Plutón posee cinco satélites naturales conocidos: Caronte, Nix, Hidra, Cerbero y Estigia. Caronte, descubierto en 1978, tiene un diámetro de 1.214 km, aproximadamente la mitad del diámetro de Plutón. Los otros cuatro satélites, descubiertos entre 2005 y 2012, son cuerpos de dimensiones mucho menores que orbitan a mayor distancia alrededor del sistema.
Las observaciones realizadas desde Tierra y con el telescopio espacial Hubble permitieron descubrir los cinco satélites conocidos antes del sobrevuelo de la sonda New Horizons el 14 de julio de 2015. Durante ese encuentro se obtuvieron las primeras imágenes de alta resolución de los satélites menores y se determinaron con mayor detalle sus dimensiones, formas, composición superficial y propiedades rotacionales. Los estudios posteriores han permitido refinar las órbitas, masas y densidades del sistema.
Descubrimiento de los satélites
El primer satélite de Plutón fue descubierto el 22 de junio de 1978 por el astrónomo James W. Christy durante el análisis de imágenes obtenidas en el Observatorio Naval de los Estados Unidos. Christy observó una protuberancia que aparecía periódicamente en las placas fotográficas de Plutón y comprobó que su posición variaba de forma compatible con un cuerpo en órbita. El satélite recibió el nombre de Caronte, en referencia al personaje de la mitología griega asociado al río Estigia. El estudio de su movimiento orbital permitió determinar la masa del sistema Plutón-Caronte con mucha mayor precisión que mediante observaciones de Plutón en solitario.
Durante casi tres décadas Caronte fue el único satélite conocido. En mayo de 2005, observaciones realizadas con la cámara Advanced Camera for Surveys del telescopio espacial Hubble permitieron identificar dos nuevos satélites, designados inicialmente S/2005 P 1 y S/2005 P 2. Tras su confirmación recibieron los nombres de Hidra y Nix.
Las observaciones del Hubble continuaron revelando nuevos miembros del sistema. En 2011 se descubrió S/2011 P 1, denominado posteriormente Cerbero, y en 2012 S/2012 P 1, que recibió el nombre de Estigia. Ambos son cuerpos de pequeño tamaño y baja luminosidad, detectados mediante la combinación de múltiples exposiciones de larga duración.
El sistema Plutón-Caronte
Plutón y Caronte constituyen un sistema binario debido a la relación entre sus masas. Caronte posee aproximadamente el 12 % de la masa de Plutón, una proporción que sitúa el baricentro del sistema a unos 878 km por encima de la superficie de Plutón, fuera del propio planeta enano.
Plutón y Caronte están separados por una distancia media de 19.596 km y completan una órbita alrededor del baricentro cada 6,387 días terrestres. La interacción gravitatoria entre ambos produjo un acoplamiento de marea que sincronizó sus periodos de rotación con su periodo orbital. Como resultado, ambos presentan siempre el mismo hemisferio hacia el otro, una configuración denominada rotación síncrona mutua.
Los otros cuatro satélites conocidos, Estigia, Nix, Cerbero e Hidra, orbitan alrededor del mismo baricentro a distancias considerablemente mayores que Caronte. Sus órbitas son casi circulares y presentan inclinaciones inferiores a un grado respecto al plano orbital de Caronte.
Los periodos orbitales de los satélites menores mantienen relaciones próximas a números enteros con el de Caronte. Estigia completa aproximadamente una órbita por cada tres de Caronte, Nix una por cada cuatro, Cerbero una por cada cinco e Hidra una por cada seis. Aunque estas relaciones son próximas a resonancias de movimiento medio, los modelos dinámicos muestran que no corresponden a resonancias exactas para todos los satélites. El sistema incluye una resonancia de tres cuerpos entre Estigia, Nix e Hidra y otras interacciones gravitatorias que condicionan su evolución orbital.
Las masas de los satélites menores representan una fracción muy pequeña de la masa total del sistema. Las determinaciones más recientes indican que Nix e Hidra poseen densidades próximas a 1,1 g/cm³, mientras que las masas de Estigia y Cerbero continúan estando sujetas a mayores incertidumbres debido a sus reducidas dimensiones.
Formación y evolución del sistema de satélites
El origen del sistema de satélites de Plutón continúa siendo objeto de investigación. Las propiedades físicas de Caronte, junto con las órbitas casi circulares y coplanarias de los cuatro satélites menores, indican que todos ellos se formaron a partir de un mismo proceso ocurrido durante las primeras etapas de la evolución del Sistema Solar. Sin embargo, algunos aspectos de esta evolución todavía no pueden reproducirse completamente mediante los modelos actuales.
La hipótesis más aceptada propone que el sistema se originó como consecuencia de un gran impacto entre el proto-Plutón y otro cuerpo de tamaño comparable. La colisión habría expulsado material al espacio formando un disco de escombros alrededor de Plutón.
Los modelos indican que Caronte pudo formarse durante el propio impacto o mediante la reacreción del material expulsado. Los satélites menores se habrían formado posteriormente dentro de ese mismo disco mediante procesos de acreción, aunque los mecanismos que dieron lugar a su configuración orbital actual continúan siendo objeto de estudio.
Tras su formación, la interacción de marea entre Plutón y Caronte modificó progresivamente la órbita del satélite. La disipación de energía en ambos cuerpos provocó un aumento gradual de la distancia entre ellos hasta alcanzar la separación actual y condujo al acoplamiento de marea mutuo observado en la actualidad.
Los pequeños satélites también experimentaron una evolución dinámica condicionada por las perturbaciones gravitatorias del sistema binario. Aunque los modelos reproducen muchas de las propiedades observadas, todavía existen discrepancias relacionadas con la migración orbital de Estigia, Nix, Cerbero e Hidra y con el establecimiento de sus relaciones resonantes con Caronte.
Características generales de los satélites
Caronte concentra prácticamente toda la masa del sistema de satélites, mientras que Estigia, Nix, Cerbero e Hidra son cuerpos de dimensiones mucho menores cuyas formas irregulares indican que no alcanzaron el equilibrio hidrostático.
Los cuatro satélites menores presentan superficies de elevado albedo dominadas por hielo de agua. A diferencia de Plutón, no muestran evidencias de depósitos extensos de nitrógeno, metano o monóxido de carbono en sus superficies.
Las densidades determinadas para Nix e Hidra son próximas a 1,1 g/cm³, compatibles con una composición rica en hielo de agua. Las masas de Cerbero y Estigia continúan siendo menos precisas debido a sus reducidas dimensiones.
Las imágenes obtenidas por New Horizons muestran que Nix e Hidra presentan formas alargadas e irregulares, mientras que Cerbero y Estigia poseen morfologías compatibles con cuerpos bilobulados o formados por la acreción de varios fragmentos.
A diferencia de Caronte, los cuatro satélites menores no presentan rotación síncrona con su movimiento orbital. Sus periodos de rotación son considerablemente más cortos que sus periodos orbitales y sus ejes de giro varían con el tiempo como consecuencia de las perturbaciones gravitatorias ejercidas por el sistema binario Plutón-Caronte.
Las superficies de Nix, Hidra, Cerbero y Estigia presentan numerosos cráteres de impacto, indicativos de una larga exposición al bombardeo de objetos del cinturón de Kuiper.
Caronte
Caronte es el mayor de los cinco satélites de Plutón y el primero descubierto. Fue identificado en 1978 por James W. Christy y posee un diámetro de 1.214 km, aproximadamente la mitad del diámetro de Plutón. Su masa representa cerca del 12 % de la masa del planeta enano, una proporción que sitúa el baricentro del sistema fuera del radio de Plutón.
La interacción gravitatoria entre Plutón y Caronte produjo un acoplamiento de marea mutuo. Ambos cuerpos completan una rotación sobre su eje en el mismo tiempo que emplean en recorrer su órbita alrededor del baricentro, 6,387 días terrestres, por lo que presentan siempre el mismo hemisferio orientado hacia el otro.
Con una densidad media de aproximadamente 1,70 g/cm³, Caronte está formado por una mezcla de materiales rocosos y hielo de agua. Los modelos de estructura interna indican que experimentó un proceso de diferenciación durante su evolución temprana.
Las imágenes obtenidas por la misión New Horizons muestran que la superficie de Caronte está dominada por hielo de agua y presenta terrenos de distintas edades geológicas. En el hemisferio sur se extienden amplias llanuras relativamente lisas, mientras que las regiones septentrionales conservan numerosos cráteres de impacto, escarpes y grandes sistemas de fracturas tectónicas. El polo norte está ocupado por una región oscura conocida como Mordor Macula, cuya coloración se atribuye a compuestos orgánicos complejos formados a partir de gases procedentes de la atmósfera de Plutón y transformados por la radiación y las partículas energéticas.
Las observaciones espectroscópicas también han identificado depósitos localizados de amoníaco e hidratos de amoníaco asociados a algunos cráteres de impacto y otras regiones de la superficie.
Nix
Nix fue descubierto en mayo de 2005 mediante observaciones realizadas con la cámara Advanced Camera for Surveys del telescopio espacial Hubble. Inicialmente recibió la designación S/2005 P 2 y posteriormente fue nombrado en referencia a Nyx, la diosa griega de la noche. Orbita alrededor del baricentro del sistema Plutón-Caronte a una distancia media de unos 48.700 km y completa una revolución en aproximadamente 24,9 días terrestres.
Las imágenes obtenidas por New Horizons muestran que Nix posee unas dimensiones aproximadas de 50 × 35 × 33 km y una forma irregular. La superficie presenta una región de tonalidad rojiza asociada a un cráter de impacto que contrasta con el elevado albedo del resto del satélite. Su composición no se conoce con precisión y podría corresponder a material excavado desde el interior durante el impacto o a depósitos alterados posteriormente por procesos de irradiación espacial.
Nix completa una rotación sobre su eje en aproximadamente 43 horas. Las observaciones muestran que la orientación de su eje de giro varía con el tiempo como consecuencia de las perturbaciones gravitatorias ejercidas por el sistema Plutón-Caronte.
Hidra
Hidra fue descubierto en mayo de 2005 mediante observaciones realizadas con el telescopio espacial Hubble. Inicialmente recibió la designación S/2005 P 1 y posteriormente fue nombrado en referencia a la Hidra de Lerna de la mitología griega. Es el satélite más exterior del sistema plutoniano y orbita alrededor del baricentro del sistema Plutón-Caronte a una distancia media de unos 64.700 km, completando una revolución en aproximadamente 38,2 días terrestres.
Las imágenes obtenidas durante el sobrevuelo de New Horizons muestran que Hidra posee unas dimensiones aproximadas de 65 × 45 × 25 km, lo que lo convierte en el mayor de los cuatro satélites menores. Su superficie presenta un elevado número de cráteres de impacto distribuidos por gran parte del satélite, sin indicios de procesos recientes de renovación superficial.
Hidra completa una rotación sobre su eje en aproximadamente 10 horas, mientras que su periodo orbital es de 38,2 días. Las observaciones muestran que la orientación de su eje de rotación varía con el tiempo debido a las perturbaciones gravitatorias ejercidas por Plutón y Caronte.
Cerbero
Cerbero fue descubierto en 2011 mediante observaciones realizadas con el telescopio espacial Hubble y recibió inicialmente la designación S/2011 P 1. En 2013 la Unión Astronómica Internacional aprobó el nombre Cerbero, en referencia al perro de tres cabezas de la mitología griega que custodiaba la entrada al inframundo. Orbita alrededor del baricentro del sistema Plutón-Caronte a una distancia media de unos 57.800 km y completa una revolución en aproximadamente 32,2 días terrestres.
Las imágenes obtenidas por la misión New Horizons muestran que Cerbero posee unas dimensiones aproximadas de 19 × 10 × 9 km y una morfología bilobulada. Antes del sobrevuelo de New Horizons se estimaba que debía ser un cuerpo relativamente oscuro para explicar su brillo observado desde la Tierra. Las imágenes obtenidas en 2015 mostraron, sin embargo, una superficie de elevado albedo, lo que obligó a revisar las estimaciones anteriores sobre su tamaño y sus propiedades físicas.
Cerbero completa una rotación sobre su eje en aproximadamente cinco días. Como ocurre con los demás satélites menores, su estado de rotación está condicionado por las perturbaciones gravitatorias ejercidas por el sistema Plutón-Caronte.
Estigia
Estigia fue descubierto en 2012 mediante observaciones realizadas con el telescopio espacial Hubble y recibió inicialmente la designación S/2012 P 1. Su nombre hace referencia al río Estigia de la mitología griega. Orbita alrededor del baricentro del sistema Plutón-Caronte a una distancia media de unos 42.700 km y completa una revolución en aproximadamente 20,2 días terrestres.
Con unas dimensiones aproximadas de 16 × 9 × 8 km, Estigia es el más pequeño de los cinco satélites conocidos de Plutón. Las imágenes obtenidas durante el sobrevuelo de New Horizons muestran una forma irregular, aunque su resolución no permite identificar con detalle las características de la superficie.
Estigia completa una rotación sobre su eje en aproximadamente 3,2 días. Como ocurre con los demás satélites menores, su estado de rotación está condicionado por las perturbaciones gravitatorias ejercidas por el sistema Plutón-Caronte.
Dinámica orbital del sistema
Las órbitas de los cinco satélites se desarrollan alrededor del baricentro del sistema Plutón-Caronte. Caronte completa una revolución cada 6,387 días terrestres, mientras que Estigia, Nix, Cerbero e Hidra presentan periodos orbitales próximos a tres, cuatro, cinco y seis veces el de Caronte, respectivamente.
Los estudios dinámicos muestran que estas relaciones no corresponden a resonancias exactas de movimiento medio para todos los satélites. En su lugar, el sistema presenta una combinación de resonancias débiles e interacciones gravitatorias entre varios cuerpos. Entre ellas destaca una resonancia de tres cuerpos que involucra a Estigia, Nix e Hidra.
Las perturbaciones gravitatorias generadas por el sistema binario impiden que los satélites menores alcancen un estado de rotación síncrona como el de Caronte. Las simulaciones numéricas reproducen la evolución de sus ejes de rotación y el comportamiento caótico observado en Nix e Hidra.
Las órbitas de los satélites presentan excentricidades e inclinaciones reducidas y permanecen próximas al plano orbital de Caronte. Las simulaciones indican que la configuración actual permanece estable durante escalas de tiempo comparables a la edad del Sistema Solar, aunque la evolución detallada del sistema desde su formación continúa siendo objeto de investigación.
Referencias y más información
- Porter, S. B., & Canup, R. M. (2023). Orbits and Masses of the Small Satellites of Pluto. The Planetary Science Journal.
- Weaver, H. A. et al. (2016). The Small Satellites of Pluto as Observed by New Horizons. Science
- Stern, S. A., Grundy, W. M., McKinnon, W. B., Weaver, H. A., & Young, L. A. (2018). The Pluto System after New Horizons. Astronomy and Astrophysics.
- Showalter, M. R., & Hamilton, D. P. (2015) Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons. Nature.
- Canup, R. M. (2005). A Giant Impact Origin of Pluto-Charon. Science.
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