Zagadkowe peryferia Układu Słonecznego
Sonda New Horizons znajduje się już w połowie drogi między Plutonem a swoim kolejnym celem badawczym, obiektem 2014 MU69 w Pasie Kuipera. Jest to obszar rozciągający się za orbitą Neptuna, zaczynający się w odległości 30 AU (Astronomy Unit, czyli jednostek astronomicznych oznaczających średnią odległość Ziemi od Słońca), a kończący ok. 100 AU od Słońca.
1. Pas Kuipera i Obłok Oorta
Bezzałogowa New Horizons, która w 2015 r. wykonała historyczne zdjęcia Plutona, oddalona jest już od niego o ponad 782 miliony km. Gdy 1 stycznia 2019 r. dotrze do MU69 (2) ustanowi, jak stwierdził Alan Stern, główny naukowiec misji, rekord eksploracji najdalszego świata w historii ludzkiej cywilizacji.
Planetoida MU69 to typowy obiekt z Pasa Kuipera, co oznacza, że jej orbita jest niemal kołowa i nie pozostaje w rezonansie orbitalnym z obieganym przez siebie Neptunem. Obiekt został odkryty za pomocą Teleskopu Hubble'a w czerwcu 2014 r. i wybrano go jako jeden z kolejnych celów misji New Horizons. Specjaliści przypuszczają, że MU69 ma mniej niż 45 km średnicy. Ważniejszym zadaniem sondy jest jednak dokładniejsze zbadanie Pasa Kuipera. Badacze z NASA chcą przyjrzeć się ponad dwudziestu obiektom w tej okolicy.
15 lat szybkich zmian
Już w 1951 r. Gerard Kuiper, którego imię nosi bliższe pogranicze Układu Słonecznego (dalsze to Obłok Oorta), przewidział, że planetoidy krążą również poza orbitą najdalszej planety naszego Układu, czyli Neptuna, oraz znajdującego się za nim Plutona. Pierwszą z nich, nazwaną 1992 QB1, odkryto jednak dopiero w 1992 r. Typowy rozmiar planet karłowatych i planetoid z Pasa Kuipera nie przekracza kilkuset kilometrów. Jak się szacuje, liczba obiektów Pasa Kuipera o średnicach ponad 100 km sięga nawet kilkuset tysięcy.
Obłok Oorta rozciągający się za Pasem Kuipera powstał przed miliardami lat, kiedy z zapadającej się chmury gazu i pyłu tworzyło się Słońce oraz krążące wokół niego planety. Resztki niewykorzystanej do tego celu materii zostały wówczas wyrzucone daleko poza orbity najdalszych planet. Obłok może się składać z miliardów drobnych ciał rozrzuconych wokół Słońca. Jego promień sięga nawet setek tysięcy jednostek astronomicznych, a łączna masa może być ok. 10-40 razy większa od masy Ziemi. Istnienie takiej chmury materii przewidział w 1950 r. holenderski astronom Jan H. Oort. Jak się przypuszcza, wpływy grawitacyjne bliskich Słońcu gwiazd co jakiś czas wpychają pojedyncze obiekty obłoku Oorta w nasz rejon Układu Słonecznego, tworząc z nich długowieczne komety.
Piętnaście lat temu, we wrześniu 2002 r., odkryto największe ciało w Układzie Słonecznym, od czasu znalezienia w 1930 r. Plutona - i było to otwarcie nowej ery odkryć i szybkich zmian w obrazie peryferii Układu Słonecznego. Okazało się, że nieznany dotąd obiekt obiega Słońce raz na 288 lat, w odległości 6 mld km, czyli ponad czterdzieści razy większej niż dzieli Ziemię od Słońca (Pluton i Neptun są oddalone tylko o 4,5 mld km). Odkrywcy, astronomowie z California Institute of Technology, nadali mu imię Quaoara. Miał on mieć, wg wczesnych wyliczeń, średnicę 1250 km, czyli więcej niż połowę średnicy Plutona (2300 km). Nowe rachunki zmieniły ten rozmiar na 844,4 km.
W listopadzie 2003 r. odkryto obiekt 2003 VB 12, nazwany później Sedną, od imienia eskimoskiej bogini odpowiedzialnej za tworzenie zwierząt morskich. Sedna formalnie nie należy do Pasa Kuipera lecz do klasy ETNOs - czyli Extreme Trans Neptunian Objects, będącej czymś pośrednim pomiędzy Pasem Kuipera a Obłokiem Oorta. Od tamtego czasu nasza wiedza o tym rejonie zaczęła się powiększać wraz z odkryciami innych obiektów, spośród których można wymienić choćby Makemake, Haumeę czy Eris. Jednocześnie zaczęły się pojawiać nowe pytania. Choćby o rangę Plutona. Ostatecznie, jak wiadomo, usunięto go z elitarnego grona planet.
Astronomowie nie przestają odkrywać nowych obiektów z pogranicza (3). Jeden z najnowszych to planeta karłowata DeeDee. Znajduje się w odległości 137 mld km od Ziemi. Okrąża Słońce w ciągu 1100 lat. Temperatura na jej powierzchni sięga -243°C. Odkryto ją dzięki teleskopowi ALMA. Jej nazwa jest skrótem od Distant Dwarf, czyli "Odległy Karzeł".
Mroczne widmo
Na początku 2016 r. informowaliśmy w MT o zdobyciu pośrednich dowodów na istnienie w Układzie Słonecznym dziewiątej, nieznanej jeszcze planety (4). Później naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu w Lund ogłosili, że nie powstała ona w Układzie Słonecznym, ale jest egzoplanetą przechwyconą przez Słońce. Symulacje komputerowe przeprowadzone przez Alexandra Mustilla i jego kolegów sugerują, że młode Słońce "ukradło" ją innej gwieździe. Mogło do tego dojść, gdy obie gwiazdy zbliżyły się do siebie. Dziewiąta planeta została wówczas wyrzucona ze swojej orbity przez inne planety i zyskała orbitę nową, bardzo daleką od macierzystej gwiazdy. Później obie gwiazdy znów znalazły się daleko od siebie, ale obiekt pozostał już na orbicie wokół Słońca.
Naukowcy z Obserwatorium w Lund uważają, że ich hipoteza jest najbardziej prawdopodobna ze wszystkich, gdyż nie ma lepszego wyjaśnienia anomalii, jakie zachodzą m.in. w orbitach obiektów krążących w Pasie Kuipera. To właśnie gdzieś tam miałaby skrywać się przed naszym wzrokiem tajemnicza, hipotetyczna planeta.
Głośne wystąpienie Konstantina Batygina i Mike’a Browna z California Institute of Technology, którzy w styczniu 2016 r. ogłosili, że daleko za orbitą Plutona znaleźli jeszcze jedną planetę, sprawiło, że naukowcy zaczęli mówić o Planecie X tak, jakby już było wiadomo, że gdzieś na peryferiach Układu Słonecznego krąży kolejne wielkie ciało niebieskie. Miałoby mieć rozmiary nieco mniejsze od Neptuna i po eliptycznej orbicie okrążać Słońce w ciągu co najmniej 15-20 tys. lat. Batygin i Brown twierdzą, że owa planeta została wyrzucona na obrzeża Układu Słonecznego prawdopodobnie we wczesnym okresie jego rozwoju, ok. 4,5 miliarda lat temu.
Ekipa Browna już kilka lat wcześniej podnosiła kwestię trudów w wyjaśnianiu istnienia tzw. Klifu Kuipera, czyli swego rodzaju wyrwy w transneptunowym pasie planetoid. Mogłaby ją z łatwością tłumaczyć grawitacja nieznanego masywnego obiektu. Naukowcy zwracali również uwagę na zwykłą statystykę, wedle której na tysiące okruchów skał Obłoku Oorta i Pasa Kuipera powinny przypadać setki kilkukilometrowych planetoid i być może jedna lub więcej duża planeta.
Na początku 2015 r. NASA opublikowała wyniki obserwacji kosmicznego teleskopu Wide-Field Infrared Survey Explorer - WISE. Wynikało z nich, że w przestrzeni do odległości 10 tys. razy większej niż od Słońca do Ziemi nie udało się znaleźć Planety X. WISE jest jednak w stanie wykryć obiekty o rozmiarach co najmniej Saturna, a zatem już ciało niebieskie wielkości Neptuna mogłoby ujść jego uwadze. Naukowcy kontynuują więc poszukiwania także za pomocą dziesięciometrowego teleskopu Keck na Hawajach. Na razie bez skutku.
Nie można też nie wspomnieć o koncepcji widzącej w tajemniczej Planecie X "nieudaną" gwiazdę, brązowego karła - co czyniłoby z Układu Słonecznego system podwójny. Mniej więcej połowa gwiazd widocznych na nieboskłonie to układy składające się z dwóch lub większej liczby składników. Nasz układ podwójny mógłby tworzyć żółty karzeł (Słońce) wraz z mniejszym i znacznie zimniejszym brązowym karłem. Jednak ta hipoteza obecnie wydaje się mało prawdopodobna. Nawet jeżeli temperatura powierzchni brązowego karła wynosiłaby tylko kilkaset stopni, to nasza aparatura i tak powinna pozwolić na jego uchwycenie. Obserwatorium Gemini, Teleskop Spitzera i WISE pozwoliły już na ustalenie istnienia ponad dziesięciu tego typu obiektów w odległości do stu lat świetlnych. Jeśli więc towarzysz Słońca naprawdę gdzieś tam jest, powinniśmy go zauważyć dość dawno temu.
A może planeta była, ale jej już nie ma? Amerykański astronom z Południowo-Zachodniego Instytutu Badawczego w Boulder w Kolorado (SwRI), David Nesvorny, w artykule opublikowanym w czasopiśmie "Science" dowodzi, że obecność tzw. jądra w Pasie Kuipera to ślad piątego gazowego giganta, który znajdował się tam w początku powstawania Układu Słonecznego. Obecność w tej okolicy wielu lodowych fragmentów miałaby świadczyć o istnieniu kiedyś planety wielkości Neptuna.
Jądrem Pasa Kuipera naukowcy nazywają zestaw tysięcy obiektów transneptunowych o podobnych orbitach. Nesvorny za pomocą modelowania komputerowego przeprowadził symulację ruchu tego "jądra" w ciągu ostatnich 4 miliardów lat. W swojej pracy wykorzystał tzw. model nicejski, opisujący zasady migracji planet podczas formowania się Układu Słonecznego.
W trakcie migracji Neptun, znajdujący się w odległości 4,2 mld km od Słońca, przesunął się nagle o 7,5 mln km. Astronomowie nie wiedzą, dlaczego tak się stało. Podejrzewano wpływ grawitacyjny pozostałych gazowych olbrzymów, zwłaszcza Urana lub Saturna, ale nie wiadomo nic o jakichkolwiek interakcjach grawitacyjnych tych planet. Zdaniem Nesvornego, Neptun musiał pozostawać w połączeniu grawitacyjnym z jakąś dodatkową lodową planetą, która podczas jego migracji została wypchnięta ze swej orbity w kierunku dzisiejszego Pasa Kuipera. Podczas tego procesu planeta uległa rozdrobnieniu i dała początek tysiącom wielkich lodowych obiektów, zwanych obecnie jego jądrem lub transneptunowcami.
Sondy z serii Voyager i Pioneer, po kilkunastu latach od wystrzelenia, jako pierwsze ziemskie urządzenia przekroczyły orbitę Neptuna. Misje ukazały bogactwo odległego Pasa Kuipera, inicjując na nowo wiele dyskusji na temat genezy i struktury systemu solarnego - jak się okazało, sięgającego znacznie, znacznie dalej, niż ktokolwiek przypuszczał. Żadna z sond nie wpadła na nową planetę, jednak uciekające w przestrzeń Pioneery 10 i 11, przyjęły niespodziewaną trajektorię lotu, co zauważono w latach 80. I znów pojawiły się pytania o grawitacyjne źródło obserwowanych aberracji, które z pewnością kryje się w tajemniczych peryferiach Układu Słonecznego…
Mirosław Usidus
