McGoris #26 - Planety karłowate i kraniec Układu Słonecznego.

Pewnie pamiętacie jak Pluton stracił status planety? Pojawił się nowy termin "planet karłowatych" gdzie te obiekty nie są zaliczane do planet i są traktowane jako oddzielna kategoria. Zabiorę was w podróż na kraniec Układu Słonecznego i przedstawię wam najciekawsze znane planety karłowate.

Każdy starszy niż 20 lat pewnie pamięta ze szkoły jak uczył się, że jest 9 planet w naszym Układzie Słonecznym: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Niestety mniej więcej w 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna ogłosiła, że Pluton nie jest planetą :( Co spowodowało, że taka zmiana zaszła?

Jeszcze do całkiem niedawna uważano, że Układ Słoneczny kończy się na Neptunie. Oczywiście za orbitą Neptuna odkrywano coraz to więcej tego typu obiektów w Pasie Kuipera, co zrobiono dla nich osobną kategorię zwaną planety karłowate, a największe znaczenie miało odkrycie Eris, o której poniżej.


1. Granica Układu Słonecznego

Pas Kuipera - co to takiego?

Pozornie jest podobny do pasa planetoid między Marsem a Jowiszem. Jedyną różnicą są tamtejsze ciała niebieskie. W pasie planetoid między Marsem a Jowiszem dominują głównie obiekty skalne. W Pasie Kuipera, w ogromnej odległości od Słońca, gdzie materia nie jest prawie wcale nagrzewana (temperatura tam sięga max. kilka kelwinów) dominują obiekty lodowe. Pas Kuipera rozciąga się na odległość aż od 30-50 AU - czyli 30-50x dalej niż odległość Ziemia-Słońce. Obiekty są także bardziej porozrzucane i nie krążą zgodnie z ekliptyką. Niektóre obiekty mają orbitę nachyloną nawet ponad 40 stopni do ekliptyki.

Mini-Schemat Układu Słonecznego i Pasa Kuipera. Zwróćcie uwagę na dziwną orbitę Plutona.

Pluton i jego odkrycie

Jeszcze na długo przed odkryciem Plutona astronomowie przewidywali istnienie dużego ciała, krążącego poza orbitą Neptuna. Postawiono hipotezę, że za zaburzenia w ruchu Neptuna odpowiada niezaobserwowana planeta (Planeta X). Dopiero badania sondy Voyager 2 pozwoliły rozwiązać zagadkę zaburzeń. Okazało się, że masa Neptuna została przeszacowana o około 0,5%. Uwzględnienie tej różnicy sprawiło, że zaburzeń nie ma – zatem Planeta X, nie istnieje.

Pluton został odkryty 18 lutego 1930 roku przez amerykańskiego astronoma, Clyde Tombaugh'a, który zauważył przesuwający się wolno obiekt na fotografiach wykonanych między 23-29 stycznia tego roku.


Co zdeklasowało Plutona, że stracił miano planety?

Jest kilka powodów dlaczego Pluton nie jest uznawany za planetę.


1. Orbita

Jak widać na obrazku wyżej, widać że orbita odbiega od orbit innych planet. Jej orbita jest bardzo eliptyczna - jej najbliższe zbliżenie do Słońca (peryhelium) wynosi 29.6 AU, a największe oddalenie od Słońca (aphelium) wynosi aż 49,3 AU.
Orbita także jest także bardzo nachylona do ekliptyki, bo aż o 17°.


2. Masa

Masa Plutona oraz wielkość jest bardzo mała w porównaniu do innych planet. Większą masę mają nawet księżyce niektórych planet np. Jowisza czy Saturna.


3. Jego księżyc - Charon

Jest to bardzo dziwny obiekt, który posiada całkiem spory księżyc. (Średnica Plutona: 2370 km, Średnica Charona: 1208 km. Księżyc Plutona odkryto w 1978 roku, gdzie zaobserwowano wybrzuszenie Plutona na fotografiach z 1,55m teleskopu z United States Naval Observatory.

Zdjęcia, które przeglądał Christy w 1978, na lewym widoczne wyraźne wybrzuszenie – księżyc Charon, źródło: U.S. Naval Observatory

Charon obiega Plutona po niemal kołowej orbicie o promieniu ok. 19 600 km i okrąża Plutona w okresie 6,3 dnia - czyli tyle, co obrót Plutona wokół własnej osi - oznacza to to, że oba ciała niebieskie są zwrócone do siebie tymi samymi stronami.

Ten układ jest bardzo dziwny, gdyż różnice masowe są niewielkie i zamiast typowego obrotu Charona wokół Plutona, krążą wokół środka swojej masy. Oczywiście na wszystkich planetach i księżycach tak jest, ale tutaj widać wyraźne przesunięcie środka masy poza planetę. Często nazywany jest "układem podwójnym planet".

Pluton wraz z księżycami krył się przed naszym wzrokiem aż do niedawna, gdy doleciała do niego sonda New Horizons w lipcu, 2015 roku.

Zdjęcie Plutona z sondy New Horizons - źródło: NASA / Johns Hopkins

Pluton obiega Słońce w ciągu 247 lat i jest to najjaśniejszy obiekt pasa Kuipera.

Porównanie wielkości Ziemi, ziemskiego Księżyca, Plutona oraz Charona - źródło: wikipedia

Odkrycie Eris

Eris została odkryta 5 stycznia 2005 roku na zdjęciach, które wykonano 21 października 2003 roku.
Pierwotnie Eris nazywała się inaczej - Xena, jak wojowniczka z bajek czy seriali, jednak zmieniono jej nazwę na Eris - grecką boginię niezgody.

Ciekawostka: Za odkrycie planety karłowatej Eris odpowiada nie jaki Michael Brown, czyli ten, który odpowiedzialny jest za zabranie Plutonowi miana planety - przez co nazwali go "Pluto-killer".

Wizja artystyczna planety karłowatej Eris oparta na obserwacjach i badaniach. Źródło: ESO/L. Calçada and Nick Risinger

Eris jest największym obiektem w tzw. dysku rozproszonym, o którym poniżej. Do niedawna uważano ją za planetę karłowatą większą od Plutona, jednak po dotarciu sondy okazało się, że jednak ustępuje wielkością. Ale za to Eris jest troszkę masywniejsza od Plutona.
Średnica Eris to ok. 2326 km, a badania spektrografem wykazały, że składa się ona głównie z lodowego metanu.

Eris oraz jego księżyc Dysnomia - zdjęcie z teleskopu Hubble'a - źródło: NASA, ESA, and M. Brown

Eris posiada maleńki księżyc o nazwie Dysnomia, córka bogini Eris. Jej średnicę szacuje się na ok. 150 km.

Orbita Eris jest nachylona do ekliptyki aż o 44 stopnie. Peryhelium planety (Najbliżej Słońca) to 37,8 jednostek astronomicznych, a aphelium to aż 97,6 jednostek astronomicznych, czyli nieco ponad 97x dalej niż odległość Ziemia, Słońce,


Dysk rozproszony - co to jest?

Wraz z rozwojem techniki i wynalezienia matryc CCD, przeglądanie nieba było zdecydowanie bardziej efektowne. Od końca XX wieku odkryto około tysiąc nowych obiektów transneptunowych (znajdujących się za orbitą Neptuna). Część z nich została sklasyfikowana jako obiekty należące do Pasa Kuipera, natomiast dla reszty, która odbiegała od definicji obiektów Pasa Kuipera astronomowie wymyślili nową klasę i sklasyfikowali jako obiekty tzw. dysku rozproszonego.

Teoretycznie obszar za orbitą Neptuna podzielono na dwa obszary - Pas Kuipera i dysk rozproszony. Początkowo wzięto odległość od Słońca. Jak wcześniej opisałem Pas Kuipera to torus który rozciąga się od 30-50 AU. Natomiast dalej był to już dysk rozproszony.

Jednak taka klasyfikacja okazała się niezbyt dokładna. Obiekty z dysku rozproszonego mogły zbliżać się do Neptuna, gdzie przez jego oddziaływanie grawitacyjne ich orbity mogły ulec zmianie i mogły zmienić położenie.

Lista obiektów dysku rozproszonego - autor: Eurocommuter

Najbardziej wysuniętą orbitę od Słońca posiada planetoida 1999 TD10. Jej aphelium wynosi aż na odległość 182 AU. Ale natomiast jej peryhelium to tylko 12 AU (czyli bliżej niż Pas Kuipera).

To oznacza że dysk rozproszony nie jest tylko jakby konkretną sferą, a zbiorem różnych orbit odległych obiektów.


Co jest dalej - Heliosfera?

No cóż. Przecież nie ma tam granicy i tabliczki, albo granic jak w kapitanie Bombie.

Dalej mamy już tzw. Heliosferę. Jest to miejsce końca aktywności wiatru słonecznego. Istnieje tam tzw. szok końcowy - gdzie wiatr słoneczny osiąga przestrzeń międzygwiezdną i tam zwalnia do prędkości poddźwiękowych. Granica ta rozciąga się w odległości od 75 do 90 AU.

Dalej w odległości ponad 100 AU rozciąga się tzw. płaszcz Układu Słonecznego. Wiatr Słoneczny wieje z prędkościami poddźwiękowymi, jednak jest on tam dużo gęstszy.

Następną warstwą jest tzw. heliopauza. Ciśnienie materii międzygwiezdnej zatrzymuje wiatr słoneczny.

Schemat Heliosfery.

I to miejsce można uznać za granicę Układu Słonecznego, znajdująca się ponad 100x dalej niż odległość Ziemia - Słońce.



Ale to jeszcze nie koniec!

Granica Układu Słonecznego zależy od tego jakie przyjmiemy kryteria. Jeśli dodamy jeszcze tzw. strefę Hilla - obszar, gdzie przyciąganie ciała niebieskiego dominuje nad grawitacją innego, większego obiektu lub innej gwiazdy - nasz układ planetarny sięga dużo, dużo dalej...

Wróćmy do opisanych wcześniej planet karłowatych i planetoid. Poznajcie Sednę.


(90377) Sedna 

Planetoida ta została odkryta w 2003 roku (pamiętam jeszcze jak byłem mały i w wiadomościach o tym mówili :D , 10 planeta miała niby być itp.) przez Mike'a Browna z Kalifornijskiego Instytutu Technologii za pomocą 120-centymetrowego teleskopu Samuela Oschina, znajdującego się w Obserwatorium Palomar.

Zdjęcie Sedny z teleskopu Hubble'a - źródło: NASA

Orbita Sedny jest nachylona do ekliptyki o nieco ponad 11 stopni. Obieg wokół Słońca zajmuje jej aż 11 155 lat. Jej średnicę szacuje się na niecałe 1000km.

Jej peryhelium to aż 76 AU, a jej aphelium to aż UWAGA! ..  922 AU od Słońca. Jest to najbardziej wychylona, znana planetoida. Niektórzy astronomowie twierdzą, że obiekt należy do wewnętrznego Obłoku Oorta.


Obłok Oorta

Co to jest ten Obłok Oorta? Póki co nie potwierdziliśmy obserwacyjnie jego istnienia, ale są rzeczy, które wskazują na jego istnienie.
Głównie są to długookresowe komety, które wydają się przylatywać ze znacznie dalszych zakątków niż pas Kuipera czy dysk rozproszony. Przez całe istnienie Układu Słonecznego takie obiekty już powinny się dawno wypalić, a jednak ich pula jest non stop zasilana i trzymają się w całości.

Obłok Oorta został wymyślony już w latach 30 przez estońskiego astronoma Ernsta Öpika. W 1950 roku niezależnie opracował podobny koncept niejaki Jan Hendrik Oort - i od jego imienia pochodzi nazwa Obłok Oorta.

Obłok Oorta składa się z dwóch części - wewnętrznego obłoku Oorta - ,który jest spłaszczonym obłokiem rozciągającym się od 2000 do 20000 AU.
Oraz zewnętrzny Obłok Oorta - kulisty obłok, który rozciąga się od 20000 do nawet 100000 AU. W przeliczeniu na lata świetlne rozciągałby się na odległość ok. 1,5 roku świetlnego.

Obłok Oorta - wizja artysty - źródło: www.sciencenews.org

Co dalej?

I tutaj kończy się już dominacja grawitacyjna Słońca. Dalej jest już naga przestrzeń międzygwiazdowa i materia międzygwiezdna. Orbity obiektów z zewnętrznego Obłoku Oorta są zaburzane przez pływy grawitacyjne innych gwiazd i Drogi Mlecznej - i są wysyłane w postaci komet do środka Układu Słonecznego.

Jeśli Obłok Oorta rzeczywiście istnieje - możliwe że liczy on sobie miliardy obiektów o średnicy co najmniej 1 km oraz mnóstwo pierwotnego pyłu i materii jako pozostałość po formowaniu się Układu Słonecznego.


2. Najciekawsze planety karłowate

(50000) Quaoar 

Jest to pierwszy obiekt, który opiszę, gdyż jest to jeden z pierwszych odkrytych tego typu obiektów.  Quaoar ma średnicę równą gdzieś połowie średnicy Plutona - ok. 1110 km. Odkryto go w 2002 roku oraz jego księżyc Weywot - w 2007 roku. 

Odkryty został w 4 czerwca 2002 roku przez astronomów Chada Trujillo, Michaela Browna z
Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (Caltech) dzięki obrazom z obserwatorium Palomar, na których zaobserwowano ruch obiektu na tle gwiazd w konstelacji Wężownika. Obiekt ma jasność ok. 18,5 magnitudo, co jest bardzo trudnym obiektem do znalezienia. Najwcześniejszy obraz obszaru pochodzi z 25 maja 1954 roku.

Quaoar posiada także swój maleńki księżyc - Weywot, odkryty dopiero 5 lat później.

Quaoar - zdjęcie z teleskopu Hubble'a - źródło: NASA

Jej orbita nachylona jest do ekliptyki o niecałe 8 stopni i ma dosyć równą orbitę. Peryhelium planety to 41,9 AU, a aphelium 44,9 AU. Słońce obiega w okresie ok. 286 lat.


(136108) Haumea

Mimo, że odkrycie ogłoszono 29 lipca 2005 roku, Haumea została sfotografowana już w 1955 roku i odnaleziona pół wieku później na kliszach z Obserwatorium Palomar.

Charakterystyczną cechą tego obiektu jest to, że nie jest sferyczną kulistą planetoidą, a jest bardziej jajowata - prawdopodobnie ze względu na jej bardzo szybki ruch wokół własnej osi (tylko 4 godziny), który pewnie spowodowała kolizja z innym ciałem niebieskim.

Haumea oraz jego księżyce - wizja artysty - autor: A. Feild

Haumea ma średnicę ok. 1400 km. Jej peryhelium wynosi 35 AU, a aphelium 51,5 AU. Słońce obiega w okresie 284,6 lat.

Haumea posiada także 2 malutkie księżyce. Większy z nich - Hi'iaka obiega Haumeę w odległości ok. 49000 km w okresie 49,12 dnia i jego średnicę szacuje się na ok. 310 km.
Mniejszy z nich - Namaka - ma średnicę ok. 170 km.


4. (136472) Makemake

Trzecia co do wielkości rozpoznana planeta karłowata i trzeci co do wielkości obiekt trans-neptunowy. Od razu na wstępie zaznaczam, że nie czyta się tak, jak po angielsku (mejkmejk), tylko tak jak się pisze, czyli make-make. Nazwa pochodzi od boga - stwórcy ludzkości w wierzeniach mieszkańców Wyspy Wielkanocnej.

Makemake i jego księżyc z teleskopu Hubble'a - źródło: NASA/ESA

Został odkryty w Obserwatorium Palomar 31 marca 2005 roku, lecz o odkryciu tego ciała poinformowano 29 lipca 2005 roku - tego samego dnia, kiedy potwierdzono istnienie planetoid Eris oraz Haumei.

Jego księżyc - S/2015 (136472) 1 - został niedawno odkryty - bo w kwietniu tego roku (2016). Krąży w odległości ok. 20 000 km od Makemake, a wstępnie jego średnicę oszacowano na 180 km.


Jeśli wam się podobało to polajkujcie i udostępniajcie i zadawajcie swoje pytania dotyczące astronomii. Pozdrawiam, McGoris :)

Zapraszam także do polubienia strony na Facebooku: facebook.com/mcastronomia