ความสัมพันธ์กับดาวเนปจูน
แม้ว่า เมื่อมองจากมุมมองด้านบนแล้ว วงโคจรของดาวพลูโตปรากฏทับกันกับวงโคจรของดาวเนปจูน แต่ด้วยตำแหน่งของวัตถุทั้งสอง ทำให้วัตถุนั้นไม่ชนหรือแม้แต่จะเข้าใกล้กันเลย ซึ่งมีสาเหตุหลายประการ
โดยพื้นฐาน มีนักดาราศาสตร์บางคนพบว่าวงโคจรของดาวพลูโตไม่ได้ตัดกับดาวเนปจูน แม้เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดหรือจะอยู่ในช่วงที่กำลังข้ามวงโคจร ตัวดาวยังอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวเนปจูนอีกมาก วงโคจรของดาวพลูโตข้ามวงโคจรของดาวเนปจูนที่ 8 หน่วยดาราศาสตร์ เหนือดาวเนปจูน ซึ่งป้องกันการปะทะ[72][73][74] และระนาบโคจรของดาวพลูโตยังเอียงกว่าของดาวเนปจูน 21°[75]
ระนาบโคจรเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถช่วยปกป้องดาวพลูโตได้มากพอ เพราะ การรบกวนจากดาวเคราะห์ข้างเคียง (โดยเฉพาะ ดาวเนปจูน) สามารถเบี่ยงเบนเส้นทางการโคจรของดาวพลูโต (เช่น การหมุนควงของวงโคจร) จนทำให้การปะทะกันมีความเป็นไปได้มากขึ้น กระบวนการป้องกันบางอย่างจึงต้องมีขึ้น โดยกระบวนการที่สำคัญที่สุด คือ การที่ดาวพลูโตและดาวเนปจูนเกิดการสั่นพ้องของวงโคจร โดยเมื่อดาวพลูโตโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปได้สองรอบ แล้วดาวเนปจูนจะเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ได้สามรอบ และเมื่อวัตถุทั้งสองโคจรกลับมาในตำแหน่งแรกเริ่ม
กระบวนการนี้ก็ยังดำเนินต่อไป โดยกินเวลาประมาณ 500 ปี ในแต่ละวัฎจักร 500 ปีนี้ เมื่อดาวพลูโตโคจรมาอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดดาวเนปจูนจะอยู่เยื้องหลังดาวพลูโตไปกว่า 50° เมื่อดาวพลูโตโคจรมาอยู่ในตำแหน่งนี้อีกครั้งหนึ่ง ดาวเนปจูนจะโคจรไปได้หนึ่งรอบครึ่ง ซึ่งเป็นไปในกรณีเดียวกันกับเมื่อดาวเนปจูนโคจรมาอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด นั่นทำให้ระยะห่างระหว่างดาวพลูโตกับดาวเนปจูนมีค่าเท่ากับ 17 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งมากกว่าระยะห่างระหว่างดาวพลูโตกับดาวยูเรนัส (11 หน่วยดาราศาสตร์)[74]
อัตราส่วนการโคจร 2:3 ระหว่างวัตถุสองวัตถุนี้มีเสถียรภาพสูงมาก และจะยังคงอยู่ไปอีกหลายล้านปี[76] การป้องกันนี้ช่วยไม่ให้สองวัตถุมีปฏิสัมพันธ์ต่อกัน และวัฎจักรของมันกันจะวนซ้ำไปเรื่อย ๆ และทำให้วัตถุทั้งสองไม่เคลื่อนผ่านเข้าใกล้กัน ดังนั้น แม้วงโคจรของดาวพลูโตจะไม่เอียงเลยก็ตาม มันก็จะยังคงไม่สามารถปะทะกับดาวเนปจูนได้อยู่ดี[74]
ปัจจัยอื่น ๆ
ผลการศึกษาจำนวนมาก แสดงให้เห็นว่า ตลอดหลายล้านปีที่ผ่านมา ธรรมชาติไม่ให้วงโคจรของดาวพลูโตและดาวเนปจูนเกิดการเปลี่ยนแปลง[72][77] ยังมีการสั่นพ้องและปฏิสัมพันธ์อีกมากที่ควบคุมรายละเอียดการโคจรและเสถียรภาพของดาวพลูโต
อย่างแรก คือ ระยะมุมจุดใกล้ศูนย์กลางที่สุดของดาวพลูโต ซึ่งคือมุมที่อยู่ระหว่างจุด ณ ตำแหน่งที่โคจรตัดระนาบสุริยะ กับจุด ณ ตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด โดยมีค่าไลเบรชันประมาณ 90°[77] นั่นหมายความว่า เมื่อดาวพลูโตเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด มันก็จะอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากระนาบสุริยะมากที่สุดด้วย ซึ่งป้องกันการเคลื่อนที่เข้าหาดาวเนปจูน นี่ยังเป็นผลโดยตรงจากกลไกโคะซะอิ[72] ซึ่งเกี่ยวข้องกับวัตถุที่มีค่าความเยื้องและความเอียงมาก ในกรณีของดาวเนปจูน ดาวเนปจูนมีไลเบรชันเท่ากับ 38° ทำให้การแยกเชิงมุมของจุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวพลูโตกับวงโคจรของดาวเนปจูนอยู่ห่างกันมากกว่า 52° เสมอ (90°–38°) โดยการแยกเชิงมุมที่มีค่าน้อยที่สุดจะเกิดขึ้นทุก ๆ 10,000 ปี[76]
อย่างที่สองคือ เส้นแวงของแอสเซนดิงโนดของสองวัตถุ ซึ่งคือจุดที่วัตถุทั้งสองข้ามเส้นสุริยวิถี โดยตำแหน่งนั้นจะอยู่ในอัตราส่วนที่ใกล้เคียงกันด้วยการไลเบรชันค่าสูง เมื่อเส้นแวงของวัตถุทั้งสองอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน กล่าวคือ สามารถลากเส้นตรงผ่านจุดตัดระนาบของวัตถุทั้งสองและดวงอาทิตย์ได้ เมื่อเกิดขึ้นแล้ว จุดที่ใกล้ที่สุดของดาวพลูโตจะอยู่ที่ 90° และด้วยเหตุนี้ ทำให้มันโคจรเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ได้มากที่สุด เมื่อมันอยู่สูงจากดาวเนปจูนมากที่สุด รู้จักกันว่าเป็นซูเปอร์เรโซแนนซ์ 1:1 ดาวเคราะห์ยักษ์ทุกดวง โดยเฉพาะดาวพฤหัสบดี โคจรอยู่ในรูปแบบของซูเปอร์เรโซแนนซ์เช่นกัน[72]
เพื่อที่จะเข้าใจถึงธรรมชาติของการไลเบรชัน จะต้องจินตนาการถึงมุมมองจากขั้วโลก มองลงมาบนเส้นสุริยวิถีจากจุดอ้างอิงที่ไกลออกไป ที่ซึ่งดาวเคราะห์โคจรทวนเข็มนาฬิกา หลังจากที่พวกมันผ่านจุดตัดระนาบมาแล้ว ดาวพลูโตจะอยู่ภายในวงโคจรของดาวเนปจูนและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว มุ่งหน้าสู่ดาวเนปจูนจากข้างหลัง
แรงโน้มถ่วงอันแข็งแกร่งดึงวัตถุทั้งสอง จนเกิดโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งจะถูกส่งไปที่ดาวพลูโต จากดาวเนปจูน นี่ทำให้ดาวพลูโตมีวงโคจรที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย ที่ซึ่งมันจะโคจรช้าลงเล็กน้อยเช่นกันตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ เมื่อวงโคจรเกิดการเปลี่ยนแปลง มันก็จะค่อยๆมีผลกระทบให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดกับเส้นแวงของดาวพลูโต (และทำมุมกับดาวเนปจูนน้อยลง) หลังจากกระบวนการนี้เกิดการทำซ้ำหลายครั้ง จนในที่สุดดาวพลูโตก็จะเคลื่อนช้าลงอย่างเพียงพอ และดาวเนปจูนก็จะเคลื่อนที่เร็วอย่างเพียงพอ นั่นจะทำให้ดาวเนปจูนเริ่มไล่ตามดาวพลูโต ณ ตำแหน่งตรงข้ามกับจุดที่เราเริ่ม แล้วกระบวนการนี้ก็จะผันกลับ โดยดาวพลูโตจะสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมแก่ดาวเนปจูน จนกระทั่งดาวพลูโตมีความเร็วมากพอที่จะไล่ตามดาวเนปจูนอีกครั้ง ณ ตำแหน่งแรกเริ่มของเรา กระบวนการทั้งหมดนี้กินเวลากว่า 20,000 ปี[74][76]
ดาวบริวารเสมือน
มีวัตถุขนาดเล็กอย่างน้อยหนึ่งดวงที่เป็นดาวบริวารเสมือน ซึ่งก็คือ (15810) 1994 JR1 อันเป็นรูปแบบดาวบริวารที่โคจรแตกต่างออกไป[78] วัตถุนี้เป็นดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตมากว่า 100,000 ปี และจะยังคงอยู่อย่างนั้นไปอีก 250,000 ปี โดยมีระยะเวลาการเกิดซ้ำอยู่ 2,000,000 ปี[78][79] และอาจจะมีดาวบริวารเสมือนของดาวพลูโตอีก
