Sao Diêm Vương (Pluto) hay Diêm Vương tinh (định danh hành tinh vi hình: 134340 Pluto) là hành tinh lùn nặng thứ hai đã được biết trong Hệ Mặt Trời (sau Eris) và là vật thể nặng thứ mười trực tiếp quay quanh Mặt Trời.

Trước kia sao Diêm Vương từng được xếp hạng là một hành tinh, nhưng hiện nay Sao Diêm Vương được coi là thành viên lớn nhất của một vùng riêng biệt được gọi là Vành đai Kuiper. Tương tự như các thành viên khác của vành đai này, nó chủ yếu gồm đá với băng và có kích thước khá nhỏ: xấp xỉ một phần năm khối lượng và một phần ba thể tích Mặt Trăng của Trái Đất. Sao Diêm Vương có quỹ đạo với độ lệch tâm lớn và rất nghiêng. Độ lệch tâm khiến nó có thể có khoảng cách từ 30 tới 49 AU (4,4–7,4 tỷ km) từ Mặt Trời, nên thỉnh thoảng Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương. Sao Diêm Vương và vệ tinh lớn nhất của nó, Charon, thường được coi là một hệ đôi bởi khối tâm của các quỹ đạo của chúng không nằm trong bất kỳ một vật thể nào. Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) vẫn chưa chính thức hoá một định nghĩa cho các hệ hành tinh lùn đôi, và cho tới khi họ thông qua một quyết định như vậy, Charon vẫn được xếp hạng là một vệ tinh của Sao Diêm Vương. Sao Diêm Vương cũng có ba vệ tinh nhỏ hơn khác là Nix, Hydra, được khám phá năm 2005, và vệ tinh P4 được khám phá năm 2011. Ngày 24 tháng 8 năm 2006 Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đã lần đầu tiên định nghĩa "hành tinh". Định nghĩa này không bao gồm Sao Diêm Vương, nó bị Hiệp hội Thiên văn Quốc tế xếp loại lại như một thành viên của loại mới là các hành tinh lùn cùng với Eris và Ceres. Sau khi được tái xếp hạng, Sao Diêm Vương được thêm vào danh sách các tiểu hành tinh và được định danh bằng số 134340. Một số nhà khoa học vẫn cho rằng nó cần được xếp vào nhóm hành tinh.

Vào ngày 14 tháng 7 năm 2015, New Horizons trở thành phi thuyền đầu tiên bay ngang qua Sao Diêm Vương và các vệ tinh của nó, thực hiện các đo đạc và ghi lại những hình ảnh một cách chi tiết.

Khám phá

thumb|left|Tấm ảnh màu đầu tiên của Sao Diêm Vương và Charon, được chụp bởi [[New Horizons]]

Trong thập niên 1840, sử dụng cơ học Newton, Urbain Le Verrier đã dự đoán vị trí của Sao Hải Vương khi ấy vẫn chưa được khám phá sau khi phân tích những nhiễu loạn trong quỹ đạo của Sao Thiên Vương. Giả thiết rằng những sự nhiễu loạn bị gây ra bởi lực hút hấp dẫn của hành tinh khác, Le Verrier đã gửi những tính toán của mình cho nhà thiên văn học Đức Johann Gottfried Galle. Ngày 23 tháng 9 năm 1846, ngay buổi tối sau khi nhận được bức thư, Galle và sinh viên của mình Heinrich d'Arrest đã tìm thấy Sao Hải Vương ở chính xác nơi Le Verrier đã dự đoán. Những quan sát Sao Hải Vương ở cuối thế kỷ 19 đã khiến các nhà thiên văn học phải cho rằng quỹ đạo của Sao Thiên Vương đang bị nhiễu loạn bởi một hành tinh khác nữa ngoài Sao Hải Vương. Năm 1906, Percival Lowell, một người Boston giàu có từng thành lập Đài quan sát Lowell tại Flagstaff, Arizona năm 1894, đã khởi động một dự án lớn để tìm kiếm một hành tinh có thể có thứ 9, hành tinh mà ông gọi tên là "Hành tinh X". Tới năm 1909, Lowell và William H. Pickering đã đề xuất nhiều tọa độ có thể của một hành tinh như vậy.

Việc tìm kiếm Hành tinh X của đài thiên văn mãi tới năm 1929, mới được bắt đầu trở lại khi ông giám đốc Vesto Melvin Slipher giao vai trò định vị Hành tinh X cho Clyde Tombaugh, một chàng trai xuất thân nông dân 22 tuổi đến từ Kansas, người mới chỉ tới Đài quan sát Lowell sau khi Slipher cảm thấy ấn tượng bởi một mẫu các bản vẽ thiên văn học của anh.

Đặt tên

Quyền đặt tên cho vật thể mới phát hiện thuộc về Đài quan sát Lowell. Tombaugh đã hối thúc Slipher đề nghị một cái tên cho vật thể này trước khi có người khác làm điều đó. nhỏ|trái|[[Pluto và Proserpina]] Cái tên Pluto lần đầu được Venetia Burney (sau này là Venetia Phair), một cô học trò 11 tuổi tại Oxford, Anh Quốc đề xuất. Venetia yêu thích thần thoại cổ điển cũng như thiên văn học, và coi cái tên Pluto (một trong những tên khác của Hades, vị thần cai quản địa ngục của người Hy Lạp), là thích hợp cho một hành tinh được cho là tối và lạnh như vậy. Cô bé đã nói ra ý kiến đó trong một cuộc thảo luận với người ông Falconer Madan, một cựu thủ thư tại Thư viện Bodleian thuộc Đại học Oxford. Madan đã gửi cái tên này cho Giáo sư Herbert Hall Turner, và ông này lại đánh điện báo cái tên đó cho các đồng nghiệp ở châu Mỹ.

Vật thể được chính thức đặt tên ngày 24 tháng 3 năm 1930. Mỗi thành viên của Đài quan sát Lowell được cho phép bỏ phiếu chọn trong danh sách chỉ gồm ba cái tên: "Minerva" (tên đã được đặt cho một tiểu hành tinh), "Cronus" (vốn không được coi trọng bởi nó được đề xuất từ một nhà thiên văn vô danh tên là Thomas Jefferson Jackson See), và "Pluto" do Burney đặt. Pluto nhận được số phiếu tối đa. Cái tên này được công bố ngày 1 tháng 5 năm 1930. Biểu tượng chiêm tinh học của Sao Diêm Vương giống với biểu tượng của Sao Hải Vương (♆), nhưng có một vòng tròn thay thế cho cái chĩa đinh ba ở giữa (⯓).

Tại Nhật Bản năm 1930, ngay sau khi hành tinh này được phát hiện, trên "Khoa học hoạ báo" (Nhật văn: 科学画報), Nojiri Hōei (野尻抱影) đã đề nghị dịch tên gọi của hành tinh này sang tiếng Nhật là Minh Vương Tinh [chữ Hán: 冥王星, đọc theo âm âm độc là "めいおうせい" (Meiō sei)]. Minh vương (冥王) là tục xưng của Diêm Ma La Già (閻魔羅闍), theo Phật giáo là chúa tể của địa ngục. Đài Thiên văn Kyōto đã sử dụng tên gọi này nhưng Đài Thiên văn Tōkyō (nay là Đài Thiên văn quốc lập) tiếp tục dùng tên gọi "プルートー" (Purūtō, dịch âm từ tiếng Anh "Pluto") cho đến năm 1943. Trung Quốc từ năm 1933 cũng gọi hành tinh này là "Minh vương tinh". Tên gọi Minh vương tinh còn được dùng trong tiếng Triều Tiên [đọc theo âm Hán tự Triều Tiên là "명왕성" (Myeongwangseong)] và tiếng Mông Cổ.

Do chữ "minh" 冥 có nghĩa là "u ám, tối tăm" đồng âm với chữ "minh" 明 có nghĩa là "sáng" và "minh vương" 冥王 đồng âm với "minh vương" 明王 có nghĩa là "vị vua sáng suốt" nên người Việt Nam tránh gọi Diêm Ma La Già là Minh vương mà thường gọi tắt là Diêm vương (閻王). Minh vương tinh cũng theo đó mà được từ sách báo Trung Quốc sang tiếng Việt là Diêm Vương Tinh (閻王星) hoặc Sao Diêm Vương.

Nhiều ngôn ngữ Phi Âu sử dụng cách chuyển tự "Pluto" bằng cái tên của họ cho vật thể này.

Cái chết của Hành tinh X

Ngay khi được tìm thấy, ánh sáng mờ nhạt và sự thiếu vắng một đĩa phân giải được đã khiến mọi người nghi ngờ Sao Diêm Vương có thể là Hành tinh X của Lowell. Trong suốt thế kỷ 20, những ước tính về khối lượng Sao Diêm Vương liên tục bị điều chỉnh theo hướng giảm xuống: Năm 1931, khối lượng của Sao Diêm Vương được tính gần bằng khối lượng Trái Đất, đến năm 1948 nhà khoa học hành tinh Gerard Kuiper tính toán lại khối lượng của nó, cho thấy bị giảm xuống tới 1/10 khối lượng Trái Đất, gần bằng khối lượng Sao Hỏa. đều không thành công. Năm 1993, Myles Standish đã sử dụng dữ liệu từ chuyến bay ngang Sao Hải Vương của Voyager 2, xác định lại tổng khối lượng hành tinh này giảm 0,5%, để tính toán lại ảnh hưởng trọng lực lên Sao Thiên Vương. Với những con số mới, sự không nhất quán, sự cần thiết của Hành tinh X đã bị bãi bỏ. Ngày nay đa số nhà thiên văn học thống nhất rằng Hành tinh X, như Lowell định nghĩa nó, không tồn tại. Lowell đã đưa ra dự đoán vị trí Hành tinh X năm 1915 hơi gần hơn vị trí thực của Sao Diêm Vương ở thời điểm đó; tuy nhiên, Ernest W. Brown đã kết luận gần như ngay lập tức rằng đó là một sự trùng khớp, một quan điểm vẫn được duy trì đến ngày nay.

Đặc điểm của hành tinh

nhỏ|250 px|So sánh kích thước của [[Trái Đất (bên phải), Mặt Trăng (phía trên, bên trái) và Sao Diêm Vương (phía dưới, bên trái).]] Các [[plutino lớn nhất so sánh về kích thước, suất phân chiếu và màu sắc.]]

Khoảng cách từ Sao Diêm Vương tới Trái Đất khiến việc nghiên cứu sâu về hành tinh này rất khó khăn. Nhiều chi tiết về Sao Diêm Vương sẽ vẫn chưa được biết tới cho đến năm 2015, khi tàu vũ trụ New Horizons tới đó.

Hình dạng bên ngoài và thành phần

Độ sáng biểu kiến bên ngoài của Sao Diêm Vương trong khoảng 15,1, lên tới 13,65 ở điểm cận nhật. Để quan sát được nó, một kính viễn vọng phải có độ mở khoảng 30 cm (12 in). Sao Diêm Vương trông không rõ ràng và giống sao thậm chí khi được quan sát bằng kính viễn vọng lớn bởi đường kính góc của nó chỉ là 0,11". Nó có màu xám sáng pha chút vàng.

Phân tích quang phổ bề mặt Sao Diêm Vương cho thấy nó có thành phần gồm hơn 98% băng nitơ, với các dấu hiệu của methane và carbon monoxide. Khoảng cách và những giới hạn về hiện tại trong kỹ thuật kính viễn vọng khiến không thể chụp ảnh trực tiếp các chi tiết bề mặt Sao Diêm Vương. Các hình ảnh từ Kính viễn vọng không gian Hubble không thể hiện bất kỳ một đặc điểm hay dấu hiệu bề mặt có thể phân biệt nào.

Những hình ảnh tốt nhất về Sao Diêm Vương có từ các bản đồ sáng được tạo ra từ các quan sát gần các lần thực của nó với vệ tinh lớn nhất, Charon. Sử dụng quá trình xử lý máy tính, những quan sát được tiến hành bằng những yếu tố sáng khi Sao Diêm Vương bị Charon che khuất. Ví dụ, việc che khuất một điểm sáng trên Pluto sẽ tạo ra một sự thay đổi tổng độ sáng lớn hơn khi che khuất một điểm tối. Sử dụng kỹ thuật này, ta có thể đo đạc tổng độ sáng của hệ Sao Diêm Vương-Charon và theo dõi những thay đổi độ sáng theo thời gian. Những bản đồ được Kính viễn vọng không gian Hubble tổng hợp cho thấy bề mặt Sao Diêm Vương có đặc điểm ở sự không đồng nhất, một sự thực cũng được chứng nhận bởi sự làm cong ánh sáng và bởi những thay đổi định kỳ trong các phổ của nó. Bề mặt Sao Diêm Vương hướng về phía Charon chứa nhiều băng methane hơn, trong khi phía bề mặt đối diện chứa nhiều nitơ và băng carbon monoxit. Điều này biến Sao Diêm Vương thành vật thể có sự trái ngược lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Iapetus.

Cấu trúc bên trong

nhỏ|200 px|Cấu trúc dự đoán của Sao Diêm Vương.
1. [[Nitơ lỏng|Nitơ đông lạnh
2. Băng nước
3. Silicate và băng nước]] Kính viễn vọng không gian Hubble cho rằng mật độ Sao Diêm Vương ở trong khoảng 1,8 và 2,1 g/cm³, cho thấy thành phần bên trong của nó gồm khoảng 50–70% đá và 30–50% băng.

Có thể quá trình nóng lên đó đang diễn ra ở thời điểm hiện tại, tạo ra một biển nước ngầm bên dưới bề mặt. Tháng 9 năm 2016, các nhà khoa học tại Đại học Brown mô phỏng quá trình va chạm thông qua hình thành vùng đồng bằng Sputnik Planitia, cho thấy nó có thể là kết quả của việc nước lỏng dâng trào từ bên dưới bề mặt sau vụ va chạm, ngụ ý rằng có hiện diện biển nước ngầm nằm dưới bề mặt ở sâu 100 km. Cho đến tháng 6 năm 2020, các nhà thiên văn học đã thông báo bằng chứng cho rằng bên dưới bề mặt Sao Diêm Vương có thể chứa đại dương, và do đó nó có khả năng nuôi dưỡng sự sống khi nó mới được hình thành.

Địa chất

Những đặc trưng địa chất nổi bật trên Sao Diêm Vương gồm: Tombaugh Regio (hay còn gọi là vùng "trái tim"), một vùng sáng lớn nhất nằm trên mặt đối diện với Charon. Cũng có dấu hiệu rõ ràng về những dòng chảy sông băng và chúng chảy ra khỏi bồn địa. Khi tàu New Horizons chụp các bức ảnh về bồn địa, nó không có một hố va chạm nào có thể thấy được, cho thấy bề mặt của nó chưa đầy 10 triệu năm tuổi. Những nghiên cứu mới nhất chỉ ra rằng bề mặt có độ tuổi 180.000 năm. Nhóm khoa học thuộc dự án New Horizons đã tóm tắt những phát hiện ban đầu là "Sao Diêm Vương hiện lên nhiều dạng địa mạo, bao gồm cả những dạng địa hình sinh ra từ các quá trình tác động của sông băng và bề mặt - bầu khí quyển cũng như các quá trình va chạm, kiến ​​tạo, có thể có hoạt động núi lửa băng và xói mòn bề mặt hàng loạt".

Kích thước và khối lượng

Đường kính Sao Diêm Vương là 2376,6 km. Các quan sát về Sao Diêm Vương khi che khuất với Charon cho phép các nhà khoa học ước tính đường kính của Sao Diêm Vương với con số chính xác hơn, trong khi việc phát minh ra phương pháp quang học thích nghi cho phép họ xác định được hình dạng chính xác của nó. sau đó được sửa đổi là 2.372 km vào ngày 24 tháng 7, Áp suất bề mặt trong khí quyển thay đổi từ 6,5 tới 24 μbar. Người ta cho rằng quỹ đạo elip dẹt của Sao Diêm Vương có ảnh hưởng lớn đến khí quyển của nó: khi nó chuyển động ra xa Mặt Trời, bầu khí quyển của nó bị đóng băng dần và rơi trở lại bề mặt. Khi Sao Diêm Vương đến gần Mặt Trời hơn, nhiệt độ bề mặt tăng lên, băng trên bề mặt thăng hoa thành khí. Quá trình này tạo ra hiệu ứng nhà kính ngược; giống như mồ hôi làm lạnh cơ thể khi nó toát ra bề mặt da, sự thăng hoa này làm lạnh bề mặt của Sao Diêm Vương. Các nhà khoa học sử dụng mảng kính thiên văn vô tuyến Submillimeter Array gần đây đã phát hiện ra rằng nhiệt độ trên bề mặt Sao Diêm Vương vào khoảng , lạnh hơn 10 K so với giá trị trước đó.

Do có mặt mêtan, một loại khí nhà kính mạnh, hiện tượng đảo ngược nhiệt độ trong khí quyển của Sao Diêm Vương đã xảy ra, với nhiệt độ trung bình ấm hơn 36 K ở độ cao trên 10 km so với bề mặt.

Chứng cứ đầu tiên cho thấy Sao Diêm Vương có bầu khí quyển được tìm thấy tại Đài quan sát trên không Kuiper (Kuiper Airborne Observatory) năm 1985, dựa trên quá trình quan sát một ngôi sao bị che khuất bởi Sao Diêm Vương. Khi một thiên thể không có bầu khí quyển di chuyển ra phía trước ngôi sao thì ánh sáng từ ngôi sao bị biến mất một cách đột ngột; trong trường hợp của Diêm Vương Tinh, ngôi sao mờ dần dần đi. Từ tốc độ mờ dần, người ta tính ra được áp suất khí quyển bằng 0,15 pascal, xấp xỉ 1/700.000 so với của Trái Đất. Những kết quả này được củng cố mạnh mẽ bằng những quan sát mở rộng trong quá trình che khuất xảy ra vào năm 1988.

Năm 2002, sự kiện Sao Diêm Vương che khuất một ngôi sao khác đã được quan sát và phân tích bởi đội đứng đầu là Bruno Sicardy ở Đài quan sát Paris, James L. Elliot ở MIT, và Jay Pasachoff ở Williams College. Kết quả họ thu được thật ngạc nhiên, áp suất khí quyển ước tính bằng 0,3 pascal, cho dù thời điểm này Sao Diêm Vương nằm xa Mặt Trời hơn so với thời điểm năm 1988 và do đó bầu khí quyển phải lạnh và loãng hơn. Một cách giải thích cho sự khác biệt này là năm 1987, cực nam của Sao Diêm Vương bắt đầu đi ra khỏi bóng tối trong suốt 120 năm, gây ra hiện tượng nitơ thăng hoa từ băng ở cực nam. Phải mất hàng thập kỉ để khí nitơ dư thừa ngưng tụ lại trong bầu khí quyển khi nó bị đóng băng trên chỏm băng tối vĩnh cửu ở cực bắc. Các đỉnh nhọn trong biểu đồ dữ liệu từ các nghiên cứu này cho thấy khả năng có gió thổi trong khí quyển của Sao Diêm Vương.

Tháng 10 năm 2006, Dale Cruikshank ở Trung tâm nghiên cứu Ames thuộc NASA (người đồng lãnh đạo dự án New Horizons) và các đồng nghiệp thông báo họ phát hiện ra dấu vết của êtan trong quang phổ trên bề mặt của Sao Diêm Vương. Lượng êtan này được sinh ra từ sự quang phân hay sự phân ly do bức xạ (sự chuyển đổi hợp chất hóa học do ánh sáng hay bức xạ) của mêtan đóng băng trên bề mặt Sao Diêm Vương hay lơ lửng trong bầu khí quyển của nó.

Quỹ đạo và sự tự quay

Quỹ đạo

phải|thumb|Quỹ đạo của Sao Diêm Vương Quỹ đạo của Sao Diêm Vương khi nhìn hình chiếu đứng mặt phẳng hoàng đạo Chu kỳ quỹ đạo hiện tại của Sao Diêm Vương là khoảng 248 năm Trái Đất. Quỹ đạo của nó khác với các hành tinh khác do có độ nghiêng quỹ đạo hơn 17° và tâm sai khoảng 0,25. Chỉ quỹ đạo của Sao Thủy có độ nghiêng đáng kể là khoảng 7° và tâm sai là khoảng 0,2; còn các hành tinh khác thì có quỹ đạo elip với tâm sai rất bé. Tâm sai lớn có nghĩa là một phần của quỹ đạo Sao Diêm Vương gần với Mặt Trời hơn quỹ đạo của Sao Hải Vương. Khi đến gần điểm cận nhật, Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương. Nhưng do độ nghiêng quỹ đạo, điểm cận nhật của nó ở phía bên trên (khoảng 8 AU) mặt phẳng hoàng đạo.

Bán trục lớn của quỹ đạo Sao Diêm Vương thay đổi trong khoảng 39,3 đến 39,6 AU, và chu kỳ khoảng mỗi 19,95 năm (tương ứng với chu kỳ quỹ đạo thay đổi trong khoảng 246 đến 249 năm). Hiện tại bán trục lớn và chu kỳ quỹ đạo của Sao Diêm Vương đang dài ra. Quả vậy, phần quỹ đạo Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời hơn quỹ đạo Sao Hải Vương nằm khoảng 8 AU phía trên hoàng đạo, và cũng cách một khoảng tương tự với quỹ đạo Sao Hải Vương. các giao điểm xuống của chúng cũng cách nhau một khoảng cách góc tương tự (xem biểu đồ). Bởi quỹ đạo Sao Hải Vương hầu như phẳng so với mặt phẳng hoàng đạo, Sao Diêm Vương luôn cách xa phía trên khi hai hành tinh ở gần nhau trên quỹ đạo.

Chỉ riêng điều này không đủ để bảo vệ Sao Diêm Vương; các nhiễu loạn (ví dụ, tiến động quỹ đạo) từ các hành tinh, đặc biệt là Sao Hải Vương, sẽ làm thay đổi quỹ đạo Sao Diêm Vương, vì thế trong hàng triệu năm một vụ va chạm có thể xảy ra. Một số cơ cấu khác hay các cơ cấu sẽ hoạt động từ đó. Cơ cấu đáng chú ý nhất là một cộng hưởng chuyển động trung bình với Sao Hải Vương. nhỏ|Biểu đồ này thể hiện các vị trí quan hệ của Sao Diêm Vương (màu đỏ) và Sao Hải Vương (màu xanh) tại các thời điểm được lựa chọn. Kích thước Sao Hải Vương và Sao Diêm Vương được thể hiện như nghịch đảo tỷ lệ với khoảng cách giữa chúng để nhấn mạnh lần tiếp cận gần nhất năm 1896.

Sao Diêm Vương nằm ở 3:2 cộng hưởng khoảng cách chuyển động trung bình với Sao Hải Vương: cứ ba lần Sao Hải Vương quay xung quanh Mặt Trời, Sao Diêm Vương thực hiện điều đó 2 lần. Hai vật thể sau đó sẽ quay trở lại các vị trí ban đầu của chúng và chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ kéo dài 500 năm. Mô hình này được xác định sao cho, trong mỗi chu kỳ 500 năm, lần đầu tiên Sao Diêm Vương gần điểm cận nhật Sao Hải Vương ở hơn 50° phía sau Sao Diêm Vương. Ở lần cận nhật thứ hai của Sao Diêm Vương, Sao Hải Vương sẽ hoàn thành một vòng nữa và một nửa vòng riêng trên quỹ đạo của nó, và vì thế sẽ ở một khoảng cách tương tự phía trước Sao Diêm Vương. Trên thực tế, khoảng cách tối thiểu giữa Sao Diêm Vương và Sao Hải Vương là hơn 17 AU; Sao Diêm Vương thực tế có thời điểm ở gần (11 AU) Sao Thiên Vương hơn Sao Hải Vương. Điều này khiến quỹ đạo của chúng không thể thay đổi so với nhau— chu kỳ luôn lặp lại theo cùng cách— và hai vật thể không bao giờ đến được gần nhau. Vì thế, thậm chí khi quỹ đạo của Sao Diêm Vương không quá nghiêng, hai vật thể cũng không bao giờ va chạm nhau. Tuy nhiên, có nhiều sự cộng hưởng và tác động khác ảnh hưởng tới các chi tiết chuyển động tương đối của chúng, và tăng cường tính ổn định của Sao Diêm Vương. Chúng xuất hiện chủ yếu từ hai cơ cấu phụ trợ (ngoài sự cộng hưởng chuyển động trung bình 3:2).

Đầu tiên, cuộc tranh cãi về điểm cận nhật của Sao Diêm Vương, góc giữa điểm nơi nó cắt hoàng đạo và điểm nó ở gần Mặt Trời nhất, đu đưa quanh 90°. Theo một bài báo trích từ Đại học Arizona, khối nitơ đóng băng tích tụ trong các khu vực bị che khuất của hành tinh lùn nên mới gây ra hiện tượng này. Những khối này sẽ khiến vật thể tự định hướng lại, dẫn đến độ nghiêng trục bất thường của nó. Sự tích tụ của nitơ là do khoảng cách rộng lớn của sao Diêm Vương với Mặt Trời. Tại xích đạo, nhiệt độ có thể rơi -210 °C, gây ra việc đóng băng nitơ giống như nước bị đóng băng trên Trái Đất.

Vệ tinh

nhỏ|phải|Sao Diêm Vương và ba vệ tinh đã được khám phá của nó. Sao Diêm Vương và Charon là các vật thể sáng nhất ở giữa, hai vệ tinh nhỏ hơn ở phía phải và phía dưới xa hơn phía ngoài. Sao Diêm Vương có năm vệ tinh tự nhiên đã được biết: Charon, lần đầu được xác định năm 1978 bởi nhà thiên văn học James Christy; và hai vệ tinh nhỏ hơn, Nix và Hydra, cả hai cùng được phát hiện năm 2005, và 2 vệ tinh nữa Kerberos & Styx.

Các vệ tinh của Sao Diêm Vương luôn ở gần bề mặt của nó, so với các hệ khác đã được quan sát. Các vệ tinh có thể có tiềm năng quay quanh Sao Diêm Vương lên tới 53% (hay 69%, nếu đi ngược) của bán kính quyển Hill, vùng ảnh hưởng trọng lực ổn định của Sao Diêm Vương. Ví dụ, Psamathe quay quanh Sao Hải Vương ở 40% bán kính Hill. Trong trường hợp Sao Diêm Vương, chỉ 3% của vùng được biết có sự có mặt của các vệ tinh. Theo thuật ngữ của các nhà khoa học, hệ Sao Diêm Vương dường như "quá chật và hầu như trống rỗng." Trong các bức ảnh thu được từ Hubble chụp Sao Diêm Vương trong các ngày 28 tháng 6 năm 2011 và 3 tháng 7 năm 2011 các nhà thiên văn học ở viện SETI ở California đã phát hiện ra thêm một vệ tinh mới thứ tư của Sao Diêm Vương. Vệ tinh được tạm thời gọi là P4 (sau này là Kerberos) có đường kính từ 13 đến 34 km và quỹ đạo của nó nằm giữa quỹ đạo của Nix và Hydra.

Charon

nhỏ|Màu sắc tự nhiên của Charon năm 2018 Hệ thống Sao Diêm Vương-Charon rất đáng chú ý vì đây là hệ đôi lớn nhất trong một vài hệ đôi thuộc Hệ Mặt Trời, và được xác định là cặp đôi có khối tâm nằm ngoài bề mặt hành tinh chính (617 Patroclus là một ví dụ nhỏ hơn khác). Điều này và kích thước to lớn của Charon so với Sao Diêm Vương khiến một số nhà thiên văn gọi chúng là một hành tinh đôi lùn. Hệ này cũng khác biệt so với các hệ hành tinh khác ở điểm mỗi vật thể đều khóa thủy triều vật thể kia: Charon luôn quay một phía bề mặt về Sao Diêm Vương, và Sao Diêm Vương cũng luôn quay một mặt về Charon. Nếu một người đứng ở phía bề mặt gần của Sao Diêm Vương, Charon sẽ lơ lửng trên bầu trời mà không chuyển động; nếu người này đi về phía bề mặt bên kia, anh ta sẽ không thể nhìn thấy mặt kia của Charon. Năm 2007, những quan sát của Đài thiên văn Gemini về những dấu vết ammonia hydrate và tinh thể nước trên bề mặt Charon cho thấy sự hiện diện của các mạch nước phun hoạt động.

Nix và Hydra

nhỏ|trái|Hình vẽ của nghệ sĩ về bề mặt [[Hydra (vệ tinh)|Hydra. Sao Diêm Vương và Charon (bên phải) và Nix (chấm sáng bên trái).]] nhỏ|phải|Sơ đồ hệ Sao Diêm Vương. P 1 là Hydra, và P 2 là Nix. Hai vệ tinh khác của Sao Diêm Vương đã được các nhà khoa học sử dụng Kính viễn vọng không gian Hubble chụp ngày 15 tháng 5 năm 2005, và chúng đã nhận được tên định danh tạm thời là S/2005 P 1 và S/2005 P 2. Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đã chính thức đặt tên cho các vệ tinh mới nhất của Sao Diêm Vương là Nix (hay Pluto II, vệ tinh phía bên trong, trước kia là P 2) và Hydra (Pluto III, vệ tinh phía ngoài, trước kia là P 1), ngày 21 tháng 6 năm 2006.

Những vệ tinh nhỏ này quay quanh Sao Diêm Vương ở khoảng cách gấp hai và ba lần Charon: Nix ở 48,700 kilômét và Hydra ở 64,800 kilômét từ tâm khối lượng chung của hệ. Chúng có quỹ đạo cùng hướng trên cùng mặt phẳng quỹ đạo như Charon, và rất gần (nhưng không phải ở trong) chuyển động trung bình cộng hưởng quỹ đạo 4:1 và 6:1 với Charon.

Những quan sát Nix và Hydra để xác định các tính chất riêng của chúng đang được tiến hành. Thỉnh thoảng Hydra sáng hơn Nix, cho thấy hoặc nó lớn hơn hoặc những phần khác nhau trên bề mặt của nó có thể có độ sáng khác nhau. Các kích thước được ước tính từ các suất phân chiếu. Quang phổ của hai vệ tinh này tương tự quang phổ của Charon cho thấy một suất phân chiếu 35% như của Charon; các giá trị này khiến Nix được ước tính có đường kính 46 km còn Hydra lớn hơn và có đường kính 61 km. Những giới hạn trên của đường kính của chúng có thể được ước tính khi lấy suất phân chiếu 4% của các vật thể tối nhất trong Vành đai Kuiper; những giới hạn đó là 137 ± 11 km và 167 ± 10 km. Ở phía cuối của dãy này, các khối lượng được suy luận chưa tới 0.3% khối lượng Charon, hay 0.03% của Sao Diêm Vương.

Sự khám phá hai vệ tinh nhở hơn cho thấy Sao Diêm Vương có thể có một hệ vành đai biến đổi. Các vụ va chạm của các vật thể nhỏ có thể tạo ra rác hình thành nên các vành đai hành tinh. Dữ liệu từ một cuộc khảo sát quang học kỹ lưỡng của Advanced Camera for Surveys trên Kính viễn vọng vũ trụ Hubble cho thấy không có hệ vành đai nào. Nếu một hệ như vậy tồn tại, hoặc nó mỏng manh như các vành đai Sao Mộc hoặc nó chỉ hạn chế ở chiều rộng chưa tới 1,000 km.

Khi chụp ảnh hệ Sao Diêm Vương, những quan sát từ Huble đặt ra các giới hạn với bất kỳ một vệ tinh có thể nào khác. Với độ tin cậy lên tới 90%, không thể có thêm một vệ tinh khác lớn hơn 12 km (hay tối đa 37 km với suất phân chiếu 0.041) tồn tại bên ngoài ánh chói của Sao Diêm Vương năm giây cung từ hành tinh lùn này. Điều này giả định rằng một vật thể kiểu Charon có suất phân chiếu 0.38; ở mức độ tin cậy 50% giới hạn là 8.

Kerberos và Styx

Hai vệ tinh Kerberos & Styx được phát hiện và công bố, được xác nhận là những vệ tinh mới năm 2011 và 2012 bới Kính viễn vọng không gian Hubble.

Nguồn gốc

nhỏ|400 px|Chấm của tất cả các vật thể đã được biết tới trong Vành đai Kuiper, tương phản với bốn hành tinh phía ngoài Nguồn gốc và đặc điểm của Sao Diêm Vương từ lâu đã là câu hỏi khó đối với các nhà thiên văn học. Trong thập niên 1950 có ý kiến cho rằng Sao Diêm Vương là một vệ tinh đã thoát khỏi Sao Hải Vương, bị vệ tinh lớn nhất hiện nay của ngôi sao này là Triton đẩy bắn ra khỏi quỹ đạo. Ý kiến này đã bị chỉ trích nhiều bởi, như được giải thích ở trên, thực tế Sao Diêm Vương không bao giờ tới gần hành tinh.

Từ năm 1992, các nhà thiên văn học đã bắt đầu khám phá ra nhiều vật thể băng nhỏ phía ngoài Sao Hải Vương tương tự như Sao Diêm Vương không chỉ ở quỹ đạo mà cả ở kích thước và thành phần. Vành đai này, được gọi là Vành đai Kuiper theo một trong những nhà thiên văn học người lần đầu tiên xác định tính chất của các vật thể bên ngoài Sao Hải Vương, được tin là nguồn gốc của nhiều sao chổi chu kỳ ngắn. Các nhà thiên văn học hiện tin rằng Sao Diêm Vương là vật thể lớn nhất Nếu Sao Diêm Vương bị đặt ở gần Mặt Trời như Trái Đất, nó cũng sẽ có một cái đuôi như các sao chổi. Tuyên bố này đã gây ra tranh cãi vì suy luận rằng vận tốc thoát ly của Sao Diêm Vương quá cao để gây ra hiện tượng này. Người ta đề xuất rằng Sao Diêm Vương có thể hình thành từ sự bồi tụ của nhiều sao chổi và các vật thể thuộc vành đai Kuiper.

Dù Sao Diêm Vương là vật thể lớn nhất trong vành đai Kuper đã được phát hiện, Triton, hơi lớn hơn Sao Diêm Vương lại có nhiều đặc điểm khí quyển và thành phần địa chất giống với Sao Diêm Vương và được tin rằng cũng là một vật thể bị bắt khỏi Vành đai Kuiper. Eris (xem bên dưới) cũng lớn hơn Sao Diêm Vương nhưng không bị coi hoàn toàn là một thành viên của Vành đai Kuiper. Thay vào đó, nó được coi là một thành viên của đám vật thể được gọi là đĩa phân tán.

Một số lượng lớn vật thể trong Vành đai Kuiper, như Sao Diêm Vương, có cộng hưởng quỹ đạo 3:2 với Sao Hải Vương. Các vật thể vành đai Kuiper có cộng hưởng quỹ đạo kiểu này được gọi là "plutino", theo tên Pluto.

Giống như các thành viên khác thuộc vành đai Kuiper, Sao Diêm Vương được cho là một vi thể hành tinh còn sót lại; một thành phần trong đĩa tiền hành tinh nguyên thủy xung quanh Mặt Trời không thể kết hợp hoàn toàn để hình thành một hành tinh chính thống. Hầu hết các nhà thiên văn đồng ý rằng Sao Diêm Vương có vị trí hiện tại là do nó trải qua sự di trú đột ngột cùng với Sao Hải Vương trong thời kỳ đầu hình thành Hệ Mặt Trời. Vì Sao Hải Vương di trú ra bên ngoài, nó tiếp cận các vật thể trong Vành đai Kuiper nguyên thủy, dẫn đến việc Triton bị Sao Hải Vương bắt giữ và quay trên quỹ đạo quanh hành tinh này cho đến hiện nay, khóa các vật thể khác rơi vào mức cộng hưởng khác nhau và đẩy các vật thể khác rơi vào những quỹ đạo hỗn loạn. Các vật thể trong đĩa phân tán được cho là đã đặt ở vị trí hiện tại do chúng tác động với mức cộng hưởng chuyển động của Sao Hải Vương. Trước thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20 chưa hề có một nỗ lực thực sự nào nhằm thám hiểm Sao Diêm Vương. Tháng 8 năm 1992, nhà khoa học Robert Staehle của JPL đã gọi điện cho người phát hiện Sao Diêm Vương, Clyde Tombaugh, yêu cầu cho phép viếng thăm hành tinh của ông. "Tôi đã nói rằng ông ta được chào đón ở đó," Tombaugh sau này nhớ lại, "dù ông ta sẽ phải có một chuyến bay dài và lạnh giá." Dù đã có khoảnh khắc sớm này, năm 2000, NASA đã hủy bỏ phi vụ Pluto Kuiper Express, với các lý do chi phí gia tăng và những chậm trễ trong việc chế tạo phương tiện phóng.

nhỏ|trái|Lần đầu tiên Sao Diêm Vương được nhìn thấy từ tàu New Horizons Sau một cuộc chiến chính trị căng thẳng, một phi vụ mới tới Sao Diêm Vương, với cái tên New Horizons, đã được chính phủ Hoa Kỳ cung cấp chi phí năm 2003. New Horizons được phóng thành công ngày 19 tháng 1 năm 2006. Lãnh đạo sứ mệnh, S. Alan Stern, xác nhận rằng một số tro từ thi hài Clyde Tombaugh, đã mất năm 1997, đã được đặt trên con tàu.

Đầu năm 2007 lợi dụng hỗ trợ hấp dẫn từ Sao Mộc. Lần tiếp cận gần nhất của nó tới Sao Diêm Vương đã diễn ra ngày 14 tháng 7 năm 2015; những quan sát khoa học với Sao Diêm Vương sẽ bắt đầu từ năm tháng trước cuộc tiếp cận gần và sẽ tiếp tục ít nhất một tháng sau lần gặp mặt. New Horizons đã chụp những bức ảnh đầu tiên (từ xa) về Sao Diêm Vương hồi cuối tháng 9 năm 2006, trong cuộc thử nghiệm thiết bị Long Range Reconnaissance Imager (LORRI). Các bức ảnh, được chụp từ khoảng cách xấp xỉ 4.2 tỷ km, xác nhận khả năng thám sát các mục tiêu xa của tàu vũ trụ, khả năng cần thiết để tiến tới gần Sao Diêm Vương và các vật thể khác trong Vành đai Kuiper.

New Horizons sẽ sử dụng một gói cảm biến từ xa gồm các thiết bị hình ảnh và thiết bị radio khảo sát khoa học, cũng như máy quang phổ và các thiết bị khác, để xác định địa chất và hình thái của Sao Diêm Vương cùng vệ tinh Charon của nó, vẽ bản đồ thành phần bề mặt hai vật thể và phân tích khí quyển trung tính của Sao Diêm Vương cùng tỷ lệ tốc độ thoát của nó. New Horizons cũng sẽ chụp ảnh bề mặt Sao Diêm Vương và Charon.

Sự khám phá các vệ tinh Nix và Hydra có thể đặt ra những thách thức chưa được dự tính với tàu vụ trụ. Những vụn rác từ các vụ va chạm giữa các vật thể trong Vành đai Kuiper và các vệ tinh nhỏ hơn, với tốc độ thoát khá nhỏ của chúng, có thể tạo ra một vòng đai gồm nhiều mảnh vỡ thiên thạch nhỏ. Nếu New Horizons phải bay qua một vòng đai như vậy, nhiều khả năng vi thiên thạch có thể gây hư hại cho con tàu. Tương tự, một hình ảnh tương tự chứa bên trong thiết bị Voyager Golden Record được đặt trong tàu vũ trụ Voyager 1 và Voyager 2 (cũng được phóng hồi thập niên 1970) có bao gồm dữ liệu về Sao Diêm Vương và cũng thể hiện nó như hành tinh thứ chín. Nhân vật Pluto trong các bộ phim hoạt hình của Disney, xuất hiện năm 1930, cũng được đặt tên đó để kỷ niệm hành tinh này. Năm 1941, Glenn T. Seaborg đã đặt tên cho nguyên tố mới được tạo ra là plutoni để vinh danh Sao Diêm Vương, và cũng để giữ truyền thống đặt tên các nguyên tố theo các hành tinh mới được tìm ra (urani theo Sao Thiên Vương (Uranus), neptuni theo Sao Hải Vương (Nepturne), dù truyền thống này cũng được sử dụng đối với một số vật thể không phải hành tinh: ceri được đặt theo tên Ceres và palladi theo tên Pallas).

Những khám phá mới dẫn tới tranh cãi

Sự khám phá Vành đai Kuiper và mối quan hệ của Sao Diêm Vương với vành đai này khiến nhiều người đặt câu hỏi liệu Sao Diêm Vương có nên được coi là một vật thể riêng biệt khỏi vành đai hay không. Năm 2002, vật thể 50000 Quaoar thuộc vành đai được phát hiện, với đường kính khoảng 1,280 kilômét, bằng một nửa Sao Diêm Vương. Năm 2004, những người khám phá 90377 Sedna đã đặt một giới hạn trên là 1,800 kilômét đường kính, gần bằng đường kính Sao Diêm Vương 2,320 kilômét vào năm đó. Giống như Ceres cuối cùng bị mất tư cách hành tinh sau sự khám phá các tiểu hành tinh khác, vì thế, vấn đề được đặt ra, Sao Diêm Vương phải được xếp hạng lại như một trong những vật thể thuộc vành đai Kuiper.

Ngày 29 tháng 7 năm 2005, sự khám phá một vật thể ngoài Sao Hải Vương được thông báo. Được đặt tên Eris, lúc đầu nó hơi lớn hơn Sao Diêm Vương và là vật thể lớn nhất được phát hiện trong Hệ Mặt Trời từ khi phát hiện Triton năm 1846. Những người phát hiện ra nó và báo chí ban đầu gọi nó là "hành tinh thứ mười", dù không có sự đồng thuật chính thức ở thời điểm đó về việc có nên gọi nó là một hành tinh hay không. Những người khác trong giới thiên văn học coi sự khám phá là lý lẽ mạnh mẽ nhất đòi hỏi xếp hạng lại Sao Diêm Vương như một tiểu hành tinh.

Những đặc tính gây tranh cãi khác của Sao Diêm Vương là vệ tinh lớn, Charon, và khí quyển của nó. Những đặc tính này có lẽ không phải duy nhất của Sao Diêm Vương: nhiều vật thể ngoài Sao Hải Vương khác cũng có vệ tinh, và quang phổ của Eris cho thấy bề mặt nó có thành phần tương tự Sao Diêm Vương. Nó cũng có một vệ tinh, Dysnomia, được phát hiện tháng 9 năm 2005.

Giám đốc các viện bảo tàng và cung thiên văn thỉnh thoảng gây ra tranh cãi khi bỏ Sao Diêm Vương khỏi các mô hình hành tinh của Hệ Mặt Trời. Một số lần hành động đó là có chủ ý; Cung thiên văn Hayden mở cửa trở lại sau khi được sửa chữa năm 2000 với một mô hình chỉ gồm tám hành tinh. Cuộc tranh cãi đã được đưa lên trang đầu các báo ở thời điểm đó.

Đại hội Hiệp hội Thiên văn Quốc tế

Từ 16 đến 24 tháng 8 năm 2006, 3.000 nhà thiên văn học và nhà khoa học thuộc Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) đã gặp nhau tại Praha, Cộng hòa Séc để thảo luận về định nghĩa hành tinh. Tổ chức này có kế hoạch chính thức đưa ra định nghĩa hành tinh, và từ đó để xác định Sao Diêm Vương là hành tinh, hành tinh lùn (dwarf planet) hay là một thiên thể vành đai Kuiper (KBO). Ban đầu, tổ chức này có ý định phân loại Sao Diêm Vương cùng với 2003 UB313 và các thiên thể hình cầu thuộc loại thiên thể ngoài Sao Hải Vương mà có thể sẽ được phát hiện ra, là các hành tinh, mặc dù chúng rất "gần gũi" với Sao Diêm Vương. Ceres và vệ tinh tự nhiên Charon của Sao Diêm Vương, cũng được xem như là các hành tinh lùn.

Tuy nhiên, đến ngày 24 tháng 8 năm 2006, dự định ban đầu đã có thay đổi. Theo nghị quyết 5A được thông qua, 3 tiêu chí để một thiên thể được coi là hành tinh trong Hệ Mặt Trời như sau:

Thiên thể phải có quỹ đạo quanh Mặt Trời và bản thân nó không phải là một ngôi sao.

Thiên thể phải có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn của chính nó tạo cho nó dạng cân bằng thủy tĩnh (gần như hình cầu).

Thiên thể phải có khối lượng vượt trội so với các thiên thể khác quanh vùng quỹ đạo của mình.

Sao Diêm Vương không đáp ứng được tiêu chí thứ ba, vì quỹ đạo rất dẹt của nó cắt quỹ đạo Sao Hải Vương, là hành tinh lớn hơn nó nhiều.

Theo nghị quyết 6A, Sao Diêm Vương được phân loại là hành tinh lùn (cùng loại với nó là Ceres và Eris). Ngày 7 tháng 9 năm 2006, Sao Diêm Vương đã được ấn định số tiểu hành tinh 134340, do Trung tâm Minor Planet, cơ quan chính thức chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu về các tiểu hành tinh và sao chổi trong hệ mặt trời, đưa ra. Nó được công nhận là hình mẫu cho một loại thiên thể mới gồm các thiên thể phía ngoài Sao Hải Vương. Vào tháng 6 năm 2008, IAU đã thông báo trong báo chí rằng thuật ngữ "plutoid" từ đó sẽ được sử dụng để chỉ Sao Diêm Vương và những vật thể có khối lượng hành tinh khác nằm xa hơn Sao Hải Vương, dù thuật ngữ này không được áp dụng nhiều.

Sau khi phân loại lại danh hiệu của Sao Diêm Vương vào tháng 8 năm 2006, đã có một số tranh cãi nảy lửa trong cộng đồng thiên văn học. Một số nhà khoa học cũng phản đối về cách phân loại này, điển hình là Alan Stern, trưởng nhóm sứ mệnh New Horizons của NASA, đã chế giễu nghị quyết của IAU, nói rằng "định nghĩa này không khả thi và sai cơ bản về mặt khoa học". Stern cho rằng, theo định nghĩa mới này, cả Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Hải Vương sẽ không phải là hành tinh vì quỹ đạo của chúng vẫn còn quá nhiều tiểu hành tinh chưa thể dọn sạch. Ông còn lập luận rằng tất cả các vệ tinh lớn dạng cầu, bao gồm cả Mặt Trăng của Trái Đất, cũng nên được coi là hành tinh. Ông cũng tuyên bố rằng vì chỉ có ít hơn 5% các nhà thiên văn học đã bỏ phiếu cho tiêu chí thứ ba, nên quyết định này không mang tính đại diện cho toàn cộng đồng thiên văn học. Nhà thiên văn học Marc W. Buie, lúc đó làm việc tại Đài quan sát Lowell, đã kiến ​​nghị không sử dụng định nghĩa này.

Biểu quyết của công chúng đã khẳng định rằng Sao Diêm Vương bị IAU "giáng cấp xuống thành hành tinh lùn một cách không công bằng". Một số thành viên công chúng cũng đã bác bỏ sự thay đổi đó, dẫn đến sự bất đồng trong cộng đồng khoa học về vấn đề này hoặc những lý do về mặt cảm tình. Và họ tuyên bố vẫn duy trì sự hiểu biết về Sao Diêm Vương như một hành tinh và mãi mãi sẽ như vậy, bất chấp những nghị quyết trong định nghĩa hành tinh của IAU.