IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Происхождение Плутона
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Согласитесь, сегодня человек, в какой бы самой отдалённой области науки или народного хозяйства он ни работал, должен иметь представление, хотя бы общее, о нашей Солнечной системе и звёздах.
Сравнительное изучение планет и их спутников – “лун” – имеет первостепенное значение и для познания природы Земли. Нам ещё не ясны те условия, которые привели к формированию разнообразных природных комплексов, в том числе благоприятствовавших зарождению и развитию жизни на Земле.
В этой работе пойдёт речь о самой загадочной планете нашей Солнечной системы – Плутоне.
Со времени своего открытия в 1930-м году и до недавних пор Плутон считался девятой планетой Солнечной системы, хоть и маленькой. Тем не менее он долго был белой вороной для астрономов. Плутон, представляющий собой смесь из горных пород и льда, обращающийся по странной, вытянутой и наклоненной, орбите, выглядел инородным телом. Без него Солнечная система выглядела очень аккуратно: Солнце, затем четыре планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс), затем пояс астероидов и еще четыре газовых гиганта (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), но что-то пошло не так…
Открытие «странной планеты».
Официальной датой открытия Плутона, принято считать 18 февраля 1930 года, а первооткрывателем американского астронома Клайда Томбо.
Урбен Леверье первый предположил гипотезу о существовании Плутона в 1840 годы, основываясь на анализе возмущений орбиты Урана.
Уильям Генри Пикеринг и Персиваль Лоуэлл в 1906 году совместно смогли рассчитать возможные координаты. В 1915 году обсерватория даже получила изображения, на которых был слабо виден Плутон, однако его так и не признали.
В 1930 году, когда Лоуэлла уже давно не было в живых, на обсерватории его имени, где за год до этого был установлен новый современный 13-дюймовый рефрактор, Томбо нашёл девятую планету почти там, где ей и полагалось быть по расчётам Лоуэлла.
Плутон получил своё название по имени древнегреческого бога земных недр (подземного царства), поскольку она очень скудно освещается Солнцем. Любопытно, что это имя для вновь открытой планеты предложено … 11-летней девочкой Венецией Берни, дочерью английского профессора астрономии. Оно было выбрано ещё и потому, что первые две буквы названия повторяли инициалы Персиваля Лоуэлла — человека, сделавшего больше всех для того, чтобы «Планета Икс» была наконец обнаружена.
Описание и характеристика Плутона.
Плутон является крупнейшей карликовой планетой, считался девятой планетой в нашей Солнечной системе, до 2006 года.
Диаметр 2374 км, средний радиус 1188 км. Самое близкое расстояние до Солнца 4,4 млрд км, дальнее — 7,4 млрд. Двигаясь по сильно вытянутой орбите со скоростью 4,7 км в секунду, совершает полный виток за 248 лет.
Направление вокруг своей оси обратное, как у Венеры и Урана, сутки длятся 152 часа 52 минуты. Наклон оси 120 градусов, смена времен года выражена сильно.
Предположительно, ядро состоит из силикатов, льда.
Мантия из водного льда, простирается на 250-300 км.
Поверхность считается одной из молодых, неоднородна, со стороны Харона состоит из метанового льда, на другой преобладает азотный лед. Также содержится моноокись углерода.
Наличие атмосферы, состоящей из смеси азота, метана и угарного газа, только в 1988 году было подтверждено.
Практически на расстояние больше 200 километров от поверхности наблюдается легкая дымка, разделяющаяся на 20 слоев. На поверхности средняя температура достигает минус 223 градуса.
Харон и другие спутники Плутона.
Астрономами было открыто пять спутников: Харон, Гидра, Кербер, Никта, Стикс. Самый крупный из них – Харон. Его величина сильно превосходит остальные спутники.
Харон это не единственный спутник Плутона, но он более любопытный чем все остальные. Харон почти в два раза меньше Плутона. Но он очень сильно влияет на Плутон, настолько, что не Харон вращается вокруг Плутона, а они оба вращаются вокруг общего центра масс. Это можно продемонстрировать следующим примером: если два человека возьмутся за руки и начнут вращаться, то центр масс будет в общей точке, если массы сопоставимы, иначе один будет вращать другого.
Иногда Плутон и Харон называют двойной планетой именно из-за этого эффекта.
Принадлежность Плутона к планетам.
Чем знаменит Плутон? Пожалуй, тем что это единственная планета Солнечной системы, пониженная в звании.
С 24 августа 2006 года — это карликовая планета.
Не всем это нравится и дебаты о статусе ведутся до сих пор.
24 августа 2006 года стал роковым для девятой планеты — Международный астрономический союз (МАС) перенес ее в группу карликовых планет. Это произошло из-за несоответствия Плутона некоторым характеристикам, предъявляемым к телам, называемым «планетами».
Стоит рассмотреть, какое же небесное тело, по уставу Международного астрономического союза, является планетой. Для этого оно должно подходить по четырем условиям:
обязательное вращение вокруг Солнца – Плутон соответствует;
обязательная массивность, позволяющая под воздействием гравитации принять форму шара – и здесь девятка подходит;
нельзя являться чьим-нибудь спутником – Плутон сам хозяин пяти подобных небесных тел;
космическое тело, претендующее на планетарную роль, обязано освободить собственную орбиту от посторонних тел, что ему не удалось выполнить.
По согласованию всех представителей Международного астрономического союза установлено, что небесное тело не выполнило четвертое условие. И теперь оно, даже при трёх выполненных, причисляется к классу планет — карликов.
Так, ранее это требование игнорировалось, и количество планет в Солнечной системе было 9.
Очень многие отказываются принять это низвержение Плутона со статуса планеты. Они возобновляют дебаты, заявив, что Плутон должен быть планетой, потому что:
у него есть океан под поверхностью;
имеются органические соединения на его поверхности;
есть его собственные Луны.
Гипотезы происхождения планеты.
Происхождение Плутона и его особенности долго были загадкой. В 1936 году английский астроном Реймонд Литлтон высказал гипотезу, что он — «сбежавший» спутник Нептуна, выбитый с орбиты самым крупным спутником Нептуна, Тритоном. Такое предположение подверглось сильной критике, Плутон никогда не подходит близко к Нептуну.
Астроном Александр Мастилл из Лундского университета, в свою очередь, считает, что девятая планета образовалась за пределами нашей системы.
Звезды рождаются в скоплениях и часто проходят мимо друг друга. Во время таких транзитов звезда может «украсть» одну или несколько планет на орбите другой звезды. Возможно, это и произошло. Несколько миллиардов лет назад она могла поменять родительскую звезду на Солнце и с тех пор «находилась в тени».
Есть предположения, что Плутон когда-то был спутником Нептуна, но позднее был выкинут на свою орбиту, где обзавёлся компаньонами. Сначала из недр Нептуна был выброшен достаточно массивный объект, который затем, взорвавшись, разделился на две примерно равные части. Менее массивное дочернее тело получило при распаде бОльшую скорость, было выброшено в прямом направлении (направление вращения Нептуна) и покинуло систему Нептуна, став самостоятельной карликовой планетой Солнечной системы. Так образовался Плутон. Более массивное дочернее тело получило при распаде меньшую скорость, было выброшено в обратном направлении и не смогло вылететь из системы Нептуна. Так образовался Тритон. Плутон, будучи самостоятельным маленьким объектом, смог из выброшенных тел сформировать миниатюрную планетную систему. Быстро вращающийся Плутон выбрасывал из себя тела преимущественно в экваториальной плоскости. Поэтому орбиты всех его спутников имеют такой необычный наклон к орбите Плутона, но совпадают с его экваториальной плоскостью.
В дальнейшем, из-за приливного взаимодействия с Хароном Плутон замедлил своё вращение. В рамках взрывной гипотезы плотность Харона должна быть ниже, чем у Плутона, так как его масса меньше, и он должен был изначально содержать меньше сверхплотного вещества. И это действительно так: плотность Плутона 1,86, Харона 1,70. В рамках аккреционной гипотезы плотность Харона, наоборот, должна быть выше, так как он должен был насобирать и сохранить лёгких веществ меньше. Кроме того, в рамках аккреционной гипотезы непонятно, откуда у Плутона и Харона могут быть атмосферы. Ведь эти объекты не могут удержать свои атмосферы и постоянно теряют атмосферные газы. Как же Плутон и Харон могли насобирать эти газы во время своего роста, когда их массы были совсем малы? В рамках взрывной гипотезы такой проблемы нет. Потому что атмосферы у Плутона и Харона имеют внутреннее происхождение (как и у остальных тел Солнечной системы, включая Землю). Атмосферные газы есть результат геологической и вулканической активности.
Плутон действительно похож на спутник Нептуна Тритон. И хотя критики утверждали, что орбиты Нептуна и Плутона вообще никогда не пересекались, идея близкого родства этих тел постепенно распространялась. В 1984 г. были даже выполнены расчеты совместного происхождения Тритона и Плутона, в которых рассматривалась возможность захвата Нептуном массивного протопланетного тела (планетезимали), распавшегося на Тритон и Плутон. Расчеты дали совсем другой результат. Они показали, что если бы такая катастрофа произошла, то вторая, «плутонная» половина, по-видимому, была бы выброшена за пределы Солнечной системы, и что Тритон и Плутон скорее всего имеют независимое происхождение.
Тем не менее внешнее (а возможно, и внутреннее) сходство двух этих тел несомненно, если учесть подобие в составе, средней плотности, размерах, особенностях атмосфер и расстояниях от Солнца. Другой вопрос — вероятность катастрофы таких масштабов и возможность восстановить ее подробности расчетным путем на основе известных в настоящее время орбит. Хотя подобные катастрофы действительно возможны, происхождение Плутона связывается теперь не с Нептуном, а с поясом транснептуновых объектов (поясом Койпера).
Кеннет Эджворт в Англии (1943, 1949 гг.) и Джерард Койпер в США (1951 г.) выдвинули гипотезу о существовании, наряду с облаком Оорта, еще одного, более близкого резервуара комет. Ныне гипотеза подтверждается, за этой зоной закрепилось название «пояс Койпера».
По состоянию на июль 2015 года Плутон является самым крупным объектом в поясе Койпера. Плутон имеет все особенности других объектов в поясе Койпера, например, таких, как кометы — солнечный ветер уносит с поверхности Плутона частицы ледяной пыли, как и у комет. Если бы Плутон был так же близок к Солнцу, как и Земля, у него бы развился кометный хвост. Хотя Плутон и считается наибольшим объектом в поясе, обнаруженным на данный момент, спутник Нептуна Тритон, который немного больше, чем Плутон, разделяет с ним многие геологические, атмосферные, составные и прочие свойства, и считается объектом, захваченным из пояса. Эрида, которая близка к Плутону по размеру, не считается объектом пояса, кроме того, как установлено в июле 2015 года, Плутон все-таки больше неё. Скорее всего, она принадлежит к объектам, составляющим собой так называемый рассеянный диск. Немалое количество объектов пояса, как и Плутон, обладают орбитальным резонансом 3:2 с Нептуном. Такие объекты называют «плутино».
Современные ученые считают, что Плутон является одним из крупных объектов этой части, так как его свойства схожи со свойствами тел, которые находятся в области этого пояса.
Заключение.
Плутон является уникальной и самой интересной планетой Солнечной системы. По прежнему остаётся множество загадок о точном происхождении, химическом составе Плутона. На «владыку подземелья» ещё ни разу не приземлялся ни один исследовательский комплекс с Земли, но надеюсь это произойдет в не таком далеком будущем.
Я верю, что когда Солнце расширится и станет красным гигантом, человек освоит Плутон и многие объекты из пояса Койпера, ведь температурные условия там изменятся, как и состав атмосфер из-за таяния льдов. И он может стать стартовой площадкой для человечества перед освоением уже дальнего космоса, который хранит множество тайн, а так же ответит на главный вопрос – одни ли мы во Вселенной?
Список литературы.
Вибе Д. Загадки карликовой планеты: что разглядела на Плутоне станция New Horizons (Электронный ресурс)- Режим доступа:https://www.forbes.ru/mneniya-column/296517-zagadki-karlikovoi-planety-chto-razglyadela-na-plutone-stantsiya-new-horizons;
Википедия — свободная энциклопедия. Плутон (Электронный ресурс) – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D1%83%D1%82%D0%BE%D0%BD;
Планета Плутон (Электронный ресурс) - Режим доступа: https://astro-azbuka.ru/astronomiya/planeta-pluton;
Планета Плутон – разжалованный карлик на окраине системы (Электронный ресурс) - Режим доступа: http://mirkosmosa.ru/solnechnaya-sistema/pluton/planeta-pluton-razzhalovannyi-karlik-na-okraine-sistemy;
Плутон (Электронный ресурс) - Режим доступа: https://studbooks.net/616365/prochie_distsipliny/pluton;
Сурдин В. Солнечная система (Электронный ресурс) - Режим доступа: https://ours-nature.ru/lib/b/book/1600177961/137;
Хель И. Девятая планета могла быть… украдена (Электронный ресурс) - Режим доступа: https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fhi-news.ru%2Feto-interesno%2Fdevyataya-planeta-mogla-byt-ukradena.html;
Янчилин В. Происхождение Плутона и Тритона (Электронный ресурс) - Режим доступа: http://top-formula.net/language/ru/происхождение-плутона-тритона/;
bhagovan_narcom. Происхождение Плутона и Тритона (Электронный ресурс) - Режим доступа: https://bhagovan-narcom.livejournal.com/70435.html.
9