Tækni & vísindi | mbl | 12.7.2015 | 19:25 | Uppfært 19:52

Reikistjarnan sem varð að dverg

Teikning af geimfarinu New Horizons við Plútó og Karon. Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Fulltrúi mannkynsins mun heimsækja dvergreikistjörnuna Plútó í fyrsta skipti á þriðjudag þegar geimfarið New Horizons þeytist þar fram hjá. Hnötturinn olli hatrömmum deilum í samfélagi stjarnvísindamanna fyrir nokkrum árum sem enduðu með því að Plútó breyttist úr reikistjörnu í dverg.

Plútó er virkilega smár og daufur hnöttur á ystu mörkum sólkerfisins, að meðaltali tæplega sex milljarða kílómetra frá sólinni. Því þarf engan að undra að hnötturinn fannst ekki fyrr en árið 1930, 84 árum eftir fund Neptúnusar. Vísindamenn töldu sig hafa vísbendingar um að aðra reikistjörnu væri að finna utan við braut Neptúnusar og var það ungur áhugastjörnufræðingur að nafni Clyde Tombough sem fann loks Plútó eftir að hafa legið yfir myndum af stjörnuhimninum sem teknar voru frá Lowell-stjörunstöðinni í Arizona í Bandaríkjunum.

Ýmis nöfn komu til greina fyrir það sem þá var talin níunda reikistjarna sólkerfisins en á endanum fékk hún nafnið Plútó að tillögu ellefu ára gamallar skólastúlku frá Oxford á Englandi, að því er kemur fram á Stjörnufræðivefnum. Plútó var guð undirheimanna í rómverskri goðafræði en nöfn allra reikistjarnanna eru fengin úr henni.

Litmynd LORRI-myndavélar New Horizons af Plútó sem tekin var 3. júlí. Hún var tekin þegar farið var í 12,5 milljón kílómetra fjarlægð frá Plútó. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Skilgreindur út úr klúbbi reikistjarna

Lengi vel var lítið vitað um eðli þessa nýjasta meðlims í fjölskyldu sólarinnar. Engu að síður áttuðu vísindamenn sig fljótt á að Plútó væri talsvert frábrugðinn reikistjörnunum sem voru þekktar áður. Hann er margfalt minni en reikistjörnunnar, er raunar minni en tunglið okkar, og braut hans um sólina er mun sporöskjulagaðri en reikistjarnanna. Svonefnd miðskekkja í braut Plútós er svo mikil að hnötturinn fer stundum nær sólu en Neptúnus. Brautirnar eru hins vegar svo ólíkar að engin hætta er á að hnettirnir rekist saman.

Vegna þess hversu ólíkur Plútó var reikistjörnunum vildu ýmsir fræðimenn meina að ekki ætti að telja hann til reikistjarna. Ekki var hins vegar til nein skilgreining á reikistjörnu og því héldu deilurnar áfram án nokkurrar niðurstöðu.

Eftir að sífellt fleiri hnettir fundust á svipaðri braut og Plútó dró til tíðinda í ágreiningnum um skilgreiningu Plútós, ekki síst eftir að hnötturinn Eris fannst þar sem er stærri en Plútó. Það var 26. þing Alþjóðasambands stjarnfræðinga í Prag sem skar á hnútinn í ágúst 2006. Þar var lögð fram tillaga að skilgreiningu á reikistjörnu sem hefði þýtt að þrjár hefðu bæst í hópinn. Hún var felld og önnur samþykkt í staðinn sem lækkaði Plútó í tign.

Til að teljast reikistjarna þarf hnöttur nú að vera á braut um sólina, hafa nægilegan þyngdarkraft til að vera því sem næst hnattlaga og hafa fjarlægt allt efni í næstu nágrenni við braut sína. Þar sem að Plútó deilir braut sinni með öðrum fyrirbærum fellur hann ekki undir skilgreininguna. Þingið samþykkti hins vegar einnig skilgreiningu á nýjum flokki, dvergreikistjörnum, sem þurfa aðeins að uppfylla tvö þessara skilyrða. Hefur Plútó síðan verið talinn dvergreikistjarna.

Deilurnar um hvort Plútó sé reikistjarna eða ekki draga enn dilk á eftir sér eins og sést á teikningu Randall Munroe á xkcd.com. xkcd.com

Lofthjúpur myndast og frýs

Vegna fjarlægðarinnar og smæðar Plútós hafa jafnvel stærstu sjónaukar jarðar aðeins getað náð óskýrum myndum af dvergreikistjörnunni. Þrátt fyrir það hafa menn orðið ýmiss vísari á þeim 85 árum sem liðin eru frá uppgötvun Plútós.

Plútó snýst mun hægar en jörðin og því er einn dagur þar á við rúma sex jarðneska daga. Þá tekur það dvergreikistjörnuna 248 og hálft jarðár að ferðast einn hring í kringum sólina. Þegar Karon, stærsta fylgitungl Plútós, fannst árið 1978 var hægt að mæla massa hnattanna og þar með líklega efnasamsetningu þeirra. Þannig álykta menn að Plútó sé 50-75% úr bergi og ís.

Yfirborð Plútós virðist tiltölulega bjart og endurvarpar meirihluta þess sólarljóss sem á það fellur. Það bendir til þess að yfirborðið sé tiltölulega ungt og er það talið af völdum metanhríms sem fellur á yfirborðið þegar örþunnur lofthjúpur hnattarins frýs þegar hann fjarlægist sólina.

Karon er hlutfallslega stærsta tungl sólkerfisins en hann er um það bil helmingurinn af stærð Plútós. Á undanförnum árum hafa vísindamenn fundið fleiri smátungl við Plútó: Nix, Hýdru, Kerberos og Styx.

Þar til að New Horizons kom til sögunnar voru þetta skýrustu myndir sem til voru af Plútó. Hubble-geimsjónaukinn tók þær af dvergreikistjörnunni árin 2002 og 2003. NASA, ESA, og M. Buie (Southwest Research Institute)

Hraðskreiðasta manngerða fyrirbærið

Geimfarið New Horizons, sem var skotið á loft í janúar árið 2006, mun ef allt gengur eftir bæta miklu við þekkingu manna á Plútó og færa mannkyninu fyrstu skýru myndirnar af hnettinum og fylgitunglum hans sem hafa fundist á síðustu árum og áratugum.

Það varð hraðskreiðasta manngerða fyrirbærið þegar því var skotið á loft með Atlas V-eldflaug, sem er sú öflugasta sem bandaríska geimvísindastofnunin NASA notar enn sem komið er. Þá náði farið 58.338 kílómetra hraða á klukkustund eða um 16 kílómetra hraða á sekúndu, að því er segir á Stjörnufræðivefnum. Það tók það aðeins níu klukkustundir að þeytast fram hjá tunglinu en til samanburðar tók það tunglfarana í Apollo-leiðöngrunum þrjá til fjóra daga að ferðast sömu vegalengd.

Þrátt fyrir þennan ógnarhraða hefur það tekið New Horizons níu og hálft ár að komast að Plútó og þurfti farið að nota þyngdarkraft Júpíters sem teygjubyssu til að skjóta sér áfram á leiðinni. Um borð í farinu er lítill kjarnaofn sem sér því fyrir rafmagni til að knýja vísindatækin sjö. Þeim er meðal annars ætlað að kortleggja hitastig, efnasamsetningu og jarðmyndanir á Plútó og Karoni, rannsaka lofthjúp Plútós, leita að hringjum og tunglum umhverfis dvergreikistjörnuna og gera svipaðar rannsóknir á einum eða fleiri hnöttum í svonefndu Kuipersbelti. Plútó er á meðal stærstu fyrirbæra beltisins en það eru efnisleifar frá myndun sólkerfisins.

Tekur gögnin níu mánuði að skila sér til jarðar

Könnunarfarið mun ekki staldra við hjá Plútó heldur þeysast fram hjá kerfinu. Ástæðan fyrir því er að gríðarlega orku þarf til þess að koma því á þann hraða sem það ferðast á núna. Ætluðu menn sér að hægja nægilega á því til að staðnæmast við Plútó hefði það þurft að hafa aðra eins orku meðferðis. Ómögulegt hefði verið að koma svo þungu geimfari út úr þyngdarsviði jarðarinnar.

New Horizons fer næst Plútó þriðjudaginn 14. júlí og verður þá í minnst um 12.500 kílómetra fjarlægð. Til samanburðar er tunglið um 380.000 kílómetrum frá jörðinni. Þá mun New Horizons hafa ferðast lengra en nokkurt annar geimfar í sögunni til að ná aðalmarkmiði sínu.

Með framhjáfluginu munu menn fá bestu myndir sem fengist hafa af Plútó og tunglum hans. Það mun hins vegar taka gögnin sem New Horizons tímana tvenna að berast til vísindamanna á jörðinni. Jafnvel þó að útvarpsmerkið sem það sendir til jarðar ferðist á ljóshraða tekur það á fimmtu klukkustund að berast hingað. Gagnaflutningurinn verður aðeins 0,6-1,2 kílóbit á sekúndu og því mun það taka níu mánuði fyrir öll gögnin að skila sér.

Þrátt fyrir örlitla hnökra um síðustu helgi þegar tölvukerfi New Horizons færðist of mikið í fang stefnir allt í að geimfarið muni skrá nýjan kafla í sögu rannsókna mannkynsins á sólkerfinu á þriðjudag. Strax á miðvikudag ættu íbúar jarðar að geta notið fyrstu svarthvítu myndanna af af reikistjörnunni sem breyttist í dverg.

Grein á Stjörnufræðivefnum um Plútó

Grein á Stjörnufræðivefnum um New Horizons

Vefsíða New Horizons-leiðangursins