Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 32 (vyšlo 3. listopadu, ročník 4 (2006)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Poslední opravdové planety II

Jakub Rozehnal

V minulém pokračování jsme se zabývali především planetou Uran. Na „Velké cestě“ sond VoyagerVoyager – 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. se uskutečnila i návštěva další planety, Neptunu. V roce 1989 k ní dolétl Voyager 2, zatím jediná sonda, která se dostala ve sluneční soustavě tak daleko. Co vše dnes o Neptunu víme? To bude tématem druhého pokračování našeho seriálu o posledních opravdových planetách.

Neptun – 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 7,8m, 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.

TNO (Trans Neptunian Objects) – tělesa nacházející se za oběžnou drahou Neptunu, jiný název objektů Kuiperova pásu. Historicky se dělila na plutina, objekty s oběžnou drahou podobnou Plutu a Charonu, která rezonuje s drahou Neptunu 2:3; klasické objekty Kuiperova pásu s drahou za drahou Pluta a rozptýlené objekty Kuiperova pásu. Novými TNO objekty jsou od roku 2006 trpasličí planety, mezi které patří velká TNO tělesa, například Pluto, Charon a Xena.

Kuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 au a vnější asi ve vzdálenosti 50 au od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×108 těles o průměru větším než 1 km a 40 000 těles větších než 100 km. V dnešní době jich známe kolem 2 000. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto.

Neptun – pozdrav od Newtona

Objev Neptunu bývá označován za triumf nebeské mechaniky, který zároveň potvrdil platnost Newtonova gravitačního zákona, o jehož platnosti začali v první polovině 19. století někteří astronomové pochybovat. Vedly je k tomu odchylky poloh UranuUran – jedna ze čtyř obřích planet, sedmá planeta sluneční soustavy má charakteristický modrozelený nádech. Průměrná hvězdná velikost 5,5m 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., zaznamenané po roce 1820. Jiná, početnější skupina astronomů se naopak logicky domnívala, že tyto odchylky jsou způsobeny gravitačním působením dosud neznámé planety. Obtížné řešení pohybových rovnic dovedli ke zdárnému konci nezávisle na sobě J. C. AdamsU. Le Verrier, kteří publikovali své výsledky roku 1845. V následujícím roce planetu objevil J. G. Galle.

Je až s podivem, kolikrát však Neptun unikl pozornosti jinak velmi pečlivým pozorovatelům. Bezesporu prvním, kdo tuto planetu pozoroval, byl již Galileo Galilei, který měl Neptuna v zorném poli svého dalekohledu na přelomu let 1612 a 1613, kdy by Neptun v konjunkci s JupiteremJupiter – 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.. Ve dvou po sobě následujících nocích v lednu 1613 dokonce zaznamenal pohyb Neptunu vůči jiné hvězdě, a jeho polohy zakreslil! Dalším astronomem, jež měl objev Neptunu na dosah, byl francouzský astronom Lalande, který také pohyb Neptunu zaznamenal, a to při dvou pozorováních z května 1795. Pohyb však považoval za chybu pozorování. Kdyby byl provedl ještě třetí kontrolní pozorování, „narodil“ by se Neptun o 50 let dříve. Smolné pozorování Neptunu provedl krátce před Gallem i anglický astronom Challise, který planetu hledal na Adamsův popud. Naměřenou změnu polohy však také neodhalil.

Neptun

Tyto snímky Neptunu pořídil HSTHST (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. v oblasti viditelného a blízkého IR záření. Ukazují výrazný nárůst oblačnosti na jižní polokouli planety, způsobený jejím postupným nakláněním ke Slunci – nadchází zde „jaro“.

Scooters

„Scooters“ – vysoká oblačnost tvořená krystalky zmrzlého metanu a dusíku, která rotuje rychleji než vlastní planeta. Dynamika Neptunovy atmosféry bezesporu souvisí s jeho vnitřním zdrojem energie. Zdroj: NASA/Voyager, 1989.

Neptun je do značné míry podobný svému bližšímu sourozenci UranuUran – jedna ze čtyř obřích planet, sedmá planeta sluneční soustavy má charakteristický modrozelený nádech. Průměrná hvězdná velikost 5,5m 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., ale v některých směrech se od něj však zásadně odlišuje. Předně, přestože má přibližně stejný průměr, je výrazně hmotnější. To znamená, že i střední hustota jádra je vyšší, což dobře koresponduje s moderními hypotézami vzniku těchto planet. Neptun také musí nutně mít vlastní zdroj tepla, neboť vyzařuje více než dvojnásobek energie přijímané od 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.. Původ této energie je nejasný – kdyby se jednalo o zbytkové teplo, tedy o vyzařovanou uvolněnou potenciální energii při akreci hmoty, proč něco podobného nepozorujeme i u Uranu? Tento vnitřní zdroj tepla jistě souvisí s rozsáhlými atmosférickými bouřemi, které zaznamenal Voyager při průletu roku 1989. Mračna vysoké oblačnosti dokonce vrhají na povrch planety stíny, což je u plynných planet unikátní. Kromě vysoké pásovité oblačnosti cirrovitého typu, tvořené krystalky zmrzlého metanu a dusíku, zaznamenala sonda výrazný útvar – Velkou tmavou skvrnu. V roce 1994, kdy byl Neptun pozorován pomocí HSTHST (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., však již tato bouře neexistovala. Zakrátko se ovšem objevila další, což ukazuje, že atmosféra planety je ve shodě s očekáváním velmi dynamická.

Naopak velmi podobní jsou si Uran a Neptun složením atmosféry, kde stopová přítomnost methanu způsobuje modravé zabarvení planety. Podobné je i excentrické uložení magnetické osy planet – v případě Neptunu magnetická osa prochází dokonce ve vzdálenosti 1/2 poloměru od středu planety. Rotační osa planety je skloněna o cca 28°, takže se můžeme domnívat, že anomálie magnetického pole obou planet spíše souvisí s jejich vnitřními procesy, než se sklonem rotační osy.

Velká tmavá skvrna

Velká tmavá skvrna – obrovský atmosférický vír na snímku z Voyageru 2. V atmosféře planety byla naměřena dosud nejvyšší rychlost proudění ve sluneční soustavě – 2 400 km/h. Snímky z HST z roku 1994 ukázaly, že Velká tmavá skvrna se od návštěvy Voyageru v roce 1989 rozpadla.

Podobně jako Uran je i Neptun obklopen soustavou prstenců, o kterých se dříve soudilo, že jsou neúplné. To však sonda Voyager vyvrátila. V prstencích lze pozorovat i tři výrazné oblouky (Liberté, Egalité a Fraternité), které mohou být důsledkem gravitačního rezonančního působení měsíce Galathea.

Doposud je známo 13 Neptunových satelitů. Největší z nich – Triton, vykazuje retrográdní oběh, což ukazuje na jeho původ coby zachyceného tělesa Kuiperova pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 au a vnější asi ve vzdálenosti 50 au od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Odhaduje se, že obsahuje až 6×108 těles o průměru větším než 1 km a 40 000 těles větších než 100 km. V dnešní době jich známe kolem 2 000. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto.. Synchronní rotace ve spojení s retrográdním oběhem způsobuje pozvolné přibližování měsíce k mateřské planetě. Podle výpočtů by během následujících 2 miliard let mohlo dojít buď k překročení Rocheovy meze stabilityRocheův lalok – prostorové ohraničení ekvipotenciální plochy systému dvou těles, například hvězd. Tato plocha se stejnou potenciální energií má tvar osmičky, složené ze dvou kapkovitých útvarů – Rocheových laloků. Pokud hvězda zcela vyplní prostor svého Rocheova laloku, dojde k přetoku látky na druhou složku. V případě planety a měsíce dojde při průchodu měsíce Rocheovou plochou k nestabilní situaci, měsíc začne padat na planetu a bude roztrhán slapovými silami. a následnému roztrhání tělesa, nebo k  přímé kolizi s planetou. Tato událost bude bezpochyby znamenat výrazné obohacení materiálu prstenců – lze jen litovat, že toto vesmírné divadlo patrně nestihneme.

Triton

Triton – největší Neptunův měsíc.

Pokračování příště

Klip týdne

Voyager - Neptun (avi, 8 MB)

Velká cesta Voyageru, Neptun. Po dvanáctileté pouti se sonda Voyager 2 dostala v roce 1989 k planetě Neptun. Planeta byla objevena v roce 1846 a pojmenována podle řeckého boha moře. Její modrá barva je způsobena přítomností metanu. Proudy v atmosféře dosahují rychlosti i přes 2 000 km/h. Voyager 2 objevil u Neptunu čtyři úplné prstence z kamenů a ledu a 6 nových měsíců. V atmosféře nalezl Velkou temnou skvrnu – obří vír, obíhající planetu jednou za 18 hodin. Vyfotografoval detailně také největší Neptunův měsíc, Triton, který je zajímavý svou retrográdní rotací. Jde o nejchladnější objekt sluneční soustavy se zamrzlými jezery a ledovými gejzíry. Zdroj: NASA/Martin Marietta Corporartion.

Odkazy

Voyager NASA JPL homepage

J. Rozehnal: Poslední opravdové planety, Ostravský astronomický víkend: Kouzlo periferie sluneční soustavy, 2006

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage