پلوتون ؛ هرآنچه باید درباره سیاره نهم سابق منظومه شمسی بدانید

پلوتو یا پلوتون بزرگ‌ترین سیاره کوتوله شناخته‌شده در منظومه شمسی است که درگذشته نهمین و بیرونی‌ترین سیاره منظومه شمسی محسوب می‌شد. این جهان عجیب در کمربند کویپر واقع شده است؛ منطقه‌ای فراتر از مدار نپتون با صدها هزار جسم سنگی و یخی با اندازه‌ی هرکدام بیش از ۱۰۰ کیلومتر و همچنین یک تریلیون یا بیشتر دنباله‌دار.

پلوتو در سال ۲۰۰۶ به‌عنوان سیاره کوتوله طبقه‌بندی شد و عنوان سیاره نهم را از دست داد. تنزل رتبه‌ی پلوتو، اتفاقی جنجال‌برانگیز بود و بحث‌های جدی را در جامعه‌ی علمی و بین مردم برانگیخت.

پرسیوال لوول، اخترشناس آمریکایی برای اولین‌بار در سال ۱۹۰۵، هنگام مشاهده‌ی انحرافات عجیب در مدارهای اورانوس و نپتون، وجود پلوتو را مطرح کرد. لوول فکر می‌کرد که باید جسم دیگری وجود داشته باشد که گرانش آن بر غول‌های یخی اثر می‌گذارد و موجب ناهماهنگی در مدارهایشان می‌شود. لوول در سال ۱۹۱۵، موقعیت سیاره‌ی مرموز را را پیش‌بینی کرد؛ اما ۱۵ سال پیش از کشف آن درگذشت. درنهایت، کلاید تامبا براساس پیش‌بینی‌های لوول و دیگر اخترشناسان، پلوتو را در سال ۱۹۳۰ در رصدخانه‌ی لوول د‌ر آریزونا کشف کرد.

پلوتو به پیشنهاد ونیشا برنی، کودک ۱۱ ساله‌ی اهل انگلستان بدین نام خوانده شد. با انتشار خبر کشف سیاره‌ی نهم، ونیشا به پدربزرگش پیشنهاد کرد که نام خدای جهان زیرین در اساطیر رومی روی آن گذاشته شود. سپس پدربزرگ او، نام پیشنهادی را به رصدخانه لوول منتقل کرد. پلوتو همچنین از آنجا که دربردارنده‌ی دو حرف اول نام پرسیوال لوول است، ادای دین به او نیز محسوب می‌شود.

از آنجایی که پلوتو از زمین بسیار دور است، تا پیش از سال ۲۰۱۵، یعنی هنگام گذر کاوشگر فضایی نیوهورایزنز ناسا از کنار آن، اطلاعات کمی در مورد اندازه یا وضعیت سطحی این سیاره کوتوله وجود داشت. نیوهورایزنز نشان داد که پلوتو با قطر ۲۳۷۰ کیلومتر، کمتر از یک‌پنجم زمین و فقط نزدیک به دو سوم قمر سیاره‌ی ما است.

مشاهدات نیوهورایزنز از سطح پلوتو، عوارض سطحی مختلفی را آشکار کرد؛ ازجمله کوه‌هایی که ارتفاعشان به ۳۵۰۰ متر می‌رسد و با رشته‌کوه راکی روی زمین قابل مقایسه هستند. هرچند متان و نیتروژن یخ‌زده بیشتر سطح پلوتو را پوشانده است، این مواد به اندازه‌ی کافی قدرتمند نیستند تا از چنین قله‌های مرتفعی پشتیبانی کنند؛ درنتیجه دانشمندان گمان می‌کنند که کوه‌ها روی بستری از یخ‌آب تشکیل شده‌اند.

سطح پلوتو از حجم فراوانی متان یخ‌زده پوشیده است؛ اما دانشمندان نیوهورایزنز تفاوت‌های چشمگیری را در نحوه‌ی بازتاب نور از این سطح یخ‌زده در سرتاسر سطح سیاره کوتوله مشاهده کرده‌اند. آن‌ها عوارضی مشابه با تیغه‌های یخی زمین یا عوارض شکل‌گرفته دراثر فرسایش را در نواحی کوهستانی پلوتو مشاهده کرده‌اند. این عوارض سطحی در پلوتو بسیار بزرگ‌تر هستند؛ چنان‌که برآورد می‌شود ارتفاعشان ۵۰۰ متر باشد؛ درحالی‌که اندازه‌ی نمونه‌های زمینی در حد فقط چند متر است.

یکی دیگر از ویژگی‌های متمایز در سطح پلوتو، منطقه‌ای بزرگ به شکل قلب است که با عنوان غیررسمی منطقه تامبا شناخته می‌شود. سمت چپ این منطقه (ناحیه‌ای که شکل بستنی قیفی را به خود می‌گیرد)، پوشیده از کربن منوکسید یخ‌زده است. دانشمندان تغییرات دیگری را در ترکیبات مواد سطحی در «قلب» پلوتو شناسایی کرده‌اند.

در مرکز سمت چپ منطقه تامبا، ناحیه‌ای بسیار هموار قرار دارد که تیم نیوهورایزنز آن را به افتخار اسپوتنیک، اولین قمر مصنوعی به دور زمین، به‌طور غیررسمی «فلات اسپوتنیک» نامیده است. این منطقه از سطح پلوتو فاقد دهانه‌های ناشی از برخورد شهاب‌سنگ است؛ خصوصیتی که نشان می‌دهد فلات اسپوتنیک از نظر زمین‌شناسی، منطقه‌ای بسیار جوان است که بیش از صد میلیون سال عمر ندارد. این احتمال وجود دارد که این منطقه هنوز درحال شکل‌گیری و تغییر به‌وسیله‌ی فرایندهای زمین‌شناسی باشد.

دشت‌های یخی پلوتو رگه‌های تیره‌ای را با چند کیلومتر طول نشان می‌دهند که در یک راستا قرار دارند. احتمال می‌رود که این خطوط دراثر بادهای شدیدی که در سطح سیاره کوتوله می‌وزند، شکل گرفته باشند. تلسکوپ فضایی هابل همچنین شواهدی را به‌دست آورده است که نشان می‌دهد پوسته پلوتو می‌تواند حاوی مولکول‌های آلی پیچیده باشند.

سطح پلوتو یکی از سردترین نقاط منظومه شمسی است. دما در آنجا می‌تواند تا حدود منفی ۲۲۶ تا منفی ۲۴۰ درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. مقایسه‌ی تصاویر گرفته‌شده از پلوتو در زمان‌های مختلف نشان داد که این سیاره کوتوله ظاهرا درطول زمان، احتمالا به دلیل تغییرات فصلی قرمز‌تر شده است.

پلوتون ممکن است درحال‌حاضر اقیانوس زیرسطحی داشته باشد یا درگذشته دارای آن بوده باشد. بااین‌حال هنوز دراین‌باره اتفاق نظر وجود ندارد. اگر قبلا اقیانوسی در زیر سطح پلوتو شکل گرفته بود، می‌توانست تاثیر زیادی بر تاریخ این سیاره کوتوله بگذارد. به‌عنوان مثال، دانشمندان گمان می‌کنند که ناحیه فلات اسپوتنیک درطول زمان با افزایش حجم یخ، آن‌قدر سنگین شد که پلوتو را واژگون کرد و انحراف محوری‌اش را به اندازه‌ی کنونی (تقریبا ۱۲۰ درجه) رساند. به‌باور پژوهشگران، اقیانوس زیرسطحی بهترین توضیح برای این اتفاق است. اگر پلوتو اقیانوس مایع و انرژی کافی داشته باشد، می‌تواند پناهگاهی برای حیات به‌شمار آید.

برخی از عناصر تشکیل‌دهنده‌ی پلوتو به‌نقل از ناسا به شرح زیر است:

ترکیب اتمسفر: متان و نیتروژن. مشاهدات نیوهورایزنز نشان می‌دهد که اتمسفر پلوتو تا ۱۶۰۰ کیلومتر برفراز سطح این سیاره کوتوله امتداد دارد.

میدان مغناطیسی: دانشمندان هنوز نمی‌دانند آیا پلوتو میدان مغناطیسی دارد یا خیر؛ اما اندازه‌ی کوچک و چرخش آهسته‌ی این سیاره کوتوله نشان می‌دهد که چنین میدانی ضعیف است یا اصلا وجود ندارد.

ترکیب شیمیایی: پلوتو احتمالا از مخلوطی از ۷۰ درصد سنگ و ۳۰ درصد یخ‌آب تشکیل شده است.

ساختار داخلی: سیاره کوتوله احتمالا هسته‌ای سنگی دارد که در احاطه‌ی گوشته‌ای از یخ‌آب قرار گرفته است و عناصر یخ‌زده‌ی نامعمول مثل متان، مونوکسید کربن و نیتروژن، سطح آن را پوشانده‌اند.

مدار بسیار بیضوی پلوتو می‌تواند آن را تا فاصله‌ی بیش از ۴۹ برابر مسافت بین زمین تا خورشید ببرد. از آنجایی که مدار سیاره کوتوله بسیار گریزان از مرکز یا غیرمدور است، فاصله‌ی پلوتو از خورشید می‌تواند به‌طرز چشمگیر متفاوت باشد. این سیاره کوتوله درواقع به‌مدت ۲۰ سال از دوره‌ی مداری ۲۴۸ ساله‌اش، از نپتون به خورشید نزدیک‌تر بود و فرصت نادری را برای اخترشناسان فراهم کرد تا این جهان کوچک، سرد و دوردست را مطالعه کنند.

درنتیجه‌ی چنین مداری، پس از آنکه پلوتو به‌مدت ۲۰ سال از نظر فاصله از خورشید، هشتمین سیاره محسوب می‌شد، در سال ۱۹۹۹ از مدار نپتون گذر کرد و به دورترین سیاره از خورشید تبدیل شد تا آنکه درنهایت در سال ۲۰۰۶ به سیاره کوتوله تنزل مقام یافت.

وقتی پلوتو به خورشید نزدیک‌تر می‌شود، یخ‌های سطح آن ذوب می‌شوند و به‌طور موقت جو رقیقی را تشکیل می‌دهند که بیشتر از نیتروژن و مقداری متان تشکیل شده است. گرانش ناچیز پلوتو که کمی بیش از یک‌بیستم گرانش زمین است، موجب می‌شود که این اتمسفر درمقایسه با جو زمین، تا ارتفاعی بسیار بالاتر گسترش یابد.

وقتی سیاره کوتوله از خورشید دورتر می‌شود، ظاهرا بخش عمده‌ی جو آن یخ می‌زند و ناپدید می‌شود. بااین‌حال در زمانی که پلوتو دارای جو است، احتمالا می‌تواند بادهای شدیدی را تجربه کند. این جو همچنین دارای تغییراتی در روشنایی است که علت آن را می‌توان امواج گرانشی یا جریان هوا برفراز کوه‌ها دانست.

هرچند اتمسفر پلوتو رقیق‌تر از آن است که امروزه به مایعات امکان جاری‌شدن بدهد، ممکن است عناصر مایع در گذشته روی سطح باستانی سیاره کوتوله درجریان بوده باشند. نیوهورایزنز تصویر دریاچه‌ای یخ‌زده را در منطقه تامبا ثبت کرد که به‌نظر می‌رسید در نزدیکی‌اش آبراه‌های باستانی وجود داشت. پلوتو در مقطعی از تاریخش می‌توانست اتمسفری تقریبا ۴۰ برابر ضخیم‌تر از جو مریخ داشته باشد.

در سال ۲۰۱۶، دانشمندان اعلام کردند که ممکن است با استفاده از داده‌های نیوهورایزنز، ابرهایی را در جو پلوتو مشاهده کرده باشند. پژوهشگران هفت عارضه‌ی درخشان را دیدند که در نزدیکی مرز روشنایی و تاریکی قرار داشتند. این محدوده معمولا محل تشکیل ابرها است. این ابرهای احتمالی همگی در ارتفاع پایین و تقریبا یک‌اندازه بودند که نشان می‌دهد عارضه‌هایی مجزا هستند. ترکیب ابرها اگر واقعا وجود داشته باشند، احتمالا استیلن، اتان و هیدروژن سیانید خواهد بود.

• چرخش پلوتو در مقایسه با دیگر جهان‌های منظومه شمسی عقب‌گرد است؛ بدین معنا که سیاره کوتوله به عقب و از شرق به غرب می‌چرخد.

• میانگین فاصله از خورشید: ۵٬۹۰۶٬۳۸۰٬۰۰۰ کیلومتر یا ۳۹٫۴ واحد نجومی.

• حضیض (کم‌ترین فاصله تا خورشید): ۴٬۴۳۴٬۹۸۷٬۰۰۰ کیلومتر یا ۳۰٫۱ واحد نجومی.

• اوج (بیش‌ترین فاصله از خورشید): ۷٬۳۰۴٬۳۲۶٬۰۰۰ کیلومتر یا ۴۸ واحد نجومی.

• مسیر مداری پلوتو به دور خورشید در صفحه‌ی یکسان با هشت سیاره منظومه شمسی نیست؛ بلکه در زاویه‌ی ۱۷ درجه نسبت به آن قرار دارد.

کسانی که تا ۱۷ سال پیش و قبل‌تر از آن مدرسه می‌رفتند، در کتاب‌های درسی آموخته بودند که پلوتون، نهمین سیاره منظومه شمسی است. اما در ماه اوت ۲۰۰۶، اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) جایگاه پلوتون را به «سیاره کوتوله» تنزل داد. این اتفاق بدان معنی بود که از آن پس، فقط جهان‌های سنگی درونی منظومه شمسی و غول‌های گازی محدوده‌ی بیرونی سیاره به‌حساب می‌آیند.

«منظومه شمسی درونی» ناحیه‌ای از فضا است که از شعاع مدار مشتری به دور خورشید کوچک‌تر است. این محدوده کمربند سیارک‌ها و همچنین سیاره‌های سنگی ازجمله عطارد، زهره، زمین و مریخ را دربرمی‌گیرد. غول‌های گازی شامل مشتری، زحل، نپتون و اورانوس نیز محدوده‌ی بیرونی منظومه شمسی را تشکیل می‌دهند. درنتیجه اکنون به جای نه سیاره، هشت سیاره داریم.

«سیاره کوتوله» طبق تعریف IAU، جسمی آسمانی است که به‌طور مستقیم به‌دور خورشید می‌چرخد و به اندازه‌ی کافی جرم دارد تا به‌جای نیروهای مکانیکی، به‌وسیله‌ی نیروهای گرانشی کنترل شود و درنتیجه بیضی‌شکل است؛ اما منطقه‌ی مجاور خود را از اجرام دیگر پاکسازی نمی‌کند. سه معیار IAU برای سیاره به شرح زیر است:

• به دور خورشید می‌چرخد.

• جرم کافی برای به‌دست‌آوردن تعادل هیدرواستاتیکی (شکل تقریبا کروی) را دارد.

• منطقه‌ی اطراف مدار خود را پاکسازی کرده است.

پلوتو فقط واجد دو شرط بالا است و از معیار سوم برخوردار نیست و در تمام میلیاردها سالی که در نقطه‌ی کنونی وجود داشته، نتوانسته است مجاورت خود را پاکسازی کند. شاید بپرسید «پاکسازی محدوده اطراف از اجرام دیگر» به چه معنا است؟ این شرط یعنی سیاره از نظر گرانشی غالب شده و هیچ جرم دیگری با اندازه‌ی مشابه، به جز قمرها یا اجرامی که تحت تاثیر گرانش آن هستند، در مجاورتش وجود ندارد؛ درحالی‌که پلوتو محدوده‌ی مجاور خود را با اجرام کمربند کویپر مانند پلوتینوها سهیم شده است.

برخی از دانشمندان در سال‌های اخیر خواستار آن شده‌اند که با تغییر تعریف سیاره، پلوتو دوباره به جمع سیاره‌های منظومه شمسی بازگردد. بااین‌حال اگر چنین اتفاقی بیفتد، ممکن است شمار سیاره‌های محله کیهانی ما از عدد کنونی بسیار فراتر رود.

پلوتو پنج قمر دارد: شارون، استوکس، نیکس، سربروس و هیدرا که از این بین، شارون نزدیک‌ترین قمر به پلوتون و هیدرا دورترین قمر از آن است.

در سال ۱۹۷۸، اخترشناسان کشف کردند که پلوتو قمر بسیار بزرگی دارد که تقریبا نصف اندازه‌ی خود سیاره کوتوله است. این قمر با الهام از موجود روان‌بر در اساطیر یونان که ارواح را به جهان زیرین هدایت می‌کرد، شارون یا خارون نامیده شد.

از آنجایی که شارون و پلوتو از نظر اندازه بسیار شبیه یکدیگر هستند، مدار آن‌ها با بیشتر سیاره‌ها و قمرهایشان متفاوت است. پلوتو و شارون تا حد زیادی مثل منظومه‌های ستاره‌ای دوتایی، هردو به‌دور نقطه‌ای در فضا می‌چرخند که بین آن‌ها قرار دارد. به‌همین دلیل، دانشمندان از پلوتو و شارون به‌عنوان سیاره کوتوله دوتایی، سیاره دوگانه یا منظومه دوتایی یاد می‌کنند.

فاصله‌ی پلوتو و شارون از یکدیگر فقط ۱۹٬۶۴۰ کیلومتر یا کمتر از فاصله‌ی لندن و سیدنی با پرواز است. گردش شارون به دور پلوتو ۶٫۴ روز زمینی طول می‌کشد و یک چرخش پلوتو به دور خود (یک روز پلوتون) نیز به همین مقدار زمان نیاز دارد. دلیل این امر این است که شارون برفراز نقطه‌ای یکسان روی سطح پلوتو شناور است و همواره همان سمت قمر از روی سیاره کوتوله دیده می‌شود. به این پدیده، قفل کشندی می‌گوید.

درحالی‌که پلوتو دارای رنگ مایل به قرمز است، شارون بیشتر مایل به خاکستری به‌نظر می‌آید. این قمر ممکن است در روزهای اولیه‌ی شکل‌گیری‌اش حاوی اقیانوس زیرسطحی بوده باشد؛ اما امروزه احتمالا نمی‌تواند از چنین عارضه‌ای پشتیبانی کند. منظومه‌ی پلوتون و شارون درمقایسه با اکثر سیاره‌ها و قمرهای منظومه شمسی، نسبت به خورشید به پهلو واژگون شده است.

مشاهدات نیوهورایزنز از شارون، وجود دره‌هایی را روی سطح این قمر آشکار کرد. بزرگ‌ترین دره‌ی شارون ۹٫۷ کیلومتر عمق دارد و توده‌ای بزرگ از صخره‌ها و فرورفتگی‌ها به طول ۹۷۰ کیلومتر در میانه‌ی قمر کشیده شده است. بخشی از سطح قمر در نزدیکی یک قطب با ماده‌ای بسیار تیره‌تر از سایر نقاط پوشیده شده است.

بیشتر سطح شارون مشابه مناطق پلوتو عاری از دهانه است که نشان می‌دهد این قمر کاملا جوان و از نظر زمین‌شناسی فعال است. دانشمندان شواهدی از رانش زمین را روی سطح شارون رصد کرده‌اند که اولین مشاهده‌ی چنین عارضه‌هایی در کمربند کویپر محسوب می‌شود. این قمر همچنین ممکن است فرم اختصاصی خود از تکتونیک صفحه‌ای را داشته باشد؛ پدیده‌ای که روی زمین عامل ایجاد تغییرات زمین‌شناسی است.

در سال ۲۰۰۵، دانشمندان به‌منظور آمادگی برای ماموریت نیوهورایزنز ناسا، با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل از پلوتو عکس‌برداری کردند و دو قمر کوچک دیگر این سیاره کوتوله را یافتند. این قمرها که نیکس و هیدرا نام گرفتند، دو و سه برابر بیشتر از مسافت بین شارون و پلوتو، از سیاره کوتوله فاصله دارند. براساس اندازه‌گیری‌های نیوهورایزنز، طول و عرض نیکس به ترتیب ۴۲ و ۳۶ کیلومتر تخمین زده می‌شود؛ درحالی‌که هیدرا ۵۰ کیلومتر طول و ۳۰ کیلومتر عرض دارد. احتمال می‌رود که سطح هیدرا عمدتا از یخ‌آب پوشیده شده باشد.

دانشمندان با استفاده از تلسکوپ هابل چهارمین قمر پلوتو به نام هربروس را در سال ۲۰۱۱ کشف کردند. این قمر دارای شکلی دوبخشی است که بخش بزرگ تقریبا ۸ کیلومتر طول و بخش کوچک حدود ۵ کیلومتر عرض دارد. در ۱۱ ژوئیه ۲۰۱۲، پنجمین قمر به نام استوکس (با قطر تخمینی ۱۰ کیلومتر) کشف شد و به بحث‌ها پیرامون وضعیت پلوتو به‌عنوان سیاره بیشتر دامن زد.

فرضیه‌ی اصلی برای تشکیل پلوتو و شارون این است که پلوتون نوپا با جسمی دیگر به اندازه‌ی خود به‌طور سطحی برخورد کرد. براساس این ایده، بخش عمده‌ی مواد ترکیب‌شده‌ی دو جسم به پلوتو تبدیل شدند و سایر بقایا شارون را شکل دادند. چهار قمر دیگر ممکن است از همان برخورد به‌وجود‌آورنده‌ی شارون، پدید آمده باشند.

فضاپیمای نیوهورایزنز اولین کاوشگری است که پلوتو، قمرهای آن و دیگر جهان‌های کمربند کویپر را از نزدیک مطالعه کرد. این فضاپیما در ژانویه ۲۰۰۶ پرتاب شد و در ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵ با موفقیت به نزدیک‌ترین فاصله‌اش از سیاره کوتوله رسید. کاوشگر نیوهورایزنز مقداری از خاکستر کلاید تامبا، کاشف پلوتو را حمل می‌کند.

دانش محدود از منظومه پلوتو، خطرات بی‌سابقه‌ای را برای کاوشگر نیوهورایزنز ایجاد کرد. پیش از پرتاب ماموریت، دانشمندان از وجود فقط سه قمر در اطراف پلوتو اطلاع داشتند. کشف هربروس و استوکس درطول سفر فضاپیما، به این ایده دامن زد که قمرهای ناپیدای بیشتری ممکن است درحال چرخش به دور سیاره کوتوله باشند. برخورد با این قمرهای پنهان یا حتی بقایای کوچک می‌توانست آسیب جدی به فضاپیما وارد کند. بااین‌حال، تیم نیوهورایزنز، این کاوشگر فضایی را به ابزارهایی برای محافظت از آن درطول سفر مجهز کرده بود.

در اکتبر ۲۰۱۵، نیوهورایزنز با فرستادن نخستین تصاویر نمای نزدیک از پلوتو و قمرهای آن، تاریخ‌ساز شد. در بخش پایانی مقاله می‌توانید این تصاویر شگفت‌انگیز را مشاهده کنید.

درحال‌حاضر هیچ ماموریت دیگری بعد از نیوهورایزنز برای سفر به پلوتو به‌طور رسمی برنامه‌ریزی نشده است؛ اما دست‌کم دو طرح مفهومی در دست مطالعه قرار دارند. در آوریل ۲۰۱۷، کارگاهی در هیوستون تگزاس برگزار شد تا در مورد ایده‌هایی برای ماموریت بعدی پلوتو بحث و تبادل نظر کند. اهدف احتمالی مورد بحث از سوی گروه برای چنین ماموریتی شامل نقشه‌برداری از سطح با دقت ۹ متر در پیکسل، مشاهدات از قمرهای کوچک‌تر پلوتو، چگونگی تغییر پلوتو درحین چرخش روی محور خود و نقشه‌برداری توپوگرافی از مناطقی است که به دلیل انحراف محوری سیاره کوتوله در تاریکی طولانی‌مدت قرار دارند.

الن استرن، پژوهشگر ارشد نیوهورایزنز باور دارد که اگر یک مدارگرد برای مطالعه‌ی پلوتو فرستاده شود، می‌توانیم ۱۰۰ درصد از سیاره‌ کوتوله، حتی سطوح واقع در سایه‌ی کامل نقشه‌برداری کنیم. داده‌های نیوهورایزنز به وجود احتمالی اقیانوسی زیرسطحی در پلوتو اشاره داشتند و به‌باور پژوهشگران، ماموریت مدارگرد می‌تواند شواهد از چنین عارضه‌ای را نیز پیدا کند.