Pluto – eerst planeet nu dwergplaneet

Pluto gefotografeerd door de New Horizons
Pluto gefotografeerd door de New Horizons tijdens de scheervlucht in juli 2015. Credit: NASA

Pluto werd ooit beschouwd als de negende en verst verwijderde planeet in ons zonnestelsel maar het is tegenwoordig de grootste bekende dwergplaneet. Het is daarnaast ook het grootste bekende lid van de Kuiper gordel, een zone voorbij de baan van Neptunus waar zich honderdduizenden met ijs bedekte rotsblokken bevinden met een grootte van meer dan 100 kilometer. Daarnaast bevinden er zich nog misschien wel miljoenen kometen in de Kuipergordel.

In 2006 werd Pluto de status van planeet afgenomen. Vanaf die tijd wordt Pluto als dwergplaneet beschouwd, iets wat nog steeds als een hele controversiële beslissing wordt gezien in delen van de astronomische wereld. In 2017 werd door een groep astronomen een nieuwe definitie van wat een planeet is voorgesteld: “ronde objecten in de ruimte die kleiner zijn dan sterren”, maar met die definitie zouden we in plaats van 8 planeten wel 100 planeten in ons zonnestelsel hebben.

Het was de Amerikaanse astronoom Percival Lowell die in 1905, na het bestuderen van de banen van Neptunus en Uranus, voor het eerst het bestaan van Pluto vermoedde. In 1915 voorspelde Lowell de positie van Pluto aan de sterrenhemel. Hij zocht er tot zijn dood naar maar vond de dwergplaneet niet. Het duurde tot 1930 totdat Clyde Tombaugh van de Lowell Sterrenwacht, uitgaande van de voorspellingen van Lowell en andere astronomen, Pluto vond.

De destijds 11-jarige Venetia Burney uit het Engelse Oxford bedacht de naam voor Pluto. Zij nam de suggestie van haar grootvader over die vond dat de nieuwe planeet de naam van de Romeinse god van de Onderwereld moest krijgen. Haar grootvader gaf de naam door aan de Lowell Sterrenwacht. De naam herdenkt, met de eerste twee letters van de initialen, ook Percivall Lowell.

Kenmerken

Pluto bevindt zich erg ver van de Aarde, het duurde tot 2015 voor we ineens veel meer te weten kwamen over de dwergplaneet. In dat jaar maakte de NASA-verkenner New Horizons een scheervlucht langs de dwergplaneet en zijn manen. De New Horizons leerde ons dat Pluto een diameter heeft van 2370 kilometer, minder dan 1/5-de van de diameter van de Aarde en slechts ongeveer 2/3-de van de diameter van onze Maan.

De waarnemingen door de New Horizons van het oppervlak van Pluto lieten een zeer gevarieerde wereld zien waar bergen voorkomen tot 3500 meter hoog. Grote delen van het oppervlak zijn bedekt met methaan- en stikstofijs. Deze materialen zijn niet in staat om zulke enorme bergen te dragen dus wetenschappers vermoeden dat de bergen zijn ontstaan op een fundament van waterijs.

Het oppervlak van Pluto is bedekt onder een dikke laag methaanijs maar de New Horizons ontdekte ook grote verschillen in de manier waarop dit ijs het licht reflecteert. Op de dwergplaneet is ook een groot terrein met ijsruggen gevonden dat lijkt op de huid van een slang. Ook op Aarde komen in bergachtige gebieden dergelijke door erosie ontstane structuren voor maar op Pluto zijn ze veel groter. Zijn de aardse structuren slechts enkele meters groot, op Pluto zijn ze tot 500 meter groot.

Een ander opvallend kenmerk op de dwergplaneet is een groot hartvormig gebied dat onofficieel Tombaugh Regio wordt genoemd (naar Clyde Tombaugh, “Regio” is het Latijnse woord voor “gebied”). Het linkergedeelte van het gebied, dat de vorm heeft van een ijshoorntje, is bedekt met koolmonoxide ijs (CO). Maar er zijn ook andere variaties in de samenstelling van dit gebied gevonden.

Links van het centrum van Tombaugh Region bevindt zich een erg glad gebied dat Sputnik Planum wordt genoemd naar de eerste kunstmaan. In dit gebied lijken weinig kraters voor te komen en daaruit wordt afgeleid dat het een geologisch jong gebied moet zijn, minder dan 100 miljoen jaar oud. Mogelijk zijn er nog steeds geologische processen gaande die dit gebied vormen en veranderen.

In deze ijsvlaktes zijn donkere strepen van enkele kilometers lang aangetroffen die allemaal in dezelfde richting liggen. Mogelijk zijn deze lijnen ontstaan door stevige winden die over het oppervlak waaien.

Met behulp van de Hubble Space Telescope is ook aangetoond dat de korst van Pluto complexe organische moleculen bevat.

Het oppervlak van Pluto behoort tot de koudste in het zonnestelsel. De temperatuur bedraagt er ongeveer -225 °C. Vergeleken met oudere opnames van Pluto die door de Hubble telescoop zijn gemaakt heeft de dwergplaneet in de loop van de jaren een rodere kleur gekregen. Dit wordt vermoedelijk veroorzaakt door veranderingen tijdens de seizoenen.

Het is mogelijk dat Pluto een ondergrondse oceaan heeft of ooit heeft gehad. Als die oceaan er is dan heeft dit grote invloed op de geschiedenis van de dwergplaneet gehad. Zo hebben wetenschappers bijvoorbeeld ontdekt dat de zone van Sputnik Planum door de enorme hoeveelheid ijs die er zich bevindt, de oriëntatie van Pluto heeft veranderd. Aan de hand van waarnemingen van de New Horizons wordt de dikte van het ijs geschat op ongeveer 10 kilometer. Een ondergrondse oceaan is de beste verklaring voor deze enorme hoeveelheid ijs in dit gebied. Er zijn wetenschappers die denken dat als er een ondergrondse oceaan voorkomt op Pluto én de dwergplaneet genoeg energie vrij kan maken, deze ondergrondse oceaan wel eens geschikt zou kunnen zijn voor leven.

Baankenmerken

Pluto volgt een sterk elliptische baan om de Zon waarbij de dwergplaneet maximaal ongeveer 49 Astronomische Eenheden van de Zon kan komen. Vanwege de sterk elliptische baan varieert de afstand tot de Zon dus ook sterk. Voor één omwenteling om de Zon heeft Pluto 248 jaar nodig en in die tijd bevindt de dwergplaneet zich ongeveer 20 jaar binnen de baan van Neptunus. Tijdens die 20 jaar kunnen we de dwergplaneet vanaf de Aarde het beste bestuderen. In 1999 passeerde Pluto weer de baan van Neptunus en werd toen, tot de demotie in 2006, weer de verst verwijderde planeet.

Als Pluto zich dichter bij de Zon bevindt dan begint ijs aan het oppervlak te smelten en ontstaat er een zeer ijle tijdelijke atmosfeer die voornamelijk uit stikstof bestaat met wat sporen methaan. De geringe zwaartekracht van Pluto, iets meer dan 1/20-ste van de zwaartekracht op Aarde, zorgt er voor dat deze atmosfeer veel hoger kan worden dan de Aardse atmosfeer. Als Pluto zich weer van de Zon af beweegt bevriest het grootste deel van de atmosfeer en verdwijnt. In de periode dat er een atmosfeer is kunnen er sterke winden voorkomen. De atmosfeer vertoont ook helderheidsvariaties die worden veroorzaakt door lucht die over bergen heen waait.

De tegenwoordige atmosfeer van Pluto is te ijl voor vloeistoffen maar aan het oppervlak is duidelijk te zien dat er vroeger wel vloeistoffen hebben gestroomd. De New Horizons heeft een meer in Tombaugh Regio gefotografeerd waarbij oude kanalen zichtbaar waren. Ooit in een ver verleden is de atmosfeer mogelijk 40 *dikker geweest dan op Mars.

In 2016 kondigden astronomen aan dat ze in de gegevens van de New Horizons mogelijk wolken in de atmosfeer van Pluto hadden gevonden. Ze zagen zeven heldere structuren in de buurt van de terminator (de grens van daglicht en duisternis). Dit is het gebied waar gewoonlijk wolken ontstaan. Deze structuren bevonden zich op lage hoogte en hadden ongeveer dezelfde grootte. Het leken afzonderlijke structuren te zijn. De samenstelling van deze wolken, als het wolken zijn, is vermoedelijk acetyleen, ethaan en waterstofcyanide.

Compositie en samenstelling

De atmosfeer bevat voornamelijk methaan en stikstof. Waarnemingen van de New Horizons laten zien dat de atmosfeer van Pluto zich uitstrekt tot een hoogte van ongeveer 1600 kilometer boven het oppervlak. Het is onduidelijk of Pluto een magneetveld heeft. De geringe grootte en de langzame rotatie wijzen op geen of maar een heel klein magneetveld.

Chemische samenstelling: de dwergplaneet bestaat voor ongeveer 70% uit gesteente en 30% uit waterijs.

Interne opbouw: de dwergplaneet heeft vermoedelijk een kern bestaande uit gesteente die wordt omringd door een mantel van ijs waar dan ook meer exotische soorten ijs in voorkomen zoals methaan, koolmonoxide en stikstofijs.

Baan en rotatie

Pluto volgt een retrograde baan om de Zon (tegenovergesteld aan de wijzers van de klok) en dat is anders dan de meest andere objecten die om de Zon draaien.

De gemiddelde afstand tot de Zon bedraagt 5.906.380.000 kilometer en dat is gelijk aan 39,482 Astronomische Eenheden.

Het perihelium (de dichtste nadering tot de Zon) bedraagt 4.436.820.000 kilometer – 30,171 Astronomische Eenheden. Het aphelium (de grootste afstand tot de Zon) bedraagt 7.375.930.000 kilometer – 48,481 Astronomische Eenheden.

De manen van Pluto

Pluto heeft vijf manen: Charon, Styx, Nix, Kerberos en Hydra. Charon bevindt zich het dichtste bij Pluto en Hydra is de verst verwijderde maan.

In 1978 ontdekten astronomen dat Pluto een erg grote maan heeft met ongeveer de helft van de grootte van de planeet. Deze maan werd Charon genoemd naar de veerman uit de Griekse mythologie die de dode zielen over de rivier Styx naar de onderwereld bracht.

Charon, de grootste maan van Pluto
De donkere poolkap van Charon is op deze opname duidelijk te zien. De foto is gemaakt door de New Horizons op 13 juli 2015 vanaf een afstand van 466.000 kilometer (credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Omdat Charon en Pluto gelijkwaardig in grootte zijn volgen ze een andere baan dan de meeste manen bij andere planeten. Pluto en Charon draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt net zoals dubbelsterren dat doen. Om deze reden worden Pluto en Charon door wetenschappers ook wel als een dubbele dwergplaneet gezien.

Pluto en Charon zijn slechts 19.640 kilometer van elkaar verwijderd. Dat is minder dan de afstand tussen Amsterdam en Sydney. Charon draait in 6,4 aardse dagen om Pluto heen en een dag op Pluto duurt ook 6,4 aardse dagen. Charon bevindt zich dus altijd boven dezelfde plek op Pluto en altijd is dezelfde zijde van Charon naar Pluto gericht. We noemen dit een gebonden rotatie.

Pluto is roodachtig van kleur maar Charon is overwegend grijs van kleur. Mogelijk heeft ook Charon in het verleden een ondergrondse oceaan gehad. De maan is niet in staat om die tegenwoordig nog in stand te houden.

Vergeleken met de meeste andere planeten en manen in ons zonnestelsel maakt het Pluto-Charon systeem een grote hoek ten opzichte van de baan om de Zon.

Waarnemingen door de New Horizons van Charon laten grote kloven zien. De diepste van deze kloven zijn ongeveer 9,7 kilometer diep. In het midden van de maan bevindt zich een 970 kilometer groot gebied met kliffen en slenken. Een deel van het oppervlak in de buurt van één van de polen is veel donkerder dan de rest van de maan. Overeenkomstig met Pluto zijn er ook op Charon grote gebieden waar geen kraters voorkomen, iets wat duidt op geologische activiteit nog niet zo heel erg lang geleden. Er zijn restanten van landverschuivingen waargenomen en er komt vermoedelijk ook een soort plaattektoniek op de maan voor.

Als voorbereiding op de scheervlucht van de New Horizons werd Pluto in 2005 gefotografeerd met de Hubble telescoop. Toen werden er twee nieuwe manen ontdekt: Nix en Hydra. Deze twee kleine maantjes bevinden zich twee en drie keer zo ver weg van Pluto als de maan Charon. Uitgaande van metingen van de New Horizons heeft Nix een geschatte grootte van 42 bij 36 kilometer en is Hydra 55 bij 40 kilometer groot. Waarschijnlijk is het oppervlak van Hydra bedekt met een laag ijs.

In 2011 werd, wederom met behulp van de Hubble, de maan Kerberos ontdekt. Deze maan is ongeveer 13 bij 24 kilometer groot. Op 11 juli 2012 werd de vijfde maan Styx ontdekt. Deze maan is ongeveer 10 kilometer groot. Door al deze manen laaide het debat over de status van Pluto als planeet ook weer op.

De manen van Pluto
Pluto en zijn manen. De opname is gemaakt met behulp van de Hubble Space Telescope. De opname s een combinatie van kortbelichte en langbelichte opnames.

De vier laatst ontdekte manen zijn mogelijk ontstaan tijdens de botsing waaruit ook Charon is ontstaan. De vier manen volgen sterk chaotische banen.

Onderzoek en verkenning

De New Horizons missie was de eerste verkenner die een bezoek bracht aan Pluto, zijn manen en andere objecten in de Kuipergordel. De New Horizons werd in januari 2006 gelanceerd en maakte op 14 juli 2015 zijn geplande scheervlucht langs Pluto. Het duurde tot in 2016 voordat alle data van die scheervlucht naar de Aarde waren gedownload naar de Aarde. De New Horizons is nu op weg naar het Kuipergordel object 2014 MU69. Op 1 januari 2019 zal de New Horizons langs dit object scheren.

De New Horizons heeft een beetje as van Clyde Tombaugh, de ontdekker van Pluto, aan boord.

De beperkte kennis over Pluto en zijn manen leidde tot gevaren voor de New Horizons verkenner Voor de lancering waren er slechts drie manen bekend bij Pluto. De ontdekking van Styx en Kerberos tijdens de reis van de verkenner sterkte het idee dat er nog meer manen rond de dwergplaneet zouden kunnen draaien die vanaf de Aarde niet zichtbaar zijn. Botsingen met onbekende manen of zelfs kleinere stukken puin zouden de New Horizons kunnen beschadigen of zelfs vernietigen.

Pluto’s ontstaan en herkomst

De leidende theorie over Pluto en Charon is dat een in wording zijnde Pluto werd getroffen door een ander object met de grootte van Pluto. Veel van het gecombineerde materiaal werd Pluto en uit de rest ontstond Charon.

Overige artikelen over Pluto:

 

Eerste publicatie: 26 september 2017