ชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต
ดาวพลูโตมีชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยไนโตรเจน (N2) มีเทน (CH4) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งอยู่ในภาวะเป็นไอน้ำแข็งบนผิวดาวพลูโต[108][109] จากผลการวัดของยานนิวฮอไรซันส์ ความดันที่ผิวดาวอยู่ที่ 1 ปาสกาล (10 ไมโครบาร์)[3] น้อยกว่าประมาณ 1 แสน ถึง 1 ล้านเท่าของโลก ในเบื้องต้น นักดาราศาสตร์มีความเห็นว่า เมื่อดาวพลูโตเคลื่อนห่างจากดวงอาทิตย์
ชั้นบรรยากาศจะเกิดการแข็งตัวแล้วร่วงลงสู่ผิวดาว แต่เมื่อถึงช่วงที่ดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ อุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มสูงขึ้น ทำให้น้ำแข็งเหล่านั้นระเหิดกลับขึ้นไปบนท้องฟ้า[110] ถึงกระนั้น ข้อมูลจากยานนิวฮอไรซันส์ แสดงให้เห็นว่า จริงๆแล้ว ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตกำลังเพิ่มขึ้น และดูเหมือนว่าจะหลุดลอยเป็นแก๊สตามวงโคจร[111][112] การสำรวจของนิวฮอไรซันส์ ยังพบว่าไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศหลุดออกมาในปริมาณน้อยกว่าจากที่คาดไว้ 10,000 เท่า[112] แอลัน สเติร์นยืนยันว่าเพียงแค่อุณหภูมิผิวดาวพลูโตเพิ่มขึ้นเล็กน้อย จะทำให้ความหนาแน่นชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ จาก 18 มิลลิบาร์เป็น 280 มิลลิบาร์ (3 เท่าของดาวอังคาร และหนึ่งในสี่ของโลก) ที่ความหนาแน่นขนาดนั้น ไนโตรเจนอาจไหลผ่านชั้นบรรยากาศในรูปของเหลว[112] ความหนาของชั้นบรรยากาศดาวพลูโตสามารถเพิ่มสูงได้ถึง 1,670 กิโลเมตร แม้ชั้นบรรยากาศส่วนบนจะไม่มีรูปร่างที่แน่นอน
การมีอยู่ของมีเทน ซึ่งเป็นแก๊สเรือนกระจกรุนแรง ในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต ทำให้เกิดการสลับที่ของอุณหภูมิ โดยอุณหภูมิในชั้นบรรยากาศสูงกว่าอุณหภูมิที่ผิวดาว[113] แม้การสำรวจจากยานนิวฮอไรซันส์จะเผยว่าบรรยากาศชั้นบนของดาวพลูโต อาจมีอุณหภูมิต่ำกว่าที่คาดไว้มาก (70 K ซึ่งผิดจากที่คาดไว้ 100 K)[112] ชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตแบ่งออกเป็นชั้นหมอกทั้งหมด 20 ชั้น ซึ่งหนาประมาณ 150 กิโลเมตร[3] คาดว่าจะเกิดจากคลื่นความดันที่สร้างขึ้นโดยการไหลของอากาศผ่านภูเขาบนดาวพลูโต[112]
ดาวบริวาร
ดาวพลูโตมีดาวบริวารเท่าที่ทราบห้าดวง ได้แก่ แครอน ซึ่งมีการระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2521 โดย เจมส์ คริสตี นักดาราศาสตร์, นิกซ์และไฮดรา ซึ่งถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2548 ทั้งคู่[114], เคอร์เบอรอส ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2554[115] และสติกซ์ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2555[116] วงโคจรของดาวบริวารเป็นวงกลม (ความเยื้องศูนย์กลาง < 0.006) และร่วมระนาบกับเส้นศูนย์สูตรของดาวพลูโต (ความเอียง < 1°)[117][118] ฉะนั้นจึงเอียงประมาณ 120° เทียบกับวงโคจรของดาวพลูโต ระบบดาวบริวารของดาวพลูโตอัดกันอยู่อย่างหนาแน่นมาก โดยวงโคจรของดาวบริวารห้าดวงที่ทราบอยู่ใน 3% ชั้นในของบริเวณซึ่งวงโคจรตามทางจะเสถียร[119] แครอนโคจรอยู่ใกล้ดาวพลูโตที่สุด โดยแครอนมีขนาดใหญ่พอที่จะอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิตและทำให้แบรีเซนเตอร์ของระบบดาวพลูโต–แครอนอยู่นอกดาวพลูโต ถัดจากแครอนออกไปมีดาวบริวารดาวคู่ (circumbinary) ขนาดเล็กกว่ามากของดาวพลูโต ได้แก่ สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดราตามลำดับ
คาบการโคจรของดาวบริวารของดาวพลูโตทุกดวงสัมพันธ์กันในระบบของการสั่นพ้องวงโคจร[118][120] เมื่อการหมุนควงถูกนับด้วยแล้ว สำหรับคาบโคจรของสติกซ์ นิกซ์ และไฮดรา อยู่ในอัตราส่วน 18:22:23[118] นอกจากนี้สติกซ์ นิกซ์ เคอร์เบอรอส และไฮดรายังโคจรอยู่ในอัตราส่วน 3:4:5:6 โดยประมาณ ด้วยแครอนที่ซึ่งเข้าใกล้แล้วก็ถอยห่างจากกลุ่มดาวบริวารนี้ออกไป[118][121]
ภาพเคลื่อนไหวแสดงถึงการโคจรในระบบดาวพลูโต–แครอน และยังแสดงถึงการล็อกไทดัลของดาวทั้งสองอีกด้วย
ระบบดาวพลูโต–แครอนเป็นระบบหนึ่งที่แบรีเซนเตอร์เลยออกไปจากผิวของดาวดวงใหญ่ (617 พาโทรคลัส เป็นตัวอย่างขนาดเล็กหนึ่ง และดวงอาทิตย์กับดาวพฤหัสบดี เป็นตัวอย่างขนาดใหญ่ตัวอย่างเดียว)[122] การเยื้องของแบรีเซนเตอร์และขนาดที่ใหญ่ของแครอนเมื่อเทียบกับดาวพลูโตแล้ว ได้ทำให้นักดาราศาสตร์บางคนเรียกมันว่าดาวเคราะห์แคระคู่[123] ระบบนี้ยังมีลักษณะที่ไม่เหมือนกับระบบดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ คือ การล็อกไทดัล กล่าวคือดาวพลูโตและแครอนจะหันหน้าเข้าหากันเสมอ ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งใดบนดาวดวงใดก็ตาม ดาวอีกดวงจะลอยค้างอยู่บนฟ้าอย่างนั้นเสมอ หรือไม่ลอยขึ้นมาเสมอ[124] นี่ยังหมายความว่าคาบการหมุนรอบตัวเองของแต่ละดาวเท่ากับระยะเวลาที่พวกมันใช้โคจรรอบจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง[80]
ในปี พ.ศ. 2552 การสังเกตจากหอดูดาวเจมินี แสดงให้เห็นว่าบนผิวแครอน มีแอมโมเนียไฮเดรตและผลึกน้ำอยู่ ซึ่งหมายความว่าบนผิวดาวยังเกิดการปะทุของน้ำอยู่[125]
ดาวบริวารของดาวพลูโตถูกสันนิษฐานว่าก่อตัวจากการปะทะของดาวพลูโตกับวัตถุขนาดเดียวกันชิ้นหนึ่ง ในช่วงยุคแรก ๆ ของระบบสุริยะ การปะทะได้ปลดปล่อยวัสดุที่ซึ่งภายหลังได้รวมตัวกันก่อเป็นดาวบริวารรอบ ๆ ดาวพลูโต[126] ถึงอย่างนั้น เคอร์เบอรอสมีความสะท้อนแสงต่ำกว่าดาวบริวารดวงอื่นมาก[127] ซึ่งยากต่อการอธิบายด้วยการปะทะครั้งใหญ่[128]
ต้นกำเนิดและตัวตนของดาวพลูโตเป็นปริศนาแก่นักดาราศาสตร์มาอย่างยาวนานแล้ว สมมติฐานแรก ๆ เกี่ยวกับดาวพลูโต ระบุว่าดาวพลูโตเคยเป็นดาวบริวารของดาวเนปจูนมาก่อน ก่อนที่จะถูกแรงโน้มถ่วงของไทรทันเหวี่ยงออกไป ภายหลังแนวคิดนี้ก็ถูกค้าน เนื่องจากพบว่าเป็นไปไม่ได้ที่ดาวพลูโตจะเป็นเช่นนั้น เพราะดาวพลูโตไม่เคยเข้าใกล้ดาวเนปจูนเลยสักครั้งเดียว[130]
ตำแหน่งจริงของดาวพลูโตถูกเปิดเผยออกมาเมื่อ พ.ศ. 2535 เมื่อนักดาราศาสตร์เริ่มทำการสำรวจวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กในบริเวณพ้นวงโคจรของดาวเนปจูนออกไปเช่นเดียวกับ ดาวพลูโต ทั้งขนาดและองค์ประกอบ กลุ่มวัตถุพ้นดาวเนปจูนนี้เชื่อว่าจะเป็นต้นกำเนิดของดาวหางคาบสั้น ปัจจุบัน ดาวพลูโต รู้จักกันว่าเป็นสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดในแถบไคเปอร์[i] แถบของวัตถุซึ่งห่างออกไป 30–50 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ ณ ปี พ.ศ. 2554 การสำรวจแถบไคเปอร์ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์และวัตถุขนาดใกล้เคียงดาวพลูโตที่เหลือถูกคาดว่าจะอยู่ห่างออกไป 100 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ หรือมากกว่านั้น[131] ดาวพลูโตเหมือนกับวัตถุในแถบไคเปอร์อื่น ๆ ตรงที่สมบัติของมันไปมีร่วมกันกับดาวหาง ตัวอย่างเช่น ลมสุริยะค่อย ๆ เป่าผิวของดาวพลูโตออกไปสู่อวกาศ[132] นักดาราศาสตร์ยังเชื่อกันว่า ถ้าดาวพลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ในระยะเดียวกับโลกแล้ว ดาวพลูโตจะมีหางเช่นเดียวกับที่ดาวหางมี[133] การคาดการณ์นี้ตกไปเนื่องด้วยข้อถกเถียงที่ว่าความเร็วหลุดพ้นของดาวพลูโตมีมากเกินไปที่จะเป็นเช่นนั้น
