***
Štefánikova hvězdárna
observatory.cz > Novinky z astronomie > Pluto, planeta-neplaneta

Pluto, planeta-neplaneta

Sluneční soustava 25.6.2010 Jakub Rozehnal, Petr Kulhánek

Pluto je těleso, které obíhá kolem Slunce v těžko představitelné vzdálenosti téměř šesti miliard kilometrů. To je čtyřicetkrát dále, než činí průměrná vzdálenost Země 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 Horizons . 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 dalekohledem se zdá, že tomu tak není…

 

Pluto a Charon

Pluto a Charon vyfotografované kamerou FOC 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 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.

Kuiperův 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 na 700 000 tělísek a v dnešní době jich známe více než 700. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 100÷300 km.

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

 

Nitro Pluta

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 Uranu Neptunu 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:

 

Astrnomické symboly

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 UranuNeptunu , 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 2 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 plutonium byl odvozen ze jména nové „planety“. V roce 2006 bylo Pluto zařazeno do nově vzniklé rodiny trpasličích planet .

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. magnitudy .

Albedo planety odpovídá zmrzlému metanu, atmosféra je složena z metanu a dusíku . Podrobnější informace bude možné získat až v roce 2015, kdy k Plutu dorazí sonda New Horizons . 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 seeingu způsobeného turbulentním prouděním vzduchu v atmosféře . Bez dalekohledů vybavených systémem adaptivní optiky nebo dalekohledů na oběžné dráze se tedy v žádném případě neobejdeme.

Jednou z možností je rekonstrukce fotometrických 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 albeda na odkrývající se části povrchu Pluta a z fotometrických dat je možno je rekonstruovat.

 

Snímky Pluta

Přímým zobrazením byly snímky povrchu trpasličí planety získány pomocí Hubblova dalekohledu. Na snímku je ve sloupci nejvíce vlevo čtveřice snímků, pořízených přístrojem FOC roku 1994. Zbylých 12 snímků bylo pořízeno v letech 2002 a 2003 pomocí kamery ACS v modu vysokého rozlišení. Na jejich základě byla pořízena dosud nejdetailnější albedová mapa povrchu Pluta.

 

V případě snímků z přístroje FOC bylo získání albedové mapy relativně jednoduché, neboť jednotlivé pixely jsou relativně malé. Naproti tomu snímky z kamery ACS 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 CCD 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.

 

Mapa Pluta

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 soustavy. Slapové síly 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 dalekohledem 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 Horizons , která do oblasti letí. Rozměry obou těles se odhadují na 20 až 80 km.

 

Pluto a jeho měsíce

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

 

Vyřazení Pluta z rodiny planet

To, že Pluto nezapadá mezi ostatní planety, bylo zjevné již velmi dlouho. Postupně byla objevována další tělesa Kuiperova pásu , z nichž některá měla obdobné rozměry jako Pluto. Stále bylo zřejmější, že Pluto je jen jedním členem z rozsáhlé rodiny těles obíhajících za drahou Neptunu . Někdy se jim proto také říká transneptunická tělesa. První pokus byl učiněn v roce 2003 na XXV. Valném shromáždění Mezinárodní astronomické unie 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 Eris , 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 hvězdu pulzar , který je dnes znám pod katalogovým číslem PSR 1919+21. Díky jejímu taktu proběhlo hlasování hladce a byly přesně vymezeny pojmy planeta trpasličí planeta . Pluto bylo přeřazeno do rodiny trpasličích planet spolu s ostatními velkými tělesy Hlavního pásu planetek a Kuiperova pásu .

 

Trpasličí planety

Velká tělesa Hlavního pásu (první řádek) a Kuiperova pásu. Větší z nich již byla zařazena do nové rodiny trpasličích planet.

 

Američané demonstrují za Pluto

Vyřazení Pluta z rodiny planet rozpoutalo v Americe vášně.

 

Podobná situace nenastala v astronomii poprvé. Ceres , první objevená planetka z Hlavního pásu , 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

 


Zdroje:

1. NASA: New Hubble Maps of Pluto Show Surface Changes, April 2, 2010

2. National Weather Service NOAA: Pluto

3. Wikipedia: Pluto

4. ALDEBARAN: Astrofyzika-Sluneční soustava-Trpasličí planety

5. Jakub Rozehnal: Poslední opravdové planety III; AB 33/2006

6. Jana Sainerová: Sluneční soustava má 8 planet; AB 23/2006

7. Pavel Břichnáč: Sedna; AB 13/2004

8. Pavel Břichnáč: Existují další planety Sluneční soustavy?; AB 14/2003


Sluneční soustava 25.6.2010 Jakub Rozehnal, Petr Kulhánek