Překvapení z Pluta

Tento týden byl pro planetární astronomy i ostatní příznivce astronomie a kosmonautiky velkým svátkem. Po cestě trvající 9,5 roku dorazila ke svému primárnímu cíli sonda New Horizons. Při průletu kolem trpasličí planety Pluto sonda pořídila přes stovku snímků s úžasným rozlišením až 250 m na pixel. Pluto byl v době startu sondy ještě „oficiálně“ považován za planetu, poslední, kterou člověk zblízka nezkoumal. Vášně, které planuly a tu a tam stále doutnají kolem nově zavedeného pojmu trpasličí planety, a tím pádem i „vyškrtnutí“ Pluta ze seznamu planet, udělaly z předmětu výzkumu sondy atraktivní cíl i pro nejširší veřejnost.

Tento bulletin zveřejňujeme ve chvíli, kdy je 99 % dat stále uloženo v počítači na palubě sondy. Maximální přenosová rychlost dat je zhruba 4 kb za sekundu (momentálně dosahuje asi 1 kbps), takže obrovské nekomprimované snímky povrchu se budou na Zemi přenášet následujících 16 měsíců. To, co zatím bylo uveřejněno, jsou pouze komprimované snímky pořízené během letových fází předcházejících maximálnímu přiblížení. Co lze na základě těchto dosud relativně kusých informací o systému Pluta říci?

Pro astronomy, kteří se zabývají vznikem a vývojem sluneční soustavy, mohou být první snímky trochu čarou přes rozpočet. Ne snad proto, že by nebyly úžasné. Ale proto, že odhalují fakta, se kterými se příliš nepočítalo. Vezměme to popořádku.

Pluto podle současných teorií vznikl v době před 4,2 až 4,4 miliardami let v transneptunickém disku, který se tehdy rozprostíral ve vzdálenostech od 20 do 40 au, tedy výrazně blíže (zhruba dvakrát), než je jeho současná poloha. Tento disk byl relativně hmotný, jeho hmotnost odhadujeme na 30–50 násobek hmotnosti Země, což by stačilo ještě na jednu planetu velikosti Uranu nebo Neptunu! Plošná hustota protoplanetárního disku, která přirozeně klesala se vzdálenstí od Slunce, však již byla příliš nízká na to, aby zde došlo k akreci větších planetárních embryí, jež by na sebe mohla nabalit okolní plyn, a stát se tak plnohodnotnou planetou.

Pluto se tedy podle našich představ stal v raných fázích vzniku sluneční soustavy největším představitelem transneptunických těles, která se do dnešního dne zachovala. Čekal ho však velmi zajímavý osud. V období nestability sluneční soustavy, následované prudkou migrací ledových obrů směrem do transneptunického disku, byl zachycen v rezonanci středních pohybů 2:3 s Neptunem. Tato planeta, tlačící se do planetesimálního disku, před sebou vytvořila na hranici rezonance jakousi past, podobnou lžíci bagru, do které při své migraci „chytala“ malá tělesa původního disku planetesimál. Vznikla tak skupina plutin, početné populace těles zachycených v rezonanci, jež časem z rezonance „čerpaly energii“ v podobě zvyšující se excentricity. Tak si vysvětlujeme velkou excentricitu Pluta a těles jemu podobných. Jejich dráha je natolik excentrická, že se v perihleiu přibližují ke Slunci více než Neptun, ale nikdy se s touto planetou díky rezonanci nesrazí. Populace plutin tak vytváří jakousi přirozenou vnitřní hranici dnešního Kuiperova pásu.

O malých tělesech obíhajících za drahou Neptunu jsme očekávali, že nebudou příliš geologicky aktivní – tedy že jejich povrch bude velmi starý. To by pro nás bylo přínosné v tom, že v četnosti a stáří kráterů by byla zaznamenána celá 4 miliardy let stará historie nejzazších končin sluneční soustavy. A právě v tomto ohledu nás snímky ze sondy New Horizons, jak naznačují první dva podrobnější snímky povrchu Pluta, velmi překvapily. Místo nudného zaprášeného povrchu posetého krátery jsme objevili aktivní svět s horami vysokými přes 3 kilometry, rozsáhlými ledovými pláněmi poprášenými dusíkovým a metanovým sněhem, v případě měsíce Charonu i obrovský kaňon s hloubkou kolem 9 km. Stáří povrchu geologové předběžně odhadli na pouhých 100 milionů let, což je z astronomického i geologického hlediska pouhý okamžik. Geologická aktivita má zřejmě podobu kryovulkanismu, štíty hor jsou tvořeny ledem, který je při teplotě −230 °C pevný jako skála.

K tomu, aby byl kryovulkanický mechanismus aktivní, potřebuje těleso vnitřní zdroj tepla, které je s to roztavit led na tekutou fázi, která vyvěrá v aktivních místech na povrch. Kryovulkanickou aktivitu pozorujeme na větších i menších tělesech, než je Pluto. Kryovulkány najdeme jak na Jupiterově měsíci Ganymedu, který je dvakrát větší, tak na Saturnově měsíci Enceladu, který je bezmála pětkrát menší. Kryovulkanickou aktivitu možná vykazuje i Uranův měsíček Mab, přestože jeho velikost odhadujeme na pohých 24 km! Z hlediska velikosti tedy není kryovulkanismus nijak omezen. Ve všech uvedených případech se však jedná o měsíce velkých planet, které jsou zahřívány slapovým „hnětením“. V případě Jupiterova měsíce Ganymedes nám to může připadat podivné, když Ganymedes obíhá s vázanou rotací. Pokud si však uvědomíme, že dráha tohoto galileovského satelitu je díky rezonancím s ostatními velkými měsíci Jupiteru mírně excentrická, měsíc libruje (jako by se „kýval“), takže gravitace Jupiteru na něj působí střídavě v odlišných směrech. Podobné slapové zahřívání se projevuje i u měsíce Enceladu. V případě Pluta však máme problém. Je zde sice velký satelit, Charon, ovšem systém je ve vzájemně vázaném stavu – obě tělesa obíhají s vázanou rotací kolem společného těžiště po prakticky kruhových drahách (excentricita dráhy Charonu je 0,00). Kde se tedy bere teplo nutné k vybuzení kryovulkanické aktivity? Zatím nevíme. Jednou z možností je teplo uvolňované rozpadem radionuklidů, ale kde se jich dostatečné množství vzalo v tak vzdálených končinách? Protoplanetární disk byl díky působení slunečního větru v raných fázích chemicky diferencován, takže těžké netěkavé prvky, mezi které radionuklidy patří, zůstaly ve vnitřních částech disku, zatímco lehké a těkavé látky se dostaly do jeho vnějších částí. A právě zde podle našich představ vznikl Pluto. Záhada kryovulkanismu je tedy prozatím nevyřešena.

Různá pozorování Pluta v průběhu několika posledních desetiletí z Hubbleova
dalekohledu a New Horizons. Zdroj: NASA/JHUAPL/SwRI.

Co dalšího nám přinesla první data zaslaná sondou New Horizons? Atmosféra Pluta je v tomto období tvořena prakticky výhradně dusíkem, metan z ní již při vzdalování od Slunce vymrzl. Dusík z atmosféry sněží, takže zde zřejmě existuje atmosférický cyklus – tedy projevy počasí. Přeměření velikosti vrátilo Pluto s průměrem 2 370 km na první místo mezi trpaslíky, ze kterého jej pomyslně sesadila planetka Eris (její průměr je ovšem dosud změřen nepřímo, pomocí pozorování zákrytu hvězdy). Jedná se zatím jen o střípky z veliké skládačky, jejíž kousky nám teď zasílá sonda New Horizons prostřednictvím Sítě dálkového spojení (DSN). Doufejme, že bude hodně bohatá.

Odkazy