Pluto - Meiousei (English spelling) Pluto

A celestial body in the solar system that orbits the Sun further away than Neptune (sometimes it orbits closer to the Sun). It was long considered the ninth planet in the solar system, but is now classified as a dwarf planet among the trans-Neptunian objects.

The discovery of Pluto dates back to the discovery of Uranus. Uranus was discovered in 1781, but soon its orbital motion became slightly off from its calculated position, which became a problem. Astronomers believed that the gravity of an unknown planet was causing Uranus to wobble, and they inferred the orbit of the unknown planet from Uranus' wobble, leading to the discovery of Neptune in 1846. However, even when taking into account the gravitational influence of Neptune, some of Uranus' wobble remained unexplained. Therefore, efforts began to search for further unknown planets beyond Neptune.

American P. Lowell called the unknown planet Planet X and tried to find the object that changed position relative to the background stars using photographic plates. After Lowell's death, Tombaugh, who was employed by the Lowell Observatory, discovered a new celestial object in an orbit farther than Neptune in 1930. This was the result of Tombaugh's persistent search, which expanded the scope of observations without being bound by expectations. The Lowell Observatory received many proposals for the name of the new planet, and from among them, "Pluto" (the god of the underworld in Roman mythology) was chosen. It was announced that the godmother was an 11-year-old British girl, Venetia Burney (1918-2009), but there were apparently about 150 proposals for the same name. Star folklorist, essayist, and English literature scholar Nojiri Hoei proposed the Japanese name Pluto, which quickly spread and was adopted in China.

Before its discovery, a planet several times the mass of the Earth was expected, but Pluto appeared as only a dot and was a much fainter object than expected. Immediately after its discovery, it was estimated that it may have been about the same size as Mars.

In 1950, Pluto was observed with the 5-meter telescope at Palomar Observatory, the largest in the world at the time, and was estimated to have a diameter less than half that of the Earth and a mass of 10%. In the 1950s, the periodic changes in brightness of Pluto led to the determination that its rotation period is about 6.39 days. In 1976, infrared observations suggested that Pluto was likely covered in methane ice.

In 1978, James Walter Christy (1938- ) of the U.S. Naval Observatory discovered a satellite when he noticed a protrusion on a photographic plate that changed position. He suggested the name Charon (the ferryman of the river of the underworld in Greek mythology) for the satellite, and it was officially named after Charon. Charon's orbital period coincides with Pluto's rotation period. Due to the influence of each other's tidal forces, Pluto and Charon orbit with the same face facing each other. In addition, from the orbital motion of the satellite, it was discovered that Pluto's mass is only about 0.2% of the Earth's. Fortunately, from 1985 to 1990, the orbit of Charon was seen almost edge-on from Earth (the next time will be around 2110), and a mutual eclipse was observed in which Pluto and Charon hid each other. This revealed the exact sizes of each planet, the light and dark patterns on Pluto's surface, and the presence of water ice on Charon's surface. Charon's diameter was almost half that of Pluto. In 1990, the Hubble Space Telescope was launched into orbit by the Space Shuttle, which allowed the bright and dark patterns on the surface of Pluto to be seen more clearly. With the addition of a new camera, two new moons were discovered in 2005, and two more in 2011-2012 (as of 2021, a total of five moons have been confirmed for Pluto). Since the 1980s, the performance of the CCD cameras attached to the telescopes instead of photographic plates has improved, and computers have come to be used for data processing. As a result, from 1992 onwards, new celestial bodies (trans-Neptunian objects) with diameters of several hundred kilometers have been discovered one after another in the region beyond Neptune. Pluto was a large trans-Neptunian object. When the exact mass of Neptune was measured during Voyager 2's close approach to Neptune in 1989, the orbital motion of Uranus was calculated. As a result, it was discovered in 1993 that the wobble of Uranus that had led to the discovery of Pluto had disappeared, and that Uranus was moving as theoretically expected.

Pluto's average distance from the Sun is about 39.5 astronomical units (about 5.9 billion kilometers), and its orbital period is about 248 years, but its orbital eccentricity is large at about 0.25. Because of this, its distance from the Sun changes greatly between aphelion and perihelion, from about 7.38 billion kilometers to about 4.44 billion kilometers. Its average brightness as seen from Earth is 15.1 magnitude, but its maximum brightness near perihelion is as high as 13.65 magnitude. Its orbital inclination is also large, at about 17.1 degrees, compared to other planets. Because Pluto's orbit is quite elliptical, it sometimes comes inside the orbit of Neptune (most recently from February 1979 to February 1999). However, Pluto and Neptune never get closer than 16.7 astronomical units. Their special relationship, in which Pluto orbits the Sun exactly two times for every three revolutions of Neptune, prevents them from approaching each other. In 1993, Renu Malhotra (1961- ) of the United States presented a theory that Neptune was born closer to the center of the Sun than it is now, and for some reason moved outward, incorporating Pluto into a position with a special orbital period relationship and dragging it outward. This theory is now widely supported.

In January 2006, the American New Horizons probe was launched to investigate Pluto. A CD-ROM containing the names of about 434,000 people collected from the public and an aluminum container containing some of the ashes of Pluto's discoverer, Tombaugh, provided by his family, were also installed inside the probe. Ironically, this was seven months before the International Astronomical Union (IAU) General Assembly, which resolved that Pluto was no longer a planet. The probe, about the size of a large grand piano, crossed the distance to the moon in just nine hours, which took the Apollo spacecraft more than three days to do, and 13 months later it approached Jupiter, accelerating using its gravity. Finally, on July 14, 2015, the probe passed within about 12,500 kilometers of Pluto and within about 27,000 kilometers of Charon.

Spectroscopic observations have revealed that Pluto's surface is covered with frozen nitrogen, methane, carbon monoxide, and water ice, while Charon is covered with water ice. Pluto has a diameter of 2,376 km and a density of 1.854 grams per cubic centimeter, and is thought to be an object mainly composed of rock and ice. Sputnik Planum, located in the left half of the heart-shaped topography found on Pluto, is covered with frozen nitrogen, and no impact craters have been found on this plain. It seems that convection currents created by internal thermal energy have erased the impact craters on the surface. The surrounding "land" is thought to be water or methane ice, which are less dense than nitrogen. It is also believed that there is a liquid ocean underground. Pluto has also been confirmed to have an extremely thin atmosphere, mainly composed of nitrogen.

Charon has a diameter of 1,212 kilometers and a density of about 1.7 grams per cubic centimeter. Rather than a moon, Charon may be better viewed as a dual body with Pluto.

[Yoshiro Yamada January 21, 2022]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

太陽系に属し、太陽を海王星よりも外側（ときに内側になるときもある）で周回する天体。長らく太陽系第9惑星とされてきたが、現在は太陽系外縁天体のなかの準惑星に分類されている。

　冥王星発見の経緯は天王星の発見にまでさかのぼる。天王星は1781年に発見されたが、やがてその軌道運動が計算された位置からわずかにずれることが問題となった。未知惑星の重力が天王星をふらつかせていると考えた天文学者らが、天王星のふらつきから未知惑星の軌道を推測し、1846年に発見されたのが海王星であった。ところが、海王星からの重力の影響を考慮しても天王星のふらつきの一部が未解明として残った。そこで、さらなる未知惑星を海王星の外側に探す試みが始まった。

　アメリカのP・ローウェルは未知惑星を惑星Xとよび、背景の星々に対し位置を変える天体を写真乾板から探そうとした。ローウェルの死後、ローウェル天文台に雇われたトンボーが海王星よりも遠い軌道を回る新天体を1930年に発見した。予想にとらわれず範囲を拡大して観測したトンボーの粘り強い捜索の結果であった。ローウェル天文台には新惑星の名前の提案が多数寄せられ、そのなかから選ばれたのは「プルートー」（ローマ神話の冥界の神）であった。名づけ親はイギリスの11歳の少女ベネシア・バーニーVenetia Burney（1918―2009）と発表されたが、同じ名前の提案は約150件もあったという。星の民俗学者で随筆家・英文学者の野尻抱影(のじりほうえい)は和名として冥王星を提案し、これが急速に広まり、中国でも採用された。

　発見前は地球質量の数倍程度の惑星が予想されていたが、冥王星は点にしか見えず予想以上に暗い天体であった。発見直後の推定では、火星程度かもしれないといわれた。

　1950年には当時世界最大の、口径5メートルのパロマ天文台の望遠鏡で冥王星が観測され、直径は地球の半分以下で質量も1割と見積もられた。1950年代には冥王星の明るさが周期的に変わっていることから、自転周期は約6.39日と求められた。1976年には赤外線観測から、冥王星はメタンの氷で覆われているらしいとわかった。

　1978年、アメリカ海軍天文台のクリスティJames Walter Christy（1938―　）は写真乾板の冥王星像に突起があり、その位置が変化していることから衛星を発見した。彼はその衛星にカロンCharon（ギリシア神話に登場する冥界の川の渡し守）の名を提案し、正式に命名された。カロンの公転周期は冥王星の自転周期と一致していた。なお、互いの潮汐力の影響で、冥王星とカロンは同じ面を向けて公転している。また、衛星の軌道運動から、冥王星の質量が地球の約0.2％しかないこともわかった。幸運にも1985年から1990年にかけて、地球からみてカロンの軌道をほぼ真横から見る状況（次回は2110年前後）になり、冥王星とカロンが互いを隠しあう相互食が観測できた。これにより、それぞれの正確な大きさや冥王星表面に明暗模様があること、カロン表面に水の氷があることなどもわかった。なお、カロンの直径は冥王星のほぼ半分であった。また、1990年にスペースシャトルで軌道に上げられたハッブル宇宙望遠鏡によって、冥王星表面の明暗模様がより鮮明にわかり、新たなカメラがそれに取りつけられると2005年には新衛星も二つ発見され、2011～2012年にはさらに二つの衛星が発見された（2021年現在、冥王星に確認されている衛星は合計5個）。1980年代以降、写真乾板にかわって望遠鏡に取りつけられたCCDカメラの性能向上や、データ処理にコンピュータが使われるようになったことにより、1992年からは海王星以遠の領域に直径数百キロメートルの新たな天体（太陽系外縁天体）が次々に発見されるようになった。冥王星は大型の太陽系外縁天体だったのである。1989年のボイジャー2号の海王星接近時に測定された海王星の正確な質量を採用して天王星の軌道運動を計算した結果、冥王星発見へのきっかけとなった天王星のふらつきとみられたものもなくなり、理論どおりの動きをしていることが1993年に判明した。

　冥王星の太陽からの平均距離は約39.5天文単位（約59億キロメートル）、公転周期は約248年だが、軌道の離心率が約0.25と大きい。このため、遠日点と近日点では太陽からの距離が約73億8000万キロメートルから約44億4000万キロメートルまで大きく変化し、地球から見た平均の明るさは15.1等級だが、近日点付近での極大光度は13.65等級にもなる。軌道傾斜角も約17.1度で、他の惑星に比べて大きい。冥王星の軌道は、かなりの楕円(だえん)であるため、ときには海王星軌道の内側に入ってくる（最近では1979年2月から1999年2月）。ところが、冥王星と海王星は16.7天文単位を超えて決して接近しない。海王星が3周公転する間に冥王星はちょうど2周公転するという特殊な関係にあることで、互いの接近が妨げられている。1993年にアメリカのマルホトラRenu Malhotra（1961―　）は、いまより内側で誕生した海王星がなんらかの理由で外側に移動し、途中で冥王星を特殊な軌道周期関係の位置に取り込み外側へ引きずっていったという説を発表した。この説は現在広く支持されている。

　2006年1月、冥王星を調査するアメリカの「ニュー・ホライズンズ探査機」が打ち上げられた。一般から募集された約43万4000人の名前を記録したCD-ROMや、遺族から提供された冥王星発見者トンボーの遺灰の一部がおさめられたアルミ製容器も探査機内部に取りつけられていた。皮肉にも、冥王星が惑星ではなくなる決議がなされた国際天文学連合（IAU）総会の7か月前であった。大型のグランドピアノほどの大きさの探査機は、アポロ宇宙船が3日以上かかった月までの距離をたった9時間で横断して、13か月後には木星に接近し、その重力を利用して加速した。そしてついに2015年7月14日、探査機は冥王星に約1万2500キロメートルまで、カロンには約2万7000キロメートルまでの接近通過をした。

　分光観測により、冥王星の表面は凍った窒素、メタン、一酸化炭素、水の氷に覆われており、カロンは水の氷に覆われていた。冥王星の直径は2376キロメートル、密度は1立方センチメートル当り1.854グラムであり、岩石と氷を主成分とする天体と思われる。冥王星にみつかったハート型地形の左半分に位置するスプートニク平原は凍った窒素に覆われており、この平原には衝突クレーターがみられない。内部の熱エネルギーで対流が生まれ、表面にできた衝突クレーターが消し去られているらしい。周囲の「陸」部分は、窒素より密度の低い水やメタンの氷であると思われる。また、地下には液状の海があると考えられている。冥王星には窒素主体のきわめて希薄な大気も確認された。

　カロンの直径は1212キロメートル。密度は1立方センチメートル当り約1.7グラム。衛星というよりも、カロンは冥王星との二重天体とみたほうがよいのかもしれない。

［山田陽志郎　2022年1月21日］

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