プルート（惑星）：特性、構成、軌道、運動 - アルテ - 2025

冥王星は天体であり、現在は矮小惑星と考えられていますが、長い間、太陽系の中で最も遠い惑星でした。2006年に国際天文学連合は、冥王星が惑星になるために必要な要件の一部を欠いているため、それを新しい惑星に分類することを決定しました。

冥王星の性質についての論争は新しいものではないことに注意すべきです。若い天文学者クライド・トンボーが1930年2月18日にそれを発見したときにすべてが始まりました。

図1. New Horizo​​nsプローブによって2015年に撮影された冥王星の画像。出典：ウィキメディア・コモンズによるNASA。

天文学者たちは、おそらく海王星よりも遠くに惑星があったと想定し、それを見つけるために、彼らはこれを発見したのと同じ計画に従った。彼らは天体力学の法則を使用して、海王星（および天王星）の軌道を決定し、計算を実際の軌道の観測と比較しました。

不規則性は、もしあれば、海王星の軌道を越えた未知の惑星によって引き起こされました。これはまさに、アリゾナ州のローウェル天文台の創設者であり、火星でのインテリジェントな生命の存在の熱狂的な擁護者であるパー​​シバルローウェルがしたことです。ローウェルはこれらの不規則性を発見し、そのおかげで彼は未知の「惑星X」の軌道を計算しました。その質量は地球の質量の7倍と推定しました。

図2.パーシバルローウェル（左側）とクライドトンボー（望遠鏡）（右側）。出典：ウィキメディア・コモンズ。

ローウェルの死から数年後、クライドトンボーは自作の望遠鏡を使って新しい星を発見しましたが、惑星だけが予想よりも小さくなりました。

新しい惑星は、冥界のローマの神、冥王星にちなんで名付けられました。最初の2文字は、発見の首謀者であるPercival Lowellのイニシャルに対応しているため、非常に適切です。

しかし、ローウェルが発見した申し立てられた不規則性は、彼の計算におけるいくつかのランダムなエラーの結果にすぎませんでした。

プルートの特徴

冥王星は小さな星なので、巨大な海王星の軌道の不規則性はそれが原因ではあり得ませんでした。当初は冥王星が地球の大きさであると考えられていましたが、少しずつ観測され、その質量はますます低下しています。

プルートとそのカロン衛星からの共同軌道データからのプルートの質量の最近の推定は、プルート-カロン系の質量が地球の質量の0.002倍であることを示しています。

海王星を乱すには本当に小さすぎる値です。この質量の大部分は冥王星に対応しており、冥王星はカロンの12倍の質量があります。したがって、冥王星の密度は2,000 kg / m ³と推定され、65％の岩と35％の氷で構成されています。

氷のようで不安定な冥王星の非常に重要な特徴は、太陽の周りの高度に楕円の軌道です。これにより、1979年から1999年にかけて起こったように、海王星自体よりも太陽に近づくことが時々あります。

この会議では、それぞれの軌道の傾きが許容できず、冥王星と海王星も軌道共鳴しているため、星が衝突することはありませんでした。これは、それらの軌道周期が相互の重力の影響により関連していることを意味します。

冥王星は別の驚きを留保します。それは、電磁スペクトルの高エネルギー放射線であるX線を放出します。ニューホライズンズの探査機が冥王星に薄い大気の存在を確認したので、これは驚くべきことではありません。そして、この薄いガス層の分子が太陽風と相互作用すると、放射線を放出します。

しかし、チャンドラX線望遠鏡は予想よりもはるかに高い放出を発見し、専門家を驚かせました。

冥王星の主な物理的特性のまとめ

-質量： 1.25 x 10 ²² kg

-半径： 1,185 km（月よりも小さい）

-形状：丸みを帯びています。

-太陽までの平均距離：59億km。

- 軌道の傾き：黄道に対して17º。

-温度： -229.1 averageC平均。

-重力： 0.6 m / s ²

-自分の磁場：いいえ。

-雰囲気：はい、薄暗い。

-密度： 2 g / cm ³

-衛星：これまでに既知の5つ。

-リング：現時点ではありません。

なぜ冥王星は惑星ではないのですか？

冥王星が惑星ではない理由は、天体が惑星と見なされるための国際天文学連合の基準を満たさないためです。これらの基準は次のとおりです。

-星またはその残骸の周りを周回します。

-十分な質量があるため、その重力により、ほぼ球形になります。

-自分の光の欠如。

-他の惑星の軌道に干渉せず、より小さなオブジェクトのない、軌道支配、つまり排他的軌道を持っている。

そして、冥王星は前に見たように最初の3つの要件を満たしていますが、その軌道は海王星の軌道と干渉します。これは、いわば冥王星が軌道をクリアしていないことを意味します。そして、それは軌道支配を持たないので、惑星とは見なされません。

矮小惑星のカテゴリーに加えて、国際天文学連合は別のものを作成しました：彗星、小惑星および流星体が発見されている太陽系の小体。

準惑星になるための要件

国際天文学連合はまた、準惑星であるための要件を注意深く定義しました：

-星の周りを周回します。

-球状の形状を持つのに十分な質量があります。

・自己発光しないでください。

-明確な軌道の欠如。

したがって、惑星と準惑星の唯一の違いは最後の点にあります。準惑星は単に「クリーン」または排他的な軌道を持っていません。

図3.これまでに知られている5つの準惑星とその衛星。画像の下部は参考のために地球です。出典：ウィキメディア・コモンズ。

翻訳運動

冥王星の軌道は非常に楕円形であり、太陽から遠く離れているため、非常に長い周期があります。248年のうち、20年は海王星自体よりも太陽に近い距離です。

図4.冥王星の高度に楕円の軌道を示すアニメーション。出典：ウィキメディア・コモンズ。

冥王星の軌道は黄道面に対して最も傾いています。17°なので、海王星の軌道と交差するとき、惑星はかなり離れており、惑星同士が衝突する危険はありません。

図5.冥王星と海王星の軌道間の交差点。ご覧のとおり、惑星は互いにかなり離れているため、衝突の危険はありません。出典：ウィキメディア・コモンズ。CC BY-SA 3.0、https：//commons.wikimedia.org/w/index.php？curid = 1200703

両方の惑星の間に存在する軌道共鳴は、それらの軌道の安定性を保証する種類のものです。

冥王星の運動データ

次のデータは、冥王星の動きを簡単に説明しています。

-軌道の平均半径： 39.5 AU *または59億キロメートル。

- 軌道の傾き：黄道面に対して17º。

-偏心： 0.244

- 平均軌道速度：4.7 km / s

- 移管期間：248年197日

- ローテーション期間：約6.5日。

* 1つの天文単位（AU）は1億5000万キロメートルに相当します。

冥王星を観測する方法と時期

冥王星は地球から遠すぎて肉眼では見ることができず、0.1秒角をわずかに超えています。したがって、望遠鏡を使用する必要があります。趣味のモデルでも使用できます。さらに、最近のモデルには、プルートを見つけるためのプログラム可能なコントロールが組み込まれています。

ただし、望遠鏡を使用した場合でも、冥王星は他の何千もの中の小さなポイントと見なされるため、それを区別するには、最初にどこを見るかを知ってから、クライドトンボーのように数晩それを追跡する必要があります。冥王星は星の背景の上を移動するポイントになります。

プルートの軌道は地球の軌道の外にあるので、それを見るのに最適な時期です（しかし、それが唯一のものではないことを明確にする必要があります）は、それが反対側にあるときです。つまり、地球は、小惑星と太陽の間に立っています。 。

これは、火星、木星、土星、天王星、海王星、いわゆる高等惑星にも当てはまります。彼らが反対にいるとき、最良の観察がなされます、もちろん、彼らは他の時に目に見えるかもしれません。

惑星の反対を知るには、専門のインターネットサイトにアクセスするか、スマートフォン用の天文学アプリケーションをダウンロードすることをお勧めします。このようにして、観測を適切に計画できます。

冥王星の場合、2006年から2023年にかけて、セルペンスコーダの星座から射手座の星座に移動します。

回転運動

冥王星の回転運動。出典：PlanetUser / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

冥王星は、地球や他の惑星のように、自身の軸を中心に回転運動をします。地球よりも回転速度が遅いため、周回するのに冥王星は6 1/2日かかります。

太陽から遠いので、これは冥王星の空で最も明るい天体ですが、太陽の王は、他の星よりも少し大きい点のように見えます。

薄い大気は光を散乱させることができるので、そのため、矮小惑星の日々は暗闇の中で晴れ渡ります。

図6.左の海王星と右の、冥王星の氷のような風景のアーティストによるレンダリング。遠い太陽は大きな星のように見えます。日中でも、この惑星は絶え間なく暗くなっています。出典：Wikimedia Commons.ESO / L. Calçada/ CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0）。

一方、回転軸は鉛直に対して120度傾いています。これは、北極が水平より下にあることを意味します。言い換えれば、冥王星は天王星と同じように横向きになります。

この傾向は、地球の軸のわずか23.5度の傾向よりもはるかに大きいため、太陽を周回するのに248年以上かかるため、冥王星の季節は極端で非常に長くなります。

図7.地球の回転軸を左に、冥王星を右に、回転軸を垂直線に対して120度傾けた比較。出典：F. Zapata。

多くの科学者は、金星と天王星の場合のような逆行性回転、または再び天王星と冥王星のようにそのように傾斜した回転軸は、他の大きな天体によって引き起こされた偶発的な衝撃に起因すると考えています。

もしそうなら、まだ解決されていない重要な質問は、冥王星の軸が別の値ではなく正確に120°で停止した理由です。

天王星は98度で、金星は177度でそれを行いましたが、太陽に最も近い惑星である水星は完全に垂直な軸を持っています。

図は、惑星の回転軸の傾きを示しています。軸は垂直なので、水星には季節がありません。

図8.太陽系の8つの主要な惑星における回転軸の傾き。出典：NASA。

組成

冥王星は信じられないほど寒いので、地球とは非常に異なって見えますが、冥王星は岩と氷で構成されています。科学者たちは、矮小惑星の温度は-228℃から-238℃の範囲であり、南極で観測された最低気温は-128℃であると推定しています。

もちろん、化学元素は一般的です。冥王星の表面には、

-メタン

-窒素

-一酸化炭素

冥王星の軌道が太陽に近づくと、熱がこれらの物質から氷を蒸発させ、大気の一部になります。そして、それが離れると、表面にフリーズします。

これらの周期的な変化により、冥王星の表面に明るい部分と暗い部分が現れ、時間とともに変化します。

冥王星では、太陽からの紫外線がメタン分子を分解し、窒素分子を分離するときに作成される「tholins」（著名な天文学者で人気のあるカールセーガンによって与えられた名前）と呼ばれる奇妙な粒子を見つけるのが一般的です。結果として生じる分子間の反応は、より無秩序ではあるが、より複雑な分子を形成する。

トーリンは地球上では形成されませんが、太陽系の外の物体に含まれているため、土星の衛星であるタイタンや、もちろん冥王星などのピンク色になっています。

内部構造

これまでのところ、プルートがケイ酸塩によって形成され、おそらく氷水の層で覆われている岩の多いコアを持っていることがすべて示されています。

惑星の形成の理論は、最も密度の高い粒子が中心に蓄積する一方で、氷などのより軽い粒子は上に留まり、核と表面の間の中間層であるマントルを構成することを示しています。

表面の下と凍結したマントルの上に液体の水の層があるかもしれません。

図9.プルートの内部構造。出典：ウィキメディア・コモンズ。PlanetUser / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）。

惑星の内部は放射性元素の存在のために非常に熱く、その崩壊は放射線を生成し、その一部は熱の形で広がります。

放射性元素は本質的に不安定であるため、安定性が達成されるまで、粒子やガンマ線を継続的に放出する他のより安定した元素に変化する傾向があります。同位体によっては、特定の量の放射性物質が数分の1秒で減衰するか、数百万年かかります。

地質学

冥王星の冷たい表面はほとんどがメタンと一酸化炭素の痕跡を含む凍った窒素です。これらの最後の2つの化合物は、準惑星の表面に均一に分布していません。

画像は、明るい部分と暗い部分、および色の変化を示しています。これは、さまざまな層の存在と特定の場所でのいくつかの化学化合物の優位性を示唆しています。

太陽に届く日光が非常に少ないにもかかわらず、紫外線は薄い大気中で化学反応を引き起こすのに十分です。このようにして生成された化合物は、表面に降る雨や雪と混ざり合い、望遠鏡からプルートが見える黄色とピンクの間の色を与えます。

プルートの地質について知られているほとんどすべては、ニューホライズンズプローブによって収集されたデータによるものです。彼らのおかげで、科学者たちは冥王星の地質が驚くほど多様であることを知っています。

-氷原

-氷河

-冷凍水の山

-いくつかのクレーター

-溶岩を噴出する地球上の火山とは異なり、低温火山活動、水、アンモニア、メタンを噴出する火山の証拠。

プルート衛星

冥王星にはいくつかの自然衛星があり、そのうちカロンが最大です。

しばらくの間、天文学者たちは、冥王星が実際よりもはるかに大きいと信じていました。なぜなら、カロンは非常に接近してほぼ円形に周回しているからです。それが天文学者が最初にそれらを区別できなかった理由です。

図10.右側の冥王星とその主衛星であるカロン。出典：ウィキメディア・コモンズ。

1978年に天文学者ジェームスクリスティは写真を通してカロンを発見しました。それは冥王星の半分のサイズで、その名前はギリシャ神話に由来しています。カロンは魂を冥界、冥王星またはハーデスの王国に輸送したフェリーマンでした。

その後、2005年にハッブル宇宙望遠鏡のおかげで、2つの小さな衛星ハイドラとニクスが見つかりました。そして、2011年と2012年には、それぞれケルベロスとスティクスが神話名で登場しました。

これらの衛星はまた、冥王星の周りに円軌道を持ち、カイパーベルトからの物体を捕獲する可能性があります。

冥王星とカロンは非常に興味深いシステムを形成しています。このシステムでは、重心または重心が大きなオブジェクトの外側にあります。別の異常な例は、Sun-Jupiterシステムです。

どちらも同期回転しているため、常に同じ顔が表示されます。したがって、カロンの軌道周期は約6.5日で、冥王星と同じです。そして、これはCharonがその軸を中心に1回転するのにかかる時間でもあります。

図11.冥王星とその衛星カロンの同期回転。出典：ウィキメディア・コモンズ。Tomruen / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）。

多くの天文学者は、これらがペアをダブルプラネットと考えるのに十分な理由であると信じています。このような二重システムは、宇宙のオブジェクトでは珍しくありません。星の間で、バイナリシステムを見つけることは一般的です。

地球と月も連星であると考えられていることさえ提案されています。

Charonのもう1つの興味深い点は、その中に液体の水が含まれている可能性があることです。液体の水は、亀裂を通って表面に到達し、間欠泉を形成してすぐに凍結します。

冥王星にはリングがありますか？

プルートは結局太陽系の端にあり、かつて惑星と考えられていたので、それは良い質問です。そして、すべての外惑星には輪があります。

原則として、冥王星には重力がほとんどない2つの衛星があり、それらへの衝撃により十分な物質が持ち上げられて分散し、それが矮小惑星の軌道に蓄積してリングを形成します。

しかし、NASAのニューホライズンミッションのデータによると、現時点では冥王星にはリングがありません。

しかし、リングシステムは、少なくとも天文学的には一時的な構造です。巨大惑星のリングシステムで現在利用可能な情報は、それらの形成が比較的最近であり、それらが形成するのと同じくらい速く、それらが消えることがあり、その逆もあり得ることを明らかにしています。

プルートへのミッション

ニューホライズンズは、NASAによって割り当てられたミッションで、冥王星、その衛星、およびその他の天体をカイパーベルト内で探査します。カイパーベルトは、太陽を30〜55天文単位の範囲で囲む地域です。

冥王星とカロンは、この地域で最大の天体の1つであり、彗星や小惑星、いわゆる太陽系の小天体なども含まれています。

高速のNew Horizo​​nsプローブは、2006年にケープカナベラルから離陸し、2015年に冥王星に到達しました。これは、これまで見られなかった準惑星とその衛星の特徴、磁場測定、分光測定などを示す多数の画像を取得しました。

ニューホライズンは今日も情報を送信し続け、現在はカイパーベルトの真ん中に地球から約46 AU離れています。

2019年に彼はArrokoth（Ultima Thule）と呼ばれるオブジェクトを研究しましたが、すぐに視差測定を行い、ナビゲーションガイドとして機能する、まったく異なる視点からの星の画像を地上から送信することが期待されています。

New Horizo​​nsも、少なくとも2030年まで情報を送信し続けると予想されます。

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