Плутон — сейчас относящийся к карликовым планетам, был обнаружен 13 марта 1930 г. К. Томбо в США на фотографии как звезда 15 звездной величины. Нелегко было опознать его среди миллионов звезд на небе! Плутон находится на среднем расстоянии около 15 а.е. Его орбита обладает большим эксцентриситетом (0,25) и большим наклоном к плоскости эклиптики (17°). Период вращения около 248,4 года. В 1989 г. Плутон прошел перигелий своей орбиты; с 1979 г. по 1998 г. он был ближе к Солнцу, чем Нептун. Период вращения Плутона равен 6,39 суток. Ничего определенного о характере поверхности Плутона сказать нельзя, так как его угловые размеры около 0.23_ (Койпер). Известно, что карликовая планета меняет свой блеск на 0,1 звездной величины с периодом, равным периоду вращения, кроме того, с 30-х гг. блеск V Плутона уменьшается на ~ 0,01 звездной величины в год, а цвет становится более красным. По последним измерениям диаметр Плутона 2400 км, т.е. около 0,2 земного, масса его ~ 1/500 земной. Следовательно, его средняя плотность 1,7 г/см3.
Планета Плутон стал первым обнаруженным небесным телом из так называемого пояса Койпера — скопления маленьких космических тел, расположенных за орбитой Нептуна.
Плутон, имеющий видимую звёздную величину всего 15,3, выглядит как слабая световая точка даже в крупнейшие наземные телескопы, и ещё ни один космический аппарат не побывал в его окрестностях. В середине 1990–х космический телескоп им. Хаббла получил первые изображения поверхности Плутона, на которых видны светлые и тёмные пятна. Ось вращения Плутона наклонена к плоскости орбиты на 122,5°; таким образом, Плутон, как и Уран, вращается, «лежа на боку». Диаметр Плутона равен 2274±16 км — примерно 2/3 диаметра Луны.
Плутон имеет разреженную атмосферу, плотность и толщина которой сильно варьируются в зависимости от расстояния до Солнца. Атмосфера была открыта в 1988 г. при прохождении Плутона перед звездой. Скорее всего, атмосфера существует только вблизи от перигелия; по мере удаления планеты от Солнца атмосферные газы вымерзают. Недавние наблюдения показывают, что несмотря на то, что Плутон прошёл перигелий в 1989 г. и удаляется от Солнца, давление атмосферы продолжает нарастать. Вероятно, процесс испарения замёрзших газов имеет определённую инерцию. Судя по всему, атмосферу образует азот, с примесями монооксида углерода и метана. Давление атмосферы оценивается от нескольких десятых микробара до нескольких микробар.
Поверхность Плутона на снимках выглядит слегка красноватой, возможно, в результате присутствия органических соединений, образовавшихся из азота, метана и оксида углерода. Её отражательная способность изменяется от 0,3 до 0,5. На снимках телескопа им. Хаббла видны полярные шапки, вероятно, из замёрзшего азота. Более темные участки, скорее всего, покрыты метановым инеем, потемневшим под воздействием солнечного излучения. На планете также обнаружен этан. Чередование светлых и темных участков может представлять сезонное распределение инея на поверхности Плутона, хотя часть из них может быть связана с топографическими чертами, например, с бассейнами и ударными кратерами. Ядро планеты, вероятно, из силикатов, может быть довольно большим — с радиусом до 885 км. Это объяснило бы довольно высокую плотность планеты — 2,1 г/см3. Масса планеты примерно равна 1,27·1022 кг (0,002 массы Земли). Ускорение свободного падения на Плутоне — 0,66 м/с2 (6,7 % от земного), вторая космическая скорость на поверхности планеты равна 1100 м/с.
Плутон получает в 1600 раз меньше солнечного света, чем Земля. Освещённость на поверхности в подсолнечной точке составляет около 60 люкс, что примерно соответствует освещённости в комнате средних размеров с включенной 100–ваттной лампой накаливания. Температура на поверхности Плутона варьирует от 37 до 63 К (более тёплыми являются более тёмные области). При такой низкой температуре большинство газов должно перейти в жидкое или твердое состояние. Замечено наличие в атмосфере метана.
В Солнечной системе осталось только 8 планет — таково решение комиссии по номенклатуре Международного астрономического союза, прошедшей в рамках XXVI Ассамблеи Союза в Праге.
В 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза принято решение называть Плутон не «планетой», а «карликовой планетой». Карликовыми планетами признаны Плутон, астероид Церера, обращающийся между орбитами Марса и Юпитера, и объекты так называемого пояса Койпера Эрида (объект UB313) и Седна (объект 90377), находящиеся ещё дальше от Солнца, чем Плутон.
У Плутона есть три спутника: Харон, Гидра и Никта. (По другой версии, спутников только два — Гидра и Никта, а Харон является меньшим компонентом двойной планетной системы Плутон – Харон).
Статус Харона, который сейчас рассматривается как спутник Плутона, остается, не определен, так как в настоящее время нет точного определения по разграничению планет со спутником от двойных планетных систем. Проект резолюции, опубликованный МАС указывает, что Харон должен рассматриваться как планета, потому что:
1. Харон сам по себе удовлетворяет критериям по размерам и форме для статуса планеты (в терминах последней резолюции, для статуса карликовой планеты)
2. Харон, по причине его большой массы по сравнению с Плутоном, обращается с Плутоном вокруг общего центра масс расположенного в космосе между Плутоном и Хароном, а не вокруг точки, находящейся внутри Плутона.
Этого определения, однако, нет в окончательном решении МАС. Неизвестно также, появится ли оно в будущем. Если подобное определение не будет одобрено, Харон будет рассматриваться как карликовая планета.
Харон был открыт в 1978 году и традиционно считается самым крупным и наиболее близким к планете спутником Плутона. Его диаметр составляет 1205 км — чуть больше половины диаметра Плутона, а соотношение масс составляет 1:8 (для сравнения: соотношение масс Луны и Земли равняется 1:81).
Барицентр системы Плутон–Харон находится вне поверхности Плутона, поэтому некоторые астрономы считают Плутон и Харон двойной планетой (двойной планетной системой).
Согласно проекту Резолюции 5 XXVI Генеральной ассамблеи МАС (2006) Харону (наряду с Церерой и объектом 2003 UB313) предполагалось присвоить статус планеты. В примечаниях к проекту резолюции указывалось, что в таком случае Плутон–Харон будет считаться двойной планетой. Однако, в окончательном варианте резолюции содержалось иное решение: было введено понятие карликовая планета. К этому новому классу объектов были отнесены Плутон, Церера и объект 2003 UB313. Харон не был включён в число карликовых планет.
Поверхность Плутона очень неоднородна. Это видно даже на снимках, сделанных телескопом «Хаббл», а позже было подтверждено намного лучшими фотографиями зонда New Horizons. Альбедо разных участков его поверхности варьирует от 10 до 70 %, что делает его вторым по контрастности объектом Солнечной системы после Япета. Эта неоднородность приводит к периодическому изменению при вращении Плутона его блеска (переменность достигает 0,3m — 30 %) и спектра. Последнее дало возможность узнать, что азота и монооксида углерода больше на стороне, обращённой от Харона (180° в.д., где находится «сердце Плутона»), а метана больше всего в окрестностях 300° в.д.
Плотность Плутона составляет 1,860 ± 0,013 г/см3. Вероятно, его недра на 50—70 % состоят из камня и на 50—30 % — изо льда, в основном водяного. Он там может существовать в модификациях лёд I, лёд II, лёд III, лёд V и лёд VI. Если тепла от распада радиоактивных элементов хватило на отделение льда от камня, то недра Плутона дифференцированы — плотное каменное ядро окружено мантией изо льда, толщина которой составляет около 300 км. Не исключено, что этого тепла хватило и на создание под поверхностью океана жидкой воды. При её замерзании могли появиться наблюдаемые следы растяжения поверхности — грабены и уступы.
Спектральные данные показывают, что водяной лёд есть и на поверхности Плутона, но его по большей части маскирует покров из более летучих льдов, в основном азотного (97—98 %). Кроме того, обнаружены замёрзшие метан (по разным оценкам, 1,5 или 3 %) и монооксид углерода (0,01 или 0,5 %), а также примеси других соединений (в основном образующихся из метана и азота под действием жёсткого излучения). Это, в частности, этан и, вероятно, более сложные углеводороды или нитрилы, а также толины, придающие Плутону (как и некоторым другим далёким от Солнца телам) коричневатый цвет. Среди перечисленных веществ азот, монооксид углерода и, в меньшей степени, метан отличаются существенной летучестью в условиях Плутона и способны к сезонным перемещениям по поверхности.
В 2015 году по изображениям с АМС «Новые горизонты» на Плутоне обнаружены обширная светлая зона в форме символа сердца размером 1800×1500 км; в экваториальной зоне — резко возвышающиеся над в целом сглаженной ледяной поверхностью 3,5-километровые горы, состоящие, предположительно, из водяного льда, и много других деталей поверхности. Им были даны предварительные имена (по состоянию на июнь 2016 года эти имена не утверждены рабочей группой по номенклатуре планетной системы МАС, поэтому могут измениться).
Самый примечательный геологический объект, обнаруженный на Плутоне, — равнина Спутника. Это впадина размером больше 1000 км, занимающая 5 % его поверхности, — вероятно, сильно разрушенный ударный кратер. Она заполнена замёрзшими газами (в основном азотом) и пересечена множеством борозд, которые делят её на ячейки размером в десятки километров. Их интерпретируют как результат конвекции в текучем азотном льде. Водяной же лёд при температурах Плутона очень прочный; по-видимому, именно из него состоят окружающие равнину горы высотой до 5 км. Он легче азотного и может образовывать плавающие в нём айсберги. Вероятно, такими айсбергами и являются мелкие тёмные холмы, которых немало в упомянутых бороздах. Предполагается, что подобные мелкие блоки водяного льда под действием конвекции могут плавать по всей равнине, тогда как большие — угловатые горы, расположенные по её краям, — лишь немного смещаются и поворачиваются (судя по их виду, они могут быть фрагментами когда-то целостного покрова). Компьютерное моделирование показывает, что скорость льда на поверхности равнины измеряется сантиметрами в год.
Благодаря последним исследованиям, ученые обнаружены, что на Плутоне и на Хароне наблюдаются оползни.
Два внешних спутника Плутона, Гидра (бывший S/2005 P1) и Никта (бывший S/2005 P2), были открыты в мае 2005 года с помощью космического телескопа им. Хаббла. Они гораздо меньше Харона по размерам, около 100 – 150 км. Масса каждого из спутников примерно в 300 раз меньше массы Харона. Гидра расположена на расстоянии около 65 000 км от Плутона, Никта — примерно 50 000 км.
Гидра (134340 III) (ранее S/2005 P 1) — предположительно естественный спутник Плутона, один из двух открытых в июне 2005 года космическим телескопом Хаббл. Снимки, на основании которых было совершено открытие, были сделаны 15 мая и 18 мая 2005 года. Спутники на них были впервые обнаружены 15 июня 2005 года. После проведения дополнительных исследований и проверок, 31 октября 2005 года открытие было обнародовано. В 2006 спутники получили собственные имена.
По имеющимся снимкам можно сделать вывод, что спутник находится на круговой орбите, в той же плоскости, что и Харон, на расстоянии приблизительно 65 000 километров от Плутона. Предположительно, диаметр спутника от 52 до 160 километров. Гидра приблизительно на 25% ярче, чем её компаньонка, Никта, а значит, по всей видимости, больше.
Гидра находится в орбитальном резонансе с Хароном, делая два оборота вокруг планеты на один орбитальный оборот Харона, а также с Никтой (отношение периодов 2:3).
Название спутника было объявлено 21 июня 2006 в циркуляре Международного астрономического союза 8723. Начальные буквы названий новооткрытых спутников Никта и Гидра (N и H) совпадают с инициалами миссии «Новые Горизонты».
Никта (134340 II Nix, ранее S/2005 P 2) — тоже естественный спутник Плутона, как и Гидра, открыт в июне 2005 года космическим телескопом Хаббл.
Как и Гидра, находится на круговой орбите, в той же плоскости, что и Харон, но на расстоянии приблизительно 50 000 км от Плутона. Точных данных о его размерах пока нет, но, предположительно, диаметр спутника от 32 до 145 километров. Более точные данные могут быть получены дальнейшим анализом его отражательной способности.
Находится в орбитальном резонансе с Хароном, делая три оборота вокруг планеты на один орбитальный оборот Харона, а также с Гидрой (отношение периодов 3:2).
Как и Гидра, спутник вместе с Плутоном будет подробнее изучен в 2015 году, в рамках полёта беспилотного зонда «Новые Горизонты».
Планета–карлик Эрида (Eris), впервые обнаруженная на периферии Солнечной системы в 2003 году и изначально именовавшаяся Зена (Xena, объект UB313), оказалась гораздо больше и тяжелее, чем Плутон.
В 219 году рассчитано получить новые данные о объектах пояса Койпера, где, возможно, хранятся самые первые элементы, из которых сформировались планеты нашей Солнечной системы!
