Definitie van planeet
Ondanks de verklaring van de IAU zijn een aantal critici nog steeds niet overtuigd. De definitie wordt door sommigen gezien als willekeurig en verwarrend. Een aantal voorstanders van Pluto als planeet, met name Alan Stern, hoofd van NASA’s New Horizons-missie naar Pluto, heeft een petitie onder astronomen laten rondgaan om de definitie te wijzigen. Stern beweert dat het besluit niet representatief is voor de hele astronomische gemeenschap, omdat minder dan 5 procent van de astronomen voor heeft gestemd. Maar zelfs als deze controverse buiten beschouwing wordt gelaten, blijven er verschillende onduidelijkheden in de definitie bestaan.
Opruimen van de buurtEdit
Een van de belangrijkste geschilpunten is de precieze betekenis van “de buurt rond zijn baan heeft opgeruimd”. Alan Stern werpt tegen dat “het onmogelijk en gekunsteld is om een scheidslijn te trekken tussen dwergplaneten en planeten”, en dat aangezien noch de Aarde, noch Mars, noch Jupiter, noch Neptunus hun gebieden volledig hebben vrijgemaakt van brokstukken, geen van hen volgens de IAU-definitie als planeten kan worden beschouwd.
Mike Brown weerlegt deze beweringen door te zeggen dat de grote planeten hun banen niet hebben vrijgemaakt, maar dat ze de banen van de andere hemellichamen binnen hun omloopzone volledig beheersen. Jupiter mag dan wel een groot aantal kleine hemellichamen in zijn baan hebben (de Trojaanse asteroïden), maar deze hemellichamen bestaan alleen in Jupiters baan omdat ze in de ban zijn van de enorme zwaartekracht van de planeet. Evenzo kan Pluto de baan van Neptunus kruisen, maar Neptunus heeft Pluto en de bijbehorende Kuipergordelobjecten, plutino’s genaamd, lang geleden in een 3:2-resonantie opgesloten, d.w.z. dat zij voor elke drie Neptunus-banen twee keer rond de Zon draaien. De banen van deze objecten worden volledig gedicteerd door de zwaartekracht van Neptunus, en dus is Neptunus gravitationeel dominant.
In oktober 2015 stelde de astronoom Jean-Luc Margot van de Universiteit van Californië Los Angeles een metriek voor voor het vrijmaken van de baanzone, afgeleid van de vraag of een object een baanzone van omvang 2√3 van zijn Heuvelstraal kan vrijmaken in een specifieke tijdschaal. Deze metriek plaatst een duidelijke scheidslijn tussen de dwergplaneten en de planeten van het zonnestelsel. De berekening is gebaseerd op de massa van de gastheerster, de massa van het hemellichaam, en de omlooptijd van het hemellichaam. Een hemellichaam met massa van de aarde dat in een baan rond een ster met massa van de zon draait, verwijdert zijn baan op afstanden tot 400 astronomische eenheden van de ster. Een lichaam van Mars-massa op de baan van Pluto klaart zijn baan. Deze metriek, die Pluto als dwergplaneet laat staan, geldt zowel voor het zonnestelsel als voor extrasolaire systemen.
Sommige tegenstanders van de definitie hebben beweerd dat “de buurt klaren” een dubbelzinnig begrip is. Mark Sykes, directeur van het Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, en organisator van de petitie, uitte deze mening tegenover National Public Radio. Hij is van mening dat de definitie een planeet niet categoriseert naar samenstelling of formatie, maar in feite naar locatie. Hij meent dat een object ter grootte van Mars of groter voorbij de baan van Pluto niet als planeet zou worden beschouwd, omdat het volgens hem geen tijd zou hebben om zijn baan te klaren.
Brown merkt echter op dat als het criterium “de buurt klaren” zou worden losgelaten, het aantal planeten in het zonnestelsel zou kunnen stijgen van acht naar meer dan 50, met honderden die mogelijk nog ontdekt kunnen worden.
Hydrostatisch evenwichtEdit
De definitie van de IAU schrijft voor dat planeten groot genoeg moeten zijn om door hun eigen zwaartekracht in een toestand van hydrostatisch evenwicht te geraken; dit betekent dat zij een ronde, ellipsoïdale vorm krijgen. Tot een bepaalde massa kan een voorwerp onregelmatig van vorm zijn, maar voorbij dat punt begint de zwaartekracht een voorwerp naar zijn eigen massamiddelpunt te trekken totdat het voorwerp ineenstort tot een ellipsoïde. (Geen van de grote hemellichamen van het Zonnestelsel is echt bolvormig. Velen zijn sferoïden, en verscheidene, zoals de grotere manen van Saturnus en de dwergplaneet Haumea, zijn door snelle rotatie of getijdekrachten verder vervormd tot ellipsoïden, maar nog steeds in hydrostatisch evenwicht.)
Echter, er is geen precies punt waarop van een voorwerp kan worden gezegd dat het hydrostatisch evenwicht heeft bereikt. Zoals Soter in zijn artikel opmerkt, “hoe moeten we de mate van rondheid die een planeet kenmerkt kwantificeren? Overheerst de zwaartekracht zo’n lichaam als zijn vorm 10 procent of 1 procent afwijkt van een sferoïde? De natuur biedt geen onbezette ruimte tussen ronde en niet-ronde vormen, dus elke grens zou een arbitraire keuze zijn.” Bovendien varieert het punt waarop de massa van een voorwerp het samendrukt tot een ellipsoïde, afhankelijk van de chemische samenstelling van het voorwerp. Objecten gemaakt van ijs, zoals Enceladus en Miranda, nemen die toestand gemakkelijker aan dan objecten gemaakt van steen, zoals Vesta en Pallas. Hitte-energie, afkomstig van gravitatie-instorting, inslagen, getijdekrachten zoals orbitale resonanties, of radioactief verval, bepaalt ook of een object ellipsoïdaal zal zijn of niet; Saturnus’ ijzige maan Mimas is ellipsoïdaal (hoewel niet langer in hydrostatisch evenwicht), maar Neptunus’ grotere maan Proteus, die een vergelijkbare samenstelling heeft maar kouder is vanwege zijn grotere afstand tot de Zon, is onregelmatig. Bovendien is de veel grotere Iapetus ellipsvormig maar heeft niet de afmetingen die verwacht worden voor zijn huidige draaisnelheid, wat erop wijst dat hij ooit in hydrostatisch evenwicht was maar dat niet meer is, en hetzelfde geldt voor de maan van de Aarde.
Dubbelplaneten en manenEdit
De definitie sluit satellieten specifiek uit van de categorie dwergplaneet, al wordt de term “satelliet” niet direct gedefinieerd. In het oorspronkelijke ontwerp-voorstel werd een uitzondering gemaakt voor Pluto en zijn grootste satelliet, Charon, die een zwaartepunt hebben dat buiten het volume van beide lichamen ligt. In het oorspronkelijke voorstel werd Pluto-Charon als een dubbelplaneet geclassificeerd, waarbij de twee objecten in een tandembaan om de zon draaiden. In het definitieve ontwerp werd echter duidelijk gemaakt dat, ook al zijn ze in relatieve grootte vergelijkbaar, alleen Pluto momenteel als dwergplaneet zou worden geclassificeerd.
Sommigen hebben echter gesuggereerd dat de Maan desondanks een planeet genoemd zou moeten worden. In 1975 merkte Isaac Asimov op dat de timing van de omloopbaan van de Maan samenvalt met die van de Aarde – op de ecliptica draait de Maan nooit in een lus terug, en in wezen draait de Maan in haar eigen baan om de Zon.
Ook veel manen, zelfs die niet direct om de Zon draaien, vertonen vaak kenmerken die met echte planeten overeenkomen. Er zijn 19 manen in het zonnestelsel die een hydrostatisch evenwicht hebben bereikt en als planeten zouden worden beschouwd als alleen naar de fysische parameters wordt gekeken. Zowel Jupiters maan Ganymedes als Saturnus’ maan Titan zijn groter dan Mercurius, en Titan heeft zelfs een substantiële atmosfeer, dikker dan die van de Aarde. Manen als Io en Triton vertonen duidelijke en voortdurende geologische activiteit, en Ganymedes heeft een magnetisch veld. Net zoals sterren in een baan om andere sterren nog steeds sterren worden genoemd, zijn sommige astronomen van mening dat objecten in een baan om planeten die al hun eigenschappen gemeen hebben ook planeten genoemd zouden kunnen worden. Mike Brown doet inderdaad een dergelijke bewering in zijn ontleding van de kwestie:
Het is moeilijk om consistent te beargumenteren dat een ijsbal van 400 km als planeet zou moeten tellen omdat hij een interessante geologie heeft, terwijl een satelliet van 5000 km met een enorme atmosfeer, methaanmeren en dramatische stormen niet in dezelfde categorie zou mogen worden ondergebracht, hoe je hem ook noemt.
Hij gaat echter verder met te zeggen dat: “Voor de meeste mensen is het beschouwen van ronde satellieten (inclusief onze maan) als ‘planeten’ in strijd met het idee van wat een planeet is.”
Alan Stern heeft betoogd dat locatie er niet toe zou moeten doen en dat alleen geofysische attributen in aanmerking zouden moeten worden genomen bij de definitie van een planeet, en stelt de term satellietplaneet voor voor manen met een planeetmassa.
Extrasolaire planeten en bruine dwergenEdit
De ontdekking sinds 1992 van extrasolaire planeten, of objecten ter grootte van een planeet rond andere sterren (4.687 van dergelijke planeten in 3.463 planetenstelsels, waaronder 770 meervoudige planetenstelsels per 1 maart 2021), heeft het debat over de aard van planeten op onverwachte manieren verbreed. Veel van deze planeten zijn aanzienlijk groot en benaderen de massa van kleine sterren, terwijl veel recent ontdekte bruine dwergen juist klein genoeg zijn om als planeten te worden beschouwd. Het materiële verschil tussen een ster met een lage massa en een grote gasreus is niet zo duidelijk; afgezien van de grootte en de relatieve temperatuur is er weinig dat een gasreus als Jupiter onderscheidt van zijn gastheerster. Beide hebben een vergelijkbare samenstelling: waterstof en helium, met sporen van zwaardere elementen in hun atmosfeer. Het algemeen aanvaarde verschil is er een van vorming; sterren zouden van “boven naar beneden” zijn gevormd, uit de gassen in een nevel toen ze door zwaartekracht ineenstortten, en zouden dus bijna volledig uit waterstof en helium bestaan, terwijl planeten van “beneden naar boven” zouden zijn gevormd, uit de aanwas van stof en gas in een baan rond de jonge ster, en dus een kern van silicaten of ijs zouden moeten hebben. Het is nog niet zeker of gasreuzen dergelijke kernen bezitten, maar de Juno-missie naar Jupiter zou de kwestie kunnen oplossen. Als het inderdaad mogelijk is dat een gasreus zich vormt zoals een ster, dan rijst de vraag of zo’n object moet worden beschouwd als een omloopster met een lage massa in plaats van een planeet.
Van oudsher is het vermogen van een object om waterstof in zijn kern te laten samensmelten het bepalende kenmerk voor stervormigheid. Sterren zoals bruine dwergen hebben dat onderscheid echter altijd betwist. Omdat ze te klein zijn om een duurzame waterstof-1-fusie te beginnen, hebben ze de status van ster gekregen op grond van hun vermogen om deuterium te fuseren. Vanwege de relatieve zeldzaamheid van die isotoop duurt dit proces echter maar een fractie van de levensduur van de ster, en daarom zouden de meeste bruine dwergen al lang voor hun ontdekking met fusie zijn gestopt. Binaire sterren en andere meervoudige stervormingen komen veel voor, en veel bruine dwergen draaien om andere sterren heen. Omdat ze geen energie produceren door middel van kernfusie, zouden ze daarom als planeten kunnen worden beschreven. Astronoom Adam Burrows van de Universiteit van Arizona beweert zelfs dat “vanuit theoretisch oogpunt, hoe verschillend hun ontstaanswijze ook is, buitenpolaire reuzenplaneten en bruine dwergen in wezen hetzelfde zijn”. Burrows beweert ook dat stellaire overblijfselen zoals witte dwergen niet als sterren mogen worden beschouwd, wat zou betekenen dat een witte dwerg zoals Sirius B in een baan om de aarde als een planeet zou kunnen worden beschouwd. Onder astronomen heerst echter de opvatting dat elk object dat zwaar genoeg is om tijdens zijn leven atoomfusie te hebben ondergaan en dat geen zwart gat is, als een ster moet worden beschouwd.
De verwarring houdt niet op bij bruine dwergen. Maria Rosa Zapatario-Osorio e.a. hebben in jonge sterrenhopen veel objecten ontdekt met een massa die lager is dan nodig is om kernfusie in stand te houden (momenteel berekend op ruwweg 13 Jupitermassa’s). Deze objecten worden wel “vrij zwevende planeten” genoemd, omdat de huidige theorieën over de vorming van het zonnestelsel suggereren dat planeten uit hun stersysteem kunnen worden geslingerd als hun banen instabiel worden. Het is echter ook mogelijk dat deze “vrij zwevende planeten” op dezelfde manier zijn gevormd als sterren.
In 2003, heeft een werkgroep van de IAU een standpunt geformuleerd om een werkdefinitie op te stellen van wat een extrasolaire planeet en wat een bruine dwerg is. Tot op heden is dit de enige leidraad van de IAU op dit gebied. De commissie voor de definitie van planeten van 2006 heeft geen poging gedaan om de definitie aan te vechten of in haar definitie op te nemen, met het argument dat het definiëren van een planeet al moeilijk was zonder ook extrasolaire planeten in aanmerking te nemen. Deze werkdefinitie werd in augustus 2018 gewijzigd door de Commissie F2: Exoplaneten en het Zonnestelsel van de IAU. De officiële werkdefinitie van een exoplaneet is nu als volgt:
- Objecten met werkelijke massa’s onder de grensmassa voor thermonucleaire fusie van deuterium (momenteel berekend op 13 Jupitermassa’s voor objecten met een metalliciteit voor de zon) die om sterren draaien, bruine dwergen of stellaire overblijfselen en die een massaverhouding met het centrale object hebben die lager is dan de L4/L5 instabiliteit (M/M centraal < 2/(25+√621) zijn “planeten” (ongeacht hoe ze gevormd zijn).
- De minimale massa/grootte die nodig is om een buitenaards object als planeet te beschouwen, moet dezelfde zijn als die in ons zonnestelsel.
De IAU merkte op dat deze definitie naar verwachting zal evolueren naarmate de kennis toeneemt.
Deze definitie maakt de locatie, en niet de formatie of samenstelling, tot het bepalende kenmerk voor planethoed. Een vrij zwevend object met een massa van minder dan 13 Jupitermassa’s is een “sub-bruine dwerg”, terwijl een dergelijk object in een baan rond een fuserende ster een planeet is, ook al kunnen de twee objecten in alle andere opzichten identiek zijn. Verder werd in 2010 in een artikel van Burrows, David S. Spiegel en John A. Milsom het 13-Jupitermassa-criterium in twijfel getrokken door te laten zien dat een bruine dwerg met drie keer de metallialiteit van de zon al deuterium kan smelten bij 11 Jupitermassa’s.
Ook heeft de 13-Jupitermassa-grenswaarde geen precieze fysische betekenis. Deuteriumfusie kan plaatsvinden in sommige objecten met een massa onder die grens. De hoeveelheid gefuseerd deuterium hangt tot op zekere hoogte af van de samenstelling van het object. Vanaf 2011 omvatte de Extrasolaire Planeten Encyclopedie objecten tot 25 Jupitermassa’s, met de woorden: “Het feit dat er geen speciaal kenmerk rond 13 MJup in het waargenomen massaspectrum is, versterkt de keuze om deze massalimiet te vergeten”. Vanaf 2016 werd deze limiet verhoogd tot 60 Jupitermassa’s op basis van een studie van massa-dichtheidsrelaties. De Exoplanet Data Explorer bevat objecten tot 24 Jupitermassa’s met het advies: “Het onderscheid van 13 Jupitermassa’s door de IAU-werkgroep is fysisch ongemotiveerd voor planeten met een rotsachtige kern, en observationeel problematisch vanwege de sin i ambiguïteit.” Het NASA Exoplanet Archive omvat objecten met een massa (of minimummassa) gelijk aan of kleiner dan 30 Jupitermassa’s.
Een ander criterium voor het scheiden van planeten en bruine dwergen, in plaats van deuteriumverbranding, vormingsproces of locatie, is of de kerndruk wordt gedomineerd door coulombdruk of elektronendegeneratiedruk.
Eén studie suggereert dat objecten boven 10 MJup gevormd zijn door gravitationele instabiliteit en niet door kernaccretie en daarom niet als planeten beschouwd moeten worden.
Objecten met planetenmassa
De dubbelzinnigheid die inherent is aan de definitie van de IAU kwam in december 2005 aan het licht, toen de Spitzer Space Telescope Cha 110913-773444 (boven) waarnam, slechts acht keer zo zwaar als Jupiter, met wat het begin van een eigen planetenstelsel lijkt te zijn.
In september 2006 heeft de Hubble-ruimtetelescoop CHXR 73 b (links) in beeld gebracht, een object dat rond een jonge begeleiderster draait op een afstand van ruwweg 200 AE. CHXR 73 b is met zijn 12 Joviaanse massa’s net onder de drempelwaarde voor deuteriumfusie en dus technisch gezien een planeet; maar de grote afstand tot zijn moederster suggereert dat hij niet in de protoplanetaire schijf van de kleine ster kan zijn ontstaan, en dat hij dus, net als sterren, moet zijn ontstaan door gravitationele instorting.
In 2012 kondigde Philippe Delorme, van het Instituut voor Planetologie en Astrofysica van Grenoble in Frankrijk, de ontdekking aan van CFBDSIR 2149-0403; een onafhankelijk bewegend object van 4-7 Jupitermassa dat waarschijnlijk deel uitmaakt van de AB Doradus bewegende groep, op minder dan 100 lichtjaar van de aarde. Hoewel het zijn spectrum deelt met een bruine dwerg van spectraalklasse T, speculeert Delorme dat het misschien een planeet is.
In oktober 2013 ontdekten astronomen onder leiding van Dr. Michael Liu van de Universiteit van Hawaii PSO J318.5-22, een solitaire vrij zwevende L-dwerg die naar schatting slechts 6.5 keer de massa van Jupiter, waarmee het de minst massieve sub-bruine dwerg is die tot nu toe is ontdekt.
In 2019 identificeerden astronomen van het Calar Alto Observatorium in Spanje GJ3512b, een gasreus van ongeveer de helft van de massa van Jupiter die in 204 dagen rond de rode dwergster GJ3512 draait. Zo’n grote gasreus rond zo’n kleine ster in zo’n wijde omloopbaan is hoogst onwaarschijnlijk ontstaan door accretie, en is waarschijnlijker ontstaan door fragmentatie van de schijf, vergelijkbaar met een ster.
SemantiekEdit
Ten slotte is er, puur taalkundig gezien, de tweedeling die de IAU heeft gemaakt tussen ‘planeet’ en ‘dwergplaneet’. De term “dwergplaneet” bevat aantoonbaar twee woorden, een zelfstandig naamwoord (planeet) en een bijvoeglijk naamwoord (dwerg). De term zou dus kunnen suggereren dat een dwergplaneet een soort planeet is, ook al definieert de IAU een dwergplaneet expliciet als niet zo zijnde. Volgens deze formulering kunnen “dwergplaneet” en “kleine planeet” dus het beste beschouwd worden als samengestelde zelfstandige naamwoorden. Benjamin Zimmer van Language Log vatte de verwarring als volgt samen: “Het feit dat de IAU wil dat wij dwergplaneten onderscheiden van ‘echte’ planeten, scheert het lexicale item ‘dwergplaneet’ op één hoop met merkwaardigheden als ‘Welsh konijn’ (niet echt een konijn) en ‘Rocky Mountain oesters’ (niet echt oesters).” Zoals Dava Sobel, de historicus en populair-wetenschappelijk schrijver die meewerkte aan de eerste beslissing van de IAU in oktober 2006, opmerkte in een interview met National Public Radio: “Een dwergplaneet is geen planeet, en in de astronomie zijn er dwergsterren, die sterren zijn, en dwergsterrenstelsels, die sterrenstelsels zijn, dus het is een term waar niemand van kan houden, dwergplaneet.” Mike Brown merkte in een interview met de Smithsonian op dat “de meeste mensen in het dynamische kamp het woord ‘dwergplaneet’ echt niet wilden, maar dat werd erdoor gedrukt door het pro-Pluto kamp.
Omgekeerd merkt astronoom Robert Cumming van het Stockholm Observatory op: “De naam ‘kleine planeet’ is al heel lang min of meer synoniem met ‘asteroïde’. Het lijkt me dus nogal krankzinnig om te klagen over enige dubbelzinnigheid of risico op verwarring door de introductie van ‘dwergplaneet’.”