Поиск Плутона начат Ловеллом, когда выяснилось, что особенности движения Урана нельзя объяснить только тяготением Нептуна. Открыт Плутон через 12 лет после смерти Ловелла в 1930 г. Клайдом Томбо, сотрудником обсерватории Ловелла.
Плутон отстоит от Солнца в среднем на 39,5 а.е., или в среднем на 5 905 000 000 км (по последним данным - на 5 913 520 000 км), то есть он почти в сорок раз дальше от Солнца, чем Земля. Свет от Солнца доходит до него в среднем за 5 с половиной часов.
Исходя из практического отсутствия атмосферы и удалённости от Солнца, можно предположить, что температура поверхности Плутона составляет в среднем минус 220 градусов Цельсия. Это царство полного холода, хотя далеко не полного мрака, так как Солнце сверкает на этой планеты в виде очень яркой звезды. Ярче, чем у нас ночью светит Луна.
Год на Плутоне длится 247,7 земного года (по новым уточнённым данным - 248,54). Плутон находится в резонансе 2:3 к Нептуну.
Средняя скорость движения вокруг Солнца - 4,74 км/с. В шесть с лишним раз медленней Земли.
Орбита Плутона заметно эллиптическая (эксцентриситет - 0,25). Это самая вытянутая орбита большой планеты в Солнечной системе. В течение 20 земных лет на каждом витке вокруг Солнца Плутон движется внутри орбиты Нептуна, то есть не является самой далёкой планетой Солнечной системы (в частности, с 1979 по 1999 годы). Это оптимальное время для изучения Плутона. Такие пересечения орбит для других больших планет не характерны.
Угол наклона орбиты резко отличен от угла наклона земной орбиты (отличие на 17,1 градуса). По сути Плутон находится вне плоскости остальной Солнечной системы.
Масса Плутона, как считали раньше, чуть меньше земной массы, но это представление теперь отброшено.
Диаметр Плутона считался примерно равным диаметру Земли, но эти представления оказались ошибочными.
Освещённость Солнцем - 1/1600 земной.
Период обращения вокруг оси считался равным 6 суткам и 9 часам, причём такое представление сейчас подтверждено. Период определялся по регулярным изменениям яркости планеты, так как какие-либо детали на поверхности Плутона до сих пор не видны. Даже в самый сильный телескоп Плутон выглядит звездой (диск не виден).
Яркость Плутона из-за его вращения вокруг оси меняется на 30%, что говорит о резко различном цвете планеты в разных местах [Тень Харона, 1985].
Спутники не были известны.
Новые сведения
Новые данные о Плутоне и его спутнике Хароне рассматриваются в статье Ричарда Бинцеля [1990]. Все они получены с Земли или из окрестностей Земли (инфракрасный спутник "IRAS" и оптический телескоп "Хаббл").
Диаметр Плутона, как недавно выяснилось, составляет всего 2300 км. Значит, он отнюдь не равен Земле, а уступает ей по диаметру в пять с половиной раз, по объёму - в 174 раза! По диаметру он даже меньше Луны - в полтора раза. И всё-таки Плутон в два с половиной раза превосходит по этому показателю самый крупный астероид Цереру и по праву принадлежит к числу больших планет Солнечной системы. Недавние предложения ряда астрономов объявить Плутон астероидом и присвоить ему номер не были одобрены большинством учёных [Плутон "разжаловать" не удалось, 1999].
Масса Плутона составляет 0,0022 земной, то есть он "легче" Земли примерно в 450 - 500 раз [Купер, Хенбест, 1998], по другим данным - в 350 раз [Бинцель, 1990]. Масса Плутона была уточнена после того, как был открыт его спутник Харон и движение Харона было подробно изучено.
Отсюда средняя плотность этой планеты составляет 2,03 г/см3. Исходя из массы и объёма Плутона легко определяется сила тяжести на его поверхности - 0,04 земной.
Так как Плутон значительно плотнее планет-гигантов, можно предположить, что у него есть большое по объёму каменистое ядро (но всё-таки не металлическое). Сверху ядро покрыто ледяной мантией, а в самом верхнем слое этой мантии много замёрзшего метана. Из-за него поверхность Плутона выглядит слегка красноватой, и отражательная способность этой поверхности в 7 раз выше лунной [Бинцель, 1990]. Позднее было показано наличие на поверхности замёрзших метана, угарного газа и азота [Плутон и Харон, 2001].
Обычно у Плутона практически нет атмосферы (вымерзла), но, когда он подходит чуть ближе к Солнцу (пересекает орбиту Нептуна), метан частично испаряется, образуя разреженную газовую оболочку. Можно предположить также присутствие в атмосфере азота. Потом атмосфера вновь вымерзает, и поверхность планеты покрывается свежим метановым льдом, из-за чего выглядит такой светлой. Атмосфера открыта в 1988 г. во время покрытия звезды, которая гасла постепенно, т.е. методом Ломоносова [Плутон обладает атмосферой, 1989]. Атмосфера разреженная и соответствует 10-метровому слою воздуха [Изучается Плутон, 1988].
Яркость планеты чуть выше у полюсов. Это означает, что есть полярные шапки из замёрзшего метана. Шапки - свежее выпадение из атмосферы, и поэтому они светлее [Полярные шапки на Плутоне, 1989]. Шапки уменьшаются при приближении Плутона к Солнцу.
На экваторе Плутона - 59, на полюсах - 54 градуса по Кельвину [Изучается Плутон, 1988].
Ось Плутона наклонена к плоскости орбиты на 57,5 градусов, что означает наличие смены времён года. Плутон лежит на орбите почти боком, как Уран.
Плутон вращается вокруг своей оси в сторону, противоположную вращению большинства других планет.
Недавно у Плутона
Какие-либо детали на поверхности планеты до сих пор не видны, но изучая яркость Плутона и Харона во время затмений, удалось составить схему яркости разных участков планеты. Так мы узнали, что на поверхности Плутона есть большие тёмные пятна (вероятнее всего, заливавшиеся лавой участки) и уже упоминавшиеся полярные шапки. Должны быть также метеоритные кратеры.
Обычно Плутон считают "убежавшим" спутником Нептуна (пересекает его орбиту, очень мал, вне плоскости остальной Солнечной системы и т.п.), но недавно высказывалось мнение, что он самостоятелен изначально, так как в его составе больше каменистых веществ и вообще он не похож на "коренные" спутники соседних планет, а более похож на захваченный Нептуном Тритон [Бинцель, 1990]. Вероятно, в этом случае Плутон можно рассматривать как тело, которое промежуточно между "истинными" большими планетами и телами пояса Койпера (см. ниже).
Харон - спутник Плутона
Харон открыт американским исследователем Джимом Кристи в 1978 г. при изучении снимков Плутона, сделанных при помощи земных телескопов. На этих снимках Плутон и Харон из-за дрожания земной атмосферы видны слитно (в общем сиянии), но Плутон имеет как бы грушевидную форму. Регулярные повторения этой "грушевидности" послужили доказательством наличия спутника. Чуть позднее космический телескоп "Хаббл" сумел расчленить "грушу" на два чётко различимых небесных тела.
В период максимального сближения Плутона с Солнцем (а, значит, и с Землёй) Харон, благодаря специфике своей орбиты, периодически был виден на фоне диска Плутона и периодически "прятался" за Плутон. Кроме того, эти два небесных тела периодически "затмевали" друг друга своими тенями. Это меняло их суммарную яркость. Яркость менялась также от того, каким участком - более светлым или менее светлым - тела поворачивались к Земле. Астрономам удалось расшифровать все эти периодические изменения яркости и узнать много сведений об этой двойной планете.
Харон, как выяснилось, имеет диаметр 1190 км, что несколько превышает половину диаметра Плутона. В Солнечной системе сейчас не известна другая пара планета-спутник, в которой два небесных тела были бы столь близки друг к другу по размеру и массе. На долю Плутона приходится 88%, а на долю Харона - 12% общей массы системы. Раньше самой двойной планетой считалась система Земля-Луна, а теперь первенство перешло к паре Плутон-Харон. Центр масс системы Плутон-Харон находится вне Плутона в 1200 км от его поверхности, и поэтому можно сказать, что оба члена двойной планеты вращаются вокруг общего центра масс, а не Харон вокруг Плутона. О паре Земля-Луна этого всё-таки сказать нельзя, так как центр масс расположен внутри Земли.
Харон и Плутон, как уже говорилось, всегда повёрнуты друг к другу одной и той же стороной, то есть день и месяц на Плутоне и Хароне длятся одно и то же время - 6 земных суток и 9 часов. Харон висит в плутоновом небе неподвижно и никогда не виден с одного из полушарий.
Плоскость орбиты Харона соответствует экваториальной плоскости Плутона (Харон "парит" над одной из точек экватора Плутона). Обе названные плоскости образуют угол 57,5 градуса к плоскости орбиты Плутона.
Харон находится в 19 640 км от Плутона, то есть примерно в 17 радиусах Плутона.
Предполагалось, что Харон покрыт льдом, не содержащим метана или содержащим лишь малые его количества, так как метановый лёд во время сближения системы с Солнцем должен был бы испариться и из-за своей лёгкости в виде газа покинуть Харон. Поверхность выглядит сероватой. Возможно, метан с Харона перетянут Плутоном [Бинцель, 1990]. В 1999 г. на основании изучения спектра доказано, что Харон покрыт водным льдом с присутствием аммиачного льда, т.е. резко отличается от Плутона [Плутон и Харон..., 2001].
На фотографиях, полученных с помощью космического телескопа "Хаббл", вблизи Плутона и Харона видна "дымка". Такой "дымкой" окружены оба члена двойной планеты, она образует еле заметную перемычку между ними и в виде тора распределена вдоль орбиты Харона [Купер, Хенбест, 1998]. Не исключено, что истечение газов с Харона продолжается и сейчас. Газ рассредоточивается вдоль орбиты Харона и течёт к Плутону. Есть также предположение, что метан течёт от Плутона к Харону, временно удерживается Хароном, а потом покидает его.
Харон и Плутон, согласно некоторым источникам [Купер, Хенбест, 1998], обладают сходной плотностью, и можно предположить, что их внутреннее строение тоже сходно, то есть у Харона тоже есть каменистое ядро и ледяная мантия. Есть, однако, указания, что плотность Харона лишь в 1,4 раза превышает плотность воды (а не в 2,1 раза, как плотность Плутона) [Харон оказался "снежком", 1993]. Если это так, то Харон - это лёд с некоторым количеством камней, то есть Харон похож на спутники соседних планет-гигантов. Высказывалось предположение, что Харон и Плутон когда-то столкнулись, и часть льда с Плутона упала на Харон.
Поверхность Харона представляется покрытой метеоритными кратерами, но достоверных сведений о рельефе этого далёкого небесного тела, разумеется, нет.