Wkrótce otwarcie odcinka wydłużającego o nowe obiekty, izerską ścieżkę astronomiczną. Co na nim znajdziemy?

Słońce, planety i planety karłowate Układu Słonecznego (autor: Adi; źródło: Wikipedia)

Układ Słoneczny to nasze najbliższe kosmiczne sąsiedztwo. Zarazem to maleńka cząstka znanego nam Wszechświata. W ogromie kosmicznego bezkresu nasze słoneczne podwórko jest niczym ziarenko piasku wobec Ziemi. W Układzie Słonecznym nie znajdziemy kosmicznych niesamowitości jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe. Nie zachodzą tu potężne zjawiska wybuchów supernowych. Z punktu widzenia Wszechświata nasz układ planetarny wygląda na miejsce niewiele znaczące i mało pasjonujące. Tylko pozornie!

Od czasu, kiedy używamy wielkich teleskopów naziemnych i sond międzyplanetarnych, zaczęliśmy przyglądać się obiektom Układu Słonecznego dokładniej. Okazało się, że mamy "na wyciągnięcie ręki" istną menażerię światów: 1 gwiazda, 8 planet, 5 planet karłowatych, ponad 150 księżyców oraz ogromna ilość planetoid i meteoroidów. Do tego dochodzi pył i gaz międzyplanetarny. Wśród dużych obiektów (planety, planety karłowate, duże księżyce) nie ma dwóch identycznych. Każdy jest inny i równie ciekawy. Układ Słoneczny, jaki dziś znamy, to wspaniała koncentracja różnorodności obiektów i zachodzących na nich zjawisk.

Niewyrośnięty Pluton

Stojąc na Plutonie - wizja artystyczna (autor: ESO/L. Calçada, źródło: Wikipedia)

Szczególne miejsce wśród obiektów planetarnych zajmują planety karłowate. Obiekty tego typu objawiły się astronomom w sierpniu 2006 roku. Zaczęło się od dobrze znanego Plutona...
Odkryty został w 1930 r., i od razu zakwalifikowany jako dziewiąta planeta. Jednak od momentu, kiedy udało się wyznaczyć rozmiar i masę Plutona było jasne, że jest on wyraźnie mniejszy od pozostałych planet, a nawet od dużych księżyców. Nasz Księżyc jest 1,5× większy i prawie 6× masywniejszy od Plutona. Problem z dziewiątą planetą pogłębił się jeszcze bardziej wraz z odkryciami nowych obiektów o rozmiarach porównywalnych z Plutonem lub niewiele mniejszych, krążących tak jak on za orbitą Neptuna. Pojawiły się postulaty, żeby Plutona zaliczyć do licznej grupy obiektów tworzących pierścień podobny do pasa planetoid znajdującego się między Marsem a Jowiszem. To Pas Kuipera, który należy do tzw. obiektów transneptunowych - najdalszych obiektów Układu Słonecznego.

Nowe odkrycia obiektów Pasa Kuipera doprowadziły astronomów od nowego spojrzenia na Układ Słoneczny. Sformułowano definicję planety, a zgodnie z nią przeniesiono Plutona do nowej klasy obiektów - planet karłowatych. Dokonało tego w sierpniu 2006 r. - zupełnie niedaleko od Gór Izerskich, w Pradze - podczas Zgromadzenia Generalnego Międzynarodowej Unii Astronomicznej.
W 2013 roku znamy 5 planet karłowatych: Ceres, Pluton, Haumea, Makemake i Eris.

Czym różni się planeta karłowata od "zwykłej" planety? Przede wszystkim oba typy planet odróżniają się rozmiarami i masą. Porównajmy najmniejszą planetę - Merkurego - z największą planetą karłowatą - Eris. Choć Merkury jest 20× masywniejszy od Eris, to "tylko" 2× większy. "Tylko", bo w grupie planet są większe różnice wielkości i masy.
Gdyby więc brać wyłącznie to kryterium, podział na karłowate i "zwykłe" byłby sztuczny, niemający oparcia w rzeczywistości. Jednak o karłowatości planety świadczy też jej sąsiedztwo. Przestrzeń między planetami nie jest pusta - krąży w niej ogromna ilość mniejszych obiektów: planetoid i meteoroidów. Porównajmy zatem masę Merkurego z masą wszystkich drobnych obiektów krążących dookoła Słońca w pobliżu tej planety. Okazuje się, że cały ten "drobiazg" jest prawie 100 tys. razy mniej masywny niż Merkury. A jak w takim porównaniu wypada Eris? Jej "drobiazg" ma większą masę i to około 10-krotnie!

Podobny kontrast dzieli wszystkie pozostałe planety i planety karłowate. Te pierwsze są co najmniej dziesiątki tysięcy razy masywniejsze od sąsiadujących z nimi drobnych obiektów. Planety karłowate są zawsze mniej masywne od swego otoczenia. Czy za tym kryje się głębsze znaczenie?
Tak! Wszystkie obiekty w układzie Słonecznym powstały z dysku pyłowo-gazowego. Drobiny pyłu zlepiały się tworząc z czasem coraz większe ciała. Planety utworzyły się niemal w 100 % z materii, która je otaczała. Tymczasem planety karłowate powstały inaczej. Większość dostępnego wokół budulca nie weszła w ich skład. Pozostał on w postaci wielu drobnych ciał: planetoid i meteoroidów. Planety karłowate są w pewnym sensie nieukończonymi planetami.

Karłowate - kolosalnie ciekawe

Astronomowie interesują się planetami karłowatymi nie mniej niż pozostałymi planetami. Chociaż karłowate są trudniejsze do badania z Ziemi - są wszak małe i odległe od nas. Mimo tych trudności, co nieco już o nich wiemy. Przyjrzyjmy się więc nowym obiektom izerskiej ścieżki planetarnej.

Wewnętrzna budowa Ceres (autor: NASA, ESA, i A. Feild [STScI]; polska wersja: Messerwoland; źródło: Wikipedia)

Ceres - najbliższa nam z planeta karłowata. Okrąża Słońce w średniej odległości 414 mln km (2,8× dalej niż Ziemia). Odkryto ją 1 dnia XIX wieku. Nazwa pochodzi od imienia rzymskiej bogini wegetacji i urodzajów. Początkowo Ceres była klasyfikowana jako planeta. Jednak z czasem odkryto w podobnej odległości od Słońca kolejne obiekty podobne do niej (czy nie przypomina to historii z Plutonem?). Około połowy XIX wieku tych obiektów znano już na tyle dużo, że zdano sobie sprawę, iż Ceres jest częścią rozległego dysku, składającego się z ogromnej ilości małych ciał niebieskich krążących między orbitą Marsa i Jowisza. Astronomowie nazwali je planetoidami, zaś dysk z nich utworzony - głównym pasem planetoid. Ceres pozostawała planetoidą do 2006 roku. Do czasu, kiedy Unia Astronomiczna zaliczyła ją do klasy planet karłowatych. Pozostałe planetoidy z pasa głównego nie spełniają warunków bycia planetą karłowatą.
Za dwa lata nasza wiedza o Ceres powinna wzrosnąć znacząco, bo doleci do niej sonda Dawn.

Pozostałe cztery planety karłowate należą do obiektów transneptunowych. To znaczy, że ich odległość od Słońca jest większa niż Neptuna.

Zdjęcie Plutona i jego satelity Charona, wykonane przez teleskop Hubble’a (autor: dr R. Albrecht, ESA/ESO Space Telescope European Coordinating Facility, NASA; źródło: Wikipedia)

Pluton - pierwszy z czwórki, ma nie tylko ciekawą historię w astronomii, ale jest obiektem wyjątkowym ze względu na swój księżyc - Charona. Zazwyczaj księżyce są znacząco mniejsze od planety macierzystej. Największym względnie księżycem jest… Księżyc. Ma średnicę tylko 3,5× mniejszą od Ziemi. To wyjątkowe, ale duet Pluton i Charon jest jeszcze bardziej niezwykły. Różnica wielkości między nimi jest zaledwie dwukrotna. Dlatego czasami układ Pluton-Charon nazywany jest podwójną planetą karłowatą. Tę wyjątkowość zobaczyć będzie można na izerskiej ścieżce planetarnej. Pluton przedstawiony jest razem z Charonem na jednym kamieniu, tak jak Ziemia i Księżyc.
Poza Charonem, Pluton posiada jeszcze 4 inne księżyce, ale są one bardzo małe (średnica <200 km).

Artystyczna wizja Haumei i jej księżyców: Hi'iaka (u góry) i Namaka (u dołu) (autor: A. Feild / Space Telescope Science Institute; źródło: Wikipedia)

Zdjęcie Makemake z teleskopu Hubble'a (autor: NASA; źródło: Wikipedia)

Haumea, następna transneptunowa planeta karłowata, obiega Słońce średnio 43× dalej niż Ziemia. Odkryta w 2004 roku otrzymała nazwę na cześć hawajskiej bogini płodności. Posiada 2 małe księżyce: Hi'iaka i Namaka (w hawajskiej mitologii córki Haumei).

Makemake, odkryta w 2005 roku, okrąża Słońce średnio 46× dalej niż Ziemia. Nazwa wywodzi się z mitologii Wyspy Wielkanocnej, od imienia boga-stwórcy ludzkości. Makemake nie posiada żadnego księżyca.

Eris - ostatnia znana planeta karłowata będzie kończyć / otwierać ścieżkę planetarną na Stogu Izerskim - wizja artystyczna (autor: ESO/L. Calçada, źródło: Wikipedia)

Eris to ostatnia, najdalsza i największa planeta karłowata. Odkryta w 2005 roku, została również okrzyknięta 10 planetą. Podobnie jak w pozostałych przypadkach, zmieniło się w to w 2006 roku, kiedy trafiła do grupy planet karłowatych. Nazwa Eris pochodzi z mitologii greckiej od bogini niezgody, chaosu i nieporządku. Eris posiada jeden nieduży księżyc o nazwie Dysnomia.

Eliptycznie rozbiegane

Największe znane obiekty transneptunowe (autor: Lexicon; źródło: Wikipedia)

Orbity planet są bliskie kształtem do okręgu, więc ich odległość od Słońca w ciągu obiegu zmienia się nieznacznie. Orbity planet karłowatych, szczególnie tych za Neptunem, są bardzo spłaszczone. Mają wyraźnie eliptyczny przebieg. Co za tym idzie, ich odległość od Słońca w ciągu jednego obiegu (roku) znacznie się zmienia. Na przykład Pluton w minimalnej odległości od Słońca (peryhelium) jest bliżej niż Neptun, a w maksymalnej (aphelium) ponad - 1,5× dalej od ostatniej planety. Orbita Eris jest jeszcze bardziej wydłużona: minimalna odległość od Słońca to 38 AU (1AU = średnia odległość Ziemia-Słońce), a maksymalna aż 97 AU.

Transneptunowe planety karłowate to obiekty słabo poznane. Główną przeszkodą jest ogromna odległość do Ziemi. O Hamuei, Makemake i Eris wiemy bardzo mało. Nawet przez największe teleskopy wyglądają jak małe kropki. Nie sposób dojrzeć jak wyglądają ich powierzchnie. Nieco lepiej jest w przypadku Plutona - mamy chociaż zgrubną jego mapę. W 2015 roku do Plutona dotrze sonda "New Horizons". Wtedy zobaczymy jak ten odległy świat wygląda z bliska.

Tymczasem z bardzo bliska będzie można obejrzeć planety karłowate w Górach Izerskich. Pierwsza szansa już w nocy 28 na 29 września, kiedy odbędzie się nocna wędrówka ścieżką planetarną od Stogu Izerskiego do Stacji Turystycznej ORLE. Szczegóły w programie Astronomicznego Dnia.

Serdecznie zapraszamy na otwarcie nowego odcinka izerskiej ścieżki astronomicznej "Model Układu Słonecznego", na Stóg Izerski 28 września 2013 r.