Plutone (134340 Pluto)
Plutone in vari fotogrammi scattati dal telescopio Hubble
Stella madre	Sole
Scoperta	18 febbraio 1930
Scopritore	Clyde Tombaugh
Classificazione	Oggetto transnettuniano, plutoide, Pianeta nano
Famiglia	Plutino
Parametri orbitali
(all'epoca J2000)
Semiasse maggiore	5 906 380 000 km 39,48168677 UA
Perielio	4 436 756 954 km 29,65834067 UA
Afelio	7 376 124 302km 49,30503287 UA
Circonf. orbitale	36 530 000 000 km 244,186 UA
Periodo orbitale	247,8 anni
Periodo sinodico	366,73 giorni
Velocità orbitale	3 676 m/s (min) 4 669 m/s(media) 6 112 m/s (max)
Inclinazione sull'eclittica	17,14175°
Inclinazione rispetto all'equat. del Sole	11,88°
Eccentricità	0,2488273
Longitudine del nodo ascendente	110,30347°
Argom. del perielio	113,76329°
Par. Tisserand (TJ)	5,229 (calcolato)
Satelliti	5
Anelli	0
Dati fisici
Diametro medio	2368 km
Superficie	1,665 × 107 km²
Volume	6,39 × 1018  m³
Massa	(1,309) × 1022 kg
Densità media	(2,03±0,06) × 103 kg/m³
Acceleraz. di gravità in superficie	0,58 m/s² (0,059 g)
Velocità di fuga	1 230 m/s
Periodo di rotazione	6,387230 giorni (6g 9h 17min 36s)
Velocità di rotazione (all'equatore)	13,11 m/s
Inclinazione assiale	122,54°
Inclinaz. dell'asse sull'eclittica	115,60°
A.R. polo nord	133,02° (8h 52' 5")
Declinazione	-9,09°
Temperatura superficiale	40 K −233 °C(min) 45 K −228 °C(media) 50 K −223 °C(max)
Pressione atm.	0,30 Pa (max)
Albedo	0,49-0,66
Dati osservativi
Magnitudine app.	16,2 (min) 13,65 (max)
Magnitudine ass.	-0,8 (H)
Diametro apparente	0,06" (min) 0,11" (max)

Plutone è un pianeta nano orbitante nelle regioni periferiche del sistema solare, con un'orbita eccentrica a cavallo dell'orbita di Nettuno; fu scoperto nel 1930 da Clyde Tombaugh e inizialmente classificato come il nonopianeta. Riclassificato come pianeta nano il 24 agosto 2006 e battezzato formalmente 134340 Pluto dalla UAI, Plutone è il secondo più massiccio pianeta nano del sistema solare, dopo Eris, e il decimo corpo celeste più massiccio che orbita direttamente attorno al Sole.

Dopo la sua scoperta, il nuovo corpo celeste venne battezzato in onore di Plutone, divinità romana dell'oltretomba; le prime lettere del nome, PL, sono anche le iniziali dell'eminente astronomo Percival Lowell che per primo ne postulò l'esistenza. Il suo simbolo astronomico è il monogramma di Lowell ().

In virtù dei suoi parametri orbitali, Plutone è anche considerato un classico esempio di oggetto transnettuniano. Pur avendo la sua orbita il semiasse maggiore più lungo di quello dell'orbita di Nettuno, esso si avvicina al Sole più dello stesso Nettuno. Plutone è stato assunto quale elemento di riferimento della classe dei pianeti nani transnettuniani, denominati ufficialmente plutoidi dalla Unione Astronomica Internazionale.

Plutone ha cinque satelliti conosciuti, il più massiccio e importante dei quali è certamente Caronte, scoperto nel 1978 e avente un raggio poco più della metà di quello di Plutone.

§Osservazione dalla Terra

La magnitudine apparente di Plutone dalla Terra è, al massimo, di 13,65, mentre il suo diametro angolare varia da un minimo di 0,06 a un massimo di 0,11 secondi d'arco, quando si trova alla minima vicinanza al nostro pianeta; queste caratteristiche ne rendono difficile l'osservazione da Terra, e giustificano il fatto che sia stato scoperto solamente nella prima metà del XX secolo. Data la sua magnitudine apparente, Plutone non può essere facilmente osservato con piccoli strumenti amatoriali, anche se con telescopi superiori ai 200 mm di apertura, meglio se di 300-350 mm, si può riuscire a scorgerlo. L'utilizzo sempre più diffuso di CCD in campo amatoriale permette, sotto un cielo con un buon seeing, di poter acquisire immagini anche di Caronte, quando questi si trova alla massima distanza angolare da Plutone.

§Storia delle osservazioni

 

Clyde Tombaugh, lo scopritore di Plutone

Si Si Sisospettava da tempo l'esistenza di un pianeta esterno rispetto a quelli già noti, a causa del fatto che Urano e Nettuno sembravano muoversi in modo diverso dal previsto, come se fossero perturbati dall'attrazione gravitazionale di un altro oggetto. Alle stesse conclusioni arrivarono William Henry Pickering e Percival Lowell all'inizio del Novecento. Perfino lo scrittore Howard P. Lovecraft aveva ipotizzato, sulla base di calcoli astronomici, l'esistenza di un altro pianeta oltre Nettuno. La tecnica delle perturbazioni aveva già riportato un grande successo nel 1846, quando Nettuno era stato scoperto allo stesso modo.

Clyde Tombaugh era un giovane che iniziò ad interessarsi di astronomia negli anni venti, periodo durante il quale iniziò a costruirsi telescopi amatoriali per l'osservazioni di oggetti del sistema solare. Nel 1928 mandò alcuni disegni di osservazioni compiute su Marte e Giove a Vesto Slipher, allora direttore dell'Osservatorio Lowell di Flagstaff, in Arizona. Slipher lo assunse all'osservatorio e lo incaricò della ricerca del Pianeta X, previsto da Lowell e Pickering. Seguendo le previsioni teoriche e dopo lunghe ricerche, il 18 febbraio1930, per mezzo del confronto di lastre fotografiche impressionate pochi giorni prima, il 23 e il 29 gennaio, Tombaugh scoprì l'oggetto cercato, che già dai primi calcoli pareva orbitare al di là dell'orbita di Nettuno. Dopo che l'osservatorio ebbe ottenuto fotografie di conferma, la notizia della scoperta fu telegrafata all'Harvard College Observatory il 13 marzo 1930, in quanto l'osservatorio volle far coincidere la data con quella della scoperta di Urano da parte di Herschel e con la data di nascita di Percival Lowell, avvenuta nel 1855. Il pianeta fu in seguito ritrovato in fotografie risalenti al 19 marzo 1915.

Plutone fu trovato quasi esattamente nella posizione prevista dai calcoli teorici, per cui inizialmente si credette di aver trovato il corpo perturbatore, il Pianeta X. Col passare degli anni le misurazioni rivelarono tuttavia che Plutone era di gran lunga troppo piccolo per spiegare le perturbazioni osservate, e si pensò quindi che non si potesse trattare dell'ultimo pianeta del sistema solare. Ripartì quindi la caccia al decimo pianeta.

La questione fu risolta solo nel 1989, quando l'analisi dei dati della sonda Voyager 2 rivelò che le misure della massa di Urano e Nettuno comunemente accettate in precedenza erano lievemente sbagliate. Le orbite calcolate con le nuove masse non mostravano alcuna anomalia, il che escludeva categoricamente la presenza di qualunque pianeta più esterno di Nettuno con una massa elevata.

La scoperta di Plutone fu in definitiva casuale, trovandosi il pianeta al posto giusto nel momento giusto mentre si dava la caccia a qualcos'altro.

§Missioni spaziali

§L'esplorazione di Plutone da parte di sonde spaziali è rimasta una sfida particolarmente ardua a causa della grande distanza dalla Terra. La Voyager 1 avrebbe dovuto esplorare Plutone da distanza ravvicinata, tuttavia all'epoca la NASA preferì optare per un passaggio ravvicinato alla luna di Saturno, Titano, e il cambiamento di traiettoria risultò poi incompatibile per programmare un fly-by con Plutone. Nessun altro serio tentativo è stato fatto per l'esplorazione spaziale di Plutone fino all'ultimo decennio del XX secolo. Nel 1992 il Jet Propulsion Laboratory della NASA iniziò a sviluppare la missione Pluto Kuiper Express. Nonostante l'interesse per la missione, l'ente spaziale statunitense tuttavia l'annullò nel 2000 per motivi di bilancio e optò per una soluzione più economica che sarebbe divenuta la missione New Horizons.

New Horizons

 

Il lancio della sonda New Horizons, avvenuto nel 2006 daCape Canaveral

Nel 2003 fu concesso un finanziamento da parte del governo degli Stati Uniti per la sonda New Horizons, che è stata lanciata il 19 gennaio 2006 alla volta di Plutone. L'incontro con il pianeta nano avverrà nel luglio2015.

Si tratterà di un fly-by, ossia di un sorvolo, perché la sonda non ha abbastanza carburante a bordo per rallentare e immettersi in orbita attorno all'oggetto; attualmente i piani di volo prevedono un avvicinamento massimo a circa 10000 km di distanza dalla superficie plutoniana a una velocità relativa di circa 11 km/s, ma è prevedibile che il sorvolo avverrà più vicino al pianeta, grazie alla possibilità di correggere la rotta durante la missione.

La sonda, messa in stato di ibernazione per un lungo periodo per preservare gli strumenti per l'incontro ravvicinato, si attiverà alcuni mesi prima dell'arrivo, momento in cui le fotografie di Plutone che potrà scattare saranno già migliori di quelle ottenibili dalla Terra o dal telescopio spaziale Hubble. Data l'enorme distanza dalla Terra e la bassa potenza disponibile, l'invio dei dati avverrà a velocità molto bassa, tra 0,6 e 1,2 kilobit al secondo, e occuperà i mesi successivi all'incontro. L'inizio della trasmissione dei dati ricavati di maggior importanza inizierà a settembre 2015 e durerà un paio di mesi, mentre per la ricezione dei dati completi inizierà a novembre 2015 e avrà la durata di un anno circa.

§Parametri orbitali e rotazione

Il periodo orbitale di Plutone è di 248 anni terrestri. Le sue caratteristiche orbitali sono sostanzialmente diverse da quelle degli altri pianeti del sistema solare, che seguono orbite quasi circolari attorno al Sole, vicino a unpiano di riferimento chiamato eclittica. Al contrario, l'orbita di Plutone è molto inclinata rispetto all'eclittica ( di oltre 17°) e altamente eccentrica. Questa elevata eccentricità è la causa per cui Plutone, per un breve periodo della sua rivoluzione, si trova più vicino al Sole di Nettuno. Il baricentro del sistema Plutone-Caronte è passato al perielio il 5 settembre 1989, ed è rimasto più vicino al Sole rispetto a Nettuno nel periodo compreso tra il 7 febbraio 1979 e l'11 febbraio 1999.

Nel lungo periodo, in realtà l'orbita di Plutone sembra caotica. Le simulazioni al computer possono essere utilizzate per prevedere la sua posizione per diversi milioni di anni (sia in avanti che indietro nel tempo), tuttavia su scale temporali superiori ai 20 milioni di anni, i calcoli diventano speculativi. Il tempo di Lyapunov è il tempo oltre il quale un sistema dinamico diventa caotico, e varia da sistema a sistema: nel caso di Plutone questo periodo è appunto stato stimato sui 20 milioni di anni. Ciò non significa che l'orbita di Plutone sia di per sé instabile, ma il percorso della sua orbita è impossibile da determinare così lontano nel tempo, anche se diversi fattori concorrono a mantenere l'orbita di Plutone stabile, al sicuro da collisioni planetarie.

§Relazione con Nettuno

Plutone per un breve periodo della sua rivoluzione si trova più vicino al Sole di Nettuno. Tuttavia i due oggetti orbitano in risonanza 2:3 e le orbita non si intersecano mai, anche per la grande inclinazione dell'orbita di Plutone rispetto al piano orbitale del sistema solare. Non è quindi possibile una collisione e non sono possibili incontri ravvicinati tra Nettuno e Plutone tali da perturbare l'orbita di quest'ultimo. La risonanza delle orbite è stabile anche nel corso di milioni di anni, e Plutone non si avvicina mai a Nettuno a meno di 17 UA, al contrario è possibile che si avvicini maggiormente a Urano (11 UA).

A partire dagli anni novanta del XX secolo sono stati scoperti diversi planetoidi della fascia di Edgeworth-Kuiper in risonanza orbitale 2:3 con Nettuno: oggi tali corpi vanno sotto la denominazione comune di plutini, e Plutone ne è considerato il prototipo.

§Rotazione

Nel 1955, osservando le curve di luce di Plutone, fu stimato per la prima volta il periodo di rotazione, in 6,39 giorni, con un'incertezza di soli 4 minuti. Successivamente il periodo di rotazione, che avviene in senso retrogrado, fu corretto in 6,387 giorni. Il suo asse di rotazione è inclinato di 57,5​​° rispetto al piano orbitale, quindi per lunghi periodi, durante il suo percorso orbitale, Plutone volge al Sole lo stesso emisfero così come avviene nel caso di Urano. L'azione delle forze mareali ha costretto il periodo di rotazione di Plutone a sincronizzarsi con il periodo di rivoluzione del suo satellite principale, Caronte: questi ruota in senso retrogrado così come Plutone sul proprio asse, con il risultato che Caronte appare immobile visto da un emisfero di Plutone, mentre non sorgerà mai dall'altro, cioè dall'emisfero non rivolto verso il suo principale satellite.

§Formazione

 

Formazione di Caronte secondo la teoria dell'impatto

Sono state diverse le teorie avanzate per spiegare le piccole dimensioni di Plutone, simile a quella dei satelliti del gigante Nettuno, in particolare di Tritone. Il matematico britannico Raymond Lyttleton riteneva, nel 1936, che Plutone e Tritone ruotassero un tempo attorno a Nettuno, fintanto che una perturbazione gravitazionale espulse Plutone dalla sua orbita, mentre Tritone si inserì su un'orbita retrograda, sempre vincolato a Nettuno. La teoria fu ripresa anche da Gerard Kuiper, che sosteneva che Tritone e Plutone avevano in comune alcune caratteristiche atmosferiche e geologiche. La teoria fu abbandonata solo molti anni più tardi, quando nel 1992 vennero scoperti diversi corpi ghiacciati simili a Plutone, al di là dell'orbita di Nettuno, e ci si rese conto che Plutone rappresentava solo uno dei più grandi di questi oggetti transnettuniani fino a quel momento sconosciuti.

Secondo lo scenario della formazione del sistema solare accettato anche nel XXI secolo, Plutone proviene dalla Fascia di Kuiper, così come Tritone, in seguito catturato da Nettuno, ed Eris, scoperto in tempi recenti e che risulta più massiccio anche dello stesso Plutone. Plutone e Caronte potrebbero essersi formati per accrescimento, e furono inizialmente scagliati oltre l'orbita di Nettuno per l'influenza gravitazionale dei pianeti giganti. Mentre alcuni di questi corpi furono espulsi nel sistema solare esterno, formando la fascia di Kuiper, la coppia Plutone-Caronte potrebbe essersi costituita da una cattura reciproca o da una collisione, i cui resti possono essere identificati nelle lune minori Notte e Idra. L'arrivo della sonda New Horizons nel sistema Plutone-Caronte nel 2015 potrebbe definitivamente confermare questo scenario, studiando da vicino la composizione di Plutone e delle sue piccole lune.

§Caratteristiche fisiche

§Massa e diametro

 

Plutone e Caronte rapportati a Terra e Luna

La massa di Plutone è di 1,31 × 10²² kg, equivalente allo 0,22% di quella terrestre, e il suo diametro è di 2368 km, ovvero circa il 68% di quella della Luna. La sua superficie (1.665 × 107 km²) è circa il 10% inferiore a quella del Sud America. L'atmosfera di Plutone complica la precisa determinazione del corpo solido. L'albedo di Plutone varia da 0,40 a 0,60

La scoperta del satellite Caronte avvenuta nel 1978 ha permesso la determinazione della massa del sistema Plutone-Caronte mediante l'applicazione della terza legge di Keplero. Una volta misurato l'effetto gravitazionale di Caronte è stato possibile determinare la vera massa di Plutone. Una serie di occultazioni avvenuta tra Plutone e Caronte tra il 1985 e il 1990 ha permesso di determinare i raggi dei due corpi.

Tra gli oggetti del sistema solare, Plutone è molto meno massiccio dei pianeti terrestri, e la sua massa è meno del 20% di quella lunare, ma è anche meno massiccio di altri sette satelliti del sistema solare: Ganimede, Titano,Callisto, Io, la Luna, Europa e Tritone.

Plutone ha un diametro più che doppio del pianeta nano Cerere, il più grande oggetto della fascia degli asteroidi, ma è meno massiccio del pianeta nano Eris, un oggetto transnettuniano scoperto nel 2005. Plutone ed Eris hanno diametri simili, anche se stando alle misurazioni di Lellouch et al. del 2014 Plutone sembrerebbe leggermente più grande.

§Struttura interna

 

Struttura interna teorica di Plutone (2006)
1. atmosfera ghiacciata
2. acqua ghiacciata
3. Roccia

Alcuni studiosi dell'Università della California sostengono che sotto lo strato ghiacciato Plutone potrebbe ospitare un oceano liquido. Infatti, se il nucleo roccioso contiene almeno 75 parti per miliardo di potassio radioattivo, il calore prodotto sarebbe sufficiente a mantenere dell'acqua liquida sotto la superficie. La presenza di questo oceano è però strettamente legata alle caratteristiche e alla dimensione dello strato di ghiaccio più esterno, elementi che non possono essere misurati direttamente dalla Terra.Osservazioni tramite il telescopio spaziale Hubble hanno stimato la densità di Plutone compresa tra 1,8 e 2,1 g/cm³, suggerendo che la sua composizione interna sia composta da circa il 50-70% di roccia e da circa il 30-50% di ghiacci, d'acqua e di altri elementi. La struttura interna di Plutone è probabilmente differenziata, con il materiale roccioso depositato in un nucleo denso circondato da un mantello di ghiaccio. Il diametro del nucleo è ipotizzato essere di circa 1700 km, ossia il 70% del diametro di Plutone. La densità media di Plutone, pari a due volte quella dell'acqua, suggerisce che il suo interno sia costituito da un miscuglio di materiali rocciosi e di ghiaccio d'acqua e di metano (la presenza di quest'ultimo è stata dedotta dalle osservazioni sulla riflettività del suolo del pianeta a diverse lunghezze d'onda). L'Istituto di ricerca planetaria del DLR ha calcolato che il rapporto densità/raggio di Plutone si colloca in una zona intermedia tra quelli dei satelliti di ghiaccio (come le lune di media grandezza di Urano e di Saturno) e satelliti rocciosi come Europa.

§Superficie

 

Mappa di Plutone basata su osservazioni del telescopio Hubble.

Anche con telescopi di grande apertura, Plutone resta un punto luminoso apparentemente di natura stellare visto dalla Terra. Le migliori mappe della sua superfici sono state riprese dalTelescopio spaziale Hubble, tra la fine del XX secolo e l'inizio del XXI. Analisi spettroscopiche hanno rivelato che la superficie di Plutone risulta composta per il 98% da ghiaccio d'azoto, con tracce di metano e monossido di carbonio. La superficie non appare uniforme, come dimostrano le sensibili variazioni di albedo riscontrabili dalla Terra nel corso della rotazione del pianeta.

Una mappa a bassa risoluzione è stata realizzata fra il 1994 e il 1996 a partire da osservazioni effettuate grazie al telescopio spaziale Hubble, ma i dettagli visibili sono pochi. Sembra vi siano macchie più chiare, probabilmente composte di azoto e metano solido, che riflettono la debole luce presente, contrastando con il resto della superficie più scura, probabilmente costituita da antiche pianure laviche.

Una nuova mappa è stata realizzata tramite 12 osservazioni effettuate dal telescopio spaziale Hubble nel 2002 e 2003 e ha rivelato sostanziali mutazioni nella topografia plutoniana, sulla cui natura ci si interroga tuttora. È plausibile che l'avanzamento delle stagioni possa provocare l'evaporazione dell'azoto ghiacciato dal suolo dell'emisfero maggiormente irradiato dal sole e conseguenti precipitazioni nevose nell'emisfero opposto (nel 1987 il polo sud è uscito dalla sua notte invernale che dura 120 anni). Nel corso delle osservazioni è stato anche riscontrato un aumento della tonalità rossa del pianeta rispetto agli anni precedenti, a fronte di una stabilità cromatica del suo satellite Caronte. Secondo l'astronomo Michael E. Brown, Plutone ha la superficie più cangiante di tutto il Sistema Solare.

La temperatura superficiale sulla superficie di Plutone si aggira tra i 40 e i 50 K.