Lunas de Plutón

El planeta enano Plutón tiene cinco satélites naturales . [1] En orden de distancia a Plutón, son Caronte , Estigia , Nix , Kerberos e Hidra . [2] Caronte, la mayor de las cinco lunas, está bloqueada mutuamente por las mareas con Plutón, y es lo suficientemente masiva como para que Plutón-Caronte a veces se considere un planeta enano doble . [3]

Styx (luna) .jpgKerberos (luna) .jpg
Nix best view.jpgHydra Enhanced Color (recortado) .jpg
Caronte en color verdadero - High-Res.jpg

(Imágenes no a escala)

La luna más grande e interior, Caronte , fue descubierta por James Christy el 22 de junio de 1978, casi medio siglo después del descubrimiento de Plutón. Esto condujo a una revisión sustancial en las estimaciones del tamaño de Plutón, que previamente había asumido que la masa observada y la luz reflejada del sistema eran atribuibles a Plutón solo.

Los astrónomos del equipo de búsqueda complementaria de Plutón tomaron imágenes de otras dos lunas que se preparaban para la misión New Horizons y que trabajaban con el telescopio espacial Hubble el 15 de mayo de 2005, que recibió las designaciones provisionales S / 2005 P 1 y S / 2005 P 2. La Internacional La Unión Astronómica nombró oficialmente a estas lunas Nix (o Plutón II, el interior de las dos lunas, antes P 2) e Hidra (Plutón III, la luna exterior, antes P 1), el 21 de junio de 2006. [4] Kerberos , anunciado el El 20 de julio de 2011, fue descubierto mientras buscaba anillos plutonianos. Styx , anunciado el 7 de julio de 2012, fue descubierto mientras buscaba peligros potenciales para New Horizons . [5]

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

Plutón y Caronte, a escala. Foto tomada por New Horizons en aproximación.

Caronte tiene aproximadamente la mitad del diámetro de Plutón y es lo suficientemente masivo (casi un octavo de la masa de Plutón) como para que el baricentro del sistema se encuentre entre ellos, aproximadamente a 960 km sobre la superficie de Plutón. [6] [a] Caronte y Plutón también están bloqueados por las mareas , 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] No está claro si Caronte está en equilibrio hidrostático , lo que requeriría la definición de "planeta enano", aunque es una esfera perfecta dentro de la incertidumbre de medición actual. [8]

Animación de las lunas de Plutón alrededor del baricentro de Plutón - eclíptica avión
Vista lateral
   Plutón   ·   Caronte   ·   Styx   ·   Nix   ·   Kerberos   ·   Hidra
La imagen del descubrimiento del Hubble de Nix e Hydra
Imagen del descubrimiento de Styx, superpuesta con las órbitas del sistema satelital

Las cuatro pequeñas lunas circumbinarias de Plutón orbitan a Plutón a dos o cuatro veces la distancia de Caronte, desde Styx a 42.700 kilómetros hasta Hidra a 64.800 kilómetros del baricentro del sistema. Tienen órbitas progradas casi circulares en el mismo plano orbital que Caronte.

Todos son mucho más pequeños que Caronte. Nix e Hydra, los dos más grandes, tienen aproximadamente 42 y 55 kilómetros en su eje más largo respectivamente, [9] y Styx y Kerberos tienen 7 y 12 kilómetros respectivamente. [10] [11] Los cuatro tienen forma irregular.

Las masas relativas de las lunas de Plutón. Caronte domina el sistema. Nix e Hydra son apenas visibles y Styx y Kerberos son invisibles a esta escala.
Una vista esquemática oblicua del sistema Plutón-Caronte que muestra que Plutón orbita un punto fuera de sí mismo. También es visible el bloqueo mutuo de las mareas entre los dos cuerpos.

El sistema de Plutón es muy compacto y en gran parte vacío: las lunas progresivas podrían orbitar de manera estable a Plutón 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 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 de Styx a Hydra está tan apretada que hay poco espacio para más lunas con órbitas estables dentro esta región. [14] Una búsqueda intensa realizada por New Horizons confirmó que no existen lunas mayores de 4,5 km de diámetro a distancias de hasta 180.000 km de Plutón (6% de la región estable para lunas progradas), asumiendo albedos similares a Caronte de 0,38 (para distancias menores, este umbral es aún menor). [15]

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

El descubrimiento de Nix e Hydra sugirió que Plutón podría tener un sistema de anillos . Los impactos de cuerpos pequeños pueden crear escombros que pueden formar un sistema de anillo . Sin embargo, los datos de un estudio óptico profundo realizado por Advanced Camera for Surveys en el telescopio espacial Hubble , por estudios de ocultación, [17] y más tarde por New Horizons , sugieren que no hay un sistema de anillos presente.

Resonancias

Se cree que Styx, Nix e Hydra están en una resonancia orbital de 3 cuerpos con períodos orbitales en una proporción de 18:22:33; la relación respectiva de órbitas es 11: 9: 6. [18] [19] Las proporciones deben ser exactas cuando se tiene en cuenta la precesión orbital . Hydra y Nix están en una resonancia simple de 2: 3. [b] [18] [20] Styx y Nix están en una resonancia de 11: 9, mientras que la resonancia entre Styx e Hydra tiene una proporción de 11: 6. [c] Esto significa que en un ciclo recurrente hay 11 órbitas de Styx por cada 9 de Nix y 6 de Hydra. Las proporciones de los períodos sinódicos son entonces tales que hay 5 conjunciones Styx-Hydra y 3 conjunciones Nix-Hydra por cada 2 conjunciones de Styx y Nix. [d] [18] Sidenota la longitud media yel ángulo de libración , entonces la resonancia se puede formular como. Como ocurre con la resonancia de Laplace de los satélites galileanos de Júpiter, las conjunciones triples nunca ocurren.libra alrededor de 180 ° con una amplitud de al menos 10 °. [18]

Todas las lunas circumbinarias exteriores también están cerca de la resonancia de movimiento media con el período orbital Caronte-Plutón. Styx, Nix, Kerberos e Hydra están en una secuencia 1: 3: 4: 5: 6 de resonancias cercanas , con Styx aproximadamente 5.4% de su resonancia, Nix aproximadamente 2.7%, Kerberos aproximadamente 0.6% e Hydra aproximadamente 0.3%. [21] Puede ser que estas órbitas se originaron como resonancias forzadas cuando Caronte fue impulsado por las mareas a su órbita sincrónica 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 gravitacional en las lunas exteriores variando en un 15% de pico a pico. [ cita requerida ]

Sin embargo, se calculó que una resonancia con Caronte podría impulsar a Nix o Hydra a su órbita actual, pero no a ambos: impulsar a Hydra habría requerido una excentricidad caroniana cercana a cero de 0.024, mientras que impulsar a Nix habría requerido una excentricidad mayor de en menos 0.05. Esto sugiere que Nix e Hydra fueron material capturado, se formaron alrededor de Plutón-Caronte y migraron hacia adentro hasta que quedaron atrapados en resonancia con Caronte. [22] La existencia de Kerberos y Styx puede apoyar esta idea.

Configuraciones de Hydra (azul), Nix (rojo) y Styx (negro) durante un cuarto del ciclo de su resonancia orbital mutua. Los movimientos son en sentido antihorario y las órbitas completadas se cuentan en la parte superior derecha de los diagramas (haga clic en la imagen para ver el ciclo completo).

Rotación

"> Reproducir medios
Rotaciones de las pequeñas lunas de Plutón
(animación; 01:00; lanzado el 10 de noviembre de 2015)

Antes de la misión New Horizons, se predijo que Nix , Hydra , Styx y Kerberos rotarían caóticamente o caerían . [18] [23]

Sin embargo, las imágenes de New Horizons encontraron que no habían girado hacia abajo hasta cerca de un estado sincrónico de giro en el que se esperaría una rotación o caída caótica. [24] [25] Las imágenes de New Horizons encontraron que las 4 lunas tenían una alta oblicuidad. [24] O nacieron de esa manera, o fueron inclinados por una resonancia de precesión de giro. [25] Styx puede estar experimentando variaciones de oblicuidad caóticas e intermitentes.

Mark R. Showalter había especulado que "Nix puede voltear todo su polo. 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. Es casi aleatorio en el camino gira ". [26] Sólo se sabe que cae otra luna, la luna Hyperion de Saturno , [27] aunque es probable que las lunas de Haumea también lo hagan. [28]

Formación de las lunas de Plutón. 1: un objeto del cinturón de Kuiper se acerca a Plutón ; 2: impacta a Plutón; 3: se forma un anillo de polvo alrededor de Plutón; 4: los escombros se agregan para formar Caronte; 5: Plutón y Caronte se relajan en cuerpos esféricos.

Se sospecha que el sistema de satélites de Plutón fue creado por una colisión masiva , similar al "gran golpe" que se cree que creó la Luna . [29] [30] En ambos casos, los altos momentos angulares de las lunas solo pueden explicarse por tal 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 (ver más abajo) sugieren que se formaron más cerca de Plutón de lo que están en la actualidad 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 el hielo de agua. Sin embargo, tal impacto debería haber creado escombros adicionales (más lunas), sin embargo, New Horizons no descubrió lunas ni anillos , lo que descarta que haya más lunas de tamaño significativo en órbita alrededor de Plutón. [1]

Las lunas de Plutón se enumeran aquí por período orbital, de la más corta a la más larga. Caronte, que es lo suficientemente masivo como para colapsar en un esferoide en algún momento de su historia, está resaltado en violeta claro. Plutón se ha agregado para comparar. [18] [31] Todos los elementos son con respecto al baricentro Plutón-Caronte . [18] La distancia de separación media entre los centros de Plutón y Caronte es de 19.596 km. [32]

Nombre
( pronunciación )		Imagen Diámetro
(km)		Masa (× 10 19  kg) [33]Semieje mayor
(km)		Período orbital
(días)		Resonancia orbital
(relativa a Caronte) 		Excentricidad Inclinación (°)
(al ecuador de Plutón)
Magnitud visual (media)
Año de descubrimiento
Plutón/ P l U t oʊ /
2.376,6 ± 3,21305 ± 72.035 [32]6.387231: 10,0022 [e]0,00115,11930
Plutón ICaronte/ Ʃ ær ən / , [f] / k ɛər ən /
1.212 ± 1158,7 ± 1,517,536 ± 36.387231: 10,0022 [e]0,00116,81978
Plutón VEstigio/ S t ɪ k s /16 × 9 × 8 [34]0,0007542,656 ± 7820.161551: 3,160,005790,81 ± 0,16272012
Plutón IINada/ N ɪ k s /49,8 × 33,2 × 31,1 [35]0,005 ± 0,00448 694 ± 324.854631: 3,890,002040,133 ± 0,00823,72005
Plutón IVKerberos/ K ɜr b ər ə s , - ɒ s /19 × 10 × 9 [34]0,0016 ± 0,000957.783 ± 1932.167561: 5,040,003280,389 ± 0,037262011
Plutón IIIHidra/ H aɪ d r ə /
50,9 × 36,1 × 30,9 [35]0,005 ± 0,00464,738 ± 338.201771: 5,980,005860,242 ± 0,00523,32005

Modelo a escala del sistema Plutón

  • Plutón y sus cinco lunas, incluida la ubicación del baricentro del sistema . Los tamaños y distancias de los cuerpos están a escala (haga clic en la imagen para ver los detalles) .

Vista simulada de Caronte en tránsito 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 ocurre cuando uno de los nodos orbitales 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 están cerca del perihelio y afelio de Plutón. Las ocultaciones ocurren cuando Plutón pasa frente a uno de los satélites de Plutón 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, solo de 39 a 65 segundos de arco . La proximidad de Caronte 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 bloqueo de las mareas, solo el hemisferio que mira hacia Caronte experimenta eclipses solares de Caronte.

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

Los eclipses de 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. Como tal, Styx no tiene eclipses anulares, su eje más ancho es más de 10 segundos de arco más grande que el Sol en su punto más grande. Sin embargo, Kerberos, aunque un poco más grande, no puede hacer eclipses totales ya que su eje menor más grande es de tan solo 32 segundos de arco. Los eclipses de Kerberos y Styx consistirán enteramente en eclipses parciales e híbridos, siendo los eclipses totales extremadamente raros.

El próximo período de eventos mutuos debidos a Caronte comenzará en octubre de 2103, alcanzará su punto máximo en 2110 y finalizará en enero de 2117. Durante este período, los eclipses solares ocurrirán una vez cada día plutoniano, con una duración máxima de 90 minutos. [36] [37]

El sistema Plutón fue visitado por la nave espacial New Horizons en julio de 2015. Se devolvieron imágenes con resoluciones de hasta 330 metros por píxel de Nix y hasta 1,1 kilómetros por píxel de Hydra. Se devolvieron imágenes de menor resolución de Styx y Kerberos. [38]

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  2. ^ La proporción de 18: 22:33 en la resonancia de 3 cuerpos corresponde a una resonancia de 2 cuerpos con una proporción de 2: 3 entre Hydra y Nix.
  3. ^ La proporción de 18:22 : 33 en la resonancia de 3 cuerpos corresponde a una resonancia de 2 cuerpos con una proporción de 9:11 entre Nix y Styx. En analogía, la proporción de 18: 22: 33 en la resonancia de 3 cuerpos corresponde a una resonancia de 2 cuerpos con una proporción de 6:11 entre Hydra y Styx.
  4. ^ Esto se calcula de la siguiente manera: para cada órbita de Hydra hay órbitas de Nix y órbitas de Styx. Las conjunciones luego ocurren a una tasa relativa de para Styx-Hydra, para Nix-Hydra y para Styx-Nix. Multiplicar las tres tasas por (convertirlos en números enteros) da como resultado que hay Conjunciones Styx-Hydra y Conjunciones Nix-Hydra para cada Conjunciones Styx-Nix.
  5. ^ a b La excentricidad orbital y la inclinación de Plutón y Caronte son iguales porque se refieren al mismo problema de dos cuerpos (aquí se desprecia la influencia gravitacional de los satélites más pequeños).
  6. ^ Muchos astrónomos usan este, la pronunciación de Christy, en vez de la clásica / k ɛər ɒ n / , pero ambos son considerados para ser aceptable.

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  • Steffl, AJ; Mutchler, MJ; Weaver, HA; Stern, SA; Durda, DD; Terrell, D .; Merline, WJ; Young, LA; Young, EF; Buie, MW; Spencer, JR (2006). "Nuevas restricciones en satélites adicionales del sistema Plutón". El diario astronómico . 132 (2): 614–619. arXiv : astro-ph / 0511837 . Código bibliográfico : 2006AJ .... 132..614S . doi : 10.1086 / 505424 . S2CID  10547358 .
  • Buie, Marc W .; Grundy, William M .; Young, Eliot F .; Young, Leslie A .; Stern, S. Alan (2006). "Órbitas y fotometría de los satélites de Plutón: Caronte, S / 2005 P1 y S / 2005 P2". El diario astronómico . 132 (1): 290-298. arXiv : astro-ph / 0512491 . Código Bibliográfico : 2006AJ .... 132..290B . doi : 10.1086 / 504422 . S2CID  119386667 .
  • Brozović, Marina; Showalter, Mark R .; Jacobson, Robert A .; Buie, Marc W. (2015). "Las órbitas y masas de los satélites de Plutón". Ícaro . 246 : 317–329. Código bibliográfico : 2015Icar..246..317B . doi : 10.1016 / j.icarus.2014.03.015 .
  • Codex Regius (2016), Plutón y Caronte , Plataforma de publicación independiente CreateSpace ISBN  978-1534960749
  • Circular IAU No. 8625 , que describe el descubrimiento de 2005 P1 y P2
  • Circular IAU No. 8686 , informando un color más neutral para 2005 P2
  • Circular IAU No. 8723 que anuncia los nombres de Nix e Hydra
  • Información general sobre nuestros dos satélites de Plutón recién descubiertos : el sitio web de los descubridores de Nix e Hydra

  • Visualización interactiva en 3D del sistema plutoniano
  • Satélites conocidos de Plutón
  • Animación del sistema plutoniano
  • Hubble detecta posibles nuevas lunas alrededor de Plutón (NASA)
  • Dos lunas más descubiertas en órbita alrededor de Plutón (SPACE.com)
  • Sitio de la misión New Horizons