ดาวพลูโต
ดาวพลูโต (English: Pluto; ดัชนีดาวเคราะห์น้อย: 134340 พลูโต) เป็นดาวเคราะห์แคระในแถบไคเปอร์ วงแหวนของวัตถุพ้นดาวเนปจูน[1] โดยเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ชิ้นแรกที่ถูกค้นพบ มันมีขนาดใหญ่ที่สุดและมีมวลมากที่สุดเป็นอันดับสองในบรรดาดาวเคราะห์แคระที่รู้จักในระบบสุริยะ และยังเป็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับที่ 9 และมวลมากเป็นอันดับที่ 10 ในระบบสุริยะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดาวพลูโตเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ที่ใหญ่ที่สุดโดยปริมาตร แต่มีมวลน้อยกว่าอีริส ซึ่งเป็นวัตถุในแถบหินกระจาย ดาวพลูโตมีลักษณะเหมือนกับวัตถุอื่น ๆ ในบริเวณเดียวกัน กล่าวคือ ประกอบไปด้วยหินและน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่[2] 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"[3] แต่ยังมีนักดาราศาสตร์บางคนที่ยังคงจัดให้ดาวพลูโตเป็นดาวเคราะห์[4]
ดาวพลูโตมีดาวบริวารที่ทราบแล้ว 5 ดวง ได้แก่ แครอน (มีขนาดใหญ่ที่สุด โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นครึ่งหนึ่งของดาวพลูโต) สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดรา[5] บางครั้งดาวพลูโตและแครอนถูกจัดเป็นระบบดาวคู่ เนื่องจากจุดศูนย์กลางมวลของวงโคจรไม่ได้อยู่ในดาวดวงใดดวงหนึ่งเฉพาะ[6] ไอเอยูยังไม่มีการให้คำนิยามของระบบดาวเคราะห์แคระคู่อย่างเป็นทางการ และแครอนกลายเป็นดาวบริวารของดาวพลูโตอย่างเป็นทางการแล้ว[7] ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2559 นักดาราศาสตร์ประกาศว่าบริเวณสีน้ำตาลแดงที่ขั้วโลกของแครอนนั้น มีองค์ประกอบของโทลีน สารประกอบอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่อาจเป็นต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต และผลิตได้จากมีเทน ไนโตรเจน และแก๊สที่เกี่ยวข้องซึ่งปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต และเคลื่อนที่เป็นระยะทางกว่า 19,000 กิโลเมตร รอบดาวบริวาร[8]
ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์กลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่บินผ่านดาวพลูโตสำเร็จ[9][10][11]ระหว่างเส้นทางนิวฮอไรซันส์ก็ได้เก็บข้อมูลต่าง ๆ เกี่ยวกับดาวพลูโตและดาวบริวารของมันไปด้วย[1][12][13][14] .
ในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1840 อูร์แบ็ง เลอ แวรีเย ได้ใช้กลศาสตร์แบบฉบับเพื่อทำนายตำแหน่งของดาวเนปจูน ซึ่งในขณะนั้นยังไม่ถูกค้นพบ หลังจากที่พบว่าดาวยูเรนัสมีวงโคจรที่ไม่ตรงกับการคำนวณ[15] การสำรวจดาวเนปจูนในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้นำพาให้นักดาราศาสตร์คาดเดากันว่าเหตุที่วงโคจรของดาวยูเรนัสคลาดเคลื่อนเนื่องด้วยแรงดึงดูดของดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งซึ่งถัดจากดาวเนปจูนออกไป
ในปี พ.ศ. 2449 เปอร์ซิวัล โลเวลล์ เศรษฐีนครบอสตัน ผู้ซึ่งก่อตั้งหอดูดาวโลเวลล์ ในแฟลกสแตฟฟ์ รัฐแอริโซนา ในปี พ.ศ. 2437 ได้เริ่มภารกิจการค้นหาดาวเคราะห์ดวงที่เก้า เขาได้ให้ชื่อไว้ว่า "ดาวเคราะห์ X"[16] ในปี พ.ศ. 2452 โลเวลล์และวิลเลียม เอช. พิกเกอร์ริง ได้เสนอพิกัดดาราศาสตร์ที่เป็นไปได้ของดาวเคราะห์นี้[17] โลเวลล์และทางหอดูดาวของเขายังคงดำเนินการค้นหาต่อไป จนกระทั่งโลเวลล์เสียชีวิตในปี พ.ศ. 2459 แต่ก็ไม่ได้ทำให้การค้นหาหยุดชะงักลง ก่อนการเสียชีวิตของโลเวลล์ คณะสำรวจของเขาก็ได้ถ่ายภาพเบลอของดาวพลูโตสองภาพ ภาพแรกถ่ายเมื่อวันที่ 19 มีนาคม และอีกภาพถ่ายเมื่อวันที่ 7 เมษายน พ.ศ. 2458 แต่พวกเขาก็ไม่ได้ยอมรับในสิ่งที่พวกเขาพบ[17][18] นอกจากนั้นยังมีการสำรวจ 14 ครั้งก่อนการค้นพบ โดยครั้งเก่าแก่ที่สุดมีขึ้นที่หอดูดาวเยอร์เกส เมื่อวันที่ 20 สิงหาคม พ.ศ. 2452[19]
เนื่องจากการต่อสู้ทางกฎหมายของคอนสแตนซ์ โลเวลล์ ภรรยาหม่ายของเพอร์ซิวัล ผู้ที่พยายามนำส่วนได้กว่าหนึ่งล้านดอลลาร์ของหอดูดาวไปใช้เพื่อประโยชน์ส่วนตัว ทำให้การค้นหาดาวเคราะห์ X หยุดชะงัก จนกระทั่ง พ.ศ. 2472[20] เมื่อ เวสโต เมลวิน สลิเฟอร์ ได้ยื่นภารกิจการค้นหาดาวเคราะห์ X ให้กับ ไคลด์ ทอมบอ ซึ่งในขณะนั้นอายุได้ 23 ปี ผู้ที่ซึ่งมาถึงหอดูดาวโลเวลล์ หลังจากที่สลิเฟอร์สนใจในในตัวอย่างของภาพวาดทางดาราศาสตร์ของเขา[20]
หน้าที่ของทอมบอคือการถ่ายภาพท้องฟ้ายามกลางคืนเป็นจำนวนหลายสิบภาพ แล้ววิเคราะห์แต่ละภาพว่ามีวัตถุใดในภาพเหล่านั้นที่เปลี่ยนตำแหน่ง โดยใช้ตัวเปรียบเทียบ เขาได้สลับภาพ 14 ภาพไปมา เพื่อสร้างการเคลื่อนที่เสมือนของวัตถุใดๆที่เปลี่ยนตำแหน่งหรือปรากฏขึ้นระหว่างภาพถ่าย ในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2473 ซึ่งการสำรวจล่วงเลยไปเกือบปีแล้ว ทอมบอค้นพบวัตถุชื้นหนึ่งที่เปลี่ยนตำแหน่งจากภาพถ่ายของวันที่ 23 และ 29 มกราคมของปีนั้น และได้ภาพคุณภาพต่ำที่ถ่ายเมื่อวันที่ 21 มกราคม เป็นตัวช่วยยืนยันการเคลื่อนที่นี้[21] หลังจากที่ทางหอดูดาวได้ตรวจสอบภาพถ่ายว่าถูกต้องแล้ว ข่าวของการค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ก็ถูกประกาศออกไปทางโทรเลขของหอดูดาวฮาร์วาร์ดคอลเลจ ในวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2473[17]
การค้นพบนี้เป็นประเด็นใหญ่ไปทั่วโลก หอดูดาวโลเวลล์ ได้รับสิทธิในการตั้งชื่อวัตถุใหม่นี้ โดยได้รับชื่อที่ถูกเสนอมากกว่า 1,000 ชื่อจากทั่วทุกมุมโลก เรียงจากแอตลาสถึงไซมัล[22] ทอมบอกระตุ้นให้สลิเฟอร์เร่งการตั้งชื่อวัตถุใหม่นี้ก่อนที่จะมีคนอื่นตั้งชื่อให้ คอนสแตนซ์ โลเวลล์ได้เสนอชื่อ ซุส แล้ว<i data-parsoid='{"dsr":[14094,14108,2,2]}'>เปอร์ซิวัล และสุดท้าย<i data-parsoid='{"dsr":[14119,14132,2,2]}'>คอนสแตนซ์ แต่ชื่อเหล่านี้ก็ตกไป[23]
ชื่อของพลูโต ตั้งตามชื่อของเทพเจ้าแห่งยมโลก ถูกเสนอโดยเวเนเทีย เบอร์นี (พ.ศ. 2461 – พ.ศ. 2552) นักเรียนหญิงวัย 11 ปีในออกซฟอร์ด ประเทศอังกฤษ โดยเธอกำลังสนใจในเทพปกรณัมแบบฉบับ[24] เธอเสนอชื่อนี้ระหว่างการสนทนากับฟัลคอนเนอร์ มาดาน ตาของเธอ อดีตบรรรณารักษ์ห้องสมุดโบดเลียนของมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด และมาดานก็เสนอชื่อนี้ไปยังเฮอร์เบิร์ต ฮอลล์ เทอร์เนอร์ ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ และเขาก็นำไปบอกกับเพื่อนร่วมงานในสหรัฐอเมริกา[24]
วัตถุนี้ถูกตั้งชื่ออย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2473[25][26] โดยการออกเสียงของสมาชิกในหอดูดาวโลเวลล์ที่คัดเลือกชื่อจนเหลือเพียงสามชื่อ ได้แก่ มิเนอร์วา (ซึ่งได้นำไปตั้งชื่อเป็นดาวเคราะห์น้อยแล้ว) โครนัส (ซึ่งไม่ได้รับความนิยมเนื่องจากถูกเสนอโดยนักดาราศาสตร์ไร้ชื่อเสียง ทอมัส เจฟเฟอร์สัน แจคสัน ลี) และพลูโต โดยสมาชิกทุกคนได้ลงคะแนนให้ชื่อพลูโตทั้งหมด[27] ชื่อได้ถูกประกาศในวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2473 และจากการประกาศนี้มาดานได้มอบเงินจำนวน 5 ปอนด์ (เท่ากับ 300 ปอนด์ หรือ 450 ดอลลาร์สหรัฐ ใน พ.ศ. 2558) ให้แก่เวเนเทียเป็นรางวัล[24]
ชื่ออีกชื่อหนึ่งของดาวพลูโตได้รับแรงบันดาลใจจากข้อเท็จจริงที่ว่า สองอักษรแรกของชื่อ พลูโต เป็นตัวย่อของเปอร์ซิวัล โลเวลล์ ทำให้สัญลักษณ์ทางดาราศาสตร์ของดาวพลูโต (, Unicode U+2647, ♇) ถูกสร้างขึ้นจากการประกอบกันของตัวอักษร P และ L[28] สัญลักษณ์ทางโหราศาสตร์ของดาวพลูโตคล้ายกับของดาวเนปจูน () แต่แค่มีวงกลมแทนที่ง่ามแหลมกลางของสามง่าม ()
ภายหลังชื่อนี้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง ในปี พ.ศ. 2473 วอลต์ ดิสนีย์ได้รับแรงบันดาลใจโดยเขาได้เสนอเพื่อนสุนัขของมิกกี้ เมาส์ ว่า พลูโต ถึงแม้ว่า เบน ชาร์ปสทีน ผู้ทำภาพเคลื่อนไหวของดิสนีย์ ไม่สามารถชี้ชัดได้ว่าทำไมชื่อนี้จึงถูกตั้งให้[29] ใน พ.ศ. 2484 เกลนน์ ที. ซีบอร์ก ตั้งชื่อธาตุที่ค้นพบใหม่ว่า ธาตุพลูโทเนียม ซึ่งตั้งชื่อตาม ดาวพลูโต ซึ่งเป็นการตั้งชื่อธาตุอย่างต่อเนื่องกับดาวเคราะห์ที่ค้นพบใหม่ล่าสุด ได้แก่ ยูเรเนียม ซึ่งตั้งชื่อตามดาวยูเรนัส เนปทูเนียม ซึ่งตั้งชื่อตามดาวเนปจูน[30]
หลายภาษาใช้ชื่อพลูโตในรูปแบบที่ต่างกันออกไป[lower-alpha 1] ในญี่ปุ่น โฮอิ โนะจิริเสนอว่าคำแปลว่า เมะอิโอเซอิ (冥王星 แปลว่า ดาวแห่งเทพเจ้ายมโลก) และคำแปลนี้ยังถูกใช้ในภาษาจีน เกาหลี และเวียดนาม[31][32][33] ภาษาอินเดียบางภาษายังคงใช้คำว่า พลูโต เป็นชื่อดาวเหมือนเดิม แต่อื่นๆ เช่น ภาษาฮินดี ใช้คำว่า ยามา เทพเจ้าแห่งความตายในเทพปกรณัมพุทธและฮินดู เช่นเดียวกับเวียดนาม[32] ภาษาโปลินีเซีย ยังเชื่อมชื่อดาวกับชื่อของเทพเจ้ายมโลก เช่น ไวโร ในภาษาเมารี[32]
ตอนที่พบดาวพลูโตครั้งแรก ความพร่ามัวและความไม่เชื่อมต่อของภาพถ่ายที่ได้ ทำให้เกิดความไม่แน่ชัดว่าจะเป็นดาวเคราะห์ X ของโลเวลล์[16] การประมาณค่ามวลของดาวพลูโตมีค่าน้อยลงเรื่อยๆในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 20[34]
นักดาราศาสตร์คำนวณมวลของดาวพลูโตในขั้นต้น โดยประมาณจากผลกระทบของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน ในปี พ.ศ. 2474 มวลดาวพลูโตถูกคำนวณออกมาว่ามีค่าใกล้เคียงกับมวลโลก การคำนวณในปี พ.ศ. 2491 ได้ลดค่ามวลของดาวพลูโตลงไปอยู่ที่ใกล้เคียงกับมวลของดาวอังคาร[36][38] ในปี พ.ศ. 2519 เดล ครูกชังค์ คาร์ล ฟลิชเชอร์ และเดวิด มอร์ริสันของมหาวิทยาลัยฮาวายคำนวณค่าความสะท้อนแสงของดาวพลูโตเป็นครั้งแรก และพบว่าค่าที่ได้ไปตรงกับค่าของน้ำแข็งมีเทน หมายความว่าดาวพลูโตจะต้องสว่างเป็นพิเศษสำหรับขนาดของมัน ดังนั้นดาวพลูโตจึงควรมีมวลน้อยกว่า 1% ของโลก[39] (ความสะท้อนแสงของดาวพลูโตอยู่ที่ 1.3–2.0 เท่าของโลก[42])
ในปี พ.ศ. 2521 การค้นพบ แครอน ดาวบริวารของดาวพลูโต ได้กลายเป็นตัวช่วยในการคำนวณหาค่ามวลดาวพลูโต โดยได้ผลออกมาว่ามวลของดาวพลูโตมีค่าเท่ากับ 0.2% ของมวลโลก ซึ่งมีค่าน้อยเกินกว่าที่จะส่งผลกระทบต่อวงโคจรของดาวยูเรนัส ทำให้การค้นหาดาวเคราะห์ X ยังคงมีต่อไป นำโดยรอเบิร์ต ซุสตัน แฮร์ริงตัน[43] แต่ก็ผิดพลาดไป ในปี พ.ศ. 2535 ไมลส์ สแตนดิช ใช้ข้อมูลของดาวเนปจูนที่ได้จากยานวอยเอจเจอร์ 2 ในปี พ.ศ. 2532 ซึ่งให้ค่ามวลของดาวเนปจูนน้อยลงไปกว่าค่าเดิม 0.5% ซึ่งเทียบได้กับมวลของดาวอังคาร ทำให้ต้องมีการคำนวณผลกระทบความโน้มถ่วงของวงโคจรดาวยูเรนัสใหม่ ด้วยค่าใหม่ที่ได้ ทำให้พวกเขาไม่จำเป็นที่จะต้องค้นหาดาวเคราะห์ X อีกต่อไป ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ X ที่โลเวลล์ได้กล่าวไว้นั้นไม่มีอยู่จริง[44] โลเวลล์ได้ทำนายวงโคจรและตำแหน่งของดาวเคราะห์ X ในปี พ.ศ. 2458 ว่าวงโคจรและตำแหน่งของดาวเคราะห์ X จะอยู่ใกล้กับวงโคจรจริงของดาวพลูโตในเวลานั้นมาก เออร์เนสต์ ดับเบิลยู. บราวน์ ได้สรุปเกี่ยวกับการค้นพบดาวพลูโตว่าเป็นเหตุบังเอิญ[45] แต่การสำรวจก็ยังคงมีต่อไป[46]
นับตั้งแต่ พ.ศ. 2535 เป็นต้นมา วัตถุหลายชิ้นต่างถูกค้นพบว่าโคจรอยู่ในบริเวณเดียวกับดาวพลูโต แสดงให้เห็นว่าดาวพลูโตเป็นสมาชิกหนึ่งของบริเวณที่เรียกว่าแถบไคเปอร์ ทำให้สถานะการเป็นดาวเคราะห์ของมันเป็นข้อถกเถียง ด้วยคำถามที่ว่าดาวพลูโตควรจะถูกจัดรวมหรือแยกออกจากวัตถุแวดล้อมนั้น ตามพิพิธภัณฑ์หรือท้องฟ้าจำลองมักจะสร้างความขัดแย้งโดยนำดาวพลูโตออกจากการเป็นดาวเคราะห์ของระบบสุริยะ ท้องฟ้าจำลองเฮย์เดนที่กลับมาเปิดใหม่หลังการปรับปรุงในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2543 ก็มีดาวเคราะห์เพียงแปดดวงในแบบจำลองระบบสุริยะ ทำให้กลายเป็นประเด็นใหญ่ไปเกือบปีหลังจากนั้น[47]
มีวัตถุจำนวนมากที่มีขนาดใกล้เคียงกับดาวพลูโตซึ่งถูกค้นพบในบริเวณเดียวกัน เป็นเหตุให้มีการถกเถียงว่าดาวพลูโตควรจะถูกจัดให้เป็นหนึ่งในวัตถุแถบไคเปอร์ เหมือนกับซีรีส พัลลัส จูโน และเวสตาที่สูญเสียสถานะการเป็นดาวเคราะห์ไปหลังจากที่ค้นพบดาวเคราะห์น้อยเป็นจำนวนมากในแถบเดียวกัน ในวันที่ 29 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 มีการค้นพบ อีริส วัตถุพ้นดาวเนปจูนชิ้นใหม่ ซึ่งถูกประมาณกันว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าดาวพลูโต ทำให้มันกลายเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะที่ถูกค้นพบหลังปี พ.ศ. 2389 แต่เดิมตำแหน่งนี้เป็นของ ไทรทัน ตัวผู้ค้นพบอีริสเองก็เรียกมันว่าเป็นดาวเคราะห์ดวงที่สิบ ถึงแม้ว่าในเวลานั้นจะยังไม่มีมติอย่างเป็นทางการที่จะเรียกมันว่าดาวเคราะห์[48] คนอื่น ๆ ในวงการดาราศาสตร์ได้ค้นพบข้อโต้แย้งที่หนักแน่นพอที่จะนำไปสู่การจัดประเภทของดาวพลูโตให้เป็นดาวเคราะห์แคระ[49]
หัวข้อการอภิปรายเริ่มขึ้นในวันที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ด้วยไอเอยูได้สร้างคำนิยามของคำว่า "ดาวเคราะห์" อย่างเป็นทางการ ตามนิยามใหม่นี้ มีใจความสำคัญอยู่สามข้อสำหรับวัตถุที่จะถูกเรียกได้ว่าเป็นดาวเคราะห์ ดังนี้
วัตถุนั้นจะต้องโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุนั้นจะต้องมีมวลมากพอที่จะรักษาสภาพตัวเองให้เป็นทรงกลมได้โดยแรงโน้มถ่วงของตัวเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงโน้มถ่วงของวัตถุนั้นควรจะทำให้วัตถุนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิต วัตถุนั้นจะต้องไม่มีวัตถุอื่นใดอยู่ในบริเวณเดียวกัน[50][51]
ดาวพลูโตไม่เป็นไปตามนิยามข้อที่สาม เนื่องจากมันมีมวลแค่ 0.07 เท่าของมวลของวัตถุอื่นๆในบริเวณเดียวกัน (เมื่อเทียบกับโลกแล้ว โลกมีมวล 1.7 ล้านเท่าของวัตถุอื่น ๆ ในบริเวณเดียวกัน)[49][51] 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"[52] ดาวพลูโตยังได้รับการรวมอยู่กับวัตถุที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2473 มันควรที่จะได้รับเลข 1164 ถัดจาก 1163 ซากา ที่ถูกค้นพบเพียงไม่กี่เดือนก่อนหน้าดาวพลูโต[53]
มีการต่อต้านบางส่วนภายในสมาคมดาราศาสตร์ด้วยกันเอง[54][55][56] แอลัน สเติร์น ผู้ตรวจสอบภารกิจการเดินทางของยานนิวฮอไรซันส์ ดูถูกการจัดประเภทของไอเอยูสู่สาธารณะ โดยกล่าวว่า "การนิยามนี้แย่มาก ด้วยเหตุผลทางเทคนิค"[57] เนื่องจากโดยนิยามใหม่ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเนปจูน จะไม่ถูกจัดเป็นดาวเคราะห์ เนื่องจากมีวงโคจรทับซ้อนกับดาวเคราะห์น้อย เขายังแย้งว่าดาวบริวารกลมขนาดใหญ่ เช่น ดวงจันทร์ ก็ควรจะถูกจัดเป็นดาวเคราะห์ด้วย[58] การอ้างอื่นของเขา คือ เป็นการตัดสินใจที่ไม่ได้มาจากตัวแทนจากทุกสมาคมดาราศาสตร์ เพราะมีนักดาราศาสตร์ที่เห็นด้วยเพียงแค่ 5%[59] มาร์ก ดับเบิลยู. บูอี กล่าวถึงทางเลือกเกี่ยวกับนิยามใหม่บนเว็บไซต์ของเขาและต่อต้าน[60] คนอื่นที่เห็นด้วยกับไอเอยู ไมค์ บราวน์ ผู้ค้นพบดาวอีริส กล่าวว่า "ผ่านกระบวนการที่ดูตลกเช่นนี้ บางที คำตอบที่ถูกต้องอาจสะดุดลง นี่เป็นเวลานานแล้ว วิทยาศาสตร์ได้แก้ไขตัวเองอยู่แล้ว แม้ว่าจะมีความรู้สึกเข้ามาเกี่ยวข้อง"[61]
ในปี พ.ศ. 2549 สมาคมสำเนียงอเมริกันได้เลือกให้คำว่า plutoed เป็นคำแห่งปี โดย To "pluto" แปลว่า "ลดขั้นหรือความสำคัญของบางคนหรือบางสิ่งลง"[62]
คาบการหมุนรอบดวงอาทิตย์ของดาวพลูโต คือ 248 ปีโลก วงโคจรของดาวพลูโตแตกต่างไปจากวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่น ซึ่งมีวงโคจรในลักษณะใกล้เคียงกับวงกลมและแบนราบไปกับระนาบสุริยวิถี แต่ดาวพลูโตมีค่าความเอียงของวงโคจรมาก (มากกว่า 17°) และความเยื้องศูนย์กลางก็มาก นั่นหมายความว่าในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ดาวพลูโตจะโคจรใกล้ดวงอาทิตย์กว่าดาวเนปจูน จุดศูนย์กลางมวลของระบบดาวพลูโต-แครอนอยู่ในตำแหน่งใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดเมื่อวันที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2532[63][lower-alpha 2] และอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์กว่าดาวเนปจูนในวันที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2522 และ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2542[64]
โดยรวมแล้ว วงโคจรของดาวพลูโตไม่มีความเสถียรภาพ ถึงแม้ว่าการประมวลผลจากคอมพิวเตอร์จะสามารถคำนวณตำแหน่งของดาวพลูโตได้ถึงหลายล้านปีข้างหน้า (ทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับ) แต่หลังจากที่คำนวณจนไปถึงช่วงเวลาเลียปูนอฟของ 10–20 ล้านปี และมากกว่านั้น การคำนวณจะเริ่มผิดพลาดมากขึ้น: ดาวพลูโตมีความว่องไวต่อรายละเอียดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ของระบบสุริยะ ปัจจัยที่คาดเดาได้ยากเหล่านั้น เป็นตัวทำให้วงโคจรของดาวพลูโตค่อยๆมีการเปลี่ยนแปลง[65][66]
แม้ว่า เมื่อมองจากมุมมองด้านบนแล้ว วงโคจรของดาวพลูโตปรากฏทับกันกับวงโคจรของดาวเนปจูน แต่ด้วยตำแหน่งของวัตถุทั้งสอง ทำให้วัตถุนั้นไม่ชนหรือแม้แต่จะเข้าใกล้กันเลย ซึ่งมีสาเหตุหลายประการ
โดยพื้นฐาน มีนักดาราศาสตร์บางคนพบว่าวงโคจรของดาวพลูโตไม่ได้ตัดกับดาวเนปจูน แม้เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดหรือจะอยู่ในช่วงที่กำลังข้ามวงโคจร ตัวดาวยังอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวเนปจูนอีกมาก วงโคจรของดาวพลูโตข้ามวงโคจรของดาวเนปจูนที่ 8 หน่วยดาราศาสตร์ เหนือดาวเนปจูน ซึ่งป้องกันการปะทะ[67][68][69] และระนาบโคจรของดาวพลูโตยังเอียงกว่าของดาวเนปจูน 21°[70]
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)[69]
อัตราส่วนการโคจร 2:3 ระหว่างวัตถุสองวัตถุนี้มีเสถียรภาพสูงมาก และจะยังคงอยู่ไปอีกหลายล้านปี[71] การป้องกันนี้ช่วยไม่ให้สองวัตถุมีปฏิสัมพันธ์ต่อกัน และวัฎจักรของมันกันจะวนซ้ำไปเรื่อย ๆ และทำให้วัตถุทั้งสองไม่เคลื่อนผ่านเข้าใกล้กัน ดังนั้น แม้วงโคจรของดาวพลูโตจะไม่เอียงเลยก็ตาม มันก็จะยังคงไม่สามารถปะทะกับดาวเนปจูนได้อยู่ดี[69]
ผลการศึกษาจำนวนมาก แสดงให้เห็นว่า ตลอดหลายล้านปีที่ผ่านมา ธรรมชาติไม่ให้วงโคจรของดาวพลูโตและดาวเนปจูนเกิดการเปลี่ยนแปลง[67][72] ยังมีการสั่นพ้องและปฏิสัมพันธ์อีกมากที่ควบคุมรายละเอียดการโคจรและเสถียรภาพของดาวพลูโต
อย่างแรก คือ ระยะมุมจุดใกล้ศูนย์กลางที่สุดของดาวพลูโต ซึ่งคือมุมที่อยู่ระหว่างจุด ณ ตำแหน่งที่โคจรตัดระนาบสุริยะ กับจุด ณ ตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด โดยมีค่าไลเบรชันประมาณ 90°[72] นั่นหมายความว่า เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด มันก็จะอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากระนาบสุริยะมากที่สุดด้วย ซึ่งป้องกันการเคลื่อนที่เข้าหาดาวเนปจูน นี่ยังเป็นผลโดยตรงจากกลไกโคะซะอิ[67] ซึ่งเกี่ยวข้องกับวัตถุที่มีค่าความเยื้องและความเอียงมาก ในกรณีของดาวเนปจูน ดาวเนปจูนมีไลเบรชันเท่ากับ 38° ทำให้การแยกเชิงมุมของจุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวพลูโตกับวงโคจรของดาวเนปจูนอยู่ห่างกันมากกว่า 52° เสมอ (90°–38°) โดยการแยกเชิงมุมที่มีค่าน้อยที่สุดจะเกิดขึ้นทุก ๆ 10,000 ปี[71]
อย่างที่สองคือ เส้นแวงของแอสเซนดิงโนดของสองวัตถุ ซึ่งคือจุดที่วัตถุทั้งสองข้ามเส้นสุริยวิถี โดยตำแหน่งนั้นจะอยู่ในอัตราส่วนที่ใกล้เคียงกันด้วยการไลเบรชันค่าสูง เมื่อเส้นแวงของวัตถุทั้งสองอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน กล่าวคือ สามารถลากเส้นตรงผ่านจุดตัดระนาบของวัตถุทั้งสองและดวงอาทิตย์ได้ เมื่อเกิดขึ้นแล้ว จุดที่ใกล้ที่สุดของดาวพลูโตจะอยู่ที่ 90° และด้วยเหตุนี้ ทำให้มันโคจรเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ได้มากที่สุด เมื่อมันอยู่สูงจากดาวเนปจูนมากที่สุด รู้จักกันว่าเป็น<i data-parsoid='{"dsr":[30662,30686,2,2]}'>ซูเปอร์เรโซแนนซ์ 1:1 ดาวเคราะห์ยักษ์ทุกดวง โดยเฉพาะดาวพฤหัสบดี โคจรอยู่ในรูปแบบของซูเปอร์เรโซแนนซ์เช่นกัน[67]
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[69][71]
มีวัตถุขนาดเล็กอย่างน้อยหนึ่งดวงที่เป็นดาวบริวารเสมือน ซึ่งก็คือ (15810) 1994 JR1 อันเป็นรูปแบบดาวบริวารที่โคจรแตกต่างออกไป[73] วัตถุนี้เป็นดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตมากว่า 100,000 ปี และจะยังคงอยู่อย่างนั้นไปอีก 250,000 ปี โดยมีระยะเวลาการเกิดซ้ำอยู่ 2,000,000 ปี[73][74] และอาจจะมีดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตอีก
คาบการหมุนรอบตัวเองของดาวพลูโต เท่ากับ 6.39 วันโลก[75] ดาวพลูโตยังหมุนรอบตัวเองบน "ด้านข้าง" ของระนาบโคจร ด้วยค่าความเอียง 120° เช่นเดียวกับดาวยูเรนัส และฤดูบนดาวพลูโตก็แตกต่างออกไปมาก ที่ตำแหน่งอายันของมัน 1 ใน 4 ของพื้นผิวดาวพลูโตจะได้รับแสงอาทิตย์ตลอด ในขณะที่บริเวณที่เหลือจะอยู่ในความมืดตลอด[76]
ปริมาณแสงที่ได้รับของดาวพลูโตมีค่าน้อยมาก มีค่าเท่ากับเวลาพลบค่ำบนโลก นาซาได้โพสต์เครื่องคำนวณ "เวลาพลูโต"[77] ซึ่งใช้หาว่าเวลาใดที่แสงบนโลกจะเท่ากับแสงบนดาวพลูโตในวันที่ปลอดโปร่ง ตัวอย่างเช่น ในวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ณ ตำแหน่งที่ตั้งของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ประยุกต์ เวลาพลูโต คือ 20:38 น.[77][78] 4 นาทีหลังจากดวงอาทิตย์ตกตอนเวลา 20:34 น. รายงานสำหรับพื้นที่นั้นโดย NOAA[79]
เนื่องจากดาวพลูโตอยู่ห่างจากโลกมาก การศึกษาแบบเจาะลึกจากโลกยังเป็นไปได้ยาก ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานนิวฮอไรซันส์ของนาซาสำเร็จการบินผ่านระบบดาวพลูโต ซึ่งช่วยให้ทราบถึงข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะภูมิประเทศของดาวพลูโตมากขึ้น และส่งมาเรื่อย ๆ จนกระทั่งปลาย พ.ศ. 2559[80][81]
ผิวดาวพลูโตประกอบไปด้วยไนโตรเจนแข็งถึง 98% และน้ำแข็งมีเทนกับคาร์บอนมอนอกไซด์อีกจำนวนเล็กน้อย[82] หน้าของดาวพลูโตที่หันเข้ามาแครอนประกอบไปด้วยน้ำแข็งมีเทนเป็นส่วนใหญ่ ต่างกับอีกด้านหนึ่งของดาวพลูโตซึ่งประกอบไปด้วยไนโตรเจนแข็งและคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนใหญ่[83] ผิวของดาวพลูโตค่อนข้างที่จะแปลกประหลาด ด้วยความแตกต่างอย่างมากของสีและความสว่างของพื้นผิว[84] ดาวพลูโตเป็นหนึ่งในดาวที่มีพื้นผิวตัดกันอย่างชัดเจน เช่นเดียวกับ ไอแอพิตัส ดาวบริวารของดาวเสาร์[85] สีของพื้นผิวเปลี่ยนจากสีดำถ่านไปยังสีส้มเข้มและสีขาว สีของดาวพลูโตคล้ายกับสีของไอโอ เนื่องจากมีเฉดสีเดียวกัน คือ สีส้ม[86] ลักษณะภูมิลักษณ์บนดาวพลูโตที่สำคัญ เช่น ทอมบอเรจีโอ (Tombaugh Regio) หรือ "หัวใจ" (อาณาเขตสว่างขนาดใหญ่ในด้านตรงข้ามกับแครอน) คูลฮูเรจีโอ (Cthulhu Regio) หรือ "วาฬ" (อาณาเขตสีเข้มขนาดใหญ่ที่คลอบคลุมเกือบซีกของดาวพลูโต) และบราสนัคเคิล (แถบสีเข้มบริเวณเส้นศูนย์สูตรของดาวพลูโต) สปุตนิกพลานัม (กลีบซ้ายของ "หัวใจ") เป็นที่ราบกว้าง 1000 กิโลเมตร ประกอบด้วยไนโตรเจนแข็งและคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง และมีสัญญาณที่ชี้ว่ามีการไหลของธารน้ำแข็งทั้งเข้าและออกจากที่ราบนั้น[87][88] ดาวพลูโตไม่มีหลุมอุกกาบาตเท่าที่เห็นได้โดยยานนิวฮอไรซันส์ หมายความว่าผิวดาวจะต้องมีอายุไม่เกิน 10 ล้านปี[89] คณะนักวิทยาศาสตร์ของนิวฮอไรซันส์ได้สรุปผลการวิจัยเบื้องต้นว่า "ดาวพลูโตแสดงลักษณะทางกายภาพที่หลากหลายจนน่าตกใจ รวมทั้งผลลัพธ์จากธารน้ำแข็ง และการมีปฏิสัมพันธ์ของผิวดาวกับชั้นบรรยากาศ การปะทะ แผ่นธรณีภาคเคลื่อนที่ ภูเขาไฟน้ำแข็ง และกระบวนการสูญเสียมวล"[90]
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[91][92]
ดาวพลูโตมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2,372 กิโลเมตร[99] และมีมวล 1.31 × 1022 กิโลกรัม ซึ่งน้อยกว่ามวลของดวงจันทร์ 17.82 % (น้อยกว่าโลก 24 %)[100] ดาวพลูโตมีพื้นที่ผิว 1.665 × 107 ตารางกิโลเมตร หรือเทียบได้กับพื้นที่ประเทศรัสเซีย มีแรงโน้มถ่วงที่ผิวดาวเท่ากับ 0.063 g (เทียบกับโลกที่ 1 g)
การค้นพบ แครอน ดาวบริวารของดาวพลูโต ทำให้มีการกำหนดมวลของระบบดาวพลูโต–แครอนขึ้นใหม่ โดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ข้อที่สามของเคปเลอร์ จากการสำรวจดาวพลูโตที่สัมพันธ์กับแครอน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพลูโตได้แม่นยำขึ้น และหลังจากที่มีการประดิษฐ์เลนส์ชนิดดัดแปลงได้ ทำให้มีการคาดเดาถึงรูปร่างได้แม่นยำขึ้น[101]
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[99] ซึ่งใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณของอีริส (2,326 กิโลเมตร) ก็ตาม[102]
การประเมินขนาดของดาวพลูโตซับซ้อน เนื่องด้วยชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต[96] และหมอกไฮโดรคาร์บอน[94] ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2557 เลลลอช, เด เบอร์ก และคณะ ตีพิมพ์การค้นพบสารผสมมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต ซึ่งทำให้ประเมินได้ว่า ดาวพลูโตควรมีขนาดใหญ่กว่า 2,360 กิโลเมตร ด้วย "การคาดเดาที่ดีที่สุด" คือ 2,368 กิโลเมตร[98] ในวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ภาพถ่ายและข้อมูลต่างๆ จากยานนิวฮอไรซันส์ ได้ประเมินเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพลูโตไว้ที่ 2,370 กิโลเมตร (1,470 ไมล์)[102][103] ซึ่งภายหลังเปลี่ยนเป็น 2,372 กิโลเมตร (1,474 ไมล์) ในวันที่ 24 กรกฎาคม[99]
ดาวพลูโตมีชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยไนโตรเจน (N2) มีเทน (CH4) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งอยู่ในภาวะเป็นไอน้ำแข็งบนผิวดาวพลูโต[104][105] จากผลการวัดของยานนิวฮอไรซันส์ ความดันที่ผิวดาวอยู่ที่ 1 ปาสกาล (10 ไมโครบาร์)[90] น้อยกว่าประมาณ 1 แสน ถึง 1 ล้านเท่าของโลก ในเบื้องต้น นักดาราศาสตร์มีความเห็นว่า เมื่อดาวพลูโตเคลื่อนห่างจากดวงอาทิตย์ ชั้นบรรยากาศจะเกิดการแข็งตัวแล้วร่วงลงสู่ผิวดาว แต่เมื่อถึงช่วงที่ดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ อุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มสูงขึ้น ทำให้น้ำแข็งเหล่านั้นระเหิดกลับขึ้นไปบนท้องฟ้า[106] ถึงกระนั้น ข้อมูลจากยาน<i data-parsoid='{"dsr":[44073,44089,2,2]}'>นิวฮอไรซันส์ แสดงให้เห็นว่า จริงๆแล้ว ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตกำลังเพิ่มขึ้น และดูเหมือนว่าจะหลุดลอยเป็นแก๊สตามวงโคจร[107][108] การสำรวจของ<i data-parsoid='{"dsr":[44502,44518,2,2]}'>นิวฮอไรซันส์ ยังพบว่าไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศหลุดออกมาในปริมาณน้อยกว่าจากที่คาดไว้ 10,000 เท่า[108] แอลัน สเติร์นยืนยันว่าเพียงแค่อุณหภูมิผิวดาวพลูโตเพิ่มขึ้นเล็กน้อย จะทำให้ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ จาก 18 มิลลิบาร์เป็น 280 มิลลิบาร์ (3 เท่าของดาวอังคาร และหนึ่งในสี่ของโลก) ที่ความหนาแน่นขนาดนั้น ไนโตรเจนอาจไหลผ่านชั้นบรรยากาศในรูปของเหลว[108] ความหนาของชั้นบรรยากาศดาวพลูโตสามารถเพิ่มสูงได้ถึง 1,670 กิโลเมตร แม้ชั้นบรรยากาศส่วนบนจะไม่มีรูปร่างที่แน่นอน
การมีอยู่ของมีเทน ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจกรุนแรง ในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต ทำให้เกิดการสลับที่ของอุณหภูมิ โดยอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศสูงกว่าอุณหภูมิที่ผิวดาว[109] แม้การสำรวจจากยาน<i data-parsoid='{"dsr":[45243,45259,2,2]}'>นิวฮอไรซันส์</i>จะเผยว่าบรรยากาศชั้นบนของดาวพลูโต อาจมีอุณหภูมิต่ำกว่าที่คาดไว้มาก (70 K ซึ่งผิดจากที่คาดไว้ 100 K)[108] ชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตแบ่งออกเป็นชั้นหมอกทั้งหมด 20 ชั้น ซึ่งหนาประมาณ 150 กิโลเมตร[90] คาดว่าจะเกิดจากคลื่นความดันที่สร้างขึ้นโดยการไหลของอากาศผ่านภูเขาบนดาวพลูโต[108]
ดาวพลูโตมีดาวบริวารเท่าที่ทราบห้าดวง ได้แก่ แครอน ซึ่งมีการระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2521 โดย เจมส์ คริสตี นักดาราศาสตร์, นิกซ์และไฮดรา ซึ่งถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2548 ทั้งคู่[110], เคอร์เบอรอส ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2554[111] และสติกซ์ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2555[112] วงโคจรของดาวบริวารเป็นวงกลม (ความเยื้องศูนย์กลาง < 0.006) และร่วมระนาบกับเส้นศูนย์สูตรของดาวพลูโต (ความเอียง < 1°)[113][114] ฉะนั้นจึงเอียงประมาณ 120° เทียบกับวงโคจรของดาวพลูโต ระบบดาวบริวารของดาวพลูโตอัดกันอยู่อย่างหนาแน่นมาก โดยวงโคจรของดาวบริวารห้าดวงที่ทราบอยู่ใน 3% ชั้นในของบริเวณซึ่งวงโคจรตามทางจะเสถียร[115] แครอนโคจรอยู่ใกล้ดาวพลูโตที่สุด โดยแครอนมีขนาดใหญ่พอที่จะอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิตและทำให้แบรีเซนเตอร์ของระบบดาวพลูโต–แครอนอยู่นอกดาวพลูโต ถัดจากแครอนออกไปมีดาวบริวารดาวคู่ (circumbinary) ขนาดเล็กกว่ามากของดาวพลูโต ได้แก่ สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดราตามลำดับ
คาบการโคจรของดาวบริวารของดาวพลูโตทุกดวงสัมพันธ์กันในระบบของการสั่นพ้องวงโคจร[114][116] เมื่อการหมุนควงถูกนับด้วยแล้ว สำหรับคาบโคจรของสติกซ์ นิกซ์ และไฮดรา อยู่ในอัตราส่วน 18:22:23[114] นอกจากนี้สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดรายังโคจรอยู่ในอัตราส่วน 3:4:5:6 โดยประมาณ ด้วยแครอนที่ซึ่งเข้าใกล้แล้วก็ถอยห่างจากกลุ่มดาวบริวารนี้ออกไป[114][117]
ระบบดาวพลูโต–แครอนเป็นระบบหนึ่งที่แบรีเซนเตอร์เลยออกไปจากผิวของดาวดวงใหญ่ (617 พาโทรคลัส เป็นตัวอย่างขนาดเล็กหนึ่ง และดวงอาทิตย์กับดาวพฤหัสบดี เป็นตัวอย่างขนาดใหญ่ตัวอย่างเดียว)[118] การเยื้องของแบรีเซนเตอร์และขนาดที่ใหญ่ของแครอนเมื่อเทียบกับดาวพลูโตแล้ว ได้ทำให้นักดาราศาสตร์บางคนเรียกมันว่าดาวเคราะห์แคระคู่[119] ระบบนี้ยังมีลักษณะที่ไม่เหมือนกับระบบดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ คือ การล็อกไทดัล กล่าวคือดาวพลูโตและแครอนจะหันหน้าเข้าหากันเสมอ ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งใดบนดาวดวงใดก็ตาม ดาวอีกดวงจะลอยค้างอยู่บนฟ้าอย่างนั้นเสมอ หรือไม่ลอยขึ้นมาเสมอ[120] นี่ยังหมายความว่าคาบการหมุนรอบตัวเองของแต่ละดาวเท่ากับระยะเวลาที่พวกมันใช้โคจรรอบจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง[75]
ในปี พ.ศ. 2552 การสังเกตจากหอดูดาวเจมินี แสดงให้เห็นว่าบนผิวแครอน มีแอมโมเนียไฮเดรตและผลึกน้ำอยู่ ซึ่งหมายความว่าบนผิวดาวยังเกิดการปะทุของน้ำอยู่[121]
ดาวบริวารของดาวพลูโตถูกสันนิษฐานว่าก่อตัวจากการปะทะของดาวพลูโตกับวัตถุขนาดเดียวกันชิ้นหนึ่ง ในช่วงยุคแรก ๆ ของระบบสุริยะ การปะทะได้ปลดปล่อยวัสดุที่ซึ่งภายหลังได้รวมตัวกันก่อเป็นดาวบริวารรอบ ๆ ดาวพลูโต[122] ถึงอย่างนั้น เคอร์เบอรอสมีความสะท้อนแสงต่ำกว่าดาวบริวารดวงอื่นมาก[123] ซึ่งยากต่อการอธิบายด้วยการปะทะครั้งใหญ่[124]
ต้นกำเนิดและตัวตนของดาวพลูโตเป็นปริศนาแก่นักดาราศาสตร์มาอย่างยาวนานแล้ว สมมติฐานแรก ๆ เกี่ยวกับดาวพลูโต ระบุว่าดาวพลูโตเคยเป็นดาวบริวารของดาวเนปจูนมาก่อน ก่อนที่จะถูกแรงโน้มถ่วงของไทรทันเหวี่ยงออกไป ภายหลังแนวคิดนี้ก็ถูกค้าน เนื่องจากพบว่าเป็นไปไม่ได้ที่ดาวพลูโตจะเป็นเช่นนั้น เพราะดาวพลูโตไม่เคยเข้าใกล้ดาวเนปจูนเลยสักครั้งเดียว[126]
ตำแหน่งจริงของดาวพลูโตถูกเปิดเผยออกมาเมื่อ พ.ศ. 2535 เมื่อนักดาราศาสตร์เริ่มทำการสำรวจวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กในบริเวณพ้นวงโคจรของดาวเนปจูนออกไปเช่นเดียวกับ ดาวพลูโต ทั้งขนาดและองค์ประกอบ กลุ่มวัตถุพ้นดาวเนปจูนนี้เชื่อว่าจะเป็นต้นกำเนิดของดาวหางคาบสั้น ปัจจุบัน ดาวพลูโต รู้จักกันว่าเป็นสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดในแถบไคเปอร์[lower-alpha 3] แถบของวัตถุซึ่งห่างออกไป 30–50 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ ณ ปี พ.ศ. 2554 การสำรวจแถบไคเปอร์ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์และวัตถุขนาดใกล้เคียงดาวพลูโตที่เหลือถูกคาดว่าจะอยู่ห่างออกไป 100 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ หรือมากกว่านั้น[127] ดาวพลูโตเหมือนกับวัตถุในแถบไคเปอร์อื่น ๆ ตรงที่สมบัติของมันไปมีร่วมกันกับดาวหาง ตัวอย่างเช่น ลมสุริยะค่อย ๆ เป่าผิวของดาวพลูโตออกไปสู่อวกาศ[128] นักดาราศาสตร์ยังเชื่อกันว่า ถ้าดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ในระยะเดียวกับโลกแล้ว ดาวพลูโตจะมีหางเช่นเดียวกับที่ดาวหางมี[129] การคาดการณ์นี้ตกไปเนื่องด้วยข้อถกเถียงที่ว่าความเร็วหลุดพ้นของดาวพลูโตมีมากเกินไปที่จะเป็นเช่นนั้น[130]
แม้ดาวพลูโตจะเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ[94] ไทรทัน ดาวบริวารของดาวเนปจูน ที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพลูโตเล็กน้อย มีลักษณะทางภูมิศาสตร์และภูมิอากาศคล้ายคลึงกับดาวพลูโต นั่นทำให้เชื่อกันว่าไทรทัน เดิมก็เป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ที่ถูกดาวเนปจูนดึงมา[131] อีริสมีขนาดใกล้เคียงกับดาวพลูโต (แต่มีมวลมากกว่า) แต่ก็ดูเหมือนว่าจะไม่ได้ถูกจัดรวมเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์อย่างเคร่งครัดนัก มันดูค่อนข้างที่จะเป็นสมาชิกในแถบหินกระจายมากกว่า
วัตถุแถบไคเปอร์จำนวนมาก เหมือนกับดาวพลูโต มีอัตราส่วนวงโคจรเป็น 2:3 กับดาวเนปจูน วัตถุแถบไคเปอร์ที่มีอัตราส่วนวงโคจรนี้ เรียกว่า พลูติโน ตั้งชื่อตามดาวพลูโต[132]
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[133] แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นใน พ.ศ. 2547 โดยอาเลสซันโดร มอร์บีเดลลี จากหอสังเกตการณ์โกตดาซูร์ในนิส เสนอว่าการย้ายตำแหน่งของดาวเนปจูนสู่แถบไคเปอร์นั้น อาจเกิดจากการก่อตัวของอัตราส่วนวงโคจร 1:2 ของดาวพฤหัสบดีกับดาวเสาร์ ซึ่งได้สร้างแรงผลักจากความโน้มถ่วง ทำให้วงโคจรของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนขยายกว้างขึ้น จนสุดท้ายเกิดการสลับที่ เป็นผลให้วัตถุแถบไคเปอร์ดั้งเดิมถูกผลักออกไปด้วย ซึ่งสามารถอธิบายถึงการกระหน่ำครั้งใหญ่ช่วงปลาย ที่เกิดขึ้นเมื่อ 600 ล้านปีก่อนหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ และจุดกำเนิดของโทรจันดาวพฤหัสบดี[134] มันเป็นไปได้ว่าก่อนหน้าที่ดาวเนปจูนจะย้ายตำแหน่งจนรบกวนวงโคจรดาวต่าง ๆ ในตำแหน่งดั้งเดิม ดาวพลูโตเคยมีวงโคจรที่ระยะ 33 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์[135] แบบจำลองนิซแสดงผลว่า จะมีวัตถุขนาดเท่าดาวพลูโตจำนวนมากอยู่ในจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดดั้งเดิม ซึ่งรวมทั้งไทรทันและอีริส[134]
ระยะทางของดาวพลูโตถึงโลก ทำให้ยากแก่การศึกษาและการสำรวจเชิงลึก ในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 ยานอวกาศนิวฮอไรซันส์ของนาซาบินผ่านระบบดาวพลูโต และให้ข้อมูลต่างๆมากมายกลับมา
ดาวพลูโตมีค่าความส่องสว่างปรากฏอยู่ที่เฉลี่ย 15.1 และสว่างขึ้นถึง 13.65 ที่ตำแหน่งใกล้ดวงอาทิตย์[42] เพื่อที่จะสังเกต จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดประมาณ 30 เซนติเมตร (12 นิ้ว) และมีขนาดรูรับแสงพอประมาณ[136] มันจะดูเหมือนดาวฤกษ์และไม่มีจานที่มองเห็นได้ แม้ว่าจะเป็นกล้องโทรทรรศนขนาดใหญ่ก็ตาม เพราะว่าดาวพลูโตมีขนาดเชิงมุมเพียงแค่ 0.11"
แผนที่าวพลูโตที่เก่าที่สุด ทำขึ้นในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษที่ 1980 เป็นแผนที่ความสว่างที่อิงจากการสังเกตอุปราคาระยะใกล้ โดยแครอน ดาวบริวารที่ใหญ่ที่สุดของมัน การสังเกตครั้งนั้นได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงในค่าความสว่างเฉลี่ยของระบบดาวพลูโต-แครอนระหว่างการเกิดอุปราคา ตัวอย่างเช่น ถ้าเกิดอุปราคา ณ จุดที่สว่างที่สุดของดาวพลูโต จะทำให้ความสว่างรวมทั้งดาวเพิ่มขึ้นมากกว่าเกิดอุปราคา ณ จุดที่มืด การประมวลผลจากคอมพิวเตอร์ของการสังเกตจำนวนมากในลักษณะนี้ ทำให้สามารถสร้างแผนที่ความสว่างได้ วิธีนี้ยังสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงความสว่างแต่ละช่วงเวลาได้อีกด้วย[137][138]
แผนที่ที่ดีกว่าถูกทำขึ้นจากภาพโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งให้ความละเอียดสูงกว่า ให้รายละเอียดได้มากกว่า[85] และยังได้แก้เขจุดผิดพลาดเป็นระยะกว่า 100 กิโลเมตร รวมทั้งบริเวณขั้วดาวและจุดที่สว่างมากกว่า[86] แผนที่เหล่านี้ถูกทำโดยการประมวลผลที่ซับซ้อนของคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะหาแบบแผนที่ที่สอดคล้องกับภาพจากฮับเบิล[139] และภาพนั้นก็กลายเป็นภาพที่ละเอียดที่สุดของดาวพลูโตจนกระทั่งยานนิวฮอไรซันส์ไปถึงในปี พ.ศ. 2558 เพราะกล้องสองตัวบนฮับเบิลที่ใช้ถ่ายภาพหยุดการใช้งานแล้ว[139]
ยานอวกาศ<i data-parsoid='{"dsr":[58472,58488,2,2]}'>นิวฮอไรซันส์ ซึ่งบินผ่านดาวพลูโตในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2558 เป็นยานอวกาศลำแรกและลำเดียวที่พยายามสำรวจดาวพลูดตโดยตรง ถูกปล่อยในปี พ.ศ. 2549 ถ่ายภาพดาวพลูโตภาพแรกจากระยะไกลในช่วงปลายเดือนกันยายน พ.ศ. 2549 ระหว่างการทดสอบกล้องถ่ายภาพบนยาน[140] ตัวภาพถ่ายที่ระยะทางประมาณ 4.2 พันล้านกิโลเมตร และได้พิสูจน์ความสามารถของยานในการถ่ายภาพระยะไกลได้ โดยถ่ายขึ้นมีจุดประสงค์หลักเพื่อเคลื่อนตัวไปอย่างระมัดระวังสู่ดาวพลูโตและวัตถุในแถบไคเปอร์ ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2550 ยานอวกาศได้ใช้แรงช่วยจากดาวพฤหัสบดี
นิวฮอไรซันส์</i>บินเข้าใกล้ดาวพลูโตที่สุดในวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558 หลังจากการเดินทางข้ามระบบสุริยะกว่า 3,462 วัน การสังเกตทางวิทยาศาสตร์ของดาวพลูโตเริ่มขึ้นตั้งแต่ 5 เดือนก่อนที่ยานจะบินผ่านดาวพลุโต และดำเนินต่อไปอีกอย่างน้อยหนึ่งเดือนหลังบินผ่าน การสังเกตดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์สำหรับการสำรวจระยะไกลซึ่งรวมทั้งอุปกรณ์ถ่ายภาพ และอุปกรณ์ส่งสัญญาณคลื่น จุดมุ่งหมายทางวิทยาศาสตร์ของ<i data-parsoid='{"dsr":[59447,59466,2,2]}'>ยานนิวฮอไรซันส์ คือระบุรายละเอียดลักษณะทางกายภาพและสัณฐานของดาวพลูโตกับแครอน ดาวบริวารของมัน ทำแผนที่แต่ละส่วนของผิวดาว และวิเคราะห์ชั้นบรรยากาศปกติของดาวพลูโตและอัตราของหลุดออกของมัน
ดาวพลูโตและแครอนที่เห็นได้จากยานนิวฮอไรซันส์ (ความละเอียดสูงสุด; สี; 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2558)
ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (9 กรกฎาคม พ.ศ. 2558) ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (11 กรกฎาคม พ.ศ. 2558) ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (11 กรกฎาคม พ.ศ. 2558) ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (12 กรกฎาคม พ.ศ. 2558) ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558)
ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (สี; 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2558) ดาวพลูโตจากมุมมอง<i>นิวฮอไรซันส์ (สี; 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2558)
หมวดหมู่:ดาวเคราะห์แคระ หมวดหมู่:วัตถุพ้นดาวเนปจูน หมวดหมู่:วัตถุไคเปอร์ หมวดหมู่:วัตถุทางดาราศาสตร์ที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2473