Открытие Харона
  Открытие малых спутников Никты и Гидры
  Четвертый спутник Плутона P IV
  Орбитальные характеристики
  Физические параметры  
  Пятый спутник Плутона

Спутниковая система Плутона очень компактная, пять его спутников занимают только 3% области устойчивости, где могут существовать спутники с прямым движением и которая составляет 2.2 млн. км. Можно предположить, что спутники образовались в результате столкновения Плутона с телом на ранней стадии формирования Солнечной системы.

 Открытие Харона. Спутник Плутона Харон был открыт в 1978 г. Кристи и Харрингтоном на снимке, полученном в Морской обсерватории, причем спутник еле различим в виде горба на изображении планеты. Максимальное угловое расстояние между планетой и спутником составляет 0".9, поэтому наблюдения системы с Земли представляют большую трудность. Основные параметры системы Плутон – Харон были получены во время взаимных затмений и покрытий планеты и спутника, которые наблюдаются, когда плоскость орбиты Харона проходит вблизи линии, соединяющей Солнце и Плутон. Такие события повторяются раз в 124 года, что равно половине периода обращения Плутона вокруг Солнца. Мы оказались свидетелями этих редких событий, которые начались в 1985 г. и продолжались до 1990 г. Фотометрические наблюдения взаимных прохождений объектов и их теней по диску планеты и спутника позволили наиболее точно определить параметры системы.
     Оказалось, что имеет смысл рассматривать систему Плутон – Харон как двойную. Плутон и Харон – шарообразные тела с диаметрами 2245.4 и 1200 км. Отношение массы спутника к массе планеты составляет 0.15, что является самым большим в солнечной системе, поэтому оба тела обращаются по круговым орбитам вокруг общего центра масс на расстоянии 19130 км друг от друга с периодом 6.38 сут. Каждое из тел вращается вокруг собственной оси с тем же периодом. Оси вращения перпендикулярны плоскости орбиты Харона. Плутон и Харон постоянно ориентированы друг к другу одними сторонами. Таким образом, система считается полностью закончившей свою эволюцию – она является дважды синхронизированной – синхронность вращения планеты и спутника с орбитальным движением.
     Масса системы Плутон-Харон составляет 1.47 x 10²⁵ г, что около 0.00247 массы Земли. Харон почти вдвое темнее Плутона. Альбедо Плутона 60 %, альбедо Харона - 37%. Средняя плотность Харона 1.2-1.3 г/см ³, в то время как у Плутона 1.8-2.1 г/см ³. Отсюда можно сделать вывод, что если состав Плутона - это каменные породы и водяной лед, то Харон - аналог ледяных спутников Сатурна. Такое различие указывает на независимое происхождение этих небесных тел. Таким образом, вопрос о происхождении Плутона и пары Плутон-Харон остается открытым.

      Открытие малых спутников Никты и Гидры.

31 октября 2005 г. в Циркуляре Международного астрономического союза (IAUC 8625) появилось сообщение об открытии двух новых спутников Плутона. Объекты, предварительно названные S/2005 P1 и S/2005 P2, наблюдались с помощью космического телескопа Хаббла 15 и 18 мая этого года на расстоянии от 2″ до 3″ от центра Плутона и имели 22 и 23 видимые величины. При условии, что орбиты являются круговыми и расположены в плоскости орбиты Харона, были вычислены их размеры и периоды обращения спутников вокруг Плутона.

Для первого спутника S/2005 P1,  который получил название Hydra (Гидра) большая полуось круговой орбиты составляет примерно 64700 км, период Р = 38.2 суток. Для второго спутника S/2005 P2 Nyx (Никта) большая полуось круговой орбиты составляет 49400 км, а период обращения 25.5 суток. Изучение архивных данных, полученных на телескопе Хаббла, показали присутствие этих спутников вблизи предсказанных положений на снимках, полученных три года назад 14 июня 2002 г. Пожалуй, это лучшее подтверждение того, что тела являются спутниками Плутона, а не объектами пояса Койпера. 
Если предположить, что спутники имеют отражательную способность 4%, как у самых темных ядер комет, то диаметр большего из спутников Гидры составляет 160 км. При альбедо, характерном для Кентавров, а именно 15%, размер спутника – 80 км; если же альбедо такое, как у Харона 38%, то диаметр спутника составляет 52 км. Спутник Никта на 25% слабее первого, и при условии, что отражательные способности у них одинаковы,  размер второго спутника на 10% или 15% меньше первого. Поиск неизвестных спутников в зоне орбитальной устойчивости, составляющей (±100″) вокруг Плутона, не показали каких-либо потенциальных спутников ярче, чем видимая величина V =27.1.

Открытие четвертого спутника Плутона

Четвертый спутник Плутона получил название Цербер (Kerberos) [12]. В греческой мифологии - один из детей Ехидны с Тифоном. Трехглавый пес, на шее которого движутся с грозным шипением змеи, и вместо хвоста у него ядовитая змея. Он страж царства мертвых, служит Аиду (богу Царства мертвых), стоит в преддверии Ада и охраняет его вход.

При обзоре Хаббла (Hubble Survey), который ищет кольцо вокруг далекой карликовой планеты Плутон, был открыт четвертый спутник Плутона S/2011(134340)1, который получил временное обозначение P4. Первооткрыватели - M. R. Showalter (SETI Institute) и D. P. Hamilton (University of Maryland) -- руководители группы, которая включала в себя сотрудников S. A. Stern (Southwest Research Institute), H. A. Weaver (Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University), A. J. Steffl и L. A. Young (Southwest Research Institute). Крошечный объект диаметром от 13 до 34 км был открыт на расстоянии 5 млрд км широкоугольной камерой телескопа Хаббла (Hubble's Wide Field camera) 28 июня 2011 года. Открытие было подтверждено снимками 3 и 18 июля 2011 г. Кроме того, он был обнаружен на архивных пластинках Hubble Space Telescope ACS/HRC  2006 года, полученных 15 февраля. Круговая экваториальная орбита нового спутника находится между орбитами Никты и Гидры на расстоянии 59000 км от Плутона, период обращения составляет 32.1 суток. Видимая величина спутника составляет 26m

Средние экваториальные (IAU экватор) орбитальные элементы, планетоцентрические для Харона, барицентрические для остальных спутников  (PLU042) [13], период вращения [14]

Номер	Временное обозначение	Латинское название	Русское название	Орбитальный период (сут)	Большая полуось (км)	Эксцен- триситет	Наклон к орбите Плутона (град)	Долгота восх. узла (град)	Долгота периапсиса (град)	Средняя аномалия в эпоху (град)
PI		Charon	Харон	6.3872304 ± 0.0000011	19 591	0.0002	0.080	26.928	146.106	131.070
PII	S/2005 P2	Nix	Никта	24.85463 ± 0.00003	48 671	0.0000	0.000	203.400	324.463	284.405
PIII	S/2005 P1	Hydra	Гидра	38.20177 ± 0.00003	64 698	0.0056	0.304	113.173	153.307	326.678
PIV	S/2011(134340)1	Kerberos	Цербер	32.16756 ± 0.00014	57729	0.0000	0.426	305.871	160.629	161.061
PV	S/2012(134340)1	Styx	Стикс	20.16155 ± 0.00027	42393	0.0006	0.080	26.956	330.244	194.546

Периоды орбитальных движений спутников относятся как целые числа 6:5:4:3:1 (P_Hidra:P_Kerberos:P_Nix:PStyx: P_Charon), т.е. имеется резонанс в средних движениях спутников.

Пятый спутник Плутона

    Группа наблюдателей во главе с Шоуолтером (M. R. Showalter, SETI Institute; H. A. Weaver, Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University; S. A. Stern, A. J. Steffl, M.W. Buie, and W. J. Merline, Southwest Research Institute; M. J. Mutchler and R. Soummer, Space Telescope Science Institute; and H.B. Throop,  NASA Headquarters) сообщили об открытии пятого спутника Плутона с помощью широкоугольной камеры телескопа Хаббла (IAUC 9253). Он получил временное обозначение S/2012 (134340) 1. Видимая величина V = 27.0 +/- 0.3. При альбедо, совпадающем с альбедо Харона , т.е. примерно p = 0.35, диаметр спутника составит 10 км. Если p = 0.04, то его диаметр примерно 25 км.

Движение спутника происходит по почти круговой орбите компланарно с другими спутниками на расстоянии 42000 +/- 2000 км со средним движением 17.8 +/- 0.1 град/сут, что дает период обращения вокруг Плутона P = (20.2 +/- 0.1) сут.

Пятый спутник получил название Стикс (Styx) [12] Стикс (др.-греч. Στύξ «чудовище», лат. Styx) — в древнегреческой мифологии— олицетворение первобытного ужаса и мрака, из которых возникли первые живые существа, и персонификация одноимённой мифической реки Стикс. Дочь Океана и Тефиды или дочь Никты и Эреба.

Физические параметры

Спутники нейтрально серые как Харон, не имеют фотометрических вариаций, повидимому сферической формы. Предполагается общее происхождение системы гигантским столкновением с прото-Плутоном, в результате которого Харон получил эксцентрическую орбиту. В дальнейшем приливное взаимодействие привело к резонансным, компланарным и почти круговым орбитам Харона, Никты и Гидры, а также синхронизации вращения Харона с орбитальным движением и с вращением Плутона.

Номер

Русское название

Размеры (км)

Масса

FM км3/сек2

Плотность г/см3

Средняя величина в оппозиции V

Период вращения (сут)

Полюс вращения (RA, DEC)

Геометрическое  альбедо

PI Charon

Харон

593. ± 13

[6]

1.90×1021

108. ± 6.

1.853 ± 0.158

17.26 ± 0.01

[5]

6.3872304

[313°.02, 9°.09]

0.372±0.012

[7]

PII Nix

Никта

50 × 35 × 33

[14]

23.38 ± 0.17

[9]

1.829 ± 0.009

[350°, 42°]

0.56 ± 0.05

[14]

PIII Hydra

Гидра

65 × 45 × 25

[14]

22.93 ± 0.12

[9]

0.4295±0.0008

[257°, –24°]

0.83 ± 0.08

[14]

P IV Kerberos

Цербер

19 × 10 × 9

[14]

26.1 ± 0.3

[10]

5.31 ± 0.10

[222°, 72°]

0.56 ± 0.05

[14]

P V Styx

Стикс

16 × 9 × 8

[14]

27.0 ± 0.3

[11]

3.24 ± 0.07

[196°, 61°]

0.65 ± 0.07

[14]

Три спутника Плутона в одном масштабе: Харон, Никта и Гидра.

Спектры малых спутников Плутона Гидры и Никты, полученные миссией Новые Горизонты (New Horizons) показали, что спутники состоят в основном из чистого водяного льда

Спектры трех крупнейших спутников Плутона и чистого водяного льда. Спектр Никты был получен спектрометром LEISA 14 июля 2015 года с расстояния 60 тыс. км, пространственное разрешение спектрографа – 3.7 км на пиксель.

Литература

1. H. A. Weaver, S. A. Stern, M. J. Mutchler, A. J. Steffl, M. W. Buie, W. J. Merline, J. R. Spencer, E. F. Young, & L. A. Young. The Discovery of Two New Satellites of Pluto. (arXiv: astro- ph/ 0601018 v1 2 Jan 2006). Nature, Volume 439, Issue 7079, pp. 943-945 (2006).

2. Sicardy, B. et al. The 11 July 2005 Charon stellar occultation. AAS/Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts 37, 733 (2005).
3. Marc W. Buie, William M. Grundy, Eliot F. Young, Leslie A. Young, and S. Alan Stern. Orbits and photometry of Pluto’s satellites: Charon, S/2005 P1 and S/2005 P2. The Astronomical Journal, 132, p. 290–298, 2006.
4. S.A. Stern, H.A. Weaver, A.J. Steffl, M.J. Mutchler, W.J.Merline, M.W. Buie, E.F. Young, L.A. Young, & J.R. Spencer. A giant impact origin for Pluto's small moons and satellite multiplicity in the Kuiper belt. Nature 439, 946-948, 2006.
5. Null, G.W., and Owen, W.M. 1996. ``Charon/Pluto Mass Ratio Obtained with HST CCD Observations in 1991 and 1993'', Astronomical Journal 111, 1368.
6. Tholen, D.J. and Buie, M.W. 1990. ``Further Analysis of Pluto-Charon Mutual Event Observations-1990'', Bulletin of the American Astronomical Society 22, 1129.
7. Reinsch, K., Burwitz, V., Festou, M. C. 1994. ``Albedo Maps of Pluto and Improved Physical Parameters of the Pluto-Charon System'', Icarus 108, 209-218.
8. Steffl, A. J.; Mutchler, M. J.; Weaver, H. A.; Stern, S. A.; Durda, D. D.; Terrell, D.; Merline, W. J.; Young, L. A.; Young, E. F.; Buie, M. W.; Spencer, J. R. New Constraints on Additional Satellites of the Pluto System. 2006. The Astron. J., V. 132, Issue 2, pp. 614-619
9. Stern, S. A.; Mutchler, M. J.; Weaver, H. A.; Steffl, A. J. The Positions, Colors, and Photometric Variability of Pluto's Small Satellites from HST Observations 2005-2006. 2006. (arXiv:astro-ph/0605014).  Lunar and Planetary Science XXXVIII (2007). LPI Contribution No. 1338, p.1722
10.  Electronic Telegram (СBET No. 2769)
11. IAUC 9253.
12. IAU Electronic Telegram (СBET No. 3575)
13. Brozovic, M. and Jacobson, R. A. (2013) ``The Orbits, Masses of Pluto's Satellites'', Presented at The Pluto System on the Eve of Exploration by New Horizons: Perspectives, Predictions held at APL, Laurel, MD - PLU042 - JPL satellite ephemeris.

14. H. A. Weaver,* M. W. Buie, B. J. Buratti, W. M. Grundy, T. R. Lauer, C. B. Olkin, A. H. Parker, S. B. Porter, M. R. Showalter, J. R. Spencer, S. A. Stern, A. J. Verbiscer, W. B. McKinnon, J. M. Moore, S. J. Robbins, P. Schenk, K. N. Singer, O. S. Barnouin, A. F. Cheng, C.M. Ernst, C. M. Lisse, D. E. Jennings, A. W. Lunsford, D. C. Reuter, D. P. Hamilton, D. E. Kaufmann, K. Ennico, L. A. Young, R. A. Beyer, R. P. Binzel, V. J. Bray, A. L. Chaikin, J. C. Cook, D. P. Cruikshank, C. M. Dalle Ore, A. M. Earle, G. R. Gladstone, C. J. A. Howett, I. R. Linscott, F. Nimmo, J. Wm. Parker, S. Philippe, S. Protopapa, H. J. Reitsema, B. Schmitt, T. Stryk, M. E. Summers, C. C. C. Tsang, H. H. B. Throop, O. L. White, A. M. Zangari. The small satellites of Pluto as observed by New Horizons. 2016. Science 351, ISSUE 6279, aae0030.