Caronte (luna)

Caronte (o), conocido como (134340) Plutón I, es el mayor de los cinco satélites naturales conocidos del planeta enano Plutón. Tiene un radio medio de 606 km (377 mi). Charon es el sexto objeto transneptuniano más grande conocido después de Plutón, Eris, Haumea, Makemake y Gonggong. Fue descubierto en 1978 en el Observatorio Naval de los Estados Unidos en Washington, D.C., utilizando placas fotográficas tomadas en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS).

Con la mitad del diámetro y un octavo de la masa de Plutón, Caronte es una luna muy grande en comparación con su cuerpo progenitor. Su influencia gravitacional es tal que el baricentro del sistema plutoniano se encuentra fuera de Plutón, y los dos cuerpos están bloqueados entre sí por mareas.

El casquete marrón rojizo del polo norte de Caronte está compuesto de tolinas, macromoléculas orgánicas que pueden ser ingredientes esenciales para la vida. Estas tolinas se produjeron a partir de metano, nitrógeno y gases relacionados que pueden haber sido liberados por erupciones criovolcánicas en la luna, o pueden haber sido transferidos más de 19 000 km (12 000 mi) desde la atmósfera de Plutón hasta la luna en órbita.

La nave espacial New Horizons es la única sonda que ha visitado el sistema de Plutón. Se acercó a Caronte dentro de los 27 000 km (17 000 mi) en 2015.

Descubrimiento

El descubrimiento de Charon en el Observatorio Naval Flagstaff Station como un abultamiento de tiempo en la imagen de Plutón (visto cerca de la parte superior a la izquierda, pero ausente a la derecha). Imagen negativa.

Caronte fue descubierto por el astrónomo del Observatorio Naval de los Estados Unidos, James Christy, utilizando el telescopio de 1,55 metros (61 pulgadas) en la Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos (NOFS). El 22 de junio de 1978, había estado examinando imágenes muy ampliadas de Plutón en placas fotográficas tomadas con el telescopio dos meses antes. Christy notó que periódicamente aparecía un ligero alargamiento. El bulto se confirmó en placas que datan del 29 de abril de 1965. La Unión Astronómica Internacional anunció formalmente el descubrimiento de Christy al mundo el 7 de julio de 1978.

Observaciones posteriores de Plutón determinaron que la protuberancia se debía a un cuerpo acompañante más pequeño. La periodicidad de la protuberancia correspondía al período de rotación de Plutón, que se conocía previamente a partir de la curva de luz de Plutón. Esto indicaba una órbita síncrona, lo que sugería fuertemente que el efecto de protuberancia era real y no espurio. Esto dio lugar a reevaluaciones del tamaño, la masa y otras características físicas de Plutón porque la masa y el albedo calculados del sistema Plutón-Caronte se habían atribuido anteriormente solo a Plutón.

Las dudas sobre la existencia de Caronte se disiparon cuando él y Plutón entraron en un período de cinco años de eclipses y tránsitos mutuos entre 1985 y 1990. Esto ocurre cuando el plano orbital Plutón-Caronte está de canto visto desde la Tierra., que solo ocurre en dos intervalos en el período orbital de 248 años de Plutón. Fue fortuito que uno de estos intervalos ocurriera poco después del descubrimiento de Caronte.

Nombre

Charon es nombrado por Charon, el transbordador de los muertos en la mitología griega, mostrado en esta pintura del siglo XIX por Alexander Litovchenko

Después de su descubrimiento, Caronte fue originalmente conocido por la designación temporal S/1978 P 1, según la convención entonces recientemente instituida. El 24 de junio de 1978, Christy sugirió por primera vez el nombre Charon como una versión científica del apodo de su esposa Charlene, "Char". Aunque los colegas del Observatorio Naval propusieron Perséfone, Christy se quedó con Caronte después de descubrir que coincidentemente se refiere a una figura mitológica griega: Caronte (griego antiguo: Χάρων) es el barquero de los muertos, estrechamente asociado en el mito con el dios Hades o Plouton (griego antiguo: Πλούτων, Ploútōn), a quien los romanos identificaron con su dios Plutón. La IAU adoptó oficialmente el nombre a fines de 1985 y se anunció el 3 de enero de 1986.

Casualmente, casi cuatro décadas antes del descubrimiento de Caronte, el autor de ciencia ficción Edmond Hamilton se refirió a tres lunas de Plutón llamadas Caronte, Styx y Cerberus en su novela de 1940 Llamando al Capitán Futuro.

Existe un debate menor sobre la pronunciación preferida del nombre. La figura mitológica se pronuncia con un sonido /k/, y esto suele ir seguido también para la luna. Sin embargo, el propio Christy pronunció la ⟨ch⟩ inicial como un sonido /ʃ/, como había nombrado a la luna en honor a su esposa Charlene. Muchos astrónomos de habla inglesa siguen la convención clásica, pero otros siguen la de Christy, y esa es la pronunciación prescrita en la NASA y el equipo de New Horizons.

Mapa de Característica de Charon 2018

Después de una solicitud en 2015 de la Unión Astronómica Internacional de sugerencias de nombres para nombrar montañas, cráteres, etc. en la luna, se decidió en 2018 usar nombres de figuras literarias, exploradores y de la mitología. Por ejemplo, 'Butler Mons', 'Clarke Montes', 'Kubrick Mons', 'Nemo Crater', 'Dorothy Crater';.

Formación

El trabajo de simulación publicado en 2005 por Robin Canup sugirió que Caronte podría haberse formado por una colisión hace unos 4500 millones de años, al igual que la Tierra y la Luna. En este modelo, un gran objeto del cinturón de Kuiper golpeó a Plutón a gran velocidad, destruyéndose a sí mismo y arrasando gran parte del manto exterior de Plutón, y Caronte se fusionó a partir de los escombros. Sin embargo, tal impacto debería resultar en un Caronte más helado y un Plutón más rocoso de lo que los científicos han encontrado. Ahora se piensa que Plutón y Caronte podrían haber sido dos cuerpos que chocaron antes de ponerse en órbita uno alrededor del otro. La colisión habría sido lo suficientemente violenta como para hervir hielos volátiles como el metano (CH
₄), pero no lo suficientemente violento como para haberlos destruido. cuerpo. La densidad muy similar de Plutón y Caronte implica que los cuerpos de los padres no estaban completamente diferenciados cuando ocurrió el impacto.

Ambiente

Caronte no tiene una atmósfera significativa. Ha habido especulaciones sobre una atmósfera minúscula que rodea la luna, pero no ha habido indicios de nada sustancial.

Plutón tiene una atmósfera delgada pero significativa, y bajo algunas condiciones, la gravitación de Caronte atrae parte de la atmósfera superior de Plutón, específicamente nitrógeno, de las formaciones de hielo de Plutón, hacia las formaciones de hielo de Caronte. superficie La mayor parte del nitrógeno queda atrapado en el centro de gravedad combinado entre los dos cuerpos antes de llegar a Caronte, pero cualquier gas que llegue a Caronte se mantiene pegado a la superficie. El gas se compone principalmente de iones de nitrógeno, pero las cantidades son insignificantes en comparación con el total de la atmósfera de Plutón.

Las muchas firmas espectrales de formaciones de hielo en la superficie de Caronte han llevado a algunos a creer que las formaciones de hielo podrían proporcionar una atmósfera, pero las formaciones de suministro de atmósfera aún no se han confirmado. Muchos científicos teorizan que estas formaciones de hielo podrían ocultarse fuera de la vista directa, ya sea en cráteres profundos o debajo de la superficie de Caronte. De manera similar a cómo Plutón transfiere la atmósfera a Caronte, la gravedad relativamente baja de Caronte, debido a su baja masa, hace que cualquier atmósfera que pueda estar presente escape rápidamente de la superficie hacia el espacio. Incluso a través de la ocultación estelar, que se utiliza para sondear la atmósfera de los cuerpos estelares, los científicos no pueden confirmar una atmósfera existente; esto se probó en 1986 al intentar realizar pruebas de ocultación estelar en Plutón. Caronte también actúa como protector de la atmósfera de Plutón, bloqueando el viento solar que normalmente chocaría con Plutón, dañando su atmósfera. Dado que Caronte bloquea estos vientos solares, su propia atmósfera se ve disminuida, en lugar de la de Plutón. Este efecto también es una explicación potencial seria de la falta de atmósfera de Caronte; cuando comienza a acumularse, los vientos solares lo apagan. Aunque, todavía es posible que Caronte tenga una atmósfera. Como se dijo anteriormente, Plutón transfiere parte de su gas atmosférico a Caronte, desde donde tiende a escapar al espacio. Suponiendo que la densidad de Caronte es de 1,71 g/cm³, que es la estimación aproximada que tenemos actualmente, tendría una gravedad superficial de 0,6 de la de Plutón. También tiene un peso molecular medio más alto que Plutón y una temperatura superficial de exobase más baja, por lo que los gases en su atmósfera no escaparían tan rápido de Caronte como lo hacen de Plutón.

Ha habido pruebas significativas de gas CO₂ y vapor de H₂O en la superficie de Caronte, pero estos vapores no son suficientes para una atmósfera viable debido a su bajas presiones de vapor. La superficie de Plutón tiene abundantes formaciones de hielo, pero estos son volátiles, ya que están formados por sustancias volátiles como el metano. Estas estructuras de hielo volátiles provocan una gran cantidad de actividad geológica, manteniendo su atmósfera constante, mientras que las estructuras de hielo de Caronte están compuestas principalmente de agua y dióxido de carbono, y mucho menos de sustancias volátiles que pueden permanecer inactivas y no afectar mucho a la atmósfera.

Órbita

Una vista simulada del sistema Plutón-Charon que muestra que Plutón orbita un punto fuera de sí mismo. También es visible el bloqueo de marea mutua entre los dos cuerpos.

Animación de lunas de Plutón alrededor del barícentro de Plutón – plano eclíptico

Vista frontal

Vista lateral

Plutón· Charon· Styx· Nix· Kerberos· Hydra

Caronte y Plutón orbitan entre sí cada 6,387 días. Los dos objetos están bloqueados gravitacionalmente entre sí, por lo que cada uno mantiene la misma cara hacia el otro. Este es un caso de bloqueo de marea mutuo, en comparación con el de la Tierra y la Luna, donde la Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra, pero no al revés. La distancia media entre Caronte y Plutón es de 19.570 kilómetros (12.160 mi). El descubrimiento de Caronte permitió a los astrónomos calcular con precisión la masa del sistema plutoniano y las ocultaciones mutuas revelaron sus tamaños. Sin embargo, tampoco indicó los dos cuerpos' masas individuales, que solo podían estimarse, hasta el descubrimiento de las lunas exteriores de Plutón a finales de 2005. Los detalles de las órbitas de las lunas exteriores revelaron que Caronte tiene aproximadamente el 12 % de la masa de Plutón.

Características físicas

Comparaciones de tamaño: La Tierra, la Luna, y Charon

El diámetro de Caronte es de 1.212 kilómetros (753 mi), poco más de la mitad del diámetro de Plutón. Más grande que el planeta enano Ceres, es el duodécimo satélite natural más grande del Sistema Solar. Caronte es incluso similar en tamaño a las lunas de Urano, Umbriel y Ariel. La rotación lenta de Caronte significa que debería haber poco aplanamiento o distorsión de las mareas, si Caronte es lo suficientemente masivo para estar en equilibrio hidrostático. Cualquier desviación de una esfera perfecta es demasiado pequeña para haber sido detectada por las observaciones de la misión New Horizons. Esto contrasta con Iapetus, una luna de Saturno similar en tamaño a Caronte pero con un achatamiento pronunciado que data de principios de su historia. La falta de tal achatamiento en Caronte podría significar que actualmente se encuentra en equilibrio hidrostático, o simplemente que su órbita se acercó a la actual al principio de su historia, cuando aún estaba caliente.

Basado en las actualizaciones de masa de las observaciones realizadas por New Horizons, la proporción de masa de Caronte a Plutón es de 0,1218:1. Esto es mucho más grande que la Luna a la Tierra: 0.0123:1. Debido a la alta proporción de masa, el baricentro está fuera del radio de Plutón, y el sistema Plutón-Caronte se ha denominado planeta doble enano. Con cuatro satélites más pequeños en órbita alrededor de los dos mundos más grandes, el sistema Plutón-Caronte se ha considerado en los estudios de la estabilidad orbital de los planetas circumbinarios.

Interior

Las dos teorías conflictivas sobre la estructura interna de Charon

El volumen y la masa de Caronte permiten calcular su densidad, 1,702±0.017 g/cm³, a partir de lo cual se puede determinar que Caronte es ligeramente menos denso que Plutón y sugiriendo una composición de 55 % de roca a 45 % de hielo (± 5 %), mientras que Plutón tiene aproximadamente un 70 % de roca. La diferencia es considerablemente menor que la de la mayoría de los satélites sospechosos de colisión. Antes del sobrevuelo de New Horizons, había dos teorías en conflicto sobre la estructura interna de Caronte: algunos científicos pensaban que Caronte era un cuerpo diferenciado como Plutón, con un núcleo rocoso y un manto helado, mientras que otros pensaron que sería uniforme en todas partes. La evidencia en apoyo de la posición anterior se encontró en 2007, cuando las observaciones del Observatorio Gemini de parches de hidratos de amoníaco y cristales de agua en la superficie de Caronte sugirieron la presencia de criogenizadores activos. El hecho de que el hielo aún estuviera en forma cristalina sugería que se había depositado recientemente, porque la radiación solar lo habría degradado a un estado amorfo después de aproximadamente treinta mil años.

Superficie

Charon en color mejorado para sacar diferencias en la composición de la superficie, mostrando el llamado Mordor Macula en la parte superior

Organa, el cráter más joven de Charon.

Mosaico de imágenes de mejor resolución de Charon desde diferentes ángulos

A diferencia de la superficie de Plutón, que está compuesta por hielos de nitrógeno y metano, la superficie de Caronte parece estar dominada por hielo de agua menos volátil. En 2007, las observaciones realizadas por el Observatorio Gemini de parches de hidratos de amoníaco y cristales de agua en la superficie de Caronte sugirieron la presencia de criovolcanes y criogeiseres activos.

El mapeo fotométrico de la superficie de Caronte muestra una tendencia latitudinal en el albedo, con una banda ecuatorial brillante y polos más oscuros. La región del polo norte está dominada por un área oscura muy grande denominada informalmente "Mordor" por el equipo de Nuevos Horizontes. La explicación preferida para esta característica es que está formada por la condensación de gases que escaparon de la atmósfera de Plutón. En invierno, la temperatura es de -258 °C y estos gases, que incluyen nitrógeno, monóxido de carbono y metano, se condensan en sus formas sólidas; cuando estos hielos se someten a la radiación solar, reaccionan químicamente para formar varias tolinas rojizas. Más tarde, cuando el Sol vuelve a calentar el área a medida que cambian las estaciones de Caronte, la temperatura en el polo sube a -213 °C, lo que hace que los volátiles se sublimen y escapen de Caronte, dejando atrás solo las tolinas. Durante millones de años, la tolina residual acumula capas gruesas que oscurecen la corteza helada. Además de Mordor, New Horizons encontró evidencia de una extensa geología pasada que sugiere que Caronte probablemente se diferencia; en particular, el hemisferio sur tiene menos cráteres que el norte y es considerablemente menos escarpado, lo que sugiere que un evento de resurgimiento masivo, quizás provocado por la congelación parcial o total de un océano interno, ocurrió en algún momento en el pasado y eliminó muchos de los cráteres anteriores.

En 2018, la Unión Astronómica Internacional nombró un cráter en Caronte como Revati, un personaje de la epopeya hindú Mahabharata.

Caronte tiene una serie de fosas o cañones extensos, como Serenity Chasma, que se extienden como un cinturón ecuatorial durante al menos 1000 km (620 mi). Argo Chasma alcanza potencialmente una profundidad de 9 km (6 mi), con acantilados escarpados que pueden rivalizar con Verona Rupes en Miranda por el título de acantilado más alto del sistema solar.

Montaña en un foso

En una foto publicada por New Horizons, una característica superficial inusual ha cautivado y desconcertado al equipo científico de la misión. La imagen revela una montaña que surge de una depresión. Es 'una gran montaña asentada en un foso', dijo Jeff Moore, del Centro de Investigación Ames de la NASA, en un comunicado. "Esta es una característica que tiene atónitos y perplejos a los geólogos", agregó. New Horizons capturó la foto desde una distancia de 79 000 km (49 000 mi).

Observación y exploración

Desde las primeras imágenes borrosas de la luna (1), el telescopio espacial Hubble tomó por primera vez imágenes que mostraban a Plutón y Caronte resueltos en discos separados en la década de 1990 (2). El telescopio fue responsable de las mejores imágenes de la luna, aunque de baja calidad. En 1994, la imagen más clara del sistema Plutón-Caronte mostró dos discos distintos y bien definidos (3). La imagen fue tomada por la Cámara de Objetos Débiles (FOC) del Hubble cuando el sistema estaba a 4.400 millones de kilómetros (2.600 millones de millas) de la Tierra. Más tarde, el desarrollo de la óptica adaptativa hizo posible resolver Plutón y Caronte en discos separados utilizando telescopios terrestres.

En junio de 2015, la nave espacial New Horizons capturó imágenes consecutivas del sistema Plutón-Caronte a medida que se acercaba. Las imágenes se juntaron en una animación. Fue la mejor imagen de Caronte hasta la fecha (4). En julio de 2015, la nave espacial New Horizons hizo su acercamiento más cercano al sistema de Plutón. Es la única nave espacial hasta la fecha que ha visitado y estudiado Caronte. El descubridor de Charon, James Christy, y los hijos de Clyde Tombaugh fueron invitados en el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins durante el acercamiento más cercano de New Horizons.

Timeline of Charon observations

1) Discovery;
1978

2) HST – antes de la corrección;
1990

3) HST - después de la corrección;
1994

4) Vista animada de primer color;
2015

Clasificación

El centro de masa (baricentro) del sistema Plutón-Caronte se encuentra fuera de cualquiera de los dos cuerpos. Debido a que ninguno de los objetos orbita realmente al otro, y Caronte tiene un 12,2% de la masa de Plutón, se ha argumentado que Caronte debe considerarse parte de un planeta binario con Plutón. La Unión Astronómica Internacional (IAU) afirma que se considera que Caronte es solo un satélite de Plutón, pero la idea de que Caronte podría clasificarse como un planeta enano por derecho propio puede considerarse en una fecha posterior.

En un borrador de propuesta para la redefinición del término de 2006, la IAU propuso que un planeta se definiera como un cuerpo que orbita alrededor del Sol que es lo suficientemente grande para que las fuerzas gravitatorias hagan que el objeto sea (casi) esférico. Según esta propuesta, Caronte habría sido clasificado como planeta, porque el borrador definía explícitamente un satélite planetario como aquel en el que el baricentro se encuentra dentro del cuerpo principal. En la definición final, Plutón fue reclasificado como planeta enano, pero no se decidió la definición formal de satélite planetario. Charon no está en la lista de planetas enanos actualmente reconocidos por la IAU. Si se hubiera aceptado el borrador de la propuesta, incluso la Luna se clasificaría hipotéticamente como un planeta en miles de millones de años cuando la aceleración de las mareas que está alejando gradualmente a la Luna de la Tierra la aleje lo suficiente como para que el centro de masa del sistema ya no se encuentre. dentro de la Tierra.

Las otras lunas de Plutón, Nix, Hydra, Kerberos y Styx, orbitan el mismo baricentro, pero no son lo suficientemente grandes para ser esféricas y simplemente se consideran satélites de Plutón (o de Plutón-Caronte).

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