Wszystkie tajemnice Układu Słonecznego
Zacznijmy od "początku" Układu, czyli od Słońca. Dlaczego np. biegun południowy naszej gwiazdy jest chłodniejszy od jego bieguna północnego o jakieś 80 tys. kelwinów? Efekt ten, zauważony dawno, bo w połowie XX wieku, wydaje się niezależny od magnetycznej polaryzacji Słońca. Być może struktura wewnętrzna Słońca w regionach polarnych różni się w jakiś sposób. Ale w jaki?
Dziś już wiemy, że za dynamikę Słońca odpowiadają zjawiska elektromagnetyczne. Sam fakt istnienia pola magnetycznego Słońca może nie jest zaskakujący. Przecież jest zbudowane z plazmy, gazu z naładowanych cząstek. Nie wiemy jednak dokładnie, w którym rejonie Słońca jest tworzone pole magnetyczne, czy gdzieś blisko powierzchni gwiazdy, czy może głęboko w jej wnętrzu. Niedawno po nowych pomiarach okazało się, że słoneczne pole magnetyczne jest dziesięć razy silniejsze, niż wcześniej uważano, więc i ta zagadka jest coraz bardziej intrygująca.
Słońce ma 11-letni cykl aktywności. W szczytowym okresie (maksimum) tego cyklu Słońce jest jaśniejsze i jest więcej rozbłysków i plam słonecznych. Linie jego pola magnetycznego tworzą w miarę zbliżania się do maksimum Słońca coraz bardziej skomplikowaną strukturę (1). Gdy następuje seria wybuchów, zwanych wyrzutami masy koronalnej, pole wygładza się. W minimum słonecznym linie pola zaczynają biec prosto od bieguna do bieguna, tak jak to robią na Ziemi. Ale potem, z powodu obrotów gwiazdy, owijają się wokół niego. W końcu te rozciągnięte i naciągnięte linie pola "trzaskają" jak naciągnięta zbyt mocno gumka, powodując eksplozje i wyciszenie pola do stanu początkowego. Nie mamy pojęcia, jaki to ma związek z tym, co dzieje się pod powierzchnią Słońca. Być może są one wywoływane przez działanie sił, konwekcji pomiędzy warstwami we wnętrzu Słońca?
Kolejna zagadka słoneczna - dlaczego atmosfera słoneczna jest gorętsza od powierzchni Słońca, czyli fotosfery? Jest ona tak gorąca, że można ją porównać do temperatur występujących w jądrze Słońca. Fotosfera słoneczna ma temperaturę około 6000 kelwinów, podczas gdy plazma znajdująca się zaledwie kilka tysięcy kilometrów nad nią ma ponad milion. Obecnie uważa się, że mechanizm nagrzewania się korony może być kombinacją efektów magnetycznych w atmosferze słonecznej. Istnieją dwa główne kandydujące wyjaśnienia nagrzewania koronalnego: nanoflary i nagrzewanie falowe. Być może odpowiedzi przyniosą badania za pomocą sondy Parkera, której jednym z głównych zadań jest wejście do korony słonecznej i jej analiza.
Pomimo całej swojej dynamiki, jednak, według danych, nasze Słońce jest znacznie spokojniejsze niż inne gwiazdy, przynajmniej ostatnio. Astronomowie z Instytutu Maksa Plancka we współpracy z australijskim Uniwersytetem Nowej Południowej Walii i innymi ośrodkami prowadzą badania mające na celu dokładne ustalenie, czy rzeczywiście tak jest. Badacze wykorzystują dane z teleskopów kosmicznych Kepler i Gaia, aby odfiltrować gwiazdy podobne do Słońca z katalogu 150 tys. gwiazd sekwencji głównej. Zmierzono wahania jasności tych gwiazd, które podobnie jak nasze Słońce, znajdują się w środku swojego życia. Nasze Słońce obraca się raz na 24,5 dnia, więc badacze skupili się na gwiazdach o rotacji od 20 do 30 dni. Lista ta została dodatkowo zawężona poprzez wyfiltrowanie temperatur powierzchni, wieku i proporcji pierwiastków, które najbardziej odpowiadały Słońcu. Uzyskane w ten sposób dane sugerowały, że nasza gwiazda była rzeczywiście cichsza od reszty swoich współczesnych. Promieniowanie Słońca waha się zaledwie o 0,07 proc. pomiędzy fazą aktywną a nieaktywną, wahania dla innych gwiazd były zazwyczaj pięciokrotnie silniejsze.
Jak sugerują niektórzy, nie musi to oznaczać, że nasza gwiazda jest spokojniejsza w ogóle, ale np., że przechodzi mniej aktywną fazę trwającą kilka tysięcy lat. NASA szacuje, że stoimy w obliczu "wielkiego minimum", które zdarza się raz na kilka wieków. Ostatni raz zdarzyło się to między 1672 a 1699 rokiem, kiedy to odnotowano tylko pół setki plam słonecznych w porównaniu z 40 tys. - 50 tys. plam w przeciętnym okresie 30 lat. Ten niesamowicie spokojny okres sprzed trzech wieków stał się znany jako Minimum Maundera.
Merkury pełen niespodzianek
Merkury to pustynny spalony słońcem świat. Do niedawna uważany był przez naukowców za dość nieciekawy. Misje na planetę pokazały jednak, że pomimo wzrostu temperatury na jej powierzchni do 450°C, wydaje się, że na Merkurym znajduje się lód wodny. Wydaje się również, że planeta ta ma zdecydowanie zbyt duże wewnętrzne jądro w relacji do swoich rozmiarów i nieco zaskakujący skład chemiczny. Tajemnice Merkurego być może rozwiąże europejsko-japońska misja BepiColombo, która dotrze na orbitę małej planety w 2025 r.
Dane pochodzące ze statku kosmicznego NASA MESSENGER, który krążył wokół Merkurego w latach 2011-2015, wykazały, że w materiale znajdującym się na powierzchni Merkurego zbyt dużo lotnego potasu, w porównaniu z bardziej stabilnym radioaktywnym torem. Naukowcy zaczęli więc badać możliwość, że Merkury mógł powstać dalej od Słońca, mniej więcej tak daleko jak Mars, i został wepchnięty bliżej gwiazdy przez zderzenie z innym dużym ciałem. Potężne uderzenie mogłoby również wyjaśnić, dlaczego Merkury ma tak duże jądro i stosunkowo cienki płaszcz zewnętrzny. Jądro Merkurego, o średnicy około 4000 km, znajduje się wewnątrz planety o średnicy mniejszej niż 5000 km, co stanowi ponad 55 proc. jej objętości. Dla porównania, Ziemia ma średnicę około 12 700 km, ale jej jądro ma tylko 1200 km średnicy. Niektórzy sądzą, że Merukry został ogołocony przez wielkie zderzenia w przeszłości. Są nawet twierdzenia, że to Merkury mógł być tajemniczym ciałem, które prawdopodobnie uderzyło w Ziemię jakieś 4,5 miliarda lat temu, prowadząc w efekcie do powstania Księżyca.
Amerykańska sonda, oprócz zaskakującego w takim miejscu lodu wodnego w kraterach Merkurego, zaobserwowała także małe wgniecenia w tamtejszym kraterze Kertésza (2) Misja znalazła dziwne cechy geologiczne, nieznane z innych planet. Te zagłębienia wydają się spowodowane przez odparowanie materiału z wnętrza Merkurego. Wygląda na to, że z zewnętrznej warstwy Merkurego wydobywa się jakiś lotny materiał, który sublimuje w otaczającą go przestrzeń, pozostawiając po sobie te dziwne formacje. Niedawno okazało się, że z sublimującego materiału (być może jednak nie tego samego) powstaje warkocz ciągnący się za Merkurym. Ponieważ BepiColombo rozpocznie swoje badania dziesięć lat po zakończeniu misji MESSENGER, naukowcy mają nadzieję, że znajdą dowody na to, że otwory te się zmieniają: albo rosną, albo się kurczą. Oznaczałoby to, że Merkury jest nadal aktywną, żywą planetą, a nie martwym światem jak Księżyc.
Wenus sponiewierana, tylko przez co?
Dlaczego Wenus tak bardzo różni się od Ziemi? Była opisywana jako bliźniaczka Ziemi. Jest mniej więcej podobnej wielkości i leży w tzw. strefie mieszkalnej wokół Słońca, gdzie może znajdować się płynna woda. Ale okazuje się, że podobieństw poza rozmiarem nie ma wiele. Jest to planeta niekończących się burz, szalejących z prędkością 300 kilometrów na godzinę, a efekt cieplarniany daje jej średnią temperaturę piekielnych 462°Celsjusza. Jest tam wystarczająco gorąco, aby stopić ołów. Skąd tak odmienne warunki niż na Ziemi? Co spowodowało ten potężny efekt cieplarniany?
Atmosfera Wenus to w 95 proc. dwutlenek węgla, ten sam gaz, który jest głównym powodem zmian klimatycznych na Ziemi. Gdy weźmie się pod uwagę, że atmosfera na Ziemi ma tylko 0,04 proc. CO2, to widać, dlaczego jest tam, jak jest. Dlaczego Wenus ma tego gazu tak dużo? Naukowcy uważają, że Wenus była kiedyś bardzo podobna do Ziemi z płynną wodą i mniejszą ilością CO2. Ale w pewnym okresie zrobiło się na tyle ciepło, że woda wyparowała, a ponieważ para wodna jest także potężnym gazem cieplarnianym, to tylko pogorszyło ogrzewanie. W końcu zrobiło się na tyle gorąco, że uwolnił się węgiel uwięziony w skałach, co w końcu wypełniło atmosferę CO2. Jednak coś musiało popchnąć pierwszą kostkę domina w kolejnych falach ogrzewania. Czy była to jakaś katastrofa?
Geologiczne i geofizyczne badania Wenus zaczęły się na poważnie, gdy na jej orbitę w 1990 roku przybyła sonda Magellan i kontynuowała zbieranie danych do 1994 roku. Magellan zmapował 98 procent powierzchni planety i przesłał tysiące spektakularnych obrazów Wenus. Po raz pierwszy ludzie dobrze przyjrzeli się temu, jak naprawdę wygląda Wenus. Najbardziej zdumiewający był względny brak kraterów w porównaniu z innymi wewnętrznymi ciałami Układu Słonecznego, takimi jak Księżyc, Mars i Merkury. Astronomowie zastanawiali się, co mogło sprawić, że powierzchnia Wenus wygląda tak młodo.
W miarę jak naukowcy uważniej przyglądali się korpusowi danych zwróconych z Magellana, stawało się coraz bardziej jasne, że powierzchnia tej planety w jakiś sposób musiała zostać gwałtownie "wymieniona", jeśli nie "przenicowana" wręcz. To katastrofalne wydarzenie miało mieć miejsce 750 milionów lat temu, więc niedawno w kategoriach geologicznych. Don Turcotte z Uniwersytetu Cornella zaproponował w 1993 r., że skorupa wenusjańska z czasem stała się tak gęsta, że uwięziła ciepło planety wewnątrz, co doprowadziło ostatecznie do zalania powierzchni stopioną lawą. Turcotte opisał ten proces jako cykliczny, sugerując, że wydarzenie sprzed kilkuset milionów lat mogło być tylko jednym z serii. Inni sugerowali, że za "wymianę" powierzchni odpowiada wulkanizm i nie ma potrzeby szukać wyjaśnień w kosmicznych katastrofach.
Są inne zagadki związane w Wenus. Większość planet obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc z góry na Układ Słoneczny (tj. znad północnego bieguna Ziemi). Jednak Wenus robi dokładnie odwrotnie, co prowadzi do teorii, że w odległej przeszłości musiało dojść do potężnej kolizji w tej okolicy.
Czy na Uranie pada diamentowy deszcz?
Jeśli chodzi o kwestię wody na Księżycu, na Marsie, możliwość istnienia życia oraz tajemnice pasa asteroid i sekrety Jowisza z jego fascynującymi wielkimi księżycami, to sprawy te należą do „dobrze znanych tajemnic”, o których wspominamy na początku. To, że media wiele o nich piszą, nie znaczy oczywiście, że znamy odpowiedzi. Znaczy tylko, że nieźle znamy pytania. Najnowszym z serii jest pytanie, co powoduje świecenie jowiszowego księżyca, Europy od strony nieoświetlonej Słońcem (3). Naukowcy stawiają na wpływ pola magnetycznego Jowisza.
Sporo pisano w ostatnich latach także o układzie Saturna. Jednak w tym przypadku głównie o jego księżycach, a nie o samej planecie. Wszystkich fascynuje niezwykła atmosfera Tytana, obiecujący ciekły wewnętrzny ocean Enceladusa, tajemnicza dwubarwność Japetusa. Jest tam tyle zagadek, że mniej się zwraca uwagę na samego gazowego olbrzyma. Tymczasem ma on znacznie więcej sekretów niż tylko mechanizm powstawania sześciokątnych cyklonów na swoich biegunach (4).
Naukowcy zauważyli w wibracjach pierścieni planety, wywołanych drganiami w jej wnętrzu, mnóstwo dysharmonii i nieregularności. Wnoszą z tego, że pod wyglądającą na gładką (w porównaniu z Jowiszem) powierzchnią musi się dziać niezwykle dużo. Jowisz jest badany z bliska przez sondę Juno. A Saturn? Takiej misji badawczej się nie doczekał i nic nie wiadomo, czy w dającej się przewidzieć przyszłości - doczeka.
Jednak, pomimo swoich tajemnic, Saturn wydaje się całkiem bliską i oswojoną planetą w porównaniu z kolejnym pod względem odległości od Słońca, Uranem, prawdziwym dziwakiem w gronie planetarnym. Wszystkie planety w Układzie Słonecznym obracają się wokół Słońca w tym samym kierunku i w tej samej płaszczyźnie, co zdaniem astronomów jest śladem procesu powstawania całości z wirującego dysku gazu i pyłu. Wszystkie poza Uranem planety mają oś obrotu skierowaną mniej więcej "w górę", czyli prostopadle od płaszczyzny ekliptyki. Uran natomiast jak gdyby na tej płaszczyźnie się położył. Przez bardzo długie okresy (42 lata) albo jego biegun północny, albo południowy, wskazuje bezpośrednio na Słońce.
Nietypowa oś obrotu Urana to tylko jedna z atrakcji, które oferuje jego towarzystwo kosmiczne. Nie tak dawno niezwykłe właściwości jego prawie trzydziestu znanych księżyców i układu pierścieni zyskały nowe wyjaśnienie ze strony japońskich astronomów pod kierownictwem profesora Shigeru Ida z Tokijskiego Instytutu Technologicznego. Ich badania sugerują, że na początku historii naszego Układu Słonecznego Uran został uderzony przez dużą lodową planetę, która przewróciła młodą planetę na bok na trwałe. Zgodnie z badaniami profesora Idy i jego współpracowników, gigantyczne uderzenia w odległe, zimne i oblodzone planety byłyby zupełnie inne niż te, w których zaangażowane są planety skaliste. Ponieważ temperatura, przy której tworzy się lód wodny, jest niska, odłamki uderzeniowe Urana i jego lodowy impaktor w większości mogły wyparować podczas zderzenia. Wcześniej jednak obiekt zdołał przechylić oś planety, nadać jej szybki okres rotacji (dzień Urana to obecnie około 17 godzin), a drobne resztki materiału powstałe w wyniku zderzenia pozostawały dłużej w stanie gazowym. Z resztek w końcu utworzy się niewielkie księżyce. Stosunek masy Urana do masy księżyców Urana jest stukrotnie większy od stosunku masy Ziemi do jej Księżyca.
Przez dłuższy czas Uran nie był postrzegany jako szczególnie aktywny. Było tak do 2014 roku, kiedy astronomowie zarejestrowali gromady gigantycznych burz metanowych przetaczających się przez całą planetę. Wcześniej uważano, że burze na innych planetach napędzane są energią pochodzącą ze Słońca. Ale energia Słońca nie jest wystarczająco silna na planecie tak odległej jak Uran. Z tego, co wiemy, nie ma żadnego innego źródła energii, które by napędzało tak ogromne burze. Naukowcy uważają, że burze na Uranie zaczynają się w jego niższej atmosferze, w przeciwieństwie do burz napędzanych przez Słońce, które występują wyżej. Jednak poza tym, przyczyna i mechanizm powstawania tych burz pozostaje on tajemnicą. Atmosfera Urana może być znacznie bardziej dynamiczna, niż się wydaje z zewnątrz, generując ciepło, które napędza te burze. I może być tam o wiele cieplej, niż nam się zdaje.
Podobnie jak Jowisz i Saturn, atmosfera Urana jest pełna wodoru i helu, ale w przeciwieństwie do swoich większych kuzynów Uran posiada również mnóstwo metanu, amoniaku, wody i siarkowodoru. Gaz metanowy pochłania światło na czerwonym końcu spektrum, nadając Uranowi jego niebieskozielony odcień. Głęboko pod atmosferą można znaleźć odpowiedź na jeszcze jedną z wielkich zagadek Urana - jego niesforne pole magnetyczne jest przechylone o 60 stopni od osi obrotu, będąc znacznie silniejsze na jednym biegunie niż na drugim. Niektórzy astronomowie uważają, że wypaczone pole może być wynikiem działania ogromnych płynów jonowych ukrytych pod zielonkawymi chmurami, pełnych wody, amoniaku, a nawet diamentowych kropli.
Na jego orbicie znajduje się 27 znanych księżyców i 13 znanych pierścieni. Wszystkie są tak samo dziwne jak ich planeta. Pierścienie Urana nie są zbudowane z jasnego lodu, jak te wokół Saturna, lecz gruzu skalnego i kurzu, więc są ciemniejsze i mogą być trudne do zauważenia. Pierścienie Saturna rozproszą się, jak podejrzewają astronomowie, za kilka milionów lat, pierścienie wokół Urana pozostaną dużo dłużej. Są też księżyce. Wśród nich chyba najbardziej "przeorany obiekt Układu Słonecznego", Miranda (5). Co się z tym pokrytym bliznami ciałem stało, też nie mamy pojęcia. Opisując ruch księżyców Urana, naukowcy używają takich słów jak "przypadkowy" i "niestabilny". Księżyce nieustannie popychają się i ciągną za sobą grawitacyjnie, co czyni ich długotrwałe orbity nieprzewidywalnymi, a w ciągu milionów lat oczekuje się, że niektóre z nich rozbiją się o siebie nawzajem. Przynajmniej jeden z pierścieni Urana jest uważany za wynik takiego zderzenia. Nieprzewidywalność tego układu jest jednym z problemów hipotetycznej misji na orbitę tej planety.
Księżyc, który wypędził inne księżyce
O tym, co się dzieje na Neptunie, wiemy, jak się wydaje, więcej niż w przypadku Urana. Wiemy o rekordowych, sięgających 2000 km/h prędkości huraganach i widzimy ciemne plamy cyklonów na jego błękitnej powierzchni. Poza tym tylko niewiele więcej. Zastanawiamy się, dlaczego niebieska planeta wydziela więcej ciepła, niż otrzymuje. To dziwne, biorąc pod uwagę, że Neptun jest tak daleko od Słońca. NASA szacuje, że różnica temperatur między źródłem ciepła a szczytami chmur wynosi 160°Celsjusza.
Wokół tej planety jest nie mniej tajemniczo. Uczeni zastanawiają się, co się porobiło z księżycami Neptuna. Znamy dwa główne sposoby zdobywania księżyców przez planety - albo księżyce powstają w wyniku gigantycznego uderzenia, albo są pozostałością po formowaniu Układu Słonecznego, tworzącego się z tarczy okołoziemskiej wokół gazowego giganta świata. Ziemia i Mars prawdopodobnie dostały swoje księżyce w wyniku olbrzymich uderzeń. Wokół gazowych gigantów księżyce w większości są uformowane z dysku okołoplanetarnego na początku, wraz z dużymi księżycami, które wszystkie orbitują w tej samej płaszczyźnie i układem pierścieni, podążając za ich obrotem. Jowisz, Saturn i Uran pasują do tego obrazu, ale Neptun - nie. Jest tu jeden duży księżyc, Tryton, który obecnie jest siódmym największym księżycem w Układzie Słonecznym (6). Wydaje się on uchwyconym obiektem pasa Kuipera, który przy okazji wymiótł prawie cały system Neptuna.
Orbita Trytona odstaje od konwencji. Każdy inny duży księżyc, o którym wiemy - Księżyc Ziemi, jak również wszystkie główne, masywne księżyce Jowisza, Saturna i Urana - wszystkie orbitują mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, co planeta, na której się znajdują. Co więcej, wszystkie one krążą w tym samym kierunku, co planety: przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, jeśli patrzymy "w dół" od północnego bieguna Słońca. Orbita Trytona ma nachylenie 157° w porównaniu z księżycami, które współobracają się z rotacją Neptuna. Krąży w tzw. kierunku wstecznym: wokół Neptuna orbituje zgodnie z ruchem wskazówek zegara, gdy Neptun i wszystkie inne planety (jak również wszystkie księżyce wewnątrz Trytona) obracają się w przeciwnym kierunku (7). Dodatkowo, Tryton nie znajduje się nawet w tej samej płaszczyźnie - lub w jej pobliżu - orbitującej wokół Neptuna. Jest nachylony pod kątem około 23° względem płaszczyzny, w której Neptun obraca się na swojej osi, oprócz tego, że obraca się w niewłaściwym kierunku. To duża, czerwona flaga, która mówi nam, że Tryton nie powstał z tej samej tarczy okołoplanetarnej, z której uformowały się wewnętrzne księżyce (lub księżyce innych gazowych gigantów).
Z gęstością około 2,06 grama na centymetr sześcienny gęstość Trytona jest anormalnie duża. Jest pokryty różnymi lodami: zamrożonym azotem pokrywającym pokłady zamrożonego dwutlenku węgla (suchy lód) i płaszcz lodu wodnego, co czyni go podobnym do składu powierzchni Plutona. Musi mieć jednak gęstsze, kamienno-metalowe jądro, co daje mu znacznie większą gęstość niż Plutonowi. Jedyny obiekt, o którym wiemy, że jest porównywalny do Trytona, to Eris, najbardziej masywny obiekt Pasa Kuipera, 27 proc. masywniejszy od Plutona.
Istnieje tylko 14 znanych księżyców Neptuna. To najmniejsza liczba wśród gazowych olbrzymów w Układzie Słonecznym. Nie wyklucza się, podobnie jak w przypadku Urana, że wokół Neptuna krąży duża liczba mniejszych księżyców na odległych orbitach, których z Ziemi nie możemy wykryć. Jednak większych satelitów tam nie ma. Tryton znajduje się stosunkowo blisko Neptuna, ze średnią odległością orbitalną wynoszącą zaledwie 355 000 km, czyli około 10 proc. bliżej Neptuna niż Księżyca ma do Ziemi. Następny księżyc, Nereida, jest oddalony o 5,5 miliona kilometrów, Halimede - 16,6 mln km od planety. To bardzo duże odległości. Pod względem masy, jeśli zsumować wszystkie satelity Neptuna, Tryton to 99,5 proc. masy wszystkiego, co krąży wokół Neptuna. Jest poważne podejrzenie, że po wtargnięciu na orbitę Neptuna, powypędzał grawitacyjnie inne obiekty do Pasa Kuipera.
Sam w sobie jest interesujący. Jedyne zdjęcia powierzchni Trytona, jakie mamy, pochodzą z sondy Voyager 2, ukazują około pięćdziesięciu ciemnych smug, które uważa się za kriowulkany (8). Jeśli są nimi rzeczywiści, to byłby to jeden z czterech światów w Układzie Słonecznym (Ziemia, Wenus, Io i Tryton), o których wiadomo, że wykazują aktywność wulkaniczną na powierzchni. Zabarwienie Trytona również nie pasuje do innych księżyców Neptuna, Urana, Saturna czy Jowisza. Zamiast tego idealnie pasuje do obiektów takich jak Pluton i Eris, dużych obiektów Pasa Kuipera. Neptun więc go stamtąd przechwycił - tak się dziś uważa.
Za "klif Kuipera" i jeszcze dalej
Za orbitą Neptuna odkryto na początku 2020 roku setki nowych, mniejszych obiektów typu planety karłowate. Astronomowie z Dark Energy Survey (DES) informowali o odkryciu 316 takich ciał za orbitą Neptuna. Spośród nich 139 było całkowicie nieznanych przed tym nowym badaniem, zaś 245 było widzianych we wcześniejszych obserwacjach DES. Analiza tego badania została opublikowana w "The Astrophysical Journal Supplement Series".
Neptun krąży wokół Słońca w odległości około 30 jednostek astronomicznych (j.a., odległość Ziemia-Słońce). Za Neptunem leży Pas Kuipera - pasmo zamrożonych, skalistych obiektów (w tym Pluton), komet i miliony małych, skalistych i metalowych ciał, które w sumie ma od kilkudziesięciu do kilkuset razy większą masę niż pas asteroid. Obecnie znamy prawie trzy tysiące obiektów zwanych obiektami transneptunowymi (TNO) w Układzie Słonecznym, ale szacunki podają łączną liczbę bliższą 100 tysięcy (9).
Dzięki zbliżeniu się w 2015 r. sondy New Horizons do Plutona, wiemy o tym zdegradowanym z rangi planety obiekcie więcej niż o Uranie i Neptunie. Oczywiście bliższe przyjrzenie się i zbadanie tej planety karłowatej zrodziło mnóstwo nowych zagadek i pytań, o zaskakująco żywą geologię, o przedziwną atmosferę, o metanowe lodowce i dziesiątki innych zjawisk, które zaskoczyły nas w tym odległym świecie. Jednak tajemnice Plutona należą do tych "lepiej znanych" w rozumieniu, o którym już wspominaliśmy dwukrotnie. W okolicy, w której krąży Pluton, jest wiele mniej popularnych tajemnic.
Na przykład komety, co do których uważa się, że powstawały i ewoluowały w najdalszych zakątkach kosmosu, w Pasie Kuipera (za orbitą Plutona) lub dalej, w tajemniczym rejonie zwanym Obłokiem Oorta, te ciała od czasu do czasu wpadają do wewnętrznego Układu Słonecznego, ciepło Słońca powoduje parowanie lodu, dobudowując im ogony znane jako warkocze. Wiele komet uderza prosto w Słońce, ale inne mają więcej szczęścia, kończąc krótki cykl obrotu (jeśli pochodziły z Pasa Kuipera) lub długi (jeśli pochodziły z Obłoku Orta) wokół orbity Słońca.
W 2004 r. coś dziwnego znaleziono w pyle zebranym podczas misji Stardust NASA na kometę Wild-2. Ziarna pyłu z tego zamarzniętego ciała wskazywały na powstanie w dużej temperaturze. Uważa się, że Wild-2 powstała i wyewoluowała w Pasie Kuipera, więc jak te malutkie drobiny mogły powstać w środowisku o temperaturze ponad 1000 kelwinów? Próbki zebrane z Wild-2 mogły powstać tylko w centralnym rejonie dysku akrecyjnego, w pobliżu młodego Słońca, i coś przetransportowało je w dalekie rejony Układu Słonecznego do Pasa Kuipera. Tylko co?
A skoro aż tam zawędrowaliśmy, to może warto przy okazji zapytać, dlaczego Pas Kuipera tak nagle się kończy? Pas Kuipera to ogromny obszar Układu Słonecznego tworzący pierścień wokół Słońca tuż za orbitą Neptuna. Populacja obiektów Pasa Kuipera (KBO) nagle spada w odległości 50 j.a. od Słońca. Jest to dość dziwne, ponieważ modele teoretyczne przewidują wzrost liczby obiektów w tym miejscu. Spadek jest tak dramatyczny, że nazwano to "klifem Kuipera".
Są pewne teorie na ten temat. Jedną z nich zakłada, że tak naprawdę nie ma żadnego "klifu" i jest wiele obiektów Pasa Kuipera krążących poza 50 j.a. ale z jakiegoś powodu są drobne i nie można ich obserwować. Inna, bardziej kontrowersyjna koncepcja głosi, że KBO za "klifem "zostały zmiecione przez ciało planetarne. Wielu astronomów sprzeciwia się tej hipotezie, powołując się na brak dowodów obserwacyjnych na to, że coś wielkiego krąży za Pasem Kuipera.
Pasuje to wszystko do hipotez o "Planecie X" lub Nibiru. Ale może to być jeszcze inny obiekt, gdyż głośne w ostatnich latach badania Konstantina Batygina i Mike’a Browna upatrują wpływu "dziewiątej planety" w zupełnie innych zjawiskach, mianowicie w ekscentrycznych orbitach obiektów zwanych ekstremalnymi obiektami transneptunowymi (eTNO). Hipotetyczna planeta odpowiedzialna za "klif Kuipera" miałaby być nie większa od Ziemi, zaś "dziewiąta planeta" musiałaby, według szacunków wymienionych astronomów, być rozmiarów bliższych Neptunowi, znacznie większa. Może obie tam są i kryją się w mroku?
Dlaczego nie widzimy hipotetycznej Planety X, choć ma tak znaczną masę? Niedawno pojawiło się nowe przypuszczenie, które może to wyjaśniać. Mianowicie - nie widzimy jej, bo to nie jest wcale planeta, tylko być może pierwotna czarna dziura, pozostała po Wielkim Wybuchu, ale przechwycona przez grawitację Słońca. Chociaż masywniejsza niż Ziemia, czarna dziura byłaby malutka - miałby około 5 centymetrów średnicy. Hipoteza taka, autorstwa Eda Wittena, fizyka z Uniwersytetu Princeton, pojawiła się w ostatnich miesiącach. Naukowiec proponuje zresztą przetestowanie swojej hipotezy przez wysłanie w miejsce, w którym podejrzewamy istnienie czarnej dziury, roju napędzanych laserami z Ziemi nanosatelitów podobnych do tych projektowanych w przedsięwzięciu Breakthrough Starshot, którego celem jest międzygwiezdny lot do Alfa Centauri.
Ostatnim składnikiem Układu Słonecznego ma być Obłok Oorta. Tylko nie dla każdego jest oczywiste, że on w ogóle istnieje. Mowa o hipotetycznym, sferycznym obłoku, składającym się z pyłu, drobnych okruchów i planetoid obiegających Słońce w odległości od 300 do 100 000 j.a. Składać się ma głównie z lodu i zestalonych gazów, takich jak amoniak czy metan. Rozciąga się do około jednej czwartej odległości do Proxima Centauri. Zewnętrzne granice Obłoku Oorta wyznaczają granicę wpływu grawitacyjnego Układu Słonecznego. Obłok Oorta jest pozostałością po formowaniu się Układu Słonecznego. W jego skład wchodzą obiekty wyrzucone z Układu przez oddziaływanie grawitacyjne gazowych olbrzymów we wczesnym okresie jego formowania. Choć dotychczas nie ma potwierdzonych bezpośrednich obserwacji Obłoku Oorta, jego istnienia mają dowodzić komety długookresowe i wiele obiektów z grupy centaurów. Zewnętrzny Obłok Oorta jako słabo związany grawitacyjnie z Układem Słonecznym miałby łatwo ulegać zaburzeniom grawitacyjnym pod wpływem pobliskich gwiazd i sił pływowych Drogi Mlecznej.
Duchy Układu Słonecznego
Przemykając przez tajemnice naszego Układu, zauważyliśmy wiele obiektów, które kiedyś podobno istniały, krążyły wokół Slońca i miały czasem dość dramatyczny wpływ na wydarzenia na wczesnym etapie formowania się naszej okolicy kosmicznej. To swoiste "duchy" Układu Słonecznego. Warto się przyjrzeć obiektom, które kiedyś tu podobno były, a teraz już ich nie ma albo nie umiemy ich dostrzec (10).
Astronomowie interpretowali kiedyś osobliwość orbity Merkurego jako znak planety ukrywającej się w promieniach Słońca, tzw. Wulkana. Teoria grawitacji Einsteina wyjaśniła anomalie orbity małej planety bez konieczności odwoływania się do istnienia dodatkowej planety, ale strefa ta ciągle może być siedliskiem asteroid ("wulkanów"), których jeszcze nie dostrzegliśmy.
Do listy obiektów brakujących trzeba dopisać koniecznie planetę Theia (lub Orfeusza), hipotetyczną starożytną planetę we wczesnym Układzie Słonecznym, która zgodnie z coraz bardziej popularnymi teoriami zderzyła się z wczesną Ziemią około 4,5 miliarda lat temu, a niektóre z powstałych w ten sposób odłamków skupiły się grawitacyjnie na orbicie naszej planety, tworząc Księżyc. Jeśli tak się stało, to chyba nigdy nie zobaczymy Thei, ale w pewnym sensie układ Ziemia-Księżyc to byłyby jej dzieci.
Idąc dalej szlakiem tajemniczych obiektów, natykamy się na Planetę V, hipotetyczną piątą planetę Układu Słonecznego, która miała niegdyś obiegać Słońce pomiędzy Marsem a pasem planetoid. Jej istnienie zaproponowali pracujący dla NASA naukowcy John Chambers i Jack Lissauer jako możliwe wyjaśnienie dla wielkiego bombardowania, mającego miejsce w erze hadejskiej na początku istnienia naszej planety. Według hipotezy w czasie powstawania planet w Układzie Słonecznym utworzyło się pięć wewnętrznych planet skalistych. Piąta planeta krążyła po orbicie o małym mimośrodzie o półosi wielkiej 1,8-1,9 j.a. Orbita ta została zdestabilizowana przez perturbacje ze strony innych planet, planeta trafiła na ekscentryczną orbitę przecinającą wewnętrzny pas planetoid. Rozproszone planetoidy znalazły się na torach przecinających orbitę Marsa, orbitach rezonansowych, a także przecinających orbitę Ziemi, czasowo zwiększając częstość uderzeń w Ziemię i Księżyc. Wreszcie planeta trafiła na orbitę rezonansową o półosi wielkiej 2,1 j.a. i spadła na Słońce.
Aby wyjaśnić wydarzenia i zjawiska z wczesnego okresu istnienia Układu Słonecznego, zaproponowano m.in. rozwiązanie, zwane "teorią skaczącego Jowisza" (jumping-Jupiter theory). Zakłada ona, że orbita Jowisza zmieniała się wówczas bardzo szybko, ze względu na oddziaływania z Uranem i Neptunem. Aby symulacja wydarzeń doprowadziła do obecnego stanu, niezbędne jest założenie, że w Układzie Słonecznym, między Saturnem a Uranem, istniała w przeszłości planeta o masie podobnej do Neptuna. W wyniku "skoku" Jowisza na orbitę, którą znamy dzisiaj, piąty gazowy olbrzym został wyrzucony poza znany dziś układ planet. Co dalej stało się z tą planetą? Prawdopodobnie wywołała ona zakłócenia w tworzącym się dopiero Pasie Kuipera, wyrzucając wiele małych obiektów do wnętrza Układu Słonecznego. Niektóre z nich zostały przechwycone jako księżyce, inne uderzyły w powierzchnie planet skalistych. To prawdopodobnie wtedy powstała większość kraterów na Księżycu. A wypędzona planeta? Hm, jakoś dziwnie pasuje do rysopisu Planety X, ale dopóki nie dokonamy obserwacji, to są tylko spekulacje.
Na liście obiektów-duchów jest jeszcze Tyche, hipotetyczna planeta krążąca w Obłoku Oorta, której istnienie zasugerowano na podstawie analiz trajektorii komet długookresowych. Nazwa obiektu pochodzi od Tyche, greckiej bogini przypadku i szczęścia, dobrej siostry Nemezis. Obiekt tego rodzaju mógł nie zostać dostrzeżony przez teleskopy optyczne, natomiast powinien być widoczny na zdjęciach w podczerwieni wykonanych przez teleskop kosmiczny WISE. Analizy jego obserwacji opublikowane w 2014 roku wskazują, że takie ciało nie istnieje, ale Tyche jeszcze nie skreślono ostatecznie.
Taki katalog nie jest pełny bez Nemezis, małej gwiazdy, być może brązowego karła, który w odległej przeszłości towarzyszył Słońcu że którym Słońce tworzyło układ podwójny. Jest wiele teorii na ten temat. Steven Stahler z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley przedstawił w 2017 r. obliczenia, z których wynika, że większość gwiazd powstaje w parach. Większość zakłada, że wczesny towarzysz Słońca już dawno się z nim pożegnał na dobre. Są też inne pomysły, mianowicie, że zbliża się do Słońca w bardzo długim okresie np. liczącym 27 milionów lat, a nie jest dostrzegalny ze względu na to, że jest słabo świecącym brązowym karłem i ma relatywnie niewielkie rozmiary. Ta ostatnia możliwość nie brzmi dobrze, gdyż zbliżenie się tak dużego obiektu może grozić stabilności naszego Układu.
Wydaje się, że przynajmniej niektóre z tych opowieści o duchach mogą być prawdziwe, bo nie najgorzej wyjaśniają to, co obecnie widzimy. Większość tajemnic, o których piszemy powyżej, ma korzenie w tym, co się działo bardzo dawno temu. Działo się chyba sporo, bo tajemnic jest bez liku.
Mirosław Usidus
