Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze Číslo 23 (vyšlo 2. července), ročník 8 (2010) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

23/2010

Pluto, planeta-neplaneta II

Jakub Rozehnal, Petr Kulhánek

Vyřazení Pluta z rodiny planet prospělo mnohému. Došlo k nápravě paradoxního stavu, kdy každý, kdo se jen trochu zajímal o astronomii, věděl, že Pluto není planeta, ale zároveň se děti ve škole stále nově učily odříkávat „… , UranUran – 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., NeptunNeptun – 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., 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 dva menší měsíce Nix a Hydra. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, patrně složený z metanového ledu, 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.“. Tahanice o Pluto však především vzbudily zájem v laických kruzích a tím možná prospěly planetární astronomii daleko více, než by si mnozí odborníci mysleli. Umožnily totiž širokou veřejnost informovat o současném pohledu na sluneční soustavu, která je v mnohém nahony vzdálena obecně zažitým a přijímaným tezím o jejím vzniku a vývoji. Pojem Kuiperův pásKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. se tak dostal do povědomí veřejnosti mnohem rychleji, než by to stačily učinit nové učebnice.

V minulém čísle Aldebaran bulletinu bylo řečeno, že jako jistou „úlitbu“ zastáncům Pluta coby planety schválila IAUIAU – 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. na svém zasedání ve Stockholmu zavedení nové třídy plutoidůPlutoidy – trpasličí planety za drahou Neptunu. Tato skupina těles byla definována v roce 2008 na zasedání Mezinárodní astronomické unie ve Stockholmu. K typickým zástupcům patří Pluto, Eris nebo Makemake., tedy trpasličích planet za drahou Neptunu. Ovšem mnohem zajímavější je kategorie těles, která nese název velmi podobný – jedná se o tzv. PlutinaPlutina – objekty s oběžnou drahou podobnou Plutu a Charonu, která rezonuje s Neptunovou v poměru 2:3 (na dva oběhy plutin připadnou 3 oběhy Neptunu). Odhaduje se, že objektů s průměrem větším než 100 km je zhruba 1 400. Největšími zástupci jsou pochopitelně Pluto a Charon..

Plutina

Plutina jsou tělesa blízkého Kuiperova pásuKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km., která se nacházejí v rezonanci pohybů 3:2 s planetou NeptunNeptun – 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.. To znamená, že zatímco Neptun oběhne 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. třikrát, rezonanční populace těles učiní okolo Slunce právě dva oběhy. Jinými slovy: po každých třech obězích Neptunu, resp. dvou obězích plutin zaujmou tato tělesa tutéž prostorovou konfiguraci. Jak vyplývá z názvu, největším představitelem těchto těles je právě trpasličí planeta 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 dva menší měsíce Nix a Hydra. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, patrně složený z metanového ledu, 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.. Mezi další členy této populace se řadí například planetka 90482 Orcus s průměrem 950 km.

Za povšimnutí stojí poloha těchto těles vůči tzv. hranici stabilityMez stability – u těles nad mezí stability se dráha transneptunických těles nekříží s dráhou Neptunu. Na mezi stability se dráha dotýká dráhy Neptunu, pod mezí stability se dráha kříží s dráhou Neptunu a obecně mlůže dojít k blízkému přiblížení a tím pádem jsou dráhy těles s danými elementy nestabilní. – objekty, které se nacházejí na této hranici, mají při dané velikosti velké poloosy takovou excentricituExcentricita – poměr vzdálenosti ohniska od středu elipsy k délce hlavní poloosy. U pohybu těles v gravitačním poli jde o jeden ze základních dráhových elementů., že jejich přísluní se shoduje s velkou poloosou 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.. Zdálo by se, že taková tělesa se nutně musí po čase s Neptunem srazit, nebo je alespoň blízké setkání gravitačně zcela destabilizuje a vynese je na extrémně výstředné nebo nezřídka hyperbolické dráhy. Ve skutečnosti je to ale právě rezonance, která tato tělesa před nepříjemným koncem zachrání. Pokud budeme pozorně sledovat tělesa, ke kterým se 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 dva menší měsíce Nix a Hydra. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, patrně složený z metanového ledu, 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. přiblíží, zjistíme, že je to poněkud překvapivě planeta UranUran – 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. – k té se Pluto může přiblížit až na vzdálenost kolem 11 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), střední vzdálenost Země od Slunce, 149 597 870 696 ± 0,1 m. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů., zatímco minimální orbitální vzdálenost mezi Neptunem a Plutem je mnohem větší – dosahuje hodnoty přibližně 18 AU. Rezonanční populace plutinPlutina – objekty s oběžnou drahou podobnou Plutu a Charonu, která rezonuje s Neptunovou v poměru 2:3 (na dva oběhy plutin připadnou 3 oběhy Neptunu). Odhaduje se, že objektů s průměrem větším než 100 km je zhruba 1 400. Největšími zástupci jsou pochopitelně Pluto a Charon. však není pouhou raritou. Její bližší studium nám poskytuje klíč k zajímavé minulosti sluneční soustavy.

Obr. 2: Dráhy těles v Kuiperově pásu. Červeně jsou označena plutina, modře
klasické objekty Kuiperova pásu a černě rozptýlené objekty Kuiperova pásu.

Pozdní fáze formování sluneční soustavy

Pozdní fáze formování sluneční soustavy byla popsána v AB 13/2009, kde bylo ukázáno, že planety zřejmě migrovaly na současné dráhy díky interakci s prstencem planetezimálPlanetezimály – tělesa z raných fází vývoje sluneční soustavy. Jedná se o stavební kameny budoucích planetek, na kterých docházelo k procesům diferenciace hmoty a vzniku minerálních asociací typických pro jednotlivé druhy většiny známých meteoritů. V současné době se planetezimály mohou nacházet v oblastech Kuiperova pásu a Oortova oblaku, kam byly vypuzeny v pozdních fázích vývoje sluneční soustavy planetami., které již neakreovaly na větší tělesa. Tento disk měl původně hmotnost cca 35 M_Z (hmotností 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. Mohorovičovým 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.). Nejbližší tělesa tohoto planetezimálního disku obíhala těsně za drahou poslední planety (která se tehdy nacházela ve vzdálenosti 15÷17 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), střední vzdálenost Země od Slunce, 149 597 870 696 ± 0,1 m. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů.) a jeho okraj sahal do vzdálenosti přibližně 35 AU.

Pomalou migracíMigrace prostá – (angl. simple migration) probíhá v disku, ze kterého již byl primordiální plyn vypuzen, ale nachází se v něm stále podstatné množství planetezimál. Planetární migrace je pak důsledkem gravitační interakce s těmito tělesy během těsných přiblížení, konkrétně reakcí na změny v drahách malých těles, která díky svému gravitačnímu působení rozptyluje. Pokud by k přiblížením mezi planetou a malými tělesy mohlo docházet se stejnou pravděpodobností ve všech možných vzájemných orientacích, změny hlavní poloosy planety by měly charakter náhodné procházky. Pokud však bude k setkáním mezi planetou a malými tělesy docházet z určitého preferovaného směru, bude se za nepřítomnosti silnějších gravitačních perturbací ostatních planet velká poloosa planety plynule s časem měnit., způsobenou výměnou momentu hybnosti mezi planetami a planetezimálamiPlanetezimály – tělesa z raných fází vývoje sluneční soustavy. Jedná se o stavební kameny budoucích planetek, na kterých docházelo k procesům diferenciace hmoty a vzniku minerálních asociací typických pro jednotlivé druhy většiny známých meteoritů. V současné době se planetezimály mohou nacházet v oblastech Kuiperova pásu a Oortova oblaku, kam byly vypuzeny v pozdních fázích vývoje sluneční soustavy planetami. a posléze působením rezonance JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. a SaturnuSaturn – druhá největší planeta sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm⁻³ je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou., byly dráhy vnějších planet destabilizovány. To způsobilo, že NeptunNeptun – 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. měl doslova „vletět“ do disku planetezimál, kde byla jeho dráha působením dynamického tření v planetezimálním disku opět změněna na přibližně kruhovou, ovšem na vyšší oběžné dráze. Původní planetezimální disk byl z velké části rozptýlen do prostoru a v dané oblasti zůstalo jen nepatrné procento původních těles. Takováto stochastická událost musela ovšem nutně zanechat v dnešním Kiuperově pásu viditelný dynamický otisk. Je tedy dnešní Kuiperův pásKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. opravdu pozůstatkem mnohem hmotnějšího planetezimálního disku?

Z hlediska výše uvedeného jsou důležité zejména tři následující vlastnosti Kuiperova pásu:

Rodney Gomes z Národní observatoře v Rio de Janeiru se spolupracovníky dospěl v roce 2005 k závěru, že současná pozice 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. a hmotnostní deficit Kuiperova pásuKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. implikují, že protoplanetární disk původně končil na hranici 30 AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), střední vzdálenost Země od Slunce, 149 597 870 696 ± 0,1 m. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů.. Ve své studii migrace v takovém disku vědci ukazují, že 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. se nemusí zastavit na okraji disku. Ve skutečnosti, z důvodu nutnosti zachování momentu hybnosti během procesu migrace, závisí konečná pozice planety více na momentu hybnosti disku než na poloze jeho okraje.

Rodney Gomes a jeho spolupracovníci zjistili, že disk s okrajem sahajícím přibližně do vzdálenosti 30 AU (přesná hodnota závisí na hmotnosti disku), může vysvětlit současnou hodnotu velikosti velké poloosy Neptunu. Navíc existuje nejméně pět mechanizmů, které mohly protoplanetární disk „oříznout“ v tak malé heliocentrické vzdálenosti ještě před akrecí planet:

Zdůrazněme, že malý poloměr oříznutého disku není v rozporu se skutečností, že se dnes Kuiperův pásKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. rozkládá za hranicí 40 AU, protože mohl být vytlačen ven během migrace Neptunu. Kuiperův pás představuje důležitý test pro ověření platnosti modelu planetární migrace, tzv. modelu z Nice (viz AB 13/2009). Tento model totiž elegantně vysvětluje hlavní vlastnosti drah těles Kuiperova pásu, zejména pak přítomnost objektů zachycených v Neptunových rezonancích (viz Obr. 1) a náhlý konec klasického Kuiperova pásu v blízkosti rezonance 1:2.

Zachycení v rezonanci během migrace

Jedním z důsledků migrace planet je, že se příslušné oblasti rezonancí také pohybují. Během tohoto procesu mohou být planetezimály, které se dostanou do oblasti rezonance, v této oblasti zachyceny. Vývoj interakce částic s pohybující se rezonancí velmi citlivě závisí na počátečních podmínkách, povaze rezonance, rychlosti vývoje, případných disipativních procesech, atd. Model, jehož vlastnosti byly podrobněji popsány, je model jediné rezonance v adiabatické aproximaci (doby přesunu jsou krátké vzhledem k ostatním dějům). V tomto případě byla pravděpodobnost zachycení v rezonanci vypočítána semianalyticky. Obecně může dojít k rezonančnímu zachycení ve vnější rezonanci, pokud se planeta pohybuje směrem ven, a ve vnitřní rezonanci, jestliže se planeta pohybuje směrem dovnitř.

Je namístě podotknout, že i když nastane jeden z uvedených případů, nemusí k záchytu v rezonanci dojít. Například zachycení do rezonance 2:3 s Neptunem nastane podle adiabatického modelu s určitostí jen v případě, že Neptun migruje směrem ven a počáteční excentricita planetezimály je před přiblížením k rezonanci menší než přibližně 0,03. Pravděpodobnost záchytu se zvyšujícími se excentricitami monotónně (ale ne lineárně) klesá.

Jestliže je objekt zachycen v rezonanci, pak se nadále pohybuje zároveň s ní. Komplikace nastává, pokud se v planetezimálním disku, přes který planeta migruje, objeví relativně velká tělesa. Zachycení v rezonanci vyžaduje, aby migrace planety byla hladká. Jestliže planeta skokově změní svoji hlavní poloosu díky setkání s jinou planetou nebo velmi hmotnou planetezimálou, skokově se změní i místo rezonance. Jestliže je amplituda těchto skoků stejného řádu jako šířka rezonance nebo vyšší, tělesa zachycená v rezonanci budou uvolněna. Model stochastické migrace v planetezimálním disku byl nedávno vyvinut Ruth Murray-Clayovou a Eugenem Chiangem (2006).

V průběhu migrace se excentricita objektu monotónně zvyšuje rychlostí určenou rychlostí migrace planety. Těleso se ale v oblasti rezonance nemusí nacházet neomezeně dlouhou dobu, protože (je-li jeho excentricita dostatečně vysoká) může dojít k blízkým přiblížením k planetě. V případě migrace planety diskem jsou tedy planetezimály zachytávány v oblasti její rezonance a pohybují se společně s ní. Zároveň však narůstá jejich excentricita až do okamžiku, kdy dosáhne meze stability, nad níž jsou planetou rozptýleny.

Rezonanční populace zůstává v přibližně početně ustáleném stavu takovou dobu, po jakou se oblast rezonance nachází v disku, protože zatímco objekty s vysokou excentricitou rezonanci opouštějí, nové do ní vstupují. Pokud ale rezonance překročí hranici disku, není již dále doplňovaná novými tělesy a rezonanční populace se s dalším pohybem rezonance směrem ven postupně rozpadá. Minimální excentricita těles rezonanční populace tedy postupně narůstá a relativní zastoupení těles s malou excentricitou postupně klesá. Uvážíme-li, že nejdříve zachycená tělesa dosáhnou při pokračující migraci planety nejvyšších excentricit, lze z této skutečnosti odvodit některé parametry migrace. Renu Malhotra (1995) tak rozborem excentricit těles v Kuiperově pásu v rezonanci 2:3 zjistila hodnotu e_max =0,25, z čehož odvodila, že Neptun migroval nejméně o vzdálenost 7 AU.

Z důvodů diskutovaných výše model z Nice předpokládá konec protoplanetárního disku na hranici přibližně 30 AU. Z toho plyne, že Kuiperův pás, který dnes pozorujeme, musel být vytlačen směrem ven během vývoje dráhy Neptunu. Když excentricita dráhy Neptunu dosahovala dočasně excentricity asi e_N = 0,3, jeho oblasti rezonancí byly ve velké poloose velmi široké. Numerické simulace ukazují, že pro e_N > 0,2 je celá oblast uvnitř 1:2 rezonance vyplněna vzájemně se překrývajícími rezonancemi vyšších řádů, a je proto zcela chaotická. Následně se proto může naplnit částicemi disku rozptýlenými Neptunem a migrovat spolu s ním směrem ven, k větším velkým poloosám. Jak Neptunova excentricita díky interakci s planetezimálami klesá, mnoho z těchto těles je v Kuiperově pásu zanecháno na nerezonančních drahách. Díky tomu, že se na počátku nacházela rezonance 1:2 až za okrajem disku, vytvořila přirozenou hranici zachycené populace.

Jak vidno, Pluto svojí degradacíDegradace Pluta – po vyřazení Pluta ze seznamu planet začali američané používat nové sloveso „zplutovat“ nebo „být zplutován“ (to be plutoed), které se používá ve smyslu „ztratit pozici“ – obvykle bez vlastního přičinění. vůbec neztratil na důležitosti. Naopak, je tělesem, které nám má mnohé co říci nejen samo o sobě, ale vnáší světlo až ke kořenům vzniku sluneční soustavy.

Obr. 4: Oortův oblakOortův oblak – také Oortovo-Öpikovo mračno. Jedná se o jakousi zásobárnu kometárních jader, která se nachází ve vzdálenosti zhruba 20 000÷100 000 AU od Slunce. Obsahuje velké množství nepravidelných těles s drahami o sklonech v rozmezí 0°÷90°. Jedná se většinou o slepence zmrzlých plynů, vodního ledu a úlomků hornin, které se dostávají do blízkosti Slunce vlivem gravitačních poruch. Jejich počet se odhaduje na jeden bilión při celkové hmotnosti do 10 M_Z. a Kuiperův pásKuiperův pás – jedná se o jakési úložiště planetezimál (malé kamenné nebo ledové tělísko zformované při zrodu sluneční soustavy). Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 AU a vnější asi ve vzdálenosti 600 AU od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×10⁸ těles o průměru d > 1 km. V dnešní době jich známe více než 1 400. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km.. Zdroj: NASA.

Literatura

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu