Plutão, formalmente designado 134340 Plutão, é o segundo maior planeta anão do Sistema Solar e o décimo maior objeto observado diretamente orbitando o Sol. Originalmente classificado como um planeta, Plutão é atualmente o maior membro do cinturão de Kuiper.
Como outros membros do cinturão de Kuiper, Plutão é composto primariamente por rocha e gelo e é relativamente pequeno, com aproximadamente um quinto da massa da Lua e um terço do seu volume. Ele tem uma órbita altamente inclinada e excêntrica podendo a sua distância ao Sol variar de 30 a 49 UA (Unidades Astronómicas). Isso faz Plutão ficar periodicamente mais perto do Sol do que Neptuno.
Até 2006, Plutão foi considerado o nono planeta do Sistema Solar. No final da década de 1970, com a descoberta de 2060 Chiron e o reconhecimento da sua pequena massa, a sua classificação como um planeta começou a ser questionada. No início do século XXI, vários outros objetos similares a Plutão foram descobertos no Sistema Solar externo, incluindo Éris, que é 27% mais massivo do que ele. Em 24 de agosto de 2006, a União Astronómica Internacional (UAI) criou uma definição de planeta formal, que fez Plutão deixar de ser planeta e ganhar a nova classificação de planeta anão, juntamente com Éris e Ceres. Depois da reclassificação, Plutão foi adicionado à lista de corpos menores do Sistema Solar e recebeu a identificação 134340. Porém, há cientistas que afirmam que Plutão não deveria ser considerado planeta anão.
Plutão e a sua maior lua, Caronte, são às vezes considerados um planeta binário porque o baricentro de suas órbitas não se encontra em nenhum dos corpos. É possível que a UAI ainda faça uma definição de planeta binário, que provavelmente classificará Plutão e Caronte como um planeta anão binário. Plutão também tem duas outras luas menores, Nix e Hidra, descobertas em 2005.
Em 1840, usando mecânica newtoniana, Urbain Le Verrier previu a posição de Neptuno, que na época não tinha sido ainda descoberto, com base em perturbações na órbita de Urano. Observações subsequentes de Neptuno no final do século XIX fizeram com que os astrónomos pudessem especular que a órbita de Urano estava a ser perturbada por um outro planeta. Em 1906, Percival Lowell, fundador do Observatório Lowell, iniciou um grande projeto de procurar um possível nono planeta, que ele chamou de Planeta X. Em 1909, Lowell e William H. Pickering sugeriram várias possíveis coordenadas celestiais para esse planeta. Lowell continuou observando o céu à procura do Planeta X até à sua morte em 1916, mas não conseguiu descobrir nada. Apesar disso, ele fotografou Plutão duas vezes, mas não o reconheceu.
Depois da morte de Lowell, a busca pelo Planeta X ficou parada até 1929, quando Vesto Melvin Slipher atribuiu a tarefa de achar o Planeta X a Clyde Tombaugh, que tinha acabado de chegar ao Observatório Lowell. A tarefa de Tombaugh foi fotografar o céu noturno e depois de duas semanas tirar outra foto, e então examinar os pares de fotos para ver se houve movimento de algum objeto. Em 18 de fevereiro de 1930, depois de cerca de um ano de observações, Tombaugh descobriu um possível objeto em movimento em fotografias tiradas em 23 de janeiro e em 29 de janeiro daquele ano. Uma imagem de menor qualidade tirada em 21 de janeiro ajudou a confirmar o movimento. Depois de observações feitas para confirmar o movimento, notícias da descoberta foram telegrafadas para o Harvard College Observatory em 13 de março de 1930.
O Observatório Lowell, que tinha o direito de nomear o novo planeta, recebeu mais de 1 000 sugestões do mundo inteiro, variando de Atlas a Zynal. Tombaugh pediu a Slipher que sugerisse um nome para o objeto antes que alguém fizesse isso antes. Constance Lowell também sugeriu alguns nomes, incluindo Zeus, Lowell e seu próprio primeiro nome, porém essas sugestões foram ignoradas.
O nome Plutão foi sugerido por Venetia Burney (mais tarde Venetia Phair), uma menina de onze anos de Oxford. Venetia era interessada em mitologia clássica assim como em astronomia, e escolheu o nome do deus romano do submundo, Plutão, adequado para um objeto presumivelmente escuro e gelado. Ela sugeriu o nome durante uma conversa com seu avô, Falconer Madan, um ex-bibliotecário da Biblioteca Bodleiana. Madan passou o nome ao professor Herbert Hall Turner, que telegrafou para seus colegas nos Estados Unidos.
O objeto foi nomeado oficialmente em 24 de março de 1930. Cada membro do Observatório Lowell podia votar em um nome de uma pequena lista de três opções: Minerva (que já era o nome de um asteroide), Cronos (que perdeu reputação por ter sido proposto pelo astrónomo impopular Thomas Jefferson Jackson See) e Plutão. Plutão recebeu todos os votos. O nome foi anunciado em 1 de maio de 1930. Depois de anúncio do nome, Venetia recebeu cinco libras como recompensa.
Logo em seguida o nome foi usado pela cultura popular: o personagem da Disney Pluto foi nomeado em homenagem ao "novo" planeta. Em 1941, Glenn Theodore Seaborg nomeou o elemento recém-descoberto plutónio a partir de Plutão, mantendo a tradição de nomear elementos a partir de planetas recém-descobertos, como urânio, que foi nomeado a partir de Urano, e Neptuno, que foi nomeado a partir de Neptuno.
Plutão leva 248 anos para completar uma órbita em volta do Sol. As suas características orbitais são bastante diferentes das dos planetas, que seguem uma órbita quase circular em redor do Sol próximo a um plano horizontal chamado eclíptica. Em contraste, a órbita de Plutão é altamente inclinada em relação à eclíptica (mais de 17°) e excêntrica. Devido a essa excentricidade, uma pequena parte da órbita de Plutão está mais próxima do Sol do que a de Neptuno. A última vez que Plutão ficou mais próximo do Sol do que Neptuno foi entre 7 de fevereiro de 1979 e 11 de fevereiro de 1999. Cálculos detalhados indicaram que anteriormente esse período durou apenas 14 anos, entre 11 de julho de 1735 e 15 de setembro de 1749, enquanto que de 30 de abril de 1483 a 23 de julho de 1503 também durou 20 anos. Apesar de esse padrão repetitivo sugerir uma órbita regular, a órbita de Plutão é, a longo prazo, caótica.
Apesar da órbita de Plutão parecer cruzar a órbita de Neptuno numa perspetiva de cima, a órbita dos dois objetos estão alinhadas, pelo que eles não podem colidir ou mesmo aproximar-se um do outro.
Ao analisar as órbitas de Plutão e Neptuno, pode-se observar que elas não se cruzam. Quando Plutão está mais perto do Sol do que Neptuno, sua órbita cruza a de Neptuno, vista de cima; porém ela está a 8 Unidades Astronómicas acima do caminho de Neptuno, evitando uma colisão. Os nodos orbitais de Plutão (os pontos onde sua órbita atravessa a eclíptica) são separados dos de Neptuno por mais de 21°.
No entanto, apenas isso não é suficiente para proteger Plutão. Perturbações dos planetas (especialmente Neptuno) poderiam alterar aspetos da órbita de Plutão ao longo de milhões de anos, e uma colisão seria possível. O mecanismo mais significante que evita Plutão e Neptuno colidirem é a ressonância orbital de 3:2 que há entre eles, ou seja, a cada três órbitas que Neptuno faz em torno do Sol, Plutão faz duas. Então, os dois objetos voltam às suas posições iniciais e o ciclo de 500 anos continua. Esse padrão repete-se, em cada ciclo de 500 anos.
Plutão está muito longe da Terra, o que dificulta observações detalhadas.
A distância e os atuais limites de telescópios fazem com que seja que impossível fotografar detalhes da superfície de Plutão. A sonda New horizons conseguiu recentemente realizar esse feito. A fotografia obtida em cima foi tirada recentemente.
Os mapas mais antigos de Plutão, feitos na década de 1980, eram mapas do brilho de Plutão feitos a partir de observações de eclipses causados por sua maior lua, Caronte. Observações foram feitas com as mudanças do brilho total médio do sistema Plutão-Caronte durante os eclipses. Por exemplo, eclipsando um ponto brilhante de Plutão muda o brilho total mais do que eclipsando um ponto escuro. Um conjunto de muitas observações deste tipo podem ser utilizadas para geral mapas de brilho, através do processamento em computador destas informações. Este método também pode ser usado para observar mudanças no brilho ao longo do tempo.
Os mapas atuais de Plutão foram produzidos a partir de observações feitas pelo Telescópio Espacial Hubble, que oferece a melhor resolução possível com a tecnologia atual, e mostra vários detalhes, incluindo regiões polares e grandes pontos brilhantes. Os mapas são produzidos por um complexo processamento por computador, que encontra a melhor posição para as pequenas imagens do Hubble. Como as duas câmaras do Hubble usadas para gerar esses mapas já não estão em funcionamento, estes mapas continuarão a ser os melhores mapas de Plutão até à visita da sonda New Horizons em 2015.
Estes mapas, juntos com a curva de luz de Plutão e as variações periódicas no seu espectro infravermelho, revelaram que a superfície de Plutão é notavelmente variável, com grandes mudanças no brilho e na cor. Plutão é um dos objetos com mais contraste do Sistema Solar. As cores variam entre preto, laranja escuro e branco.
A superfície de Plutão mudou entre 1994 e 2003: a região polar do norte ficou mais brilhante e o hemisfério sul escureceu. A vermelhidão geral de Plutão também aumentou consideravelmente, entre 2000 e 2002. Essas mudanças rápidas provavelmente estão relacionadas com variações de estações do ano, que são grandes em Plutão devido à inclinação axial e à excentricidade orbital.
Análises espectroscópicas da superfície de Plutão revelaram que ela é composta mais de 98% de gelo de azoto, com traços de metano e monóxido de carbono. Um hemisfério de Plutão contém mais gelo de metano, enquanto o outro contém mais gelo de azoto e monóxido de carbono.
Observações de Plutão feitas pelo telescópio Hubble estimam uma densidade entre 1,8 e 2,1 g/cm3, sugerindo uma composição interna de aproximadamente 60% de rocha e 40% de gelo. Como a decadência de minerais radioativos eventualmente iria aquecer os gelos o suficiente para as rochas se separarem deles, cientistas esperam que a estrutura interna de Plutão seja diferenciada, com o material rochoso estabilizado num denso núcleo cercado por um manto de gelo. O diâmetro do núcleo deve ser de cerca de 1 700 km, 70% do diâmetro de Plutão. É possível que o aquecimento continue atualmente, criando uma camada de oceano líquido de 100 a 180 km de profundidade no núcleo. O Institute of Planetary Research do DLR calculou que a relação densidade-raio de Plutão está em uma zona de transição, juntamente com Tritão, e entre satélites gelados como as luas de tamanho médio de Saturno e Urano e os satélites rochosos como Europa.
A atmosfera de Plutão consiste numa fina camada de azoto, metano e gases de monóxido de carbono, derivada dos gelos dessas substâncias na superfície. A sua pressão superficial varia de 6,5 a 24 bar. A órbita alongada de Plutão tem um grande efeito na sua atmosfera: conforme Plutão se distancia do Sol, a sua atmosfera congela gradualmente, e cai na superfície, e quando ele se aproxima do Sol, a temperatura na sua sólida superfície aumenta, causando a sublimação dos gelos superficiais. Isso cria um efeito anti estufa; a sublimação arrefece a superfície de Plutão. Recentemente foi descoberto que a temperatura de Plutão é de cerca de 43 K (-230 °C).
A presença de metano, que é um poderoso gás do efeito estufa, na atmosfera de Plutão cria uma inversão térmica, com temperaturas 36 ºC superiores, a cerca de 10 km da superfície. A atmosfera inferior contém uma concentração maior de metano que a atmosfera superior.
A primeira evidência da atmosfera de Plutão foi descoberta pelo Kuiper Airborne Observatory em 1985, a partir de observações de uma ocultação de uma estrela atrás de Plutão. Quando um objeto sem atmosfera passa na frente de uma estrela, ela desaparece bruscamente. No caso de Plutão, a estrela apenas escureceu gradualmente. A partir da taxa de escurecimento, foi determinado que a pressão atmosférica era de 0,15 pascal, aproximadamente 1/700 000 a da Terra. A conclusão foi confirmada e foi reforçada por outras observações de uma outra ocultação em 1988.
Em 2002, uma outra ocultação estelar por Plutão foi observada e analisada por equipas lideradas por Bruno Sicardy do Observatório de Paris, James L. Elliot do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e Jay Pasachoff do Williams College. Surpreendentemente, a pressão atmosférica foi estimada em 0,3 pascal, mesmo com Plutão mais longe do Sol que em 1988 e portanto a sua atmosfera deveria estar mais fria e rarefeita. Uma explicação para isso é que em 1987 o polo sul de Plutão saiu da sombra pela primeira vez em 120 anos, causando a sublimação do azoto da calote polar. Irá demorar décadas para que o excesso de azoto condense para fora da atmosfera enquanto ele congela em direção à escura calote de gelo do Polo Norte. Dados do mesmo estudo revelaram o que pode ser a primeira evidência de vento na atmosfera de Plutão.
Em outubro de 2006, Dale Cruikshank do NASA/Ames Research Center e seus colegas anunciaram a descoberta espetroscópica de etano na atmosfera de Plutão. O etano é produzido pela fotólise ou radiólise (a conversão química orientada pela luz solar ou partículas carregadas) do metano congelado na superfície que então vai para a atmosfera.
Plutão possui três satélites naturais conhecidos: Caronte, descoberto em 1978 pelo astrónomo James Walter Christy, e outras duas luas menores, Nix e Hidra, ambas descobertas em 2005. As luas de Plutão estão estranhamente perto de Plutão, em comparação com outros sistemas.
O sistema Plutão-Caronte é notável por ser o maior dos poucos planetas binários do Sistema Solar, definidos assim quando o baricentro se localiza acima da superfície do corpo primário. Isso e o grande tamanho de Caronte em relação a Plutão levou alguns astrónomos a chamá-lo de um planeta anão duplo. O sistema também é incomum pelo facto de haver acoplamento de marés nele, ou seja, o lado de Plutão virado para Caronte é sempre o mesmo e vice-versa. Por causa disso, o período de rotação dos dois corpos é igual ao período orbital em volta do centro de massa comum. Como Plutão gira de lado em relação ao plano orbital, o sistema Caronte também faz isso. Em 2007, observações de hidróxido de amónio e cristais de água na superfície de Caronte feitas pelo Observatório Gemini sugerem a presença de crio-geiseres ativos.
Duas luas de Plutão adicionais foram fotografadas pelo Telescópio Espacial Hubble em 15 de maio de 2005, que receberam as designações provisórias S/2005 P 1 e S/2005 P 2. A União Astronómica Internacional nomeou oficialmente essas luas de Nix e Hidra em 21 de julho de 2006.
Essas pequenas luas orbitam Plutão a aproximadamente duas e três vezes, respetivamente, a distância de Plutão a Caronte: Nix a 48 700 km e Hidra a 64 800 km do baricentro do sistema. Elas têm órbitas prógradas quase circulares que estão no mesmo plano orbital de Caronte e estão bem perto de uma ressonância orbital 4:1 e 6:1 com Caronte.
Às vezes Hidra é mais brilhante que Nix, sugerindo que é maior ou possui partes da sua superfície que variam o brilho. Os tamanhos são estimados a partir dos albedos. A similaridade espectral de Nix, Hidra e Caronte sugerem um albedo de 35%, similar ao de Caronte. Esse valor resulta em um diâmetro estimado de 46 km para Nix e 61 km para Hidra.
A descoberta de duas pequenas luas sugere que Plutão pode ter um sistema de anéis variável. Impactos de pequenos corpos podem criar detritos que podem transformar-se em anéis planetários. Dados de uma pesquisa ótica pela Advanced Camera for Surveys do Hubble sugerem que não há nenhum sistema de anéis em Plutão. Se um anel existir, ele é ténue como os anéis de Júpiter ou está fortemente confinado a menos de 1 000 km de largura.
Conclusões similares foram feitas a partir de estudos de ocultações. Ao fotografar o sistema de Plutão, observações do Hubble colocaram limite em qualquer lua adicional. Com 90% de certeza, nenhuma lua adicional com mais de 12 km existe além do brilho de Plutão.