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Lunas de Plutón

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(Imágenes sin escala)
Arriba: Caronte , la luna más grande de Plutón , con su oscura región de Nunca Jamás. Centro: Hidra (izquierda) y Nix (derecha). Abajo: Cerbero (izquierda) y Estigia (derecha).

Se conocen cinco lunas del planeta enano Plutón . [ 1 ] En orden de distancia a Plutón, son Caronte , Estigia , Nix , Cerbero e Hidra . [ 2 ] Caronte, la más grande, está acoplada gravitacionalmente con Plutón y es lo suficientemente masiva como para que Plutón y Caronte sean considerados a veces un planeta enano binario . [ 3 ]

Historia

Caronte, la luna más interna y grande del sistema solar, fue descubierta por James Christy el 22 de junio de 1978, casi medio siglo después del descubrimiento de Plutón. Esto conllevó una revisión sustancial de las estimaciones del tamaño de Plutón, que anteriormente asumían que la masa observada y la luz reflejada del sistema se debían exclusivamente a Plutón.

Dos lunas adicionales fueron fotografiadas por astrónomos del Equipo de Búsqueda de Compañeros de Plutón que se preparaban para la misión New Horizons y trabajaban con el Telescopio Espacial Hubble el 15 de mayo de 2005, las cuales recibieron las designaciones provisionales S/2005  P  1 y S/2005  P  2. La Unión Astronómica Internacional nombró oficialmente a estas lunas Nix (Plutón  II, la luna interior de las dos lunas, anteriormente P  2) e Hydra (Plutón  III, la luna exterior, anteriormente P  1), el 21 de junio de 2006. [ 4 ] Kerberos, anunciado el 20 de julio de 2011, fue descubierto mientras se buscaban anillos de Plutón. El descubrimiento de Styx fue anunciado el 7 de julio de 2012 mientras se buscaban posibles peligros para New Horizons . [ 5 ]

Las pequeñas lunas a escala aproximada, en comparación con Caronte.

Caronte

Caronte y Plutón, a escala. Fotografía tomada por la sonda New Horizons durante su aproximación.

Caronte tiene aproximadamente la mitad del diámetro de Plutón y es lo suficientemente masivo (casi una octava parte de la masa de Plutón) como para que el baricentro del sistema se encuentre entre ellos, aproximadamente a 960 kilómetros (600 millas) por encima de la superficie de Plutón. [ 6 ] [ a ] ​​Caronte y Plutón también están en rotación síncrona, por lo que siempre presentan la misma cara el uno hacia el otro. La Asamblea General de la IAU en agosto de 2006 consideró una propuesta para que Plutón y Caronte fueran reclasificados como un planeta doble, pero la propuesta fue abandonada. [ 7 ] Al igual que Plutón, Caronte es una esfera perfecta dentro de la incertidumbre de medición. [ 8 ] 

Lunas circumbinarias

Animación de las lunas de Plutón alrededor del baricentro de Plutón - Plano de la eclíptica
Vista frontal
Vista lateral
  Plutón · Caronte · Estigia · Nix · Cerbero · Hidra               
Imagen del descubrimiento de Nix e Hydra por el Hubble
Imagen del satélite Styx obtenida por Discovery, superpuesta con las órbitas del sistema satelital.

Las cuatro pequeñas lunas circumbinarias de Plutón orbitan a una distancia de entre dos y cuatro veces mayor que la de Caronte, desde Styx, a 42 700 kilómetros (26 500 millas) , hasta Hydra, a 64 800 kilómetros (40 300 millas) del baricentro del sistema. Tienen órbitas casi circulares y directas en el mismo plano orbital que Caronte.  

Todas son mucho más pequeñas que Caronte. Nix e Hidra, las dos lunas más grandes, tienen aproximadamente 42 y 55 kilómetros (26 y 34 millas) en su eje más largo respectivamente, [ 9 ] y Estigia y Cerbero tienen 7 y 12 kilómetros (4,3 y 7,5 millas) respectivamente. [ 10 ] [ 11 ] Las cuatro tienen forma irregular.  

Características

El sistema de Plutón es muy compacto y en gran parte vacío: las lunas con órbitas progradas podrían orbitar Plutón de forma estable hasta el 53 % del radio de Hill (la zona gravitacional de influencia de Plutón) de 6 millones de km, o hasta el 69 % para las lunas con órbitas retrógradas. [ 12 ] Sin embargo, solo el 3 % interior de la región donde las órbitas progradas serían estables está ocupado por satélites, [ 13 ] y la región desde Styx hasta Hydra está tan densamente poblada que hay poco espacio para más lunas con órbitas estables dentro de esta región. [ 14 ] Una intensa búsqueda realizada por New Horizons confirmó que no existen lunas de más de 4,5 kilómetros (2,8 millas) de diámetro a distancias de hasta 180 000 kilómetros (110 000 millas) de Plutón (6 % de la región estable para lunas con órbitas progradas), asumiendo albedos similares a los de Caronte de 0,38 (para distancias menores, este umbral es aún menor). [ 15 ]  

Masas relativas de las lunas de Plutón. Caronte domina el sistema. Nix e Hidra son apenas visibles, y Estigia y Cerbero son invisibles a esta escala.
Vista esquemática oblicua del sistema Plutón-Caronte que muestra que Plutón orbita un punto fuera de sí mismo. También se aprecia el acoplamiento de mareas entre ambos cuerpos.

Se confirma que las órbitas de las lunas son circulares y coplanares, con inclinaciones que difieren menos de 0,4° y excentricidades menos de 0,005. [ 16 ]

El descubrimiento de Nix e Hydra sugirió que Plutón podría tener un sistema de anillos . Los impactos de cuerpos pequeños podrían expulsar escombros de las lunas pequeñas, los cuales podrían formar un sistema de anillos. Sin embargo, los datos de un estudio óptico profundo realizado por la Cámara Avanzada para Sondeos del Telescopio Espacial Hubble , los estudios de ocultación [ 17 ] y, posteriormente, por New Horizons , sugieren que no existe ningún sistema de anillos.

Resonancias cercanas

Todas las lunas circumbinarias exteriores también están cerca de la resonancia de movimiento medio con el período orbital de Caronte-Plutón. Styx, Nix, Kerberos e Hydra están en una secuencia 1:3:4:5:6 de resonancias cercanas , con Styx aproximadamente al 5,4% de su resonancia, Nix aproximadamente al 2,7%, Kerberos aproximadamente al 0,6% e Hydra aproximadamente al 0,3%. [ 18 ] Puede ser que estas órbitas se originaran como resonancias forzadas cuando Caronte fue impulsado por las mareas a su órbita síncrona actual, y luego liberado de la resonancia cuando la excentricidad orbital de Caronte fue amortiguada por las mareas. El par Plutón-Caronte crea fuertes fuerzas de marea, con el campo gravitatorio en las lunas exteriores variando en un 15% de pico a pico.

Sin embargo, se calculó que una resonancia con Caronte podría impulsar a Nix o a Hydra a su órbita actual, pero no a ambos: impulsar a Hydra habría requerido una excentricidad de Caronte cercana a cero de 0,024, mientras que impulsar a Nix habría requerido una excentricidad mayor de al menos 0,05. Esto sugiere que Nix e Hydra eran en realidad material capturado, formado alrededor de Plutón-Caronte, y que migraron hacia el interior hasta quedar atrapados en resonancia con Caronte. [ 19 ] La existencia de Kerberos y Styx podría respaldar esta idea.

Rotación

Rotaciones de las pequeñas lunas de Plutón (animación; 1:00; publicado el 10 de noviembre de 2015)

Antes de la misión New Horizons , se predijo que Nix , Hydra , Styx y Kerberos rotarían caóticamente o darían vueltas . [ 20 ] [ 21 ]

Sin embargo, las imágenes de New Horizons encontraron que no habían disminuido su rotación por mareas hasta un estado cercano a la sincronización de rotación donde se esperaría una rotación caótica o un vuelco. [ 22 ] [ 23 ] Las imágenes de New Horizons encontraron que las 4 lunas estaban en alta oblicuidad. [ 22 ] O nacieron así, o fueron inclinadas por una resonancia de precesión de rotación. [ 23 ] Es posible que Styx esté experimentando variaciones de oblicuidad intermitentes y caóticas.

Mark R. Showalter había especulado que «Nix puede invertir su polo por completo. De hecho, podría ser posible pasar un día en Nix en el que el sol salga por el este y se ponga por el norte. Su rotación parece casi aleatoria». [ 24 ] Solo se sabe que otra luna, Hiperión, la luna de Saturno , gira sobre su eje, [ 25 ] aunque es probable que las lunas de Haumea también lo hagan. [ 26 ]

Origen

Formación de las lunas de Plutón. 1: Un objeto del cinturón de Kuiper se acerca a Plutón ; 2: Colisiona con Plutón; 3: Se forma un anillo de polvo alrededor de Plutón; 4: Los restos se agrupan para formar Caronte; 5: Plutón y Caronte se relajan hasta convertirse en cuerpos esféricos.

Se sospecha que el sistema de satélites de Plutón se creó mediante una colisión masiva , similar al impacto de Theia que se cree que creó la Luna . [ 27 ] [ 28 ] En ambos casos, los altos momentos angulares de las lunas solo pueden explicarse mediante este escenario. Las órbitas casi circulares de las lunas más pequeñas sugieren que también se formaron en esta colisión, en lugar de ser objetos capturados del Cinturón de Kuiper. Esto y sus resonancias orbitales cercanas con Caronte (véase más abajo) sugieren que se formaron más cerca de Plutón de lo que están actualmente y migraron hacia afuera cuando Caronte alcanzó su órbita actual. Su color gris es diferente al de Plutón, uno de los cuerpos más rojos del Sistema Solar. Se cree que esto se debe a una pérdida de volátiles durante el impacto o la coalescencia posterior, dejando las superficies de las lunas dominadas por hielo de agua. Sin embargo, tal impacto debería haber creado más escombros (más lunas), pero New Horizons no descubrió lunas ni anillos , lo que descarta la existencia de más lunas de tamaño significativo orbitando Plutón. [ 1 ] Una hipótesis alternativa es que la colisión ocurrió a unos 3200 kilómetros por hora (2000 mph) , no lo suficientemente potente como para destruir a Caronte y Plutón. En cambio, permanecieron unidos durante hasta diez horas antes de separarse de nuevo. La rotación más rápida de Plutón en aquel entonces, con una rotación cada tres horas, habría creado una fuerza centrífuga más fuerte que la atracción gravitatoria entre los dos cuerpos, lo que hizo que Caronte se separara de Plutón, pero permanecieran unidos gravitacionalmente. El mismo proceso podría haber creado las otras cuatro lunas conocidas, a partir de material que escapó de Plutón y Caronte. [ 29 ] 

Lista de lunas

Las lunas de Plutón se enumeran aquí por período orbital, del más corto al más largo. Caronte, que es lo suficientemente masivo como para haberse colapsado en un esferoide bajo su propia gravedad, está resaltado en color púrpura claro. Como el baricentro del sistema se encuentra muy por encima de la superficie de Plutón, también se han incluido los elementos orbitales baricéntricos de Plutón. [ 20 ] [ 30 ] [ 31 ] Todos los elementos se refieren al baricentro Plutón-Caronte. [ 20 ] La distancia media de separación entre los centros de Plutón y Caronte es de 19 596  km. [ 32 ]

Maqueta del sistema de Plutón

Eventos mutuos

Imagen simulada del tránsito de Caronte por Plutón el 25 de febrero de 1989.

Los tránsitos ocurren cuando una de las lunas de Plutón pasa entre Plutón y el Sol. Esto sucede cuando el nodo orbital de uno de los satélites (los puntos donde sus órbitas cruzan la eclíptica de Plutón ) se alinea con Plutón y el Sol. Esto solo puede ocurrir en dos puntos de la órbita de Plutón; casualmente, estos puntos se encuentran cerca del perihelio y el afelio de Plutón. Las ocultaciones ocurren cuando Plutón pasa frente a uno de sus satélites y lo bloquea.

Caronte tiene un diámetro angular de 4 grados de arco visto desde la superficie de Plutón; el Sol parece mucho más pequeño, de solo 39 a 65 segundos de arco . En comparación, la Luna vista desde la Tierra tiene un diámetro angular de solo 31 minutos de arco , o poco más de medio grado de arco. Por lo tanto, Caronte parecería tener ocho veces el diámetro, o 64 veces el área de la Luna; esto se debe a la proximidad de Caronte a Plutón más que a su tamaño, ya que, a pesar de tener poco más de un tercio del radio lunar, la Luna de la Tierra está 20 veces más lejos de la superficie terrestre que Caronte de la de Plutón. Esta proximidad asegura además que una gran proporción de la superficie de Plutón pueda experimentar un eclipse. Debido a que Plutón siempre presenta la misma cara hacia Caronte debido al acoplamiento de marea, solo el hemisferio que mira hacia Caronte experimenta los eclipses solares causados ​​por Caronte.

Las lunas más pequeñas pueden proyectar sombras en otros lugares. Los diámetros angulares de las cuatro lunas más pequeñas (vistas desde Plutón) son inciertos. El de Nix es de 3 a 9 minutos de arco y el de Hydra de 2 a 7 minutos. Estos diámetros son mucho mayores que el diámetro angular del Sol, por lo que los eclipses solares totales son causados ​​por estas lunas.

Los eclipses causados ​​por Styx y Kerberos son más difíciles de estimar, ya que ambas lunas son muy irregulares, con dimensiones angulares de 76,9 x 38,5 a 77,8 x 38,9 segundos de arco para Styx, y de 67,6 x 32,0 a 68,0 x 32,2 para Kerberos. Por lo tanto, Styx no presenta eclipses anulares, pues su eje más ancho es más de 10 segundos de arco mayor que el Sol en su máximo tamaño. Sin embargo, Kerberos, aunque ligeramente más grande, no puede producir eclipses totales, ya que su eje menor más grande es de tan solo 32 segundos de arco. Los eclipses causados ​​por Kerberos y Styx consistirán exclusivamente en eclipses parciales e híbridos, siendo los eclipses totales extremadamente raros.

El próximo período de eventos mutuos debido a Caronte comenzará en octubre de 2103, alcanzará su punto máximo en 2110 y finalizará en enero de 2117. Durante este período, se producirán eclipses solares una vez cada día plutoniano, con una duración máxima de 90 minutos. [ 38 ] [ 39 ]

Exploración

El sistema de Plutón fue visitado por la sonda New Horizons en julio de 2015. Se obtuvieron imágenes de Nix con resoluciones de hasta 330 metros (1080 pies) por píxel y de Hydra con resoluciones de hasta 1,1 kilómetros (0,68 millas) por píxel. Se obtuvieron imágenes de menor resolución de Styx y Kerberos. [ 40 ]  

Notas

  1. ↑ "P1P2_motion.avi" . Archivado del original (AVI) el 4 de noviembre de 2005.y baricentro para animaciones
  2. ↑ La etiqueta se refiere a los números romanos atribuidos a cada luna en orden de su descubrimiento. [ 33 ]
  3. 1 2 La excentricidad orbital y la inclinación de Plutón y Caronte son iguales porque se refieren al mismo problema de dos cuerpos (aquí se ignora la influencia gravitacional de los satélites más pequeños).
  4. ↑ Muchos astrónomos utilizan esta pronunciación, la de Christy, en lugar de la clásica / ˈ k ɛər ɒ n / , pero ambas se consideran aceptables.

Referencias

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Fuentes

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  • Circular No. 8625 de la IAU , que describe el descubrimiento de 2005 P1 y P2.
  • Circular No. 8686 de la IAU , que informa sobre un color más neutro para el P2 de 2005.
  • Circular n.º 8723 de la IAU anunciando los nombres de Nix e Hydra.
  • Información general sobre nuestros dos satélites de Plutón recientemente descubiertos – Sitio web de los descubridores de Nix e Hydra
  • Scott S. Sheppard : Lunas de Plutón
  • Visualización interactiva en 3D del sistema plutoniano.
  • Animación del sistema plutoniano
  • El Hubble detecta posibles lunas nuevas alrededor de Plutón (NASA).
  • Descubren dos lunas más orbitando Plutón (SPACE.com)
  • Sitio de la misión Nuevos Horizontes