Caronte ( / ˈkɛərɒn , -ən / KAIR - on , -ən o / ˈʃærən / SHARRR - ən ), [ nota 1] o (134340) Plutón I , es el mayor de los cinco satélites naturales conocidos del planeta enano Plutón . Tiene un radio medio de 606 km (377 mi). Caronte es el sexto objeto transneptuniano más grande conocido después de Plutón, Eris , Haumea , Makemake y Gonggong . [18] Fue descubierto en 1978 en el Observatorio Naval de los Estados Unidos en Washington , DC , utilizando placas fotográficas tomadas en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS).
Con la mitad del diámetro y una octava parte de la masa de Plutón, Caronte es una luna muy grande en comparación con su cuerpo progenitor. Su influencia gravitatoria es tal que el baricentro del sistema plutoniano se encuentra fuera de Plutón, y los dos cuerpos están bloqueados entre sí por mareas. [19] Los sistemas de planetas enanos Plutón-Caronte y Eris- Dysnomia son los únicos ejemplos conocidos de bloqueo de mareas mutuo en el Sistema Solar, [20] aunque es probable que Orcus - Vanth sea otro. [21]
La capa de color marrón rojizo del polo norte de Caronte está compuesta de tolinas , macromoléculas orgánicas que pueden ser ingredientes esenciales para la vida . Estas tolinas se produjeron a partir de metano , nitrógeno y gases relacionados que pueden haber sido liberados por erupciones criovolcánicas en la luna, [22] [23] o pueden haber sido transferidos a lo largo de 19.000 km (12.000 mi) desde la atmósfera de Plutón a la luna en órbita. [24]
Caronte fue descubierto por el astrónomo del Observatorio Naval de los Estados Unidos James Christy , utilizando el telescopio de 1,55 metros (61 pulgadas) en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS). [25] El 22 de junio de 1978, había estado examinando imágenes muy ampliadas de Plutón en placas fotográficas tomadas con el telescopio dos meses antes. Christy notó que aparecía periódicamente un ligero alargamiento. El abultamiento se confirmó en placas que databan del 29 de abril de 1965. [26] Las observaciones posteriores de Plutón determinaron que el abultamiento se debía a un cuerpo acompañante más pequeño. La periodicidad del abultamiento correspondía al período de rotación de Plutón, que se conocía previamente a partir de la curva de luz de Plutón . Esto indicaba una órbita sincrónica , lo que sugería firmemente que el efecto del abultamiento era real y no espurio. Esto dio lugar a nuevas valoraciones del tamaño, la masa y otras características físicas de Plutón, ya que la masa y el albedo calculados del sistema Plutón-Caronte se habían atribuido anteriormente solo a Plutón. La Unión Astronómica Internacional anunció formalmente al mundo el descubrimiento de Christy el 7 de julio de 1978. [27]
Las dudas sobre la existencia de Caronte se disiparon cuando este planeta y Plutón entraron en un período de cinco años de eclipses y tránsitos mutuos entre 1985 y 1990. Esto ocurre cuando el plano orbital Plutón-Caronte está de canto visto desde la Tierra, lo que solo ocurre en dos intervalos en el período orbital de 248 años de Plutón. Fue fortuito que uno de estos intervalos ocurriera poco después del descubrimiento de Caronte.
Caronte recibió por primera vez la designación temporal S/1978 P 1, después de su descubrimiento, siguiendo la convención entonces recientemente instituida. El 24 de junio de 1978, Christy sugirió por primera vez el nombre de Caronte como una versión con un sonido científico del apodo de su esposa Charlene, "Char". [28] [29] Aunque los colegas del Observatorio Naval propusieron Perséfone , Christy se quedó con Caronte después de descubrir que era casualmente el nombre de una figura mitológica apropiada: [28] Caronte ( / ˈk ɛər ən / ; [2] griego antiguo : Χάρων ) es el barquero de los muertos, estrechamente asociado con el dios Plutón . La UAI adoptó oficialmente el nombre a fines de 1985 y se anunció el 3 de enero de 1986. [ 30]
Por coincidencia, casi cuatro décadas antes del descubrimiento de Caronte, el autor de ciencia ficción Edmond Hamilton había inventado tres lunas de Plutón para su novela de 1940 Calling Captain Future y las llamó Caronte, Estigia y Cerbero; [31] Estigia y Cerbero son las dos lunas plutonianas más pequeñas y recibieron su nombre en 2013.
Existe un pequeño debate sobre la pronunciación preferida del nombre. La figura mitológica se pronuncia con un sonido / k / , y esto se suele seguir también para la luna. [32] [33] Sin embargo, el propio Christy pronunció la ⟨ch⟩ inicial como un sonido / ʃ / , ya que había nombrado a la luna en honor a su esposa Charlene. Muchos astrónomos de habla inglesa siguen la convención clásica, pero otros siguen la de Christy, [nota 6] [34] [35] [36] y esa es la pronunciación prescrita en la NASA y del equipo New Horizons . [3] [nota 7]
Caronte y Plutón orbitan entre sí cada 6,387 días. Los dos objetos están unidos gravitacionalmente entre sí, por lo que cada uno mantiene la misma cara hacia el otro. Este es un caso de bloqueo de marea mutuo, en comparación con el de la Tierra y la Luna, donde la Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra, pero no al revés. La distancia media entre Caronte y Plutón es de 19.570 kilómetros (12.160 millas). El descubrimiento de Caronte permitió a los astrónomos calcular con precisión la masa del sistema plutoniano, y las ocultaciones mutuas revelaron sus tamaños. Sin embargo, ninguno indicó las masas individuales de los dos cuerpos. Estas solo podían estimarse, hasta el descubrimiento de las lunas exteriores de Plutón a finales de 2005. Los detalles de las órbitas de las lunas exteriores revelaron entonces que Caronte tiene aproximadamente el 12% de la masa de Plutón. [9]
Un trabajo de simulación publicado en 2005 por Robin Canup sugirió que Caronte podría haberse formado por una colisión hace unos 4.500 millones de años, de forma muy similar a la Tierra y la Luna . En este modelo, un gran objeto del cinturón de Kuiper golpeó a Plutón a gran velocidad, destruyéndose a sí mismo y desprendiendo gran parte del manto exterior de Plutón , y Caronte se fusionó a partir de los escombros. [37] Sin embargo, un impacto de este tipo debería dar como resultado un Caronte más helado y un Plutón más rocoso de lo que los científicos han encontrado. Ahora se piensa que Plutón y Caronte podrían haber sido dos cuerpos que chocaron antes de entrar en órbita uno alrededor del otro. La colisión habría sido lo suficientemente violenta como para hervir hielos volátiles como el metano ( CH
4) pero no lo suficientemente violento como para haber destruido ninguno de los dos cuerpos. La densidad muy similar de Plutón y Caronte implica que los cuerpos progenitores no estaban completamente diferenciados cuando se produjo el impacto. [12]
El diámetro de Caronte es de 1.212 kilómetros (753 mi), poco más de la mitad del de Plutón. [12] [13] Más grande que el planeta enano Ceres , es el duodécimo satélite natural más grande del Sistema Solar . Caronte es incluso similar en tamaño a las lunas de Urano , Umbriel y Ariel . La rotación lenta de Caronte significa que debería haber poco aplanamiento o distorsión de marea si Caronte es lo suficientemente masivo como para estar en equilibrio hidrostático . Cualquier desviación de una esfera perfecta es demasiado pequeña para haber sido detectada por las observaciones de la misión New Horizons . Esto contrasta con Jápeto , una luna saturniana similar en tamaño a Caronte pero con un achatamiento pronunciado que data de principios de su historia. La falta de tal achatamiento en Caronte podría significar que actualmente está en equilibrio hidrostático, o simplemente que su órbita se acercó a su actual temprano en su historia, cuando todavía estaba caliente. [14]
Según las actualizaciones de masas de las observaciones realizadas por New Horizons [13], la relación de masas de Caronte con Plutón es de 0,1218:1. Esta es una relación mucho mayor que la de la Luna con la Tierra: 0,0123:1. Debido a la alta relación de masas, el baricentro está fuera del radio de Plutón, y el sistema Plutón-Caronte ha sido considerado como un planeta doble enano . Con cuatro satélites más pequeños en órbita alrededor de los dos mundos más grandes, el sistema Plutón-Caronte ha sido considerado en estudios de la estabilidad orbital de los planetas circumbinarios . [38]
El volumen y la masa de Caronte permiten calcular su densidad,1,702 ± 0,017 g/cm 3 , [13] de lo que se puede determinar que Caronte es ligeramente menos denso que Plutón y sugiere una composición de 55% de roca y 45% de hielo (± 5%), mientras que Plutón está compuesto de aproximadamente 70% de roca. La diferencia es considerablemente menor que la de la mayoría de los satélites sospechosos de colisión. [ ¿cuál? ]
Tras el paso de la New Horizons , se descubrieron numerosas características en la superficie de Caronte que indicaban claramente que Caronte está diferenciada y que incluso podría haber tenido un océano subterráneo en los comienzos de su historia. La renovación de la superficie observada en el pasado indicó que el antiguo océano subterráneo de Caronte podría haber alimentado crioerupciones a gran escala en la superficie, borrando muchas características más antiguas. [41] [39] [42] Como resultado, surgieron dos amplios puntos de vista en competencia sobre la naturaleza del interior de Caronte: el llamado modelo de inicio en caliente , donde la formación de Caronte es rápida e implica un impacto violento con Plutón, y el modelo de inicio en frío , donde la formación de Caronte es más gradual e implica un impacto menos violento con Plutón.
Según el modelo de inicio en caliente, Caronte se acrecentó rápidamente (dentro de ~10 4 años) del disco circumplanetario, como resultado de un escenario de impacto gigante altamente disruptivo. Esta rápida escala de tiempo evita que el calor de la acreción se irradie durante el proceso de formación, lo que lleva a la fusión parcial de las capas externas de Caronte. Sin embargo, la corteza de Caronte no logró alcanzar una fracción de fusión donde se produce una diferenciación completa, lo que lleva a que la corteza retenga parte de su contenido de silicato al congelarse. Un océano subterráneo líquido se forma durante o poco después de la acreción de Caronte y persiste durante aproximadamente 2 mil millones de años antes de congelarse, posiblemente impulsando la renovación criovolcánica de Vulcan Planitia. El calor radiogénico del núcleo de Caronte podría luego fundir un segundo océano subterráneo compuesto por una mezcla eutéctica de agua y amoníaco antes de que también se congele, posiblemente impulsando la formación de Kubrick Mons y otras características similares. Estos ciclos de congelación podrían aumentar el tamaño de Caronte en >20 km, lo que lleva a la formación de las características tectónicas complejas observadas en Serenity Chasma y Oz Terra. [39]
Por el contrario, el modelo de inicio en frío sostiene que un gran océano subterráneo al principio de la historia de Caronte no es necesario para explicar las características de la superficie de Caronte y, en cambio, propone que Caronte puede haber sido homogéneo y más poroso en su formación. Según el modelo de inicio en frío, a medida que el interior de Caronte comienza a calentarse debido al calentamiento radiogénico y al calentamiento por serpentinización , comienza una fase de contracción, impulsada en gran medida por la compactación en el interior de Caronte. Aproximadamente 100-200 millones de años después de la formación, se acumula suficiente calor como para que se derrita un océano subterráneo, lo que lleva a una rápida diferenciación, una mayor contracción y la hidratación de las rocas del núcleo. A pesar de este derretimiento, permanece una corteza prístina de hielo de agua amorfo en Caronte. Después de este período, la diferenciación continúa, pero el núcleo ya no puede absorber más agua y, por lo tanto, comienza la congelación en la base del manto de Caronte. Esta congelación impulsa un período de expansión hasta que el núcleo de Caronte se calienta lo suficiente como para comenzar la compactación, lo que inicia un período final de contracción. Es posible que Serenity Chasma se haya formado a partir del episodio de expansión, mientras que el episodio de contracción final puede haber dado lugar a las crestas arqueadas observadas en Mordor Macula. [40]
A diferencia de la superficie de Plutón, que está compuesta de hielo de nitrógeno y metano , la superficie de Caronte parece estar dominada por el hielo de agua, menos volátil .
En 2007, las observaciones del Observatorio Gemini detectaron manchas de hidratos de amoníaco y cristales de agua en la superficie de Caronte que sugerían la presencia de criogéiseres y criovolcanes activos . El hecho de que el hielo todavía estuviera en forma cristalina sugería que podría haberse depositado recientemente, ya que se esperaba que la radiación solar lo hubiera degradado a un estado amorfo después de aproximadamente treinta mil años. [43] [44] Sin embargo, tras los nuevos datos del sobrevuelo de New Horizons , no se detectaron criovolcanes ni géiseres activos. Investigaciones posteriores también han puesto en duda el origen criovolcánico del hielo de agua cristalino y las características del amoníaco, y algunos investigadores proponen en cambio que el amoníaco puede reponerse pasivamente a partir de material subterráneo. [45]
El mapeo fotométrico de la superficie de Caronte muestra una tendencia latitudinal en el albedo , con una banda ecuatorial brillante y polos más oscuros. La región polar norte está dominada por una zona oscura muy grande informalmente llamada " Mordor " por el equipo de New Horizons . [46] [47] [48] La explicación preferida para esta característica es que está formada por la condensación de gases que escaparon de la atmósfera de Plutón . En invierno, la temperatura es de -258 °C, y estos gases, que incluyen nitrógeno, monóxido de carbono y metano, se condensan en sus formas sólidas; cuando estos hielos se someten a la radiación solar, reaccionan químicamente para formar varias tolinas rojizas . Más tarde, cuando el área es calentada nuevamente por el Sol a medida que cambian las estaciones de Caronte, la temperatura en el polo aumenta a -213 °C, lo que hace que los volátiles se sublimen y escapen de Caronte, dejando solo las tolinas atrás. A lo largo de millones de años, la tolina residual acumula capas gruesas que oscurecen la corteza helada. [49] Además de Mordor, New Horizons encontró evidencia de una extensa geología pasada que sugiere que Caronte probablemente esté diferenciada; [47] en particular, el hemisferio sur tiene menos cráteres que el norte y es considerablemente menos accidentado, lo que sugiere que un evento masivo de resurgimiento, tal vez provocado por la congelación parcial o completa de un océano interno, ocurrió en algún momento en el pasado y eliminó muchos de los cráteres anteriores. [42]
Caronte tiene un sistema de fosas y escarpes extensos, como Serenity Chasma , que se extienden como un cinturón ecuatorial por al menos 1000 km (620 mi). Argo Chasma potencialmente alcanza una profundidad de 9 km (6 mi), con acantilados que pueden rivalizar con Verona Rupes en Miranda por el título del acantilado más alto del Sistema Solar. [50]
A diferencia de Plutón, Caronte no tiene una atmósfera significativa. [12] Se ha especulado sobre la posibilidad de que una exosfera extremadamente fuerte que rodea a la luna contribuya a la formación de regiones oscuras como la mácula de Mordor. Las fuertes estaciones que experimentan Plutón y Caronte podrían proporcionar breves períodos de formación de la exosfera a medida que el metano se sublima en Caronte, intercalados con siglos de inactividad. [51]
Plutón tiene una atmósfera delgada pero significativa, y bajo ciertas condiciones [¿ cuáles? ] la gravedad de Caronte puede atraer parte de la atmósfera superior de Plutón, específicamente nitrógeno, de las formaciones de hielo de Plutón, hacia la superficie de Caronte. El nitrógeno queda atrapado principalmente en el centro de gravedad combinado entre los dos cuerpos antes de llegar a Caronte, pero cualquier gas que llegue a Caronte se mantiene cerca de la superficie. El gas está compuesto principalmente de iones de nitrógeno, pero las cantidades son insignificantes en comparación con el total de la atmósfera de Plutón. [52]
Las numerosas firmas espectrales de las formaciones de hielo en la superficie de Caronte han llevado a algunos a creer que las formaciones de hielo podrían proporcionar una atmósfera, pero las formaciones que proporcionan atmósfera aún no han sido confirmadas. Muchos científicos teorizan que estas formaciones de hielo podrían estar ocultas fuera de la vista directa, ya sea en cráteres profundos o debajo de la superficie de Caronte. De manera similar [ aclaración necesaria ] a cómo Plutón transfiere atmósfera a Caronte, la gravedad relativamente baja de Caronte, debido a su baja masa, hace que cualquier atmósfera que pueda estar presente escape rápidamente de la superficie al espacio. [53] Incluso a través de la ocultación estelar, que se utiliza para sondear la atmósfera de los cuerpos estelares, los científicos no pueden confirmar una atmósfera existente; esto se probó en 1986 mientras se intentaba realizar pruebas de ocultación estelar en Plutón. Caronte también actúa como un protector para la atmósfera de Plutón, bloqueando el viento solar que normalmente colisionaría con Plutón y dañaría su atmósfera. Dado que Caronte bloquea estos vientos solares, su propia atmósfera se ve disminuida, en lugar de la de Plutón. Este efecto es también una explicación potencial seria para la falta de atmósfera de Caronte; cuando comienza a acumularse, los vientos solares la apagan. [ aclaración necesaria ] [54] Aunque [ aclaración necesaria ] , todavía es posible que Caronte tenga una atmósfera. Como se dijo anteriormente, Plutón transfiere parte de su gas atmosférico a Caronte, desde donde tiende a escapar al espacio. Suponiendo que la densidad de Caronte es 1,71 g/cm 3 , que es la estimación aproximada que tenemos actualmente, tendría una gravedad superficial de 0,6 de la de Plutón. También tiene un peso molecular medio más alto que Plutón y una temperatura superficial de exobase más baja, de modo que los gases en su atmósfera no escaparían tan rápidamente de Caronte como lo hacen de Plutón. [55]
Existen pruebas significativas de la presencia de gas CO2 y vapor de H2O en la superficie de Caronte, pero estos vapores no son suficientes para una atmósfera viable debido a sus bajas presiones de vapor. La superficie de Plutón tiene abundantes formaciones de hielo, pero estas son volátiles, ya que están compuestas de sustancias volátiles como el metano. Estas estructuras de hielo volátiles causan una gran cantidad de actividad geológica, manteniendo su atmósfera constante, mientras que las estructuras de hielo de Caronte están compuestas principalmente de agua y dióxido de carbono, sustancias mucho menos volátiles que pueden permanecer latentes y no afectar mucho a la atmósfera. [56]
Desde las primeras imágenes borrosas de la Luna (1) , las imágenes que muestran a Plutón y Caronte resueltos en discos separados fueron tomadas por primera vez por el Telescopio Espacial Hubble en la década de 1990 (2) . El telescopio fue responsable de las mejores imágenes, aunque de baja calidad, de la Luna. En 1994, la imagen más clara del sistema Plutón-Caronte mostró dos discos distintos y bien definidos (3) . La imagen fue tomada por la Cámara de Objetos Débiles (FOC) del Hubble cuando el sistema estaba a 4.4 mil millones de kilómetros (2.6 mil millones de millas) de la Tierra [57]. Más tarde, el desarrollo de la óptica adaptativa hizo posible resolver a Plutón y Caronte en discos separados utilizando telescopios terrestres. [29] Aunque la observación terrestre es muy desafiante, un grupo de astrónomos aficionados en Italia utilizó un telescopio de 14 pulgadas en 2008 para resolver con éxito a Caronte en una imagen de Plutón. [58]
En junio de 2015, la sonda New Horizons capturó imágenes consecutivas del sistema Plutón-Caronte a medida que se acercaba a él. Las imágenes se unieron en una animación. Fue la mejor imagen de Caronte hasta esa fecha (4) . En julio de 2015, la sonda New Horizons realizó su aproximación más cercana al sistema de Plutón. Es la única sonda espacial hasta la fecha que ha visitado y estudiado a Caronte. El descubridor de Caronte, James Christy, y los hijos de Clyde Tombaugh fueron invitados al Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins durante la aproximación más cercana de New Horizons.
El centro de masas (baricentro) del sistema Plutón-Caronte se encuentra fuera de ambos cuerpos. Como ninguno de los dos objetos orbita realmente alrededor del otro y Caronte tiene el 12,2% de la masa de Plutón, se ha argumentado que Caronte debería considerarse parte de un planeta binario con Plutón. La Unión Astronómica Internacional (UAI) afirma que Caronte es un satélite de Plutón, pero la idea de que Caronte pueda clasificarse como un planeta enano por derecho propio puede considerarse en una fecha posterior. [59]
En un borrador de propuesta para la redefinición del término en 2006, la UAI propuso que un planeta se defina como un cuerpo que orbita alrededor del Sol y que es lo suficientemente grande como para que las fuerzas gravitacionales hagan que el objeto sea (casi) esférico. Según esta propuesta, Caronte habría sido clasificado como un planeta, porque el borrador definía explícitamente un satélite planetario como uno en el que el baricentro se encuentra dentro del cuerpo principal. En la definición final, Plutón fue reclasificado como un planeta enano , pero no se decidió una definición formal de un satélite planetario. Caronte no está en la lista de planetas enanos actualmente reconocidos por la UAI. [59] Si se hubiera aceptado el borrador de propuesta, incluso la Luna sería hipotéticamente clasificada como un planeta en miles de millones de años cuando la aceleración de marea que está alejando gradualmente a la Luna de la Tierra la aleje lo suficiente como para que el centro de masa del sistema ya no se encuentre dentro de la Tierra. [60]
Las otras lunas de Plutón ( Nix , Hidra , Cerbero y Estigia ) orbitan alrededor del mismo baricentro, pero no son lo suficientemente grandes como para ser esféricas y se las considera simplemente satélites de Plutón (o de Plutón-Caronte). [61]
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