Lunas de Plutón

Satélites naturales orbitando Plutón

• Arriba: Caronte , la luna más grande de Plutón , con su oscura mácula de Mordor
• Medio: Hydra (izquierda) y Nix (derecha)
• Abajo: Kerberos (izquierda) y Styx (derecha)

(Imágenes no a escala)

El planeta enano Plutón tiene cinco satélites naturales . ^[1] En orden de distancia a Plutón, son Caronte , Estigia , Nix , Kerberos e Hidra . ^[2] Caronte, el más grande, está mutuamente bloqueado por mareas con Plutón, y es lo suficientemente masivo como para que Plutón y Caronte a veces sean considerados un planeta enano binario . ^[3]

Historia

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

Los astrónomos del equipo de búsqueda de Plutón que se preparaban para la misión New Horizons y trabajaron con el Telescopio Espacial Hubble fotografiaron dos lunas adicionales el 15 de mayo de 2005, que recibió las designaciones provisionales S/2005 P 1 y S/2005 P 2 . La Unión Astronómica nombró oficialmente a estas lunas Nix (o Plutón II, la luna interior, 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. El descubrimiento de Styx se anunció el 7 de julio de 2012 mientras se buscaban peligros potenciales para New Horizons . ^[5]

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

Caronte

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

Caronte tiene aproximadamente la mitad del diámetro de Plutón y es lo suficientemente masivo (casi un octavo de la masa de Plutón) que el baricentro del sistema se encuentra entre ellos, aproximadamente a 960 km sobre la superficie de Plutón. ^{[6] [a]} Caronte y Plutón también están bloqueados por mareas, de modo 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 reclasificar a Plutón y Caronte como un planeta doble, pero la propuesta fue abandonada. ^[7] Al igual que Plutón, Caronte es una esfera perfecta dentro de la incertidumbre de medición. ^[8]

Lunas pequeñas

Animación de lunas de Plutón alrededor del baricentro de Plutón - Plano de la eclíptica

   Plutón  ·    Caronte  ·    Estigia  ·    Nada  ·    Kerberos  ·    Hidra

Las cuatro pequeñas lunas circumbinarias de Plutón orbitan a Plutón a una distancia de dos a cuatro veces la de Caronte, desde Styx a 42.700 kilómetros hasta Hydra a 64.800 kilómetros del baricentro del sistema. Tienen órbitas progradadas 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.

Características

El sistema de Plutón es muy compacto y en gran medida vacío: las lunas progradas 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 kilómetros, o hasta el 69% para las lunas retrógradas. ^[12] Sin embargo, sólo el 3% interior de la región donde las órbitas progrados serían estables está ocupado por satélites, ^[13] y la región desde Styx hasta Hydra está tan apretada que hay poco espacio para más lunas con órbitas estables dentro esta región. ^[14] Una intensa búsqueda realizada por New Horizons confirmó que no existen lunas de más de 4,5 km de diámetro a distancias de hasta 180.000 km de Plutón (6% de la región estable para lunas prógradas), asumiendo albedos similares a los de Caronte de 0,38 ( para distancias más pequeñas, 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 inferiores a 0,005. ^[dieciséis]

El descubrimiento de Nix e Hydra sugirió que Plutón podría tener un sistema de anillos . Los impactos de cuerpos pequeños podrían expulsar escombros de las lunas pequeñas que pueden formar un sistema de anillos. Sin embargo, los datos de un estudio óptico profundo realizado por la Cámara Avanzada para Sondeos del Telescopio Espacial Hubble , por estudios de ocultación, ^[17] y más tarde por New Horizons , sugieren que no hay ningún sistema de anillos presente.

Resonancias

Se cree que Styx, Nix e Hydra están en una resonancia orbital de Laplace de 3 cuerpos con períodos orbitales en una proporción de 18:22:33. ^{[18] [19]} Las proporciones deben ser exactas cuando se tiene en cuenta la precesión orbital . Nix e Hydra están en una resonancia simple 2:3. ^{[b] [18] [20]} Styx y Nix están en una resonancia de 9:11, mientras que la resonancia entre Styx e Hydra tiene una proporción de 6:11. ^[c] La resonancia de Laplace también significa que las proporciones de los períodos sinódicos son tales que hay 5 conjunciones Styx-Hydra y 3 conjunciones Nix-Hydra por cada 2 conjunciones de Styx y Nix. ^{[d] [18]} Si denota la longitud media y el ángulo de libración , entonces la resonancia se puede formular como . Al igual que ocurre con la resonancia de Laplace de los satélites galileanos de Júpiter, nunca se producen conjunciones triples. libra alrededor de 180° con una amplitud de al menos 10°. ^[18] ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle \Phi }$ ${\displaystyle \Phi =3\lambda _{\rm {Styx}}-5\lambda _{\rm {Nix}}+2\lambda _{\rm {Hydra}}=180^{\circ }}$ ${\displaystyle \Phi }$

Todas las lunas circumbinarias exteriores también están cerca de la resonancia de movimiento medio 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 el 5,4% de su resonancia, Nix aproximadamente el 2,7%, Kerberos aproximadamente el 0,6% e Hydra aproximadamente el 0,3%. ^[21] Puede ser que estas órbitas se originaran 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, y el campo gravitacional en las lunas exteriores varía un 15% de pico a pico. ^{[ cita necesaria ]}

Sin embargo, se calculó que una resonancia con Caronte podría impulsar a Nix o a Hydra a su órbita actual, pero no a ambas: 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 al menos mínimo 0,05. Esto sugiere que Nix e Hydra fueron, en cambio, material capturado, formado alrededor de Plutón-Caronte y migraron hacia adentro hasta quedar atrapados en resonancia con Caronte. ^[22] La existencia de Kerberos y Styx puede apoyar esta idea.

Rotación

Rotaciones de las pequeñas lunas de Plutón
(animación; 01:00; publicada el 10 de noviembre de 2015)

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

Sin embargo, las imágenes de New Horizons descubrieron que no habían girado por marea hasta casi un estado sincrónico de giro donde se esperaría una rotación o caída caótica. ^{[24] [25]} Las imágenes de New Horizons encontraron que las 4 lunas estaban en alta oblicuidad. ^[24] O nacieron de esa manera, o fueron inclinados por una resonancia de precesión de espín. ^[25] Styx puede estar experimentando variaciones de oblicuidad intermitentes y caóticas.

Mark R. Showalter había especulado que "Nix puede girar 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. Tiene un aspecto casi aleatorio en la forma en que gira." ^[26] Sólo se sabe que otra luna, Hiperión , la luna de Saturno , cae, ^[27] aunque es probable que las lunas de Haumea también lo hagan. ^[28]

Origen

Formación de las lunas de Plutón. 1: un objeto del cinturón de Kuiper se acerca a Plutón ; 2: choca con 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 formando cuerpos esféricos.

Se sospecha que el sistema de satélites de Plutón fue creado por una colisión masiva , similar al impacto de Theia que se cree que creó la Luna . ^{[29] [30]} En ambos casos, los altos momentos angulares de las lunas sólo pueden explicarse mediante 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 posterior coalescencia, dejando las superficies de las lunas dominadas por hielo de agua. Sin embargo, tal impacto debería haber creado escombros adicionales (más lunas), pero New Horizons no descubrió lunas ni anillos , lo que descarta más lunas de tamaño significativo orbitando Plutón. ^[1]

Lista

Las lunas de Plutón se enumeran aquí por período orbital, del más corto al más largo. Caronte, que es lo suficientemente masivo como para haber colapsado en un esferoide en algún momento de su historia, está resaltado en violeta claro. Se ha añadido Plutón para comparar. ^{[18] [31]} Todos los elementos están con respecto al baricentro Plutón-Caronte . ^[18] La distancia media de separación entre los centros de Plutón y Caronte es de 19.596 km. ^[32]

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.

Eventos mutuos

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 sólo puede ocurrir en dos puntos de la órbita de Plutón; coincidentemente, estos puntos están cerca del perihelio y afelio de Plutón. Las ocultaciones ocurren cuando Plutón pasa frente a uno de sus satélites 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, sólo de 39 a 65 segundos de arco . En comparación, la Luna vista desde la Tierra tiene un diámetro angular de sólo 31 minutos de arco , o poco más de medio grado de arco. Por tanto, Caronte parecería tener ocho veces el diámetro, o 25 veces el área de la Luna; Esto se debe a la proximidad de Caronte a Plutón más que al tamaño, ya que a pesar de tener poco más de un tercio del radio lunar, la Luna de la Tierra está 20 veces más distante de la superficie de la Tierra que Caronte de la de Plutón. Esta proximidad garantiza 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 a Caronte experimenta eclipses solares por parte de Caronte.

Las lunas más pequeñas pueden proyectar sombras en otros lugares. Los diámetros angulares de las cuatro lunas más pequeñas (vistas 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. 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, siendo su eje más ancho más de 10 segundos de arco más grande que el Sol en su punto más grande. Sin embargo, Kerberos, aunque es un poco más grande, no puede producir eclipses totales ya que su eje menor más grande tiene apenas 32 segundos de arco. Los eclipses de Kerberos y Styx consistirán enteramente en eclipses parciales e híbridos, siendo extremadamente raros los eclipses totales.

El próximo período de eventos mutuos debido 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. ^{[38] [39]}

Exploración

El sistema Plutón fue visitado por la nave espacial New Horizons en julio de 2015. De Nix se obtuvieron imágenes con resoluciones de hasta 330 metros por píxel y de Hydra de hasta 1,1 kilómetros por píxel. Se devolvieron imágenes de menor resolución de Styx y Kerberos. ^[40]

Notas

1. "P1P2_motion.avi". Archivado desde el original (AVI) el 4 de noviembre de 2005.y baricentro para animaciones
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 Styx y Nix. Por 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 Styx e Hydra.
4. Esto se calcula de la siguiente manera: por cada órbita de Hydra hay órbitas de Nix y órbitas de Styx. Las conjunciones ocurren entonces a un ritmo relativo de para Styx-Hydra, para Nix-Hydra y para Styx-Nix. Multiplicar las tres tasas por (para convertirlas en números enteros) da como resultado que hay conjunciones Styx-Hydra y conjunciones Nix-Hydra para cada conjunción Styx-Nix. ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle {\frac {33}{22}}={\frac {3}{2}}}$ ${\displaystyle {\frac {33}{18}}={\frac {11}{6}}}$ ${\displaystyle {\frac {11}{6}}-1={\frac {5}{6}}}$ ${\displaystyle {\frac {3}{2}}-1={\frac {1}{2}}}$ ${\displaystyle {\frac {11}{6}}-{\frac {3}{2}}={\frac {1}{3}}}$ ${\displaystyle 6}$ ${\displaystyle 5}$ ${\displaystyle 3}$ ${\displaystyle 2}$
5. La etiqueta se refiere a los números romanos atribuidos a cada luna en orden de descubrimiento. ^[33]
6. La excentricidad orbital y la inclinación de Plutón y Caronte son iguales porque se refieren al mismo problema de dos cuerpos (aquí se ignora la influencia gravitacional de los satélites más pequeños).
7. Muchos astrónomos usan esta pronunciación de Christy, en lugar de la clásica / ˈ k ɛər ɒ n / , pero ambas se consideran aceptables.

Referencias

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Fuentes

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• Información general sobre nuestros dos satélites de Plutón recién descubiertos: el sitio web de los descubridores de Nix e Hydra

enlaces externos

• Scott S. Sheppard : Lunas de Plutón
• Visualización interactiva en 3D del sistema plutoniano.
• Animación del sistema plutoniano.
• Hubble detecta posibles lunas nuevas alrededor de Plutón (NASA)
• Se descubren dos lunas más orbitando Plutón (SPACE.com)
• Sitio de la misión Nuevos Horizontes