De ontdekking van Pluto
Bijna tachtig jaar geleden deed een astronoom, werkzaam bij het Lowell Observatory in de Verenigde Staten, een ontdekking die uiteindelijk de aanzet zou geven tot een drastische verandering in de manier waarop wij naar ons zonnestelsel kijken. De jonge astronoom was Clyde Tombaugh, een assistent die werkte in het observatorium dat beroemd was geworden door de grote astronoom Percival Lowell. Tombaugh zette de zoektocht voort naar een ongrijpbare planeet – planeet X – waarvan Lowell (ten onrechte) had gedacht dat hij verantwoordelijk was voor het verstoren van de banen van Uranus en Neptunus.
Na vele nachten bij de telescoop te hebben doorgebracht met het belichten van fotografische platen en ze maandenlang moeizaam te hebben gescand op tekenen van een planeet, zag Tombaugh binnen een jaar waar hij naar zocht. Rond 4 uur ’s middags op 18 februari 1930 begon Tombaugh twee platen te vergelijken die hij in januari van dat jaar had genomen en die een regio in het sterrenbeeld Tweelingen lieten zien. Terwijl hij van de ene plaat naar de andere bladerde, om te zien of er iets tussen de twee platen bewoog (het herkenningsteken van de planeet waar hij op jaagde), zag hij iets. In een deel van het beeld flitste een klein object een paar millimeter terwijl hij tussen de twee platen heen en weer schakelde. Tombaugh had zijn nieuwe planeet gevonden! (Stern & Mitton, 2005)
Het veranderende landschap van het zonnestelsel
Het object dat Tombaugh had ontdekt kreeg de naam Pluto, een naam die officieel is aangenomen door de American Astronomical Society, de Royal Astronomical Society in het Verenigd Koninkrijk en de IAU. Het is een ijskoude wereld, miljarden kilometers van de aarde verwijderd, en 30 keer minder massief dan de toen bekende kleinste planeet, Mercurius. Maar Pluto was niet alleen. Hij bleek vijf satellieten te hebben. De grootste, Charon, werd in 1978 ontdekt. De kleinere vier werden ontdekt met de Hubble Space Telescope in 2005, 2011 en 2012 en officieel Nix, Hydra, begin 2006 (lees meer) , Kerberos en Styx in 2013 (lees meer) genoemd door de IAU.
De kijk op het landschap van ons zonnestelsel begon te veranderen op 30 augustus 1992 met de ontdekking door David Jewitt en Jane Luu van de Universiteit van Hawaii van de eerste van de meer dan 1000 nu bekende objecten die voorbij Neptunus draaien in wat vaak het transneptuniaanse gebied wordt genoemd. Meer in het algemeen worden deze hemellichamen vaak simpelweg aangeduid als Trans-Neptunische Objecten (TNO’s).
Toen er zoveel Trans-Neptunische Objecten werden gevonden, leek het onvermijdelijk dat er een of meer zouden worden gevonden die qua grootte konden wedijveren met Pluto. In de nacht van 21 oktober 2003 zochten Mike Brown van Caltech, Chad Trujillo van de Gemini Observatory en David Rabinowitz van de Yale University met een telescoop en camera bij de Palomar Observatory in de VS naar de rand van het zonnestelsel. Die nacht maakten zij opnamen van een gebied aan de hemel waarop een object te zien was dat bewoog ten opzichte van de achtergrondsterren. Uit latere analyse bleek dat zij een andere koude wereld van ongeveer 2500 km doorsnee hadden ontdekt, die in een baan om de zon draaide. Latere waarnemingen toonden aan dat het nieuwe object, dat aanvankelijk 2003 UB313 werd genoemd volgens het protocol van de Internationale Astronomische Unie over de eerste aanduiding van dergelijke objecten, zwaarder was dan Pluto en dat het ook een satelliet had (lees meer). Nu een object groter en massiever dan Pluto voorbij Neptunus staat en er steeds meer van deze Trans-Neptunische Objecten worden ontdekt, beginnen astronomen zich af te vragen: “Wat is nu eigenlijk een planeet?”
Een nieuwe klasse objecten en hoe definieer je een planeet
De IAU is al sinds begin 1900 verantwoordelijk voor de naamgeving en nomenclatuur van planetaire lichamen en hun satellieten. Zoals professor Ron Ekers, voormalig voorzitter van de IAU, uitlegt:
Dergelijke besluiten en aanbevelingen zijn niet afdwingbaar door nationale of internationale wetgeving; in plaats daarvan stellen zij conventies vast die bedoeld zijn om ons begrip van astronomische objecten en processen te helpen vergroten. Daarom moeten IAU-aanbevelingen berusten op vaststaande wetenschappelijke feiten en een brede consensus in de betrokken gemeenschap hebben.(lees het volledige artikel op pagina 16 van de IAU GA Newspaper)
De IAU besloot een commissie in te stellen om meningen te verzamelen uit een breed scala van wetenschappelijke belangen, met inbreng van professionele astronomen, planeetwetenschappers, historici, wetenschapsuitgevers, schrijvers en onderwijzers. Aldus werd de Commissie voor de Definitie van Planeten van het Uitvoerend Comité van de IAU gevormd, die snel aan de slag ging met het opstellen van een ontwerp-resolutie die aan de leden van de IAU moest worden voorgelegd. Na de laatste vergadering in Parijs was de ontwerp-resolutie klaar. Een cruciaal aspect van de resolutie wordt beschreven door professor Owen Gingerich, voorzitter van het comité voor de definitie van planeten van de IAU: “Aan de wetenschappelijke kant wilden we arbitraire cut-offs op basis van afstanden, perioden, magnituden, of naburige objecten vermijden”. (lees meer in de IAU GA Newspaper, vanaf pagina 16 van de PDF)
De uiteindelijke resolutie
Het eerste conceptvoorstel voor de definitie van een planeet is tijdens de Algemene Vergadering van de IAU in 2006 in Praag door astronomen heftig bediscussieerd en langzaamaan kreeg een nieuwe versie vorm. Deze nieuwe versie was voor de meerderheid aanvaardbaarder en werd tijdens de sluitingsceremonie op 24 augustus 2006 ter stemming voorgelegd aan de leden van de IAU. Aan het eind van de Algemene Vergadering in Praag stemden de leden dat resolutie B5 over de definitie van een planeet in het Zonnestelsel als volgt zou luiden:
Een hemellichaam dat (a) in een baan rond de Zon is, (b) voldoende massa heeft voor zijn zelfzwaartekracht om de starre-lichaamskrachten te overwinnen zodat het een hydrostatisch evenwichtsvorm (bijna rond) aanneemt, en (c) de omgeving rond zijn baan heeft ontruimd.
(lees meer)
Dwergplaneten, plutoïden en het zonnestelsel vandaag de dag
De IAU-resolutie betekent dat het zonnestelsel officieel bestaat uit acht planeten Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Ook werd besloten tot een nieuwe aparte klasse van objecten, dwergplaneten genaamd. Overeengekomen werd dat planeten en dwergplaneten twee verschillende klassen van objecten zijn. De eerste leden van de categorie dwergplaneten zijn Ceres, Pluto en Eris, voorheen bekend als 2003 UB313. Eris kreeg zijn naam na de Algemene Vergadering van de IAU in 2006 (lees meer) Eris is de Griekse god van tweedracht en strijd, een naam die de ontdekker Mike Brown passend vond in het licht van de academische commotie die op zijn ontdekking volgde.
De dwergplaneet Pluto wordt erkend als een belangrijk prototype van een nieuwe klasse van Trans-Neptunische objecten. De IAU heeft deze objecten een nieuwe naam gegeven: plutoïden.
Het besluit is nog steeds van kracht en getuigt van de veranderlijkheid van de wetenschap en hoe ons beeld van het heelal zich blijft ontwikkelen door veranderingen in waarnemingen, metingen en theorie.
De nieuwste waarnemingen
Op 14 juli 2015 vloog NASA’s New Horizons-ruimtevaartuig langs Pluto en leverde talrijke beeld-, spectroscopie- en in-situ-datasets die onze kennis over Pluto en zijn systeem van vijf manen ingrijpend hebben veranderd. De beelden stelden vast dat Pluto groter is dan Eris en het grootste lichaam in de Kuipergordel is. De beelden onthulden ook een opmerkelijk landschap met een verscheidenheid aan landvormen, waaronder brede vlaktes, bergketens van enkele kilometers hoog, en bewijzen voor vulkanen.
Pluto’s oppervlak is ongewoon door zijn diversiteit aan oppervlaktesamenstellingen en kleuren. Sommige gebieden zijn zo helder als sneeuw en andere zijn zo donker als houtskool. Kleurenbeelden en samenstellings spectroscopie onthulden een zeer complexe verdeling van oppervlakte-ijs, met inbegrip van stikstof, koolmonoxide, water en methaan, evenals hun chemische bijproducten geproduceerd door radiolyse. Er is ook vastgesteld dat sommige oppervlakken op Pluto volledig vrij zijn van zichtbare kraters, wat erop wijst dat ze in het recente verleden zijn veranderd of ontstaan. Andere oppervlakken zijn zwaar gekraterd en lijken extreem oud te zijn. Pluto wordt omhuld door een koude, stikstof-gedomineerde atmosfeer die een dunne, zeer uitgebreide nevellaag bevat van ongeveer 150 km dik. luto’s grote maan Charon vertoont indrukwekkende tektoniek en bewijs voor een heterogene samenstelling van de aardkorst, maar geen bewijs voor een atmosfeer; zijn pool vertoont raadselachtig donker terrein. Er werden geen nieuwe satellieten ontdekt, noch ringen. De kleine satellieten Hydra en Nix hebben helderder oppervlakken dan verwacht.
Deze resultaten roepen fundamentele vragen op over hoe een kleine, koude planeet actief kan blijven gedurende de leeftijd van het zonnestelsel. Ze tonen aan dat dwergplaneten wetenschappelijk gezien net zo interessant kunnen zijn als planeten. Net zo belangrijk is dat alle drie de grote Kuipergordellichamen die tot nu toe door ruimtevaartuigen zijn bezocht – Pluto, Charon, en Triton – meer verschillend dan vergelijkbaar zijn, wat getuigt van de potentiële diversiteit die de verkenning van hun rijk te wachten staat.
Stern, A., & Mitton, J., 2005, Pluto and Charon: Ice Worlds on the Ragged Edge of the Solar System, Wiley-VCH 1997
Planeten, Dwergplaneten en Kleine Zonnestelsellichamen
Vragen en Antwoorden
Vraag: Wat is de oorsprong van het woord planeet?
A: Het woord planeet komt van het Griekse woord voor “zwerver”, wat betekent dat planeten oorspronkelijk werden gedefinieerd als objecten die aan de nachtelijke hemel bewogen ten opzichte van de achtergrond van vaste sterren.
Q: Waarom is er behoefte aan een nieuwe definitie voor het woord planeet?
A: De moderne wetenschap biedt veel meer informatie dan het simpele feit dat objecten die rond de Zon draaien lijken te bewegen ten opzichte van de achtergrond van vaste sterren. Zo zijn er onlangs nieuwe ontdekkingen gedaan van objecten in de buitenste regionen van ons zonnestelsel die qua afmetingen vergelijkbaar zijn met en groter zijn dan Pluto. Van oudsher wordt Pluto als de negende planeet beschouwd. Deze ontdekkingen hebben dus terecht de vraag opgeroepen of de nieuw gevonden Trans-Neptunische Objecten ook als nieuwe planeten moeten worden beschouwd.
Q: Hoe hebben astronomen consensus bereikt over een nieuwe definitie van planeet?
A: De astronomen van de wereld hebben, onder auspiciën van de Internationale Astronomische Unie, bijna twee jaar lang beraadslaagd over een nieuwe definitie voor het woord planeet. De resultaten van deze beraadslagingen werden doorgegeven aan een Comité voor de Definitie van Planeten en uiteindelijk voorgesteld aan de Algemene Vergadering van de IAU. De voortdurende evolutie van de definitie door middel van debat en verdere discussie maakte een uiteindelijke consensus en stemming mogelijk.
Q: Welke nieuwe termen worden gebruikt in de officiële IAU-definitie?
A: Er zijn drie nieuwe termen die door de IAU als officiële definities zijn aangenomen. De termen zijn: planeet, dwergplaneet en klein zonnestelsellichaam.
Q: Wat is, in gewone taal, de nieuwe definitie van planeet?
A: Een planeet is een voorwerp in een baan rond de Zon dat groot genoeg is (massief genoeg) om door zijn zelfzwaartekracht in een ronde (of bijna-bolvormige) vorm te worden getrokken. Bovendien draait een planeet in een vrij pad rond de Zon. Als een voorwerp zich in de buurt van de baan van een planeet waagt, zal het óf op de planeet botsen, en daardoor worden aangeslingerd, óf in een andere baan worden geslingerd.
Q: Wat is de precieze formulering van de officiële door de IAU voorgestelde definitie van planeet?
A: Een planeet is een hemellichaam dat (a) in een baan rond de Zon is, (b) voldoende massa heeft om door zijn zelfzwaartekracht de starre-lichaamskrachten te overwinnen, zodat het een hydrostatisch evenwichtsvorm (bijna rond) aanneemt, en (c) de buurt rond zijn baan heeft ontruimd.
Q: Moet een hemellichaam volkomen bolvormig zijn om een planeet genoemd te worden?
A: Nee. De draaiing van een hemellichaam kan bijvoorbeeld de vorm enigszins vervormen, zodat het niet volmaakt bolvormig is. De aarde, bijvoorbeeld, heeft een iets grotere diameter gemeten aan de evenaar dan gemeten aan de polen.
Q: Hoeveel planeten zijn er in ons zonnestelsel, gebaseerd op deze nieuwe definitie?
A: Er zijn acht planeten in ons zonnestelsel; Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus. Mnemonisch: *My Very Educated Mother Just Served Us Nachos (Phyllis Lugger, *http://www.aas.org/cswa/bulletin.board/2006/08.25.06.html).
Q: Is dat alles, maar acht planeten?
A: Nee. Naast de acht planeten zijn er ook nog vijf dwergplaneten bekend. Waarschijnlijk zullen er binnenkort nog veel meer dwergplaneten worden ontdekt.
Q: Wat is een dwergplaneet?
A: Een dwergplaneet is een object in een baan rond de Zon dat groot genoeg (massief genoeg) is om door zijn eigen zwaartekracht in een ronde (of bijna ronde) vorm te worden getrokken. Over het algemeen is een dwergplaneet kleiner dan Mercurius. Een dwergplaneet kan ook in een zone draaien waar veel andere objecten in zitten. Bijvoorbeeld, een baan binnen de asteroïdengordel is in een zone met veel andere objecten.
Q: Hoeveel dwergplaneten zijn er?
A: Momenteel zijn er vijf objecten die als dwergplaneten worden beschouwd. Ceres, Pluto, Eris, Makemake en Haumea.
Q: Wat is Ceres?
A: Ceres is (of nu kunnen we zeggen dat het was) de grootste asteroïde, ongeveer 1000 km in doorsnee, die in een baan draait in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. Ceres kan nu als een dwergplaneet worden aangemerkt, omdat nu bekend is dat hij groot (massief genoeg) is om door zijn zelfzwaartekracht een bijna ronde vorm aan te nemen. (Thomas, 2005) Ceres draait in de asteroïdengordel en is een voorbeeld van een object dat niet in een duidelijk pad ronddraait. Er zijn veel andere asteroïden die in de buurt kunnen komen van de omloopbaan van Ceres.
Q: Werd Ceres vroeger niet een asteroïde of een kleine planeet genoemd?
A: Historisch gezien werd Ceres een planeet genoemd toen hij voor het eerst werd ontdekt in 1801, in een baan die bekend staat als de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. In de 19e eeuw konden astronomen de grootte en vorm van Ceres niet vaststellen, en omdat er talrijke andere hemellichamen in hetzelfde gebied werden ontdekt, verloor Ceres zijn planetaire status. Sinds meer dan een eeuw wordt Ceres een asteroïde of een kleine planeet genoemd.
Q: Waarom wordt Pluto nu een dwergplaneet genoemd?
A: Pluto valt nu in de categorie dwergplaneten, vanwege zijn grootte en het feit dat hij zich bevindt binnen een zone van andere objecten van vergelijkbare grootte, bekend als de transneptunische regio.
Q: Is Pluto’s satelliet Charon een dwergplaneet?
A: Voorlopig wordt Charon alleen gezien als Pluto’s satelliet. Het idee dat Charon in aanmerking zou kunnen komen om een dwergplaneet te worden genoemd, kan later worden overwogen. Charon kan in aanmerking komen omdat Pluto en Charon vergelijkbaar zijn in grootte en om elkaar heen draaien, in plaats van dat ze alleen maar een satelliet zijn die om een planeet draait. Het belangrijkste voor Charon als dwergplaneet is dat het zwaartepunt waar Charon omheen draait niet binnen het primaire systeem, Pluto, ligt. In plaats daarvan ligt dit zwaartepunt, dat het barycentrum wordt genoemd, in de vrije ruimte tussen Pluto en Charon.
Q: Jupiter en Saturnus, bijvoorbeeld, hebben grote bolvormige satellieten in een baan om hen heen. Moeten deze grote bolvormige satellieten nu dwergplaneten worden genoemd?
A: Nee. Alle grote satellieten van Jupiter (bijvoorbeeld Europa) en Saturnus (bijvoorbeeld Titan) draaien rond een gemeenschappelijk zwaartepunt (dat het “barycentrum” wordt genoemd) dat diep binnenin hun massieve planeet ligt. Ongeacht de grootte en vorm van deze hemellichamen, is de locatie van het zwaartepunt in het binnenste van de massieve planeet de reden waarom grote hemellichamen zoals Europa, Titan, etc. satellieten zijn in plaats van planeten.
Q: Wat was 2003 UB313?
A: 2003 UB313 was een voorlopige naam voor een groot object, ontdekt in 2003, dat in een baan rond de Zon voorbij Neptunus draait. Het wordt nu Eris genoemd en wordt erkend als een dwergplaneet.
Q: Waarom is Eris een dwergplaneet?
A: Opnamen van de Hubble Space Telescope hebben de grootte van Eris vastgesteld en laten zien dat hij even groot is als, of groter dan Pluto, Brown (2006).Belangrijker is dat Eris een satelliet bleek te hebben, die later Dysnomia werd genoemd, naar de Griekse demon van wetteloosheid die Eris’ dochter was. In 2007 werd de massa van Eris vastgesteld op (1,66 ± 0,02)×1022 kg, 27% meer dan Pluto, gebaseerd op waarnemingen van de baan van Dysnomia. Eris draait ook binnen het transneptunische gebied – een gebied dat nog niet is opgeruimd. Daarom is Eris een dwergplaneet.
Q: Hoe wordt een object genoemd dat te klein is om een planeet of dwergplaneet te zijn?
A: Alle hemellichamen die rond de Zon draaien en te klein zijn (niet massief genoeg) om door hun eigen zwaartekracht in een bijna bolvorm getrokken te worden, worden nu gedefinieerd als kleine hemellichamen van het Zonnestelsel. Deze klasse omvat momenteel de meeste asteroïden van het Zonnestelsel, bijna-Aarde objecten (NEO’s), Mars en Jupiter Trojaanse asteroïden, de meeste Centauren, de meeste Trans-Neptunische Objecten (TNO’s) en kometen.
Q: Wat is een klein Zonnestelsellichaam?
A: De term “klein Zonnestelsellichaam” is een nieuwe IAU-definitie om alle objecten te omvatten die om de Zon draaien en te klein zijn (niet massief genoeg) om aan de definitie van planeet of dwergplaneet te voldoen.
Q: Wordt de term kleine planeet nog steeds gebruikt?
A: De term “kleine planeet” mag nog steeds worden gebruikt. Maar over het algemeen zal de voorkeur worden gegeven aan de term klein zonnestelsellichaam.
Q: Hoe zal een officieel besluit worden genomen over de vraag of een nieuw ontdekt object een planeet, dwergplaneet, of zonnestelsellichaam moet worden genoemd?
A: De beslissing over de classificatie van nieuw ontdekte objecten zal worden genomen door een beoordelingscommissie binnen de IAU. Het beoordelingsproces zal een evaluatie zijn, gebaseerd op de beste beschikbare gegevens, of de fysische eigenschappen van het object al dan niet aan de definities voldoen. Het is waarschijnlijk dat voor veel objecten meerdere jaren nodig zullen zijn om voldoende gegevens te verzamelen.
Q: Worden er op dit moment nog meer planeet-kandidaten overwogen?
A: Nee. Geen enkele lijkt waarschijnlijk in ons zonnestelsel. Maar er zijn wel veel planeten ontdekt rond andere sterren.
Q: Worden er nog meer dwergplaneet-kandidaten overwogen?
A: Ja. Enkele van de grootste asteroïden kunnen in aanmerking komen voor de status van dwergplaneet, en er zullen binnenkort nog meer dwergplaneetkandidaten voorbij Neptunus worden overwogen.
Q: Wanneer zullen er waarschijnlijk nog meer nieuwe dwergplaneten bekend worden gemaakt?
A: Waarschijnlijk in de komende paar jaar.
Q: Hoeveel nieuwe dwergplaneten zullen er waarschijnlijk komen?
A: Er kunnen er tientallen of misschien zelfs meer dan honderd zijn die wachten om ontdekt te worden.
Q: Wat zijn plutoïden?
A: Plutoïden zijn hemellichamen in een baan rond de Zon met een halve lange as groter dan die van Neptunus die voldoende massa hebben om hun eigen zwaartekracht te overwinnen zodat ze een hydrostatische evenwichtsvorm (bijna-bolvormig) aannemen, en die de buurt rond hun baan niet hebben ontruimd. Satellieten van plutoïden zijn zelf geen plutoïden, ook al zijn ze zo massief dat hun vorm wordt bepaald door de zelfzwaartekracht. De twee bekende en genoemde plutoïden zijn Pluto en Eris. Verwacht wordt dat meer plutoïden een naam zullen krijgen naarmate de wetenschap voortschrijdt en nieuwe ontdekkingen worden gedaan. (Lees meer)
Vraag: Kan een satelliet die in een baan om een plutoïde draait ook een plutoïde zijn?
A: Nee, volgens de IAU Resolutie B5 kan een dwergplaneet geen satelliet zijn, zelfs niet als ze zo massief zijn dat hun vorm wordt bepaald door zelfzwaartekracht.
(Lees meer)