Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 22 – vyšlo 25. června, ročník 8 (2010) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

22/2010

Pluto, planeta-neplaneta

Jakub Rozehnal, Petr Kulhánek

Pluto je těleso, které obíhá kolem SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. v těžko představitelné vzdálenosti téměř šesti miliard kilometrů. To je čtyřicetkrát dále, než činí průměrná vzdálenost ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. od Slunce. V mrazivé hloubce prostoru, kde slabý sluneční svit zahřeje Pluto na pouhých 40 stupňů nad absolutní nulou, letí spolu se svými třemi měsíci po silně excentrické dráze pustým prostorem vstříc setkání s nepatrným lidským poslem – sondou New HorizonsNew Horizons – americká sonda, která se vydala na cestu k Plutu v lednu 2006. Sonda byla vynesena raketou Atlas V551. Opuštění Zeměkoule bylo propočteno tak, aby sonda letěla nejprve k Jupiteru, který ji urychlil na cestu k Plutu. Po průletu kolem Pluta a Charónu v červenci 2015 mise pokračuje do oblasti dalších transneptunických těles v Kuiperově pásu.. Jaký je tento vzdálený svět? Jsou v této obrovské dálce jen mrtvá tělesa, jež se v nezměněné podobě řítí prostorem po tisíce a miliony let? Z posledních fotografií pořízených Hubblovým dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. se zdá, že tomu tak není…

Pluto a Charon vyfotografované kamerou FOCFOC (HST) – Faint Object Camera, CCD fotoaparát vyrobený Evropskou kosmickou agenturou, který fungoval na Hubbleově dalekohledu do roku 2002. Pracoval v oblasti vlnových délek 115 až 6 500 nm. na Hubbleově dalekohledu.
Zdroj: NASA/ESA/HST/FOC, 1994.

Pluto – spolu s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu v Kuiperově pásu, která patří do rodiny plutoidů. Do roku 2006 byl Pluto řazen konvenčně mezi planety. V blízkosti jsou čtyři menší měsíce Nix, Hydra, Kerberos a Styx. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, kde je nejvíce zastoupen dusíkový a metanový led, dobře odráží světlo. Dráha Pluta je mimořádně excentrická, v některých obdobích je blíže ke Slunci než Neptun (1979–1999). Sklon dráhy k rovině ekliptiky je 17,1°. Sklon rotační osy od kolmice na rovinu dráhy je 122,5°. Pluto se, podobně jako Uran, odvaluje v rovině dráhy. Kuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto. Planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce. Trpasličí planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne přibližně kulatého tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) není satelitem jiného tělesa. 4) nevyčistí okolí své dráhy od drobných těles (na rozdíl od planety). K typickým trpasličím planetám patří velká tělesa Kuiperova pásu, z nichž nejznámější je Pluto.

Základní charakteristiky Pluta

Pluto – charakteristika
hmotnost	1,25×1022 kg
průměr (rovníkový)	2 300 km
průměrná hustota	1,75 g/cm3
velká poloosa	39,5 AU
rotační perioda	6,39 dní
oběžná doba	248,1 let
sklon rotační osy (k dráze)	122,5°
sklon dráhy k ekliptice	17,1°
excentricita dráhy	0,25
průměrná teplota	44 K
albedo	0,3
složení atmosféry	metan a dusík
složení povrchových materiálů	metanový led
počet měsíců	3

Současná představa o nitru Pluta vychází z předpokladu, že u tělesa proběhla
tepelná diferenciace, způsobená rozpadem radioaktivních prvků.
Zdroj: NASA/University of Leicester.

Objev Pluta

Hledání deváté planety inicioval americký astronom, matematik a obchodník Percival Lowell (1855–1916). Na základě analýzy poruch drah UranuUran – jedna ze čtyř obřích planet, sedmá planeta sluneční soustavy má charakteristický modrozelený nádech. Průměrná hvězdná velikost 5,5^m je na hranici viditelnosti lidským okem. Planeta má soustavu prstenců a kolem krouží rozsáhlý systém měsíců podobně jako u ostatních obřích planet. Kromě vodíku a helia obsahuje atmosféra také metan, způsobující namodralé zbarvení. Ve středu Uranu je jádro z hornin a železa. Rotační osa Uranu je vzhledem k rovině oběhu stočená na bok (98°), patrně díky střetu s jinou velkou planetou při vzniku sluneční soustavy. Rotace je diferenciální s periodou 16÷17 hodin. Rychlost větrů v atmosféře dosahuje až 600 km/h. Magnetická osa svírá s osou rotace úhel 59° a  je značně excentrická (prochází 8 000 km od středu planety). Magnetosféra je výrazná, intenzita pole je srovnatelná s intenzitou pole Země, ohon je zkroucen do tvaru vývrtky díky vlastní rotaci planety. a NeptunuNeptun – poslední z obřích planet. Podobně jako ostatní obří planety má prstence, rozsáhlou soustavu měsíců a pásovitou strukturu atmosféry s obřími víry – skvrnami. Neptun je téměř stejně velký jako Uran. Průměrná hvězdná velikost je 7,8^m, a proto nemůže být pozorován okem. Atmosféra má pásovitou strukturu, rotace je diferenciální s průměrnou periodou 19 hodin. Vlastní rotační perioda planety je 16 hodin, atmosféra tedy vzhledem k povrchu rotuje retrográdně. V atmosféře se nachází obří anticyklóny, například Malá a Velká temná skvrna. Atmosféra má zelenomodrou barvu, v horních vrstvách převládá vodík a helium. Modrozelené zabarvení je způsobeno stopami metanu. Rychlosti větru naměřené sondou Voyager 2 přesahují 2 000 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter, osa je skloněna 47° vzhledem k rotační ose a posunutá od středu o 0,55 poloměru. dospěl k závěru, že je způsobuje další velké těleso za jejich drahami, které nazval Planeta X. Lowell založil dnes velmi známou Lowellovu observatoř v Arizoně, na které se věnoval pozorování domnělých kanálů na Marsu, jež se nakonec ukázaly optickým klamem. Na observatoři také se spolupracovníky usilovně hledal až do své smrti Planetu X. Je ironií osudu, že na dvou snímcích Pluto zachytili, nicméně jeho velmi slabý obraz nerozpoznali od hvězd.

Pluto byl nalezen až 15 let po Lowellově smrti. Objev zdržely tahanice o dědictví, které vzplanuly mezi jeho manželkou a observatoří. Program hledání Planety X obnovil v roce 1929 Vesto Slipher, nový ředitel Lowellovy observatoře. Úkolu se zhostil na výbornou mladičký Clyde William Tombaugh (1906–1997), kterému bylo v době objevu pouhých 23 let. Systematicky snímkoval oblohu v blízkosti předpovězené polohy. Ke každému snímku pořizoval zhruba po 14 dnech kontrolní snímek. Oba snímky poté porovnával na tzv. komparátoru, planeta by se mezi hvězdami musela projevit vlastním pohybem. Po roce hledání objevil 18. února 1930 objekt, který skutečně mezi hvězdami měnil polohu. Z mnoha jmen navrhovaných pro novou planetu zvítězil nakonec návrh jedenáctileté školačky Venetii Burney z anglického Oxfordu (za vítězný návrh získala odměnu 5 dolarů). Pluto byl římským bohem podsvětí a jméno nové planety tak navázalo na tradiční jména ostatních planet. Navíc první dvě písmena symbolizovala iniciály Percivala Lowella. Také astronomický symbol přijatý pro Pluto v sobě skrývá iniciály P a L:

Symboly používané v astronomii pro Slunce, Měsíc, Merkur, Venuši, Zemi, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun, Ceres a Pluto. Poslední dvě tělesa mají jedno společné: v době svého objevu byla považována za planety a později rodinu planet nedobrovolně opustila.

Mnohem později, když byl objeven první měsíc Pluta, mohla být určena hmotnost nového tělesa a ukázalo se, že nemohlo být zodpovědné za údajné poruchy drah UranuUran – jedna ze čtyř obřích planet, sedmá planeta sluneční soustavy má charakteristický modrozelený nádech. Průměrná hvězdná velikost 5,5^m je na hranici viditelnosti lidským okem. Planeta má soustavu prstenců a kolem krouží rozsáhlý systém měsíců podobně jako u ostatních obřích planet. Kromě vodíku a helia obsahuje atmosféra také metan, způsobující namodralé zbarvení. Ve středu Uranu je jádro z hornin a železa. Rotační osa Uranu je vzhledem k rovině oběhu stočená na bok (98°), patrně díky střetu s jinou velkou planetou při vzniku sluneční soustavy. Rotace je diferenciální s periodou 16÷17 hodin. Rychlost větrů v atmosféře dosahuje až 600 km/h. Magnetická osa svírá s osou rotace úhel 59° a  je značně excentrická (prochází 8 000 km od středu planety). Magnetosféra je výrazná, intenzita pole je srovnatelná s intenzitou pole Země, ohon je zkroucen do tvaru vývrtky díky vlastní rotaci planety. a NeptunuNeptun – poslední z obřích planet. Podobně jako ostatní obří planety má prstence, rozsáhlou soustavu měsíců a pásovitou strukturu atmosféry s obřími víry – skvrnami. Neptun je téměř stejně velký jako Uran. Průměrná hvězdná velikost je 7,8^m, a proto nemůže být pozorován okem. Atmosféra má pásovitou strukturu, rotace je diferenciální s průměrnou periodou 19 hodin. Vlastní rotační perioda planety je 16 hodin, atmosféra tedy vzhledem k povrchu rotuje retrográdně. V atmosféře se nachází obří anticyklóny, například Malá a Velká temná skvrna. Atmosféra má zelenomodrou barvu, v horních vrstvách převládá vodík a helium. Modrozelené zabarvení je způsobeno stopami metanu. Rychlosti větru naměřené sondou Voyager 2 přesahují 2 000 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter, osa je skloněna 47° vzhledem k rotační ose a posunutá od středu o 0,55 poloměru., ze kterých Lowell vycházel. Jeho výpočty nebyly správné, jak se s konečnou platností ukázalo roku 1992. Tehdy totiž byla s pomocí dat z průletu Voyageru 2Voyager – dvojice sond NASA, která startovala v roce 1977 pomocí nosných raket Titan/Centaur. V roce 1979 proletěly obě sondy kolem Jupiteru, v roce 1980 (Voyager 1) a 1981 (Voyager 2) kolem Saturnu. Voyager 2 pokračoval dále k Uranu (1986) a Neptunu (1989). Obě sondy se zásadním způsobem zasloužily o poznání sluneční soustavy a dnes jsou nejvzdálenějšími objekty, které lidstvo vyslalo do vesmíru. revidována hmotnost planety Neptun. Ukázalo se, že planeta je přibližně o 0,5 % hmotnější, než se do té doby soudilo. Tato skutečnost je schopna vysvětlit vzájemné gravitační poruchy drah Uranu a Neptunu. Pátrání po Planetě X tedy bylo pouhým honem po přeludu.

Od počátku bylo jasné, že Pluto je výjimečné těleso a jeho dráha příliš nepřipomíná dráhu planety. Sklon dráhy k ekliptice činí 17,1° a je mnohem větší než u ostatních planet. Také excentricita dráhy je natolik veliká, že Pluto se při každém oběhu Slunce dostane na 20 let blíže k Zemi než Neptun. Vysoký sklon rotační osy způsobuje, že se Pluto jakoby odvaluje po své dráze. A aby všem anomáliím nebyl konec, velikost Pluta je výrazně menší, než jsou rozměry našeho Měsíce. Nicméně i přes tyto vady na kráse byla nová planeta na světě a udržela si svou pozici deváté planety po tři čtvrtiny století. Podle této „planety“ dokonce pojmenoval Walt Disney slavného psa z kreslených seriálů. Také název prvku plutoniumPlutonium – šestý člen z řady aktinoidů, druhý transuran, silně radioaktivní toxický kovový prvek, připravovaný uměle v jaderných reaktorech především pro výrobu atomových bomb. Plutonium má poločas rozpadu přibližně 88 roků. Je využitelné rovněž jako palivo pro jaderné reaktory a jako zdroj energie pro radioizotopový termoelektrický generátor. Plutonium bylo poprvé připraveno roku 1940 dvěma vědeckými týmy bombardováním uranu 238 neutrony. V Berkeley jej připravili Edwin M. McMillan a Philip Abelson a v britské Cambridgi Norman Feather a Egon Bretscher. Plutonium je pojmenováno po trpasličí planetě Pluto. byl odvozen ze jména nové „planety“. V roce 2006 bylo Pluto zařazeno do nově vzniklé rodiny trpasličích planetTrpasličí planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne přibližně kulatého tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) není satelitem jiného tělesa. 4) nevyčistí okolí své dráhy od drobných těles (na rozdíl od planety). K typickým trpasličím planetám patří velká tělesa Kuiperova pásu, z nichž nejznámější je Pluto..

Pozorování Pluta

K pozorování Pluta potřebujeme dalekohled o průměru alespoň 25 cm, protože záření planety je přibližně tisíckrát slabší než záření nejslabších hvězd, viditelných na obloze pouhým okem. I tak v dalekohledu uvidíme Pluto jako nepatrnou „hvězdičku“ 14. magnitudyMagnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru)..

AlbedoAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). planety odpovídá zmrzlému metanu, atmosféra je složena z metanu a dusíkuDusík – Nitrogenium, plynný chemický prvek tvořící hlavní složku zemské atmosféry. Patří mezi biogenní prvky, které jsou základními stavebními kameny živé hmoty. Tento plyn popsal jako první Němec Carl Wilhelm Scheele v roce 1777. Poté co bylo zjištěno, že je kyselina dusičná odvozena od dusíku, pro něj Chaptal navrhl název nitrogéne, což znamená ledkotvorný, který se udržel v latinském označení nitrogenium.. Podrobnější informace bude možné získat až v roce 2015, kdy k Plutu dorazí sonda New HorizonsNew Horizons – americká sonda, která se vydala na cestu k Plutu v lednu 2006. Sonda byla vynesena raketou Atlas V551. Opuštění Zeměkoule bylo propočteno tak, aby sonda letěla nejprve k Jupiteru, který ji urychlil na cestu k Plutu. Po průletu kolem Pluta a Charónu v červenci 2015 mise pokračuje do oblasti dalších transneptunických těles v Kuiperově pásu.. Největšími dalekohledy jsou na povrchu Pluta pozorovány skvrny, které mění svůj tvar. To svědčí o možné kryovulkanické aktivitě, která souvisí s nerovnoměrným ohříváním povrchu tělesa. Tuto hypotézu podporuje fakt, že k ochlazování povrchu planety dochází paradoxně ve chvílích, kdy se planeta přibližuje ke Slunci. Tento „antiskleníkový“ jev je patrně způsoben odpařováním namrzlých těkavých látek, které odvádí z povrchu teplo. Jedná se o stejný efekt, využívaný v tropických zemích k samovolnému chlazení vody v porézních nádobách, jimiž tekutina prosakuje a posléze se odpařuje.

Snímkování povrchu takto vzdálených těles je výzvou pro současné technologie získávání a zpracování obrazového signálu. Úhlový průměr kotoučku Pluta je pouhých 0,1“ což je řádově méně než běžná hodnota seeinguSeeing – z anglického seeing conditions (podmínky viditelnosti). Turbulence atmosféry v okolí dalekohledu mění strukturu obrazu objektu a způsobují jeho pohyb v zorném poli. Tyto projevy nazýváme seeing. Seeing vyjadřujeme v obloukových vteřinách. Údaj určuje limitní rozlišovací schopnost dalekohledů způsobenou projevy atmosféry. způsobeného turbulentním prouděním vzduchu v atmosféřeAtmosféra – plynný obal vesmírného tělesa, který si těleso drží vlastní gravitací. Atmosféru mají především planety. Málo hmotné atomy z atmosféry relativně snadno unikají do meziplanetárního prostoru.. Bez dalekohledů vybavených systémem adaptivní optikyAdaptivní optika – slouží ke korekci vysokofrekvenčních změn obrazu způsobených zejména turbulencí atmosféry (až 500 korekcí za sekundu). Korekce se provádí počítačem řízenými posuny a deformacemi pomocných zrcátek. K vyhodnocení aktuálního tvaru vlnoplochy slouží referenční hvězda, která se musí nacházet v blízkosti pozorovaného objektu. Asi v 1% případů lze využít přirozenou hvězdu (NGS – Natural Guide Star). Většinou se používá umělá hvězda (LGS – Laser Guide Star), která se vytváří laserovým paprskem fokusovaným do výšky přibližně 90 km, kde zpětným rozptylem vzniká skvrna zářících sodíkových atomů. Druhou možností je využití Rayleighovy difúze ve výškách 10 až 20 km. Umělou hvězdu můžeme vytvořit jakkoli blízko sledovanému objektu, vyvstávají ale problémy spojené s její konečnou výškou a velikostí. nebo dalekohledů na oběžné dráze se tedy v žádném případě neobejdeme.

Jednou z možností je rekonstrukce fotometrickýchFotometrie – část astronomie zabývající se zkoumáním a porovnáváním světla z různých zdrojů z hlediska jeho působení na lidský zrakový orgán. Sledované fotometrické veličiny, například jasnost, světelný tok nebo osvětlení zohledňují vedle vlastností dopadajících fotonů fyziologii našeho zraku. dat, pořízených při přechodu Charonu přes disk Pluta. Vhledem k tomu, že rotace planety a jejího měsíce je vázaná, pozorujeme při přechodu Charonu stále jeho stejnou stranu. Tok záření z tohoto tělesa se tudíž vůči vzdálenému pozorovateli na Zemi prakticky nemění. Odchylky v celkovém naměřeném toku ze soustavy obou těles lze proto přičítat změnám albedaAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). na odkrývající se části povrchu Pluta a z fotometrických dat je možno je rekonstruovat.

Přímým zobrazením byly snímky povrchu trpasličí planety získány pomocí Hubblova dalekohledu. Na snímku je ve sloupci nejvíce vlevo čtveřice snímků, pořízených přístrojem FOCFOC (HST) – Faint Object Camera, CCD fotoaparát vyrobený Evropskou kosmickou agenturou, který fungoval na Hubbleově dalekohledu do roku 2002. Pracoval v oblasti vlnových délek 115 až 6 500 nm. roku 1994. Zbylých 12 snímků bylo pořízeno v letech 2002 a 2003 pomocí kamery ACSACS – Advanced Camera for Surveys, přístroj umístěný na HST při třetí servisní misi v březnu 2002 namísto starší kamery FOC. ACS má ostřejší obraz, širší zorné pole (202″×202″) a větší vlnový rozsah (blízké IR, V, celé UV) než WFPC2. Přístroj je složen ze širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a z kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena byla při poslední servisní misi v roce 2009. v modu vysokého rozlišení. Na jejich základě byla pořízena dosud nejdetailnější albedováAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). mapa povrchu Pluta.

V případě snímků z přístroje FOCFOC (HST) – Faint Object Camera, CCD fotoaparát vyrobený Evropskou kosmickou agenturou, který fungoval na Hubbleově dalekohledu do roku 2002. Pracoval v oblasti vlnových délek 115 až 6 500 nm. bylo získání albedové mapy relativně jednoduché, neboť jednotlivé pixely jsou relativně malé. Naproti tomu snímky z kamery ACSACS – Advanced Camera for Surveys, přístroj umístěný na HST při třetí servisní misi v březnu 2002 namísto starší kamery FOC. ACS má ostřejší obraz, širší zorné pole (202″×202″) a větší vlnový rozsah (blízké IR, V, celé UV) než WFPC2. Přístroj je složen ze širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a z kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena byla při poslední servisní misi v roce 2009. mají evidentně horší rozlišení, navíc je snímek zkreslen chybou zobrazení kamery. Relativní velikost pixelů byla redukovaná metodou ditheringu, tedy skládání odstínů jednotlivých pixelů z obrazů pořízených v rychlém sledu za sebou (s odlišnými časovými rozestupy). Ke každému z uvedených 12 snímků bylo získáno ještě 15 dalších „kopií“, které obecně dopadly na různá místa CCDCCD – Charge Coupled Device, zařízení s nábojovou vazbou, umožňuje převést paralelní analogový signál (elektrický náboj kumulovaný v potenciálových jámách) na sériový signál, daný časovou posloupností proudových pulzů úměrných kumulovanému náboji. Při serializaci paralelní informace CCD funguje jako posuvný registr, který umožňuje postupné posouvání náboje změnou potenciálového profilu řízenou hodinovým signálem. (Přesun náboje si lze přestavit podobně jako řetěz lidí předávajících si při požáru na povel různě naplněná vědra s vodou. S každým povelem se konkrétní vědro posune o krok blíže k požáru. Časový průběh proudu vody vylitého do ohně odráží prostorové rozložení objemů vody ve vědrech.) Potenciálové jámy mohou být umístěny vedle sebe pouze v jediné řadě (lineární CCD) nebo ve více řadách (plošné CCD). Nejznámějšími CCD jsou fotoelektrické snímače, kdy se rozložení náboje vytváří vnitřním fotoefektem. Mohou však sloužit i jako paměťové prvky (například jako odkládací paměť pro výše zmíněné fotoelektrické snímače). V zobrazovacích zařízeních jsou nejmenší rozměry jednoho CCD pixelu 9×9 mikrometrů a plošné senzory jsou tvořeny maticí velkou až 5120×5120 pixelů. Chlazené CCD senzory pracují se šumem odpovídajícím 4 až 7 elektronům. (Údaje z roku 2008.) čipu. Celkem bylo tedy pro tvorbu mapy použito 384 snímků, které byly počítačově „narovnány“ odečtením známého zkreslení optiky. Zdroj: NASA/ESA/HST, 1994, 2002, 2003.

Z předchozích snímků jsou vytvořeny části albedové mapy které se vzájemně překrývají. Nyní je třeba tyto části nafitovat tak, aby došlo k co největší shodě, proto celá již sestavená část mapy projde při přidání nového snímku další iterací. Získání výsledného snímku bylo dílem čtyři roky trvajících výpočetních pokusů na 20 počítačích. Porovnání albedových map pořízených s téměř desetiletým odstupem odhaluje dramatické změny na povrchu trpasličí planety a překvapivě z ní v tomto ohledu činí nejaktivnější těleso sluneční soustavy. Nejpřijatelnějším vysvětlením tohoto jevu jsou sezónní změny teploty povrchu, které způsobují sublimaci světlé dusíkové námrazy, což je ve shodě s pozorovaným ochlazováním povrchu tělesa během jeho přibližování směrem ke Slunci. Zdroj: NASA/ESA/HST, 2010.

Plutonovy měsíce

Trpasličí planeta Pluto má jeden velký měsíc Charon a dva menší měsíce Nix a Hydra. Ve sluneční soustavě jde o jedinou známou čtveřici vázaných těles. Charon byl objeven americkým astronomem Jamesem Christem dne 22. června 1978. Souputníka Pluta nalezl Christy jako periodicky se objevující výduť na fotografiích pořízených na Námořní observatoři Spojených států (United States Naval Observatory). Charon je relativně veliké těleso, má průměr 1 207 km, což je přibližně polovina průměru Pluta. Hmotnost Charonu činí 12 % hmotnosti Pluta. Těžiště soustavy leží nad povrchem Pluta a tato dvojice proto splňuje definici binární soustavyBinární soustava – soustava dvou těles, jejichž společné těžiště leží mezi oběma tělesy, tedy není pod povrchem některého z nich.. Slapové sílySlapová síla – rozdíl gravitačních sil působících na různé části tělesa. Například Země působí na naše nohy větší gravitační silou než na hlavu, rozdíl je ale zanedbatelný. Slapové síly Měsíce působící na Zemi jsou příčinou přílivu a odlivu a také příčinou výměny momentu hybnosti mezi Měsícem a Zemí, která vede k postupnému vzdalování Měsíce. Obdobná slapová vazba existuje mezi Zemí a Sluncem a je pravděpodobně hlavní příčinou současného vzdalování Země od Slunce. Ve větších měřítkách působí slapové síly například při prolínání dvou galaxií. uvnitř obou těles vedly k vzájemně vázané rotaci. Pluto i Charon k sobě nastavují stále stejnou stranu a obě tělesa se otáčejí kolem své rotační osy za stejnou dobu, jakou potřebují k vzájemnému oběhu. Z obou těles se naskýtá stále stejný pohled na druhé těleso. Na povrchu jsou místa, na kterých je druhé těleso stále nad obzorem a místa, ze kterých ho nikdy neuvidíme. Pluto s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu. Objev Charonu umožnil výpočet hmotnosti obou těles. Zdá se, že Charon nemá žádnou atmosféru. Na jeho povrchu byly v roce 2007 z observatoře Gemini pozorovány skvrny z čpavku a vodních krystalů, možná jde o důsledky chladných gejzírů. Měsíc byl pojmenován podle Charóna, který v řecké mytologii převážel mrtvé přes řeky Styx a Acheron do říše zesnulých.

V roce 2005 byly Hubblovým vesmírným dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. objeveny dva malé měsíce pojmenované Nix a Hydra. Název Nix je odvozen od jména řecké bohyně tmy Nyx, písmeno y bylo zaměněno za i, aby nedocházelo k záměně s planetkou 3908 Nyx. Měsíc Hydra byl pojmenován podle devítihlavé hydry, která v řecké a římské mytologii bránila vstup do podsvětí. Iniciály obou měsíců (N, H) jsou počátečními písmeny názvu sondy New HorizonsNew Horizons – americká sonda, která se vydala na cestu k Plutu v lednu 2006. Sonda byla vynesena raketou Atlas V551. Opuštění Zeměkoule bylo propočteno tak, aby sonda letěla nejprve k Jupiteru, který ji urychlil na cestu k Plutu. Po průletu kolem Pluta a Charónu v červenci 2015 mise pokračuje do oblasti dalších transneptunických těles v Kuiperově pásu., která do oblasti letí. Rozměry obou těles se odhadují na 20 až 80 km.

Pluto a jeho měsíce. Zdroj: ESA/NASA/HST.

Vyřazení Pluta z rodiny planet

To, že PlutoPluto – spolu s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu v Kuiperově pásu, která patří do rodiny plutoidů. Do roku 2006 byl Pluto řazen konvenčně mezi planety. V blízkosti jsou čtyři menší měsíce Nix, Hydra, Kerberos a Styx. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, kde je nejvíce zastoupen dusíkový a metanový led, dobře odráží světlo. Dráha Pluta je mimořádně excentrická, v některých obdobích je blíže ke Slunci než Neptun (1979–1999). Sklon dráhy k rovině ekliptiky je 17,1°. Sklon rotační osy od kolmice na rovinu dráhy je 122,5°. Pluto se, podobně jako Uran, odvaluje v rovině dráhy. nezapadá mezi ostatní planety, bylo zjevné již velmi dlouho. Postupně byla objevována další tělesa Kuiperova pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto., z nichž některá měla obdobné rozměry jako Pluto. Stále bylo zřejmější, že Pluto je jen jedním členem z rozsáhlé rodiny těles obíhajících za drahou NeptunuNeptun – poslední z obřích planet. Podobně jako ostatní obří planety má prstence, rozsáhlou soustavu měsíců a pásovitou strukturu atmosféry s obřími víry – skvrnami. Neptun je téměř stejně velký jako Uran. Průměrná hvězdná velikost je 7,8^m, a proto nemůže být pozorován okem. Atmosféra má pásovitou strukturu, rotace je diferenciální s průměrnou periodou 19 hodin. Vlastní rotační perioda planety je 16 hodin, atmosféra tedy vzhledem k povrchu rotuje retrográdně. V atmosféře se nachází obří anticyklóny, například Malá a Velká temná skvrna. Atmosféra má zelenomodrou barvu, v horních vrstvách převládá vodík a helium. Modrozelené zabarvení je způsobeno stopami metanu. Rychlosti větru naměřené sondou Voyager 2 přesahují 2 000 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter, osa je skloněna 47° vzhledem k rotační ose a posunutá od středu o 0,55 poloměru.. Někdy se jim proto také říká transneptunická tělesa. První pokus byl učiněn v roce 2003 na XXV. Valném shromáždění Mezinárodní astronomické unieIAU – Mezinárodní astronomická unie (International Astronomical Union), organizace založená v roce 1919. Sdružuje astronomické společnosti z celého světa a vydává závazná rozhodnutí ohledně názvosloví těles a útvarů na nich. Vedení IAU sídlí v Paříži. Od roku 1922 (s výjimkou válečných let 1939–1948) zasedá IAU pravidelně každé tři roky na Valném shromáždění IAU. v australském Sydney. Návrh na vyřazení Pluta z rodiny planet tenkrát hlasováním neprošel. Vzhledem k tomu, že jde o jedinou planetu objevenou Američany, bylo logické, že návrh nepodpořili.

V roce 2006 proběhlo v Praze XXVI. Valné shromáždění Mezinárodní astronomické unie, na kterém byla situace zcela odlišná. V roce 2003 bylo objeveno těleso ErisEris – největší trpasličí planeta. Objevena byla v roce 2003, průměr má 2 600 km, Slunce obíhá ve vzdálenosti 38÷98 AU a je větší než Pluto. Excentricita dráhy je 0,44. Slunce oběhne za 557 roků. Eris má jediný měsíc Dysnomii., které je větší než Pluto (má průměr 2 400 km) a v roce 2005 těleso Makemake, které je jen o něco málo menší než Pluto (má průměr 1 500 km). Těles velikosti nad 600 km byla v Kuiperově pásu známa již první desítka a bylo zjevné, že pozice Pluta jako planety je nadále neudržitelná. Při zákulisním lobování sehrála svým šarmem významnou roli Jocelyne Bell Burnellová, která jako PhD studentka objevila v roce 1967 v Cambridge první neutronovou hvězduNeutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než přibližně 2,2 až 3 M_S (Tolmanova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 10¹⁷ kg m⁻³ dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století. – pulzarPulzar – neutronová hvězda, jejíž magnetická a rotační osa nemají shodný směr. Zářící oblasti v magnetických pólech hvězdy díky rotaci vytvářejí pro pozorovatele majákovým efektem pulzy, zpravidla radiové, výjimečně až rentgenové či gama. První pulzar byl objeven v roce 1967 Jocelyn Bellovou (dnes Jocelyn Bell Burnell) pod vedením Anthony Hewishe., který je dnes znám pod katalogovým číslem PSR 1919+21. Díky jejímu taktu proběhlo hlasování hladce a byly přesně vymezeny pojmy planetaPlaneta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce. a trpasličí planetaTrpasličí planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne přibližně kulatého tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) není satelitem jiného tělesa. 4) nevyčistí okolí své dráhy od drobných těles (na rozdíl od planety). K typickým trpasličím planetám patří velká tělesa Kuiperova pásu, z nichž nejznámější je Pluto.. Pluto bylo přeřazeno do rodiny trpasličích planet (viz AB 23/2006) spolu s ostatními velkými tělesy Hlavního pásuHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km. planetek a Kuiperova pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto..

Velká tělesa Hlavního pásuHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km. (první řádek) a Kuiperova pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto.. Větší z nich již byla
zařazena do nové rodiny trpasličích planet.

Vyřazení Pluta z rodiny planet rozpoutalo v Americe vášně.

Podobná situace nenastala v astronomii poprvé. CeresCeres – trpasličí planeta mezi drahou Marsu a Jupiteru. Objevena byla v roce 1801 Giuseppem Piazzim. Průměr má 974 kilometrů. Pojmenována je po římské bohyni úrody. Slunce oběhne jednou za 4,6 roku ve vzdálenosti 2,5÷3 AU., první objevená planetka z Hlavního pásuHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km., byla považována za planetu od roku 1801, kdy byla objevena, až do poloviny 19. století, kdy byla nalezena řada dalších těles Hlavního pásu. Pluto ale získalo přece jen jednu výsadu. Od roku 2008 je po něm pojmenována celá skupina těles, tzv. plutoidy (trpasličí planety za drahou Neptunu). Dnes k nim patří Pluto, Charon, Eris, Makemake, Haumea a další tělesa.

Pokračování příště

Animace týdne: Sonda New Horizons

Sonda New Horizons. Sonda New Horizons startovala k Plutu dne 19. 1. 2006. Byla vynesena raketou Atlas V551. Animace začíná oddělením sondy od třetího stupně nosné rakety tvořené motorem STAR 48B na pevné palivo. Opuštění Zeměkoule je propočteno tak, aby sonda byla nasměrována k Jupiteru. Následuje průlet kolem Jupiteru, který sondu urychlí na cestu k Plutu. Dále je znázorněn oběh Pluta a Charonu kolem Slunce – dráha těžiště soustavy je vyznačena světlou elipsou se Sluncem ve velmi vzdáleném ohnisku a obě tělesa krouží téměř kolmo na společnou oběžnou dráhu. V bližším přiblížení je vidět vázaná rotace obou těles. Sonda snímkuje Pluto dalekohledem LORRI. Následuje velmi rychlý průlet kolem Pluta a Charonu a sonda pokračuje do oblasti dalších transneptunických těles Kuiperova pásu. (mpeg, 24 MB)

Literatura