Pluto: 458× lehčí než Země
Pluto je lehčí než Měsíc, zhruba pětkrát. To číslo dřepí v krku. Měsíc každý vidí na obloze jako „to malé”, a Pluto je malé ještě vůči němu. Na tohle mozek není stavěný a intuice se zasekne.
Přesněji: hmotnost Pluta je 1,303 × 10²² kg, hmotnost Měsíce 7,342 × 10²² kg, poměr těsně nad 1 : 5,6. Země je pak celých 458,3krát hmotnější než Pluto; její hmotnost je 5,9722 × 10²⁴ kg. Obě čísla pocházejí z NASA Planetary Fact Sheet a jsou ověřená měřeními sondy New Horizons při průletu Plutem v červenci 2015.
Hmotnost, ne váha
Slovo „hmotnost” tady není záměna za „váhu”, je to rozdíl, na kterém závisí celé srovnání. Váha je síla: závisí na místním gravitačním poli a změní se, když přesuneš těleso jinam. Hmotnost je vlastnost tělesa samotného, platí stejně na Plutu, u Jupiteru i v laboratoři. Číslo 458,3 proto není výsledek lokálního měření někde v Kuiperově pásu; je to poměr platný kdekoli ve vesmíru.
Proč je propast tak velká? Hmotnost koule roste s třetí mocninou poloměru krát hustota, obě veličiny se násobí, nesčítají. Pluto má volumetrický střední poloměr 1 188 km, přibližně 0,186 zemského (Země: 6 371 km). Samotný poloměrový poměr by dal hmotnostní poměr asi 0,186³ ≈ 0,0065. Ale hustota Pluta je jen 1 854 kg/m³, zatímco hustota Země je přibližně 5 514 kg/m³. Obě čísla jsou malá zároveň, a výsledek dvojitého násobení je číslo 1,303 × 10²² kg.
Jak to víme
Pluto nikdo přímo nevážil. Hmotnost se počítá z gravitace, a gravitaci měříme pohybem.
Klíčový krok přišel roku 1978, kdy astronom James Christy objevil Charóna, největší Plutův měsíc. Z oběžné doby Charóna a velikosti jeho dráhy kolem Pluta lze pomocí Newtonova gravitačního zákona spočítat celkovou hmotnost systému Pluto–Charón. Poloha společného těžiště pak hmotnost rozdělí na obě tělesa zvlášť. Metoda je stará a spolehlivá, stejnou astronomové používají pro dvojhvězdy.
Přesnější číslo přinesla sonda New Horizons, která proletěla kolem Pluta 14. července 2015 ve vzdálenosti 12 500 km od povrchu. Přístroje sondy sledovaly přesný dopplerský posun rádiového signálu, posunutí frekvence způsobené gravitačním tahem Pluta. Z tohoto posunu se získá gravitační parametr GM, tedy součin gravitační konstanty a hmotnosti. Po dosazení laboratorně změřené hodnoty gravitační konstanty (G = 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²) vychází hmotnost Pluta s nejistotou hluboko pod procentem. New Horizons zároveň zpřesnila poloměr Pluta z dřívějších odhadů kolem 1 150 km na 1 188 km, a spolu s tím poopravila hustotu dolů z dřívějších odhadů přes 2 000 kg/m³ na 1 854 kg/m³.
Co z toho plyne na povrchu
Tíhová akcelerace na povrchu Pluta je 0,62 m/s², 6,3 % zemské hodnoty 9,820 m/s². Člověk s hmotností 70 kg by na Plutových vahách ukázal přibližně 4,4 kg. Úniková rychlost, minimální rychlost potřebná k opuštění gravitačního pole, je jen 1 210 m/s, přibližně 10,8 % zemské (11 186 m/s).
Tato nízká úniková rychlost má přímý fyzikální dopad, který je vidět na skutečném snímku. Sonda New Horizons pořídila 15. července 2015, den po nejbližším přiblížení, zpětný pohled na Pluto nasvícené Sluncem ze zádi. Na tomto kompozitu, kombinace kamery LORRI a multispektrální kamery Ralph, NASA/JHUAPL/SwRI, volně dostupný v archivu NASA, je podél okraje Pluta vidět vrstvený namodralý opar sahající do výšek přes 200 km nad povrchem. Opar existuje právě proto, že plutonská atmosféra je kvůli slabé gravitaci natolik řídká, že molekuly dusíku z ní postupně unikají do prostoru.
Co zatím nevíme
Přesná míra, jakou Pluto přichází o svou atmosféru, je stále předmětem vědeckého sporu. New Horizons poskytla horní odhady rychlosti úniku dusíku, ale přesné číslo závisí na modelech, které se stále ladí. Pluto navíc opisuje výrazně výstřednou dráhu; při přibližování k Slunci povrchový led sublimuje a atmosféru dočasně zahušťuje. Jak se tyto cykly projevují na celkových hmotnostních ztrátách za miliardy let, zůstává otevřenou otázkou.
Druhá otevřená otázka se týká vnitřku. Naměřená hustota 1 854 kg/m³ leží mezi čistým ledem a čistou horninou, Pluto je pravděpodobně směs kamenné složky a vodního ledu. Část modelů vnitřní stavby předpokládá, že pod ledovým povrchem existuje kapalný oceán, udržovaný teplem z rozpadu radioaktivních prvků v jádře. New Horizons tento oceán ani nepotvrdila, ani nevyloučila, k tomu by bylo třeba změřit momentový faktor setrvačnosti tělesa (tedy jak je hmota uvnitř rozložena), a k takovému měření by byl potřeba orbitér. Žádná taková mise zatím není schválená ani financovaná.
Číslo 1,303 × 10²² kg je přesné. Co přesně v sobě skrývá, to ještě celé nevíme.