Volt egyszer egy bolygó, a Pluto: mit gondoljunk a holdrendszerének a kialakulásáról?

6941

Lehet, hogy a Pluto négy kisebb holdja nem egyidőben született a nagy holddal, a Charonnal. Míg a korábbi tanulmányok arra jutottak, hogy mind az öt kísérő egyetlen, a Plutót ért hatalmas becsapódás nyomán szakadt ki a törpebolygóból, egy új kutatás szerint egy második, később bekövetkezett ütközés alakíthatta ki a kisebb holdakat.

A képösszeállításon a Pluto nagy holdjának, a Charonnak egy részlete látható a négy kisebb hold mellett. A felvételeket a New Horizons űrszonda LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) kamerája készítette. (Forrás: NASA / JHUAPL / SwRI)

A Benjamin Bromley (Univerity of Utah) és Scott Kenyon (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) vezette kutatás eredményei az Astronomical Journal című szaklap augusztusi számában jelentek meg.

A Charont 1978-ban észlelték először. A hold olyan nagy a Plutóhoz képest, hogy a két égitest gravitációs középpontja a törpebolygón kívülre esik, ezért többen kettősbolygóként utaltak rájuk. A rendszer négy kisebb holdját – a Styxet, a Nixet, a Kerberost és a Hydrát – csak jóval azután fedezték fel, hogy a NASA New Horizons űrszondája útnak indult a külső Naprendszer felé.

A NASA New Horizons űrszondájának nagy felbontású, javított színes felvétele a Charonról a 2015. július 14-i közelítés előtt. A kompozit kép az űrszonda MVIC (Ralph/Multispectral Visual Imaging Camera) kamerájának kék, vörös és infravörös felvételeiből áll. A képfeldolgozás során a színeket úgy módosították, hogy a lehető legjobban kiemeljék az égitest felszíni jellemzőinek változatosságát. (Forrás: NASA / JHUAPL / SwRI)

A kutatók már az 1980-as években gyanították, hogy a Charon akkor született, amikor egy égitest csapódott a Plutóba. Más szimulációk arra utaltak, hogy a négy kisebb hold ugyanennek a becsapódásnak a törmeléke lehet. Ezzel az elmélettel azonban volt néhány probléma.

„Ha a kis holdak a Plutóval és a Charonnal együtt alakultak ki, akkor nehezen élték volna túl a Pluto és a Charon változó gravitációs vonzását, amely a drámai eseményt követően lépett fel.” – magyarázza Bromley. A páros erős árapály-kölcsönhatásai miatt lassan távolabb vándoroltak volna, és kevésbé lapulttá alakult volna a pályájuk. „Ennek a kifelé tartó táncnak és a gravitációs erőknek a hatása megtisztította volna azt a területet, ahol a holdak most vannak.” – teszi hozzá Bromley.

Részben az új megfigyelések hatására Bromley úgy döntött, hogy megvizsgálja, születhetett-e a négy hold egy másik ütközésben. Kenyon és Bromley arra jutott, hogy egy legalább 1018 kilogrammos, a Plutónál és a Charonnál nagyjából ezerszer kisebb tömegű égitest szakíthatta ki őket a bolygópár egyikéből.

A Pluto–Charon rendszer sematikus ábrája egy feltételezett becsapódó égitesttel. A pályák méretarányosak, de a szimbólumok mérete csak utal a fizikai méretre: P jelöli a Plutót, C a Charont, S a Styxet, N a Nixet, K a Kerberost és H a Hydrát. Az I jelöli a becsapódó égitestet. (Forrás: B. Bromley & S. Kenyon / Astronomical Journal 2020)

A Pluto és a Charon sok éven át egyetlen objektumnak látszott, egészen addig, amíg James W. Christy észre nem vette, hogy a Pluto néhány képen elnyújtott alakú, és a formája a keringési periódusnak megfelelően változik.

A páros tagjai mind sugarukat, mind tömegüket tekintve közel ugyanakkorák. A New Horizons űrszonda 2015-ös közelítése során azonban kiderült, hogy eléggé különbözőek. Míg a Pluto felszínét metánjég borítja, a Charon főképp kőzetekből áll, csak egy vörös jégfolt van a felszínén. A Plutónak csak egyes részein vannak kráterei, ami arra utal, hogy a felszíne még mindig változik. A Charon azonban kráterekkel borított felszínnel büszkélkedhet, amely valószínűleg olyan régi, mint maga a Naprendszer.

A New Horizons megleste a négy kis holdat is, felfedve gyors, megdőlt tengely körüli forgásukat.

Bromley és Kenyon úgy döntött, hogy felülvizsgálják a klasszikus modellt, amelyben mind az öt hold egyszerre keletkezett. A kis holdak születéséhez egy olyan becsapódásra volt szükség, amely legalább 1018 kilogramm anyagot szakított ki a Charonból (hasonló tömegű kellett, hogy legyen a becsapódó égitest is), bár a becsapódó égitest és a Charon összetételével kapcsolatos bizonytalanság befolyásolja a becslés pontosságát. A kutatók megpróbálták meghatározni, milyen nagy lehetett egy ilyen égitest.

Összetett folyamat 4,5 milliárd évvel korábbra visszatekinteni a Naprendszer történetében, mert egyetlen változás egészen új forgatókönyvekhez vezethet. A kutatók csak annyit tehetnek, hogy kiszámítják, melyik eshetőség volt a legvalószínűbb.

A Kuiper-övben sokkal több kisebb objektum kering, mint nagy. A kutatóknak azt is ki kellett számítaniuk, hogy melyik égitestet érte az ütközés: a Charont vagy a Plutót. A Pluto nagyobb mérete miatt valószínűbb célpont, de éppen emiatt egy nagyobb égitestnek is kellett belecsapódnia, hogy a megfelelő mennyiségű anyagot szakítsa ki belőle.

A kutatók arra jutottak, hogy a legvalószínűbb az, hogy egy 50 kilométeres égitest csapódhatott be közvetlenül, bár egy jól célzott 30 kilométeres lövedék is létrehozhatta a kis holdakat, ha telibe találja el a Charont.

Ha egy nagy égitest találta el a kőzetekből álló Charont, akkor vajon hagyott valami jelet? A kutatók szerint igen. Úgy gondolják, hogy megtalálták a lehetséges becsapódási helyet: a 240 kilométeres Dorothy-krátert. Bár a krátert létrehozó égitest a kráter mérete alapján túl kicsi lehetett, csupán 20 kilométeres, nem tudunk eleget a Charon belsejéről ahhoz, hogy pontos számításokat végezzünk.

A kutatók folytatják a munkát. Reményeik szerint a további kutatások dönthetnek a holdak kialakulásáról alkotott elméletek között.

A Charonról készült felvétel jobb oldalán lévő nagy kráter a Dorothy-kráter. (Forrás: NASA / JHUAPL / SwRI)

A szakcikk teljes szövege az arXiv.org preprint portálon olvasható.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás