Что такое карликовая планета?

Отличие обычных и карликовых планет

Во-первых, давайте узнаем, что такое планета. Исторически планетами назывались те небесные тела, которые перемещались по твердому свету. Этим они отличались от неподвижных звезд. В наше время выяснилось, что все планеты:

• имеют форму шара;
• обойти солнце;
• они движутся по свободным орбитам от других крупных небесных тел (за исключением спутников этих планет).

Последнее свойство означает, что два больших тела не могут находиться на одной орбите. Однако со временем астрономы начали обнаруживать объекты, которые выглядели как планеты, но двигались по близким, почти совпадающим орбитам. Именно их стали называть карликовыми планетами. Таким образом, карликовая планета — это большое сферическое небесное тело, вращающееся вокруг Солнца, на орбите которого находится множество других небесных тел, сопоставимых по размеру с карликовой планетой.

Сравнение размеров карликовой планеты Плутон с Луной и Землей

важно уточнить, что по законам природы все крупные небесные тела имеют форму шара — так работает их собственная гравитация. Поэтому карликовые планеты намного больше обычных астероидов. На самом деле они меньше обычных планет, но в их определении не указано строго, какого размера они должны быть. Не исключено, что однажды за орбитой Нептуна будет обнаружен объект крупнее Меркурия или даже Марса, который, однако, все равно получит статус карликовой планеты. У карликовых планет могут быть свои спутники и даже атмосфера. Кроме того, их внутреннее строение напоминает структуру планет земного типа: они имеют тяжелое ядро ​​и мантию, то есть, в отличие от астероидов, их структура дифференцированная, а не однородная.

Церера: «малышка» в поясе астероидов

Среди известных карликовых планет Солнечной системы Церера — самая маленькая и в то же время самая близкая к Земле. Названный в честь богини плодородия, он не является частью пояса Койпера, но находится среди астероидов между Юпитером и Марсом. Для обращения вокруг Солнца требуется около пяти лет. Церера имеет приплюснутую сферу, ее диаметр составляет 950 километров. С помощью Хаббла были получены изображения, на которых карлик усеян кратерами и горами. Ученые предположили, что поверхность объекта покрыта льдом, а под ним может быть океан. Они также обнаружили возможное присутствие карбонатов и глины на поверхности, обеспечивая теплый слой, в котором могла возникнуть жизнь.

Макемаке: метановая планета

Макемаке был открыт сравнительно недавно, на пятом году нынешнего века. Это событие произошло через несколько дней после Пасхи, и был произведен поиск названия планеты. Мы остановились на боге изобилия и созидания человеческого рода, почитаемом жителями острова Пасхи. Орбита этой планеты даже дальше Плутона. Чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца, требуется триста десять лет. Диаметр составляет около 1500 километров, что говорит о том, что Макемаке является третьей по величине карликовой планетой. Изучив объект, астрономы пришли к выводу, что поверхность небесного тела состоит из замороженного метана и этана и содержит небольшое количество азота.

Когда планета приближается к Солнцу, крупинки метана и этана переходят в газообразное состояние. Это самый яркий объект в поясе Койпера. Его можно наблюдать в обычный любительский телескоп. Наблюдая за планетой, ученые предположили наличие на ней атмосферы, но после анализа затмения стало ясно, что на небесном теле нет газовой оболочки. Правда, некоторые ученые до сих пор склоняются к мнению, что атмосфера появляется на объекте по мере его приближения к Земле. Макемаке — одинокая планета без спутников.

Безатмосферная Эрида

Планета была открыта в 2003 году. Небесное тело оказалось больше Плутона. С этого момента начались дискуссии о классификации планеты и признании ее карликовой. Последующие исследования не подтвердили превосходство в измерениях, но положили начало новому циклу в изучении карликовых планет. Эриде, которая выглядит как эллипс, нужно 557 лет, чтобы пройти путь вокруг звезды. Это так далеко от Солнца, что об атмосфере и речи не идет: поверхность покрыта льдом, который отражает солнечный свет, как обычно, снег. Когда небесный объект приближается к своему огненному «собрату», лед тает, обнажая скалистые скалы, как на Плутоне. Орбита планеты Эрида будет ближайшей к Солнцу через 250 лет и, возможно, она вернет себе утраченную атмосферу.

Карликовые планеты солнечной системы

В нашей Солнечной системе пять карликовых планет. Давайте проанализируем, как их зовут и каковы их основные характеристики:

• Церера: это планета, открытая в 1801 году и расположенная между орбитами Марса и Юпитера. Сначала думали, что это комета, но со временем стало известно, что это карликовая планета. Масса составляет лишь треть всего пояса астероидов. Его диаметр составляет примерно 950 × 932 километра. Это как если бы это была планета размером с расстояние, на которое она пересекает Испанию по вертикали. На этой планете есть вода, и ее существование было обнаружено в 2014 году.
• Плутон Хотя Плутон был одной из планет солнечной системы нормального размера, когда определение серьезной летней планеты было изменено, Плутон больше попал в эту категорию. Он был открыт в 1930 году. Он расположен очень близко к орбите Нептуна. Его диаметр составляет 2370 километров, что эквивалентно одной шестой диаметра нашей планеты. Он также имеет слой замороженной воды и голубую атмосферу.
• Эрис: Эта карликовая планета была открыта недавно. Его диаметр меньше, чем у Плутона. Это один из тех, что принадлежит к группе под названием Плутониды, так как находится за пределами орбиты планеты Нептун. Это часть пояса Койпера.
• Макемаке: Эта планета была открыта в 2005 году и является еще одним плутоидом. Это один из крупнейших во всем поясе Койпера. Это примерно половина Плутона.
• Хаумеа: также встречается в поясе Койпера и также считается плутоидом. Он был открыт в 2003 году. Он имеет форму эллипса.

Из любопытства было подсчитано, что в поясе Койпера находится около 200 потенциальных карликовых планет. То есть, несмотря на то, что в нашей Солнечной системе открыто много карликовых планет.

Орбитальное доминирование карликовых планет

Многие ученые настаивали на том, что к гидростатическому равновесию следует добавить возможность освобождать пространство вокруг себя. В общем, это способность планет устранять более мелкие тела рядом с собой, притягивая или отталкивая их. У гномов просто не хватает массы.

Чтобы определить это, Алан Стерн и Гарольд Левисон ввели параметр лямбда. Ученые вроде Стивена Сотера используют его для отделения карликовых планет от обычных. Он также предложил параметр: планетарный дискриминант (μ), определяемый делением массы тела на массу других объектов, с которыми оно делит орбиту.

Очищение орбиты

Гидростатического равновесия было недостаточно, чтобы судить о звезде. Поэтому ученые решили изучить и их способность освобождать собственную орбиту. Проще говоря, планеты должны иметь возможность удалять небольшие соседние объекты рядом с ними, либо сталкиваясь с ними, либо захватывая их под действием силы тяжести. Карликовые планеты не обладают этой способностью.

Для определения вероятности того, что небесное тело успешно очистит свою орбиту, был изобретен специальный параметр, показывающий вероятность его столкновения с другими объектами. Американские астрономы даже предложили использовать этот параметр, чтобы окончательно определить границу между обычными и карликовыми планетами.

История термина

История карликовых планет связана с Плутоном. Это небесное тело было обнаружено в 1930 году и сразу было признано полноценной планетой. Однако уже в 1992 году последовали новые открытия. В районе орбиты Плутона стали открываться все новые и новые объекты. В конце концов, стало ясно, что в Солнечной системе есть целый пояс астероидов, который получил название пояса Койпера (раньше астрономы знали только один пояс астероидов, расположенный между Юпитером и Марсом). Плутон был лишь одним из многих объектов этого пояса. Кроме того, в поясе Койпера была обнаружена Эрида, объект тяжелее Плутона. Стало ясно, что Плутон ни в коем случае нельзя считать полноценной планетой, но было бы странно «понижать» его статус до астероида. Поэтому в 2006 году астрономы ввели понятие «карликовая планета» для Плутона и подобных объектов.

Хаумеа: самая быстрая планета

Они узнали о существовании планеты в 2004 году. Несмотря на то, что ее размер почти равен Плутону, масса Хаумеа в три раза меньше, чем его небесный «брат». На размер массы влияет форма карлика — планеты экскурсии по американскому футболу. Небесный объект вращается очень быстро, совершая один оборот вокруг своей оси за четыре часа. Гравитация заставляет его растягиваться. Хаумеа является счастливым обладателем двух спутников, Hiiaka и Namaka, и находится на орбите вокруг Солнца в течение 283 лет. Исследования показали, что поверхность планеты состоит из замороженной воды, как в морозильной камере. Ученые склонны предполагать, что на формирование этой структуры влияют приливные силы спутников или присутствие радиоактивных элементов на планете.

Критерии карликовых планет

Из упомянутых нами критериев единственный, который действительно отличает его от обычных планет, — это последний. То есть планеты нормального размера имеют достаточно большую площадь, чтобы окружающие звезды могли изменить свою траекторию. Либо подойдите к ним ближе, либо отойдите, либо заставьте повернуться к ним.

В этом большая разница между планетой нормального размера и карликовой планетой. Карликовая планета не может заставить окружающие звезды изменить траекторию. Из любопытства планеты за орбитой Нептуна знают его как плутоид.

Орбитальное положение

Помимо гидростатического равновесия, многие астрономы настаивали на проведении границы между планетами и карликовыми планетами на основании их неспособности «очистить окрестности своей орбиты». Короче говоря, планеты могут удалять более мелкие тела вблизи своих орбит в результате столкновений, захвата или гравитационных возмущений, в то время как карликовые планеты не обладают необходимой массой для этого.

Чтобы рассчитать вероятность того, что планета очистит свою орбиту, планетологи Алан Стерн и Гарольд Левинсон представили параметр, который они обозначают буквой «лямбда».

Этот параметр выражает вероятность столкновения как функцию заданного отклонения орбиты объекта. Значение этого параметра в модели Штерна пропорционально квадрату массы и обратно пропорционально времени и может использоваться для оценки потенциала тела, чтобы освободить окрестности своей орбиты.

Астрономы, такие как Стивен Сотер, ученый из Нью-Йоркского университета и член Американского музея естественной истории, предлагают использовать этот параметр, чтобы провести линию между планетами и карликовыми планетами. Сотер также предложил параметр, который он называет планетарным дискриминантом (обозначается буквой мю), который вычисляется путем деления массы тела на общую массу других объектов на той же орбите.

Признанные и возможные карликовые планеты

В Солнечной системе есть пять признанных карликовых планет: знаменитые Плутон и Церера, удлиненная Хаумеа, описанная выше, а также Эрида и Макемаке. Но только первые два представителя в этом списке изучены достаточно, чтобы стать полноправными членами клуба карликовых планет.

Есть много других возможных кандидатов на это звание. Среди них: Седна, Орк и Квавар. Список на самом деле намного длиннее, около 40, и в основном эти объекты находятся в поясе Койпера. Единственное исключение — Седна.

Ученые говорят, что в поясе Койпера может быть около двухсот других карликовых планет, а за их пределами могут быть тысячи.

Карликовые планеты и претенденты

В список карликовых планет Солнечной системы входят Плутон, Макемаке, Эрида, Хаумеа и Церера. Только первое и последнее не спорят. МАС определило, что среди транснептуновых (TNO) объектов карликами становятся только с диаметром 838 км. На диаграмме ниже показано сравнение размеров карликовых планет.

Сравнительные размеры потенциальных карликовых планет

Среди претендентов: Ork, 2002 MS4, Acteya, Kvavar, 2007 OR10 и Sedna. Все они находятся в поясе Койпера или рассеянном диске. Седна выделяется, будучи в отдельном классе. Считается, что существует еще 40 известных объектов, которые следует отнести к карликовым планетам. Но в поясе Койпера их более двухсот, а общее количество способно перевалить за 1000.

Размер и масса

Чтобы тело получилось округлым, оно должно быть достаточно массивным, чтобы гравитация стала доминирующей силой, влияющей на форму тела. Внутреннее давление, создаваемое этой массой, приведет к тому, что поверхность станет пластичной, сглаживая подъемы и заполняя углубления. Маленькие тела диаметром менее километра этого не делают (как астероиды), они управляются силами вне их собственных гравитационных сил, которые имеют тенденцию сохранять неправильную форму.

Крупнейшие известные транснептуновые объекты (TNO)

Между тем тела в несколько километров в диаметре — когда сила тяжести значительная, но не доминирующая — принимают форму сфероида или «картошки». Чем больше корпус, тем больше его внутреннее давление, пока оно не станет достаточным для преодоления внутренней сжимающей силы и достижения гидростатического баланса. В этот момент тело становится как можно более круглым, учитывая его вращение и приливные эффекты. Это определение предела карликовой планеты.

Однако вращение также может повлиять на форму карликовой планеты. Если тело не вращается, это будет сфера. Чем быстрее он вращается, тем более растянутым и универсальным он станет. Ярким примером этого является Хаумеа, длина которого на главной оси почти вдвое больше, чем на полюсах. Приливные силы также заставляют вращение тела постепенно останавливаться, и тело остается лицом к партнеру одной стороной. Крайний пример такой системы — Плутон — Харон, оба тела сцеплены друг с другом.

МАС не определяет верхний и нижний пределы размера и массы карликовых планет. Хотя нижний предел определяется достижением равновесной гидростатической формы, размер или масса, при которых этот объект достигает этой формы, зависит от его состава и термической истории.

Например, тела, состоящие из твердых силикатов (таких как скалистые астероиды), должны достичь гидростатического равновесия с диаметром около 600 километров и массой 3,4 x 10 ^ 20 кг. Для менее твердого тела из водяного льда этот предел будет ближе к 320 км и 10 ^ 19 кг. В результате в настоящее время не существует определенного стандарта для определения карликовой планеты на основе ее размера или массы, но обычно он определяется на основе ее формы.

Потенциальные карликовые планеты

В дополнение к карликовым планетам, которые мы видели, есть группа планет, называемых потенциальными карликовыми планетами. Эти звезды не классифицируются как карликовые планеты, но отслеживаются на предмет возможного включения в будущем. В поясе Койпера всего около 200 возможных кандидатов. За пределами Солнечной системы может быть около 10 000 кандидатов.

Многие думают и переосмысливают, что Плутон больше не считался планетой в 2006 году. Основная причина ухода Плутона заключалась в том, что он не отвечал четвертому требованию для того, чтобы быть планетой. Тот факт, что он не может повлиять на остальные звезды вокруг, не делает его планетой.

Многие ученые поначалу не согласились с этим решением. Даже сегодня все еще ведутся открытые дебаты о том, следует ли снова считать Плутон планетой или нет. После открытий зонда New Horizons стало известно, что Плутон имеет пять спутников и атмосферу. Этот факт дает ему достаточно энергии для питания и влияния на траекторию движения звезд вокруг него, поэтому его можно считать планетой.

Как видите, классификации планет во Вселенной могут быть довольно сложными. Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о карликовых планетах и ​​немного приблизиться к реальности нашей Вселенной. Как вы думаете, Плутон следует считать новой планетой или он остается карликовой планетой, как считается сегодня?