาวพลูโตจะมีหางเช่นเดียวกับที่ดาวหางมี การคาดการณ์นี้ตกไปเนื่องด้วยข้อถกเถียงที่ว่าความเร็วหลุดพ้นของดาวพลูโตมีมากเกินไปที่จะเป็นเช่นนั้น
แม้ดาวพลูโตจะเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ ไทรทัน ดาวบริวารของดาวเนปจูน ที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพลูโตเล็กน้อย มีลักษณะทางภูมิศาสตร์และภูมิอากาศคล้ายคลึงกับดาวพลูโต นั่นทำให้เชื่อกันว่าไทรทัน เดิมก็เป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ที่ถูกดาวเนปจูนดึงมา อีริสมีขนาดใกล้เคียงกับดาวพลูโต (แต่มีมวลมากกว่า) แต่ก็ดูเหมือนว่าจะไม่ได้ถูกจัดรวมเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์อย่างเคร่งครัดนัก มันดูค่อนข้างที่จะเป็นสมาชิกในแถบหินกระจายมากกว่า
วัตถุแถบไคเปอร์จำนวนมาก เหมือนกับดาวพลูโต มีอัตราส่วนวงโคจรเป็น 2:3 กับดาวเนปจูน วัตถุแถบไคเปอร์ที่มีอัตราส่วนวงโคจรนี้ เรียกว่า พลูติโน ตั้งชื่อตามดาวพลูโต
เหมือนกับดาวดวงอื่น ๆ ในแถบไคเปอร์ พลูโตถูกคาดว่าจะมีเศษซากของดาวเคราะห์เล็ก ๆ ที่ยังหลงเหลืออยู่จากจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด ซึ่งเป็นเศษดาวที่ไม่สามารถรวมตัวกันได้ในยุคเริ่มแรกของระบบสุริยะ นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับว่าดาวพลูโตอยู่ในวงโคจรดังปัจจุบันนี้ได้ เนื่องจากการย้ายตำแหน่งฉับพลัน โดยดาวเนปจูนในช่วงแรก ๆ ของระบบสุริยะ ขณะที่ดาวเนปจูนเคลื่อนออกไปเรื่อย ๆ จนถึงตำแหน่งของวัตถุในแถบไคเปอร์ก่อนเกิด ได้ดึงดาวดวงนี้มาโคจรรอบตัวเอง (ไทรทัน) และทำให้อัตราส่วนวงโคจรของดาวดวงอื่นคงที่ และบางส่วนของถูกเหวี่ยงออกไปจนกลายเป็นวงโคจรที่ผิดปกติ วัตถุในแถบหินกระจายซึ่งเป็นบริเวณที่วงโคจรไม่เสถียร อยู่พ้นจากแถบไคเปอร์ออกไป ถูกคาดว่าวัตถุต่าง ๆ ที่อยู่ในตำแหน่งนั้นปัจจุบัน เกิดจากผลกระทบที่ดาวเนปจูนเคลื่อนออกมาจากบริเวณใกล้ดวงอาทิตย์ แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นใน พ.ศ. 2547 โดยอาเลสซันโดร มอร์บีเดลลี จากหอสังเกตการณ์โกตดาซูร์ในนิส เสนอว่าการย้ายตำแหน่งของดาวเนปจูนสู่แถบไคเปอร์นั้น อาจเกิดจากการก่อตัวของอัตราส่วนวงโคจร 1:2 ของดาวพฤหัสบดีกับดาวเสาร์ ซึ่งได้สร้างแรงผลักจากความโน้มถ่วง ทำให้วงโคจรของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนขยายกว้างขึ้น จนสุดท้ายเกิดการสลับที่ เป็นผลให้วัตถุแถบไคเปอร์ดั้งเดิมถูกผลักออกไปด้วย ซึ่งสามารถอธิบายถึงการกระหน่ำครั้งใหญ่ช่วงปลาย ที่เกิดขึ้นเมื่อ 600 ล้านปีก่อนหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ และจุดกำเนิดของโทรจันดาวพฤหัสบดี มันเป็นไปได้ว่าก่อนหน้าที่ดาวเนปจูนจะย้ายตำแหน่งจนรบกวนวงโคจรดาวต่าง ๆ ในตำแหน่งดั้งเดิม ดาวพลูโตเคยมีวงโคจรที่ระยะ 33 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ แบบจำลองนิซแสดงผลว่า จะมีวัตถุขนาดเท่าดาวพลูโตจำนวนมากอยู่ในจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดดั้งเดิม ซึ่งรวมทั้งไทรทันและอีริส
ระยะทางของดาวพลูโตถึงโลก ทำให้ยากแก่การศึกษาและการสำรวจเชิงลึก ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์ของนาซาบินผ่านระบบดาวพลูโต และให้ข้อมูลต่างๆมากมายกลับมา
ดาวพลูโตมีค่าความส่องสว่างปรากฏอยู่ที่เฉลี่ย 15.1 และสว่างขึ้นถึง 13.65 ที่ตำแหน่งใกล้ดวงอาทิตย์ เพื่อที่จะสังเกต จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดประมาณ 30 เซนติเมตร (12 นิ้ว) และมีขนาดรูรับแสงพอประมาณ มันจะดูเหมือนดาวฤกษ์และไม่มีจานที่มองเห็นได้ แม้ว่าจะเป็นกล้องโทรทรรศนขนาดใหญ่ก็ตาม เพราะว่าดาวพลูโตมีขนาดเชิงมุมเพียงแค่ 0.11"
แผนที่าวพลูโตที่เก่าที่สุด ทำขึ้นในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษที่ 1980 เป็นแผนที่ความสว่างที่อิงจากการสังเกตอุปราคาระยะใกล้ โดยแครอน ดาวบริวารที่ใหญ่ที่สุดของมัน การสังเกตครั้งนั้นได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงในค่าความสว่างเฉลี่ยของระบบดาวพลูโต-แครอนระหว่างการเกิดอุปราคา ตัวอย่างเช่น ถ้าเกิดอุปราคา ณ จุดที่สว่างที่สุดของดาวพลูโต จะทำให้ความสว่างรวมทั้งดาวเพิ่มขึ้นมากกว่าเกิดอุปราคา ณ จุดที่มืด การประมวลผลจากคอมพิวเตอร์ของการสังเกตจำนวนมากในลักษณะนี้ ทำให้สามารถสร้างแผนที่ความสว่างได้ วิธีนี้ยังสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงความสว่างแต่ละช่วงเวลาได้อีกด้วย
แผนที่ที่ดีกว่าถูกทำขึ้นจากภาพโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งให้ความละเอียดสูงกว่า ให้รายละเอียดได้มากกว่า และยังได้แก้เขจุดผิดพลาดเป็นระยะกว่า 100 กิโลเมตร รวมทั้งบริเวณขั้วดาวและจุดที่สว่างมากกว่า แผนที่เหล่านี้ถูกทำโดยการประมวลผลที่ซับซ้อนของคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะหาแบบแผนที่ที่สอดคล้องกับภาพจากฮับเบิล และภาพนั้นก็กลายเป็นภาพที่ละเอียดที่สุดของดาวพลูโตจนกระทั่งยานนิวฮอไรซันส์ไปถึงในปี พ.ศ. 2558 เพราะกล้องสองตัวบนฮับเบิลที่ใช้ถ่ายภาพหยุดการใช้งานแล้ว
ยานอวกาศ"นิวฮอไรซันส์" ซึ่งบินผ่านดาวพลูโตในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2558 เป็นยานอวกาศลำแรกและลำเดียวที่พยายามสำรวจดาวพลูดตโดยตรง ถูกปล่อยในปี พ.ศ. 2549 ถ่ายภาพดาวพลูโตภาพแรกจากระยะไกลในช่วงปลายเดือนกันยายน พ.ศ. 2549 ระหว่างการทดสอบกล้องถ่ายภาพบนยาน ตัวภาพถ่ายที่ระยะทางประมาณ 4.2 พันล้านกิโลเมตร และได้พิสูจน์ความสามารถของยานในการถ่ายภาพระยะไกลได้ โดยถ่ายขึ้นมีจุดประสงค์หลักเพื่อเคลื่อนตัวไปอย่างระมัดระวังสู่ดาวพลูโตและวัตถุในแถบไคเปอร์ ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2550 ยานอวกาศได้ใช้แรงช่วยจากดาวพฤหัสบดี
"นิวฮอไรซันส์"บินเข้าใกล้ดาวพลูโตที่สุดในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 หลังจากการเดินทางข้ามระบบสุริยะกว่า 3,462 วัน การสังเกตทางวิทยาศาสตร์ของดาวพลูโตเริ่มขึ้นตั้งแต่ 5 เดือนก่อนที่ยานจะบินผ่านดาวพลุโต และดำเนินต่อไปอีกอย่างน้อยหนึ่งเดือนหลังบินผ่าน การสังเกตดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์สำหรับการสำรวจระยะไกลซึ่งรวมทั้งอุปกรณ์ถ่ายภาพ และอุปกรณ์ส่งสัญญาณคลื่น จุดมุ่งหมายทางวิทยาศาสตร์ของ"ยานนิวฮอไรซันส์" คือระบุรายละเอียดลักษณะทางกายภาพและสัณฐานของดาวพลูโตกับแครอน ดาวบริวารของมัน ทำแผนที่แต่ละส่วนของผิวดาว และวิเคราะห์ชั้นบรรยากาศปกติของดาวพลูโตและอัตราของหลุดออกของมัน