Iidsetest aegadest peale jälgisid inimesed pilvitutel öödel nende peade kohal pöörlevat hiiglaslikku taevakuplit tuhandete seal püsivate valguspunktidega. Püüti mõistatada, mis need on ja mida nad tähendavad ning kas nad võivad ka midagi ennustada. Valitsejad kogusid enda ümber tähetarku, kes pidid neist midagi välja lugema. Tähelepanelikul taevauurimisel märgati, et mitte kõik tähed ei püsi paigal, vaid nende hulgas on ka viis hulkurit/rändajat – kreeka keeles planētes. Nad said Rooma mütoloogiliste jumalate järgi nimeks Merkuur, Veenus, Mars, Jupiter ja Saturn. Nende (näivate) perioodiliste liikumiste kohta koostati üha keerulisemaid teooriaid, aga ükski neist ei osutunud piisavalt täpseks.
Lisaks neile ilmusid mõnikord ootamatult taevasse aga veel ka kiirestiliikuvad sabaga tähed – komeedid, mida peeti peamiselt õnnetustekuulutajateks. Selline geotsentriline maailmapilt valitses keskajani ning hakkas järk-järgult murenema nelisada aastat tagasi tänu teleskoobi leiutamisele. Nüüd selgus, et planeedid, erinevalt tähtedest, ei ole valgusallikad, vaid ainult peegeldavad valgust, paistes teleskoobis ketastena. Ja et planeedid tiirlevad mitte Maa, vaid hoopis Päikese ümber, mis ise on vaid üks tavaline täht. Tänu teleskoopidele on meie teadmised maailmaruumist plahvatuslikult kasvanud ka seetõttu, et nüüd suudetakse neid viia ka kaugele kosmosesse.
Pluuto avastamine
Tänu teleskoobile avastati ka silmaga nähtamatud planeedid Uraan (1781) ja Neptuun (1846), kuid nende trajektooride täpsemad mõõtmised ei tahtnud kuidagi klappida Newtoni ja Kepleri seadustega. Astronoomidel ei jäänud muud üle kui kahtlustada veel ühe tundmatu planeedi olemasolu, seda enam, et just selline meetod oli viinud omal ajal Neptuuni avastamiseni. Astronoomide seas puhkes isegi omamoodi võidujooks, kes esimesena uue planeedi üles leiab.
Üks innukamaid nende hulgas oli USA astronoom Percival Lowell, kes alustas otsinguid enda rajatud ning endanimelises observatooriumis Flagstaffis 1906. aastal. Tundmatu planeedi kohta kasutas ta nimetust planeet X. Vaatamata kõigile pingutustele jäi planeet avastamata. Ta oli liiga kaugel ja liiga väike ning kuna puudus planeedile iseloomulik pilt kettast, oli teda üliraske märgata.
Lowelli otsingud katkestas tema surm 1916. aastal ja observatooriumi uue juhi peamureks kujunesid ligi kümneaastased kohtuvaidlused Lowelli lese Constance’iga umbes miljonilise pärandiosa üle. Uus direktor V. S. Slipher sai planeediotsinguid jätkata alles 1929. aastal, kui võttis selleks tööle noore, 23aastase Clyde Tombaughi. Tema töö seisnes taeva erinevate piirkondade teleskoobiga fotoplaatidele jäädvustamises ja erinevatel aegadel säritatud plaatide võrdlemises, et näha, kas on toimunud mingeid muutusi, sest planeedile vastav täpike muudaks sellel oma asukohta. Tuhandete täpikeste asukoha võrdlemine fotoplaatideil on peaaegu võimatu, kui ei kasutata seadet, mida kutsutakse plink-komparaatoriks. See võimaldab kahte erineval ajal pildistatud fotoplaati kiiresti edasi-tagasi nihutada ja kui hilisemal fotoplaadil on mõni täpike oma asukohta muutnud, siis paistab see teiste hulgast kergesti välja tänu selle plinkimisele.
Peaaegu aasta väldanud otsingute järel õnnestus Tombaughil 18. veebruaril 1930 märgata kauaoodatud plinkimist, kui ta võrdles 23. ja 29. jaanuari fotoplaate. Peale vajalikke kontrollkatseid telegrafeeriti 13. märtsil avastusest ka Harvardi observatooriumile. Kui otsitava planeedi täpne asukoht oli teada, näitas hilisem kontroll, et seda oli jäädvustatud fotoplaatidel juba varemgi vähemalt 15 korral. Kuid autorid ei osanud pisikest täpikest seostada otsitava planeediga, sest planeet pidi fotoplaadil ju välja nägema pisikese kettana! Varaseim neist tehti juba 1909. aastal Yerkesi observatooriumis.
Planeedi asukoha suhtes põhjustas segadusi ka arvutustes kasutatud ebatäpne Neptuuni mass, mis oli tegelikult 0,5% võrra arvatust väiksem, kuid see selgus alles Voyager 2 möödalennul Neptuunist 1989. aastal täpsemate mõõtmiste käigus.
Kuidas Pluuto sai nime
Uue planeedi avastamisele järgnes temale nime otsimise buum, sest nüüd teatasid avastusest suure hulga ajalehtede ja ajakirjade kõrval ka raadio ja tärkav televisioon. Uue planeedi nimeks saadeti üle 1000 (!) pakkumise. Tombaugh õhutas Slipherit pakkuma planeedile nime enne, kui teised seda jõuavad. Lowelli lesk pakkus algul Zeusi, siis Percivali ning lõpuks isegi Constance’i, kuid need lükati kohe tagasi. Lõpuks sai „ristiemaks” 11aastane koolitüdruk Venetia Burney Inglismaalt, kes suure vaimustusega huvitus antiikmütoloogiast. Vestluses oma vanaisaga, kes oli olnud Oxfordi raamatukogu töötaja, pakkus ta, et nimeks võiks sobida Pluto (eesti k Pluuto). Pluto oli antiikmaailma mütoloogias üsna värvikas kuju ja teda peeti allmaailma ja kõigi seal leiduvate suurte varanduste valitsejaks. Venetia pakutud nimevariant telegrafeeriti Ameerikasse ning see pandi Lowelli observatooriumis salajasele hääletusele 24. märtsil. Valikus figureerisid variantidena ka veel Minerva ja Cronus, kuid Pluuto sai puhta võidu. Tehtud otsus avalikustati 1. mail ning Venetia sai vanaisalt kingituseks 5 naela (muide tänapäeval vastab sellele 276 naela). Tehtud valiku kasuks rääkis ka see, et Pluuto kaks esitähte on ka Percival Lowelli esitähtedeks ning Pluuto astronoomiliseks sümboliks sai P ja L kombinatsioon ♇.
Meedias algas nüüd tõeline Pluuto-buum. Üheks eredamaks näiteks oli Walt Disney multifilm Miki-hiirest, Pluutost ja Donaldist. Müügile saabusid ka lasteraamatud, kus üheks armastatumaks tegelaseks oli just koer Pluuto, seda nime kandsid varsti tuhanded koerad USAs. Pluuto järgi sai oma nime ka 1941. aastal G. Sveaborgi poolt sünteesitud transuraaniline element plutoonium (Pu), mille isotoobiga Pu-239 purustati 1945. aastal Nagasaki.
Iseäralik Pluuto
Kui esialgu arvati Pluuto massi ligilähedaseks Maa omaga, siis korduvate täpsustuste käigus jõuti järjest väiksemate väärtusteni. Lõpuks leiti 2006. aastal, et see on kõigest 0,00218 Maa massist. Üks vigade põhjustest oli ka Pluuto erakordselt suur peegeldusvõime. Erandlik on ka tema trajektoor, seda iseloomustab suur ekstsentrilisus ja suur kaldenurk ekliptikatasandi suhtes (17°), millel tiirlevad kõik ülejäänud planeedid. Suur ekstsentrilisus tähendab ka seda, et tema kaugus Päikesest varieerub 30–49 a. ü. piirides. Teatud tiirlemise faasis on Pluuto Päikesele isegi lähemal kui Neptuun, kuid nende trajektoorid siiski ei lõiku just nende erinevate tiirlemistasandite tõttu. Täistiiru tegemiseks ümber Päikese kulub tal ligi veerand aastatuhandet ning ööpäev kestab ligi nädala. Üks tema iseärasusi on ka see, et ta pöörleb oma telje ümber „selili”, st tema pöörlemistelg on kaldu tervelt 120°. See omakorda tähendab, et üks tema pooluste piirkondi on pidevalt Päikesest valgustatud ja teine varjus. Üldiselt on Pluutol väga pime ja külm, keskmine pinnatemperatuur on –230 °C. Kuigi Pluutol on ka kivine südamik, koosneb ta suuremas osas jääst. Tema õhuke atmosfäär koosneb jäätunud lämmastiku, metaani ja süsinikmonooksiidi kihist, mis Päikesele lähemates orbiidi piirkondades sublimeerub ja kaugemates langeb taas jääna pinnale. Üks haruldasemaid iseärasusi on see, et mitmed astronoomid peavad teda isegi kaksikplaneediks, kuna 1978. aastal avastati tema kuu Charon, mille suurus on umbes pool Pluutost endast ning nad tiirlevad ühise raskuskeskme ümber. Viimasel ajal on Pluutol avastatud rida minikuukesi. Nendeks on praegu Nix, Hydra, Kerberos ja Styx, millede läbimõõt on kõigest paarkümmend kilomeetrit, kuid pole välistatud, et nad saavad veel lisa.
Segadus terminiga „planeet”
Kui algul tähendas planeet lihtsalt liikuvat tähte, siis tänapäeval teame, et kõik taevakehad ju liiguvad, liikumatuid pole olemas. Kuid millised neist võiksid kanda kõrgeaulist tiitlit „planeet”, selles osas lähevad astronoomide arvamused lahku, seda enam, et seda mõistet polnud kuni viimase ajani üldse defineeritud. Töö tehti ära Rahvusvahelise Astronoomialiidu poolt 2006. aastal. Selle kohaselt on planeet taevakeha, mis: 1. tiirleb ümber Päikese, 2. on piisava massiga, et hoida hüdrostaatiliselt tasakaalulist (keralähedast) kuju ja 3. on oma gravitatsiooniga tõmmanud oma pinnale väiksemad kehad orbiidi ümbrusest (on „puhastanud oma ümbruse”).
Ühtlasi defineeriti ka mõiste „kääbusplaneet”, milleks on taevakeha, mille puhul on täidetud vaid kaks esimest tingimust. Sellest ajast peale on Pluuto nimelt kääbusplaneet. Kuid see ei meeldinud osale astronoomidele ja ka suurele osale üldsusest ning seda võeti vaat et isikliku solvanguna. Toimusid isegi meeleavaldused, kuid oli ka toetajate omi. Uus suur debatt toimus 2008. aastal ning tulemusena täpsustati kääbusplaneedi alaliik terminiga „plutoid”, mis sobib Pluuto ja temasarnaste taevakehade klassifitseerimiseks.
Kui 1801. aastal leiti Marsi ja Jupiteri vahelt ümber Päikese tiirlev Ceres ning seejärel veel teisigi, siis taheti algul neid kõiki nimetada planeetideks, kuid peagi sellest loobuti ja võeti kasutusele mõiste „asteroid” („tähetaoline”). Enam-vähem sarnane lugu kordus nüüd seoses Kuiperi vöö avastamisega, kus asub ka Pluuto tuhandete teiste temataoliste, peamiselt jäiste taevakehadega.
Läbi raskuste Pluuto juurde
Pluutost möödalennu idee hakkas küpsema juba 1989, kui toimus Voyager 2 edukas möödalend Neptuunist ühes selle pildistamisega. Nüüd olid ju uurimissondid mööda lennanud kõigist planeetidest peale Pluuto. Pluuto-lennu idee peamisi initsiaatoreid ja juhte oli NASA astrofüüsik Alan Stern (tähenduslik nimi). Võitluses projekti eest tuli käia läbi „tulest, veest ja vasktorudest”. Algul oli isu liiga suur ja sooviti ülikallist ning ambitsioonikat projekti „Pluto Kuiper Express”, kuid selle finantseerimisest keelduti 2000. aastal. See oli muidugi knock down, kuid teatavasti see, mis ei tapa, teeb ainult tugevamaks. Uus projekt nime all „New Horizons” kogumaksumusega 650 miljonit dollarit suudeti läbi suruda alles 2003. Projekti tegi kalliks eeskätt Pluuto erakordselt suur kaugus. Lend traditsioonilise sondi kiirusega oleks liiga aeganõudev ja seepärast tuli startimisel kanderaketile Atlas V lisada 5 tahkekütusel töötavat kiirendusraketti ning ka veel kolmas aste. Tänu sellele suudeti sond teele saata rekordilise kiirusega 16,3 km/s. Lisaks planeeriti teekonnal mööduda Jupiteri lähedalt, et kasutada selle gravitatsioonilingu efekti sondi liikumiskiiruse tõstmiseks veel 4 km/s, mis aitas lennu kestust Pluutoni lühendada veel kolme aasta võrra. Suure kauguse tõttu Päikesest ei saa sealkandis kasutada seadmete energiaallikana päikesepaneele, sest päikesekiirguse intensiivsus on seal alla 1% siinsest. Samuti ei saa teha sondi juhtimist reaalajas, sest raadio teel antud juhtimissignaali ning selle tagasisideme jõudmiseks Maani kulub 9 tundi (!). Tehnilised raskused ületatud, startis 470 kg massiga New Horizons edukalt 19. jaanuaril 2006, kaasas arvukas uurimisseadmete kollektsioon.
Plutooniumi toel
Arvukate uurimis- ja sideseadmete varustamiseks energiaga kasutab New Horizons termoelektrilist generaatorit (250 W, 30 V alalisvoolu), mis töötab 11 kg plutooniumi baasil, kuid selle võimsus väheneb plutooniumi radioaktiivse lagunemise tõttu ja on Pluutoni jõudes vaid 200 W. Sondi lennutrajektoori korrigeerimiseks ja asendi peenhäälestamiseks kasutatakse 16 hüdrasiinil töötavat minireaktiivmootorit tõukejõuga 1–5 N. Pärast Jupiterist möödumist viidi enamik seadmeid energia säästmise eesmärgil puhkeseisundisse (nn talveunne), millest nad äratati ja seati taas töörežiimile alles lähenemisel Pluutole möödunud aasta lõpus.
Kommunikatsioon sondi ja juhtimiskeskuse vahel toimub raadiosignaalide teel X-sagedusribas, mille sageduskiirus Jupiteri juures on 38 kbit/s, kuid Pluuto juures vaid 1 kbit/s. Seepärast kogutakse möödalennul vaatlus- ning mõõtmisseametelt saadud mahukad andmed salvestitesse mahuga 8 gigabaiti. Peale töötlust saadetakse need kaugkosmosesidevõrku DSN, mille 70 m läbimõõduga antennid on USAs, Hispaanias ning Austraalias, tingimusel, et neist vähemalt üks oleks sondile kosmosest nähtav. New Horizonsi saateantenn peab omakorda olema sellele suunatud 1kraadise täpsusega! Vaatlus- ja mõõtmisseadmete poolt salvestatud andmete kogumaht on nii suur, et selle edastamine Maale võtab aega veel mitu kuud.
Vaatlus- ja mõõtmisseadmed
Pluuto ning tema kaaslaste välispinna fotografeerimiseks ja nende spektraalseks analüüsiks kasutas New Horizons peamiselt: ultraviolettkiirguse (50–180 nm) spektromeetrit, mille peamine ülesanne oli määrata kindlaks Pluuto atmosfääri koostis; pika fookuskaugusega ning suure lahutusvõimega (1 kaaresekund) fotografeerijat nähtavas valguses; päikesetuule suure energiaga laetud osakeste ja ioonide mõõtjat; 6 cm apretuuriga teleskoopi, mille abil saab fotografeerida nähtava valguse piirkonnas; Venetia Burney nimelist kosmiliste tolmuosakeste loendajat.
Peale selle on New Horizonsi pardal ka mitmesuguseid muid esemeid. Eriti sümboolse tähendusega on pisike konteiner Pluuto avastaja C. Tombaugh tuhaga, kes oli palunud saata tema tuhk kosmosesse. Meenete hulgas oli muidugi USA lipp, tükike kosmoselennuki Space Ship One mudelist ja CD plaadid nende 434 738 töötaja nime ja fotoga, kelle panust hinnati sel kombel projekti ettevalmistamisel ja läbiviimisel.
Tõhus töö reisi käigus
Juba 2006. aasta juunis mööduti suhteliselt lähedalt asteroidist 132524 APL, mida pildistati ja mille läbimõõduks mõõdeti 2,5 km. Üsna suur töö tehti ära Jupiterist möödumisel, kui saadi hinnalisi fotosid tema pinnast, sealhulgas tema Suurest ja Väikesest ning Punasest laigust ja Jupiteri ümbritsevast rõngast ning suurtest nn Galilei kuudest. Huvitavaid andmeid saadi Io vulkaanilise aktiivsuse kohta. Tema vulkaanil Tvashtar fikseeriti hiigelpurse, mis ulatus kuni 330 km kõrgusele. Callisto puhul saadi andmeid selle kohta, kuidas tema pinnajää spekter muutub olenevalt valgustingimustest. Põhjalikult uuriti ka satelliidi Europa jääkatet ja selle deformatsioone. Nende tööde käigus saadi efektiivselt kontrollida mõõteriistade funktsioneerimist. Neljal korral tuli sisse lülitada ka hüdrasiiniga töötavad reaktiivmootorid, et korrigeerida lennutrajektoori. Vaatamata paljudele varitsevate ohtudele – nende seas kardeti eriti mõnda kokkupõrget Pluuto ümbrusse jäänud, isegi liivaterasuurusega prügiga –, õnnestus möödalend 14. juulil täielikult ning Maale jõudsid esimesed lähifotod Pluutost 12 500 km kauguselt, kuigi neid tuli teha vaid loetud minutite jooksul, sest New Horizons möödus Pluutost hiigelkiirusel – ligi 1000 km minutis (!) . Esimesed Pluutolt saadud pildid pakkusid ka palju üllatusi.
Esimesed pildid jõudsid Maale
Juba esimesed detailsed fotod Pluutost ja Charonist pakuvad mitmeid üllatusi ja mõistatusi. Need näitavad väga noori jäiseid mägesid, kuid mitte paljuoodatud kraatreid. Charon avaneb meile aktiivse ning mõistatusliku taevakehana, millel võib näha sadade kilomeetrite pikkusi kaljuahelikke ja ligi kümne kilomeetri sügavusi kanjoneid. Pluutol on näha hiiglaslikke tasandikke, mida lõhestavad orud ja mäed kõrgusega ligi 5 km. Kas nende taevakehade geoloogilist aktiivsust põhjustab radioaktiivse lagunemise soojus, seesmised ookeanid või nende kunagise formeerumise käigus salvestunud energia, jääb edasiste uuringute ülesandeks. Praegu on kõigil soovijatel võimalus pakkuda Pluuto ja Charoni geoloogilistele suurstruktuuridele meelepäraseid nimesid.
Kuiperi vöö uurimine jätkub
Kuigi New Horizons vuhises Pluutost mööda, ei ole tema missioon veel lõppenud. Edasi liigub ta Kuiperi vöösse ning püüab sealt leida ühte või kahte sobivat objekti, millest möödumisel samuti teha ülesvõtteid ja sooritada uurimistöid, sest just seni väheuuritud Kuiperi vöö taevakehad võivad anda väärtuslikke teadmisi selle kohta, kuidas meie kodukülaks olev Päikesesüsteem tekkis ja arenes.
