Warto przeczytać

Ceres

Zgodnie z teorią Titiusa‑Bodego, która była powszechna w XVIII w., w pasie pomiędzy Marsem i Jowiszem powinna znajdować się jeszcze jedna planeta. Pod koniec XVIII wieku astronomowie prowadzili regularne obserwacje tych rejonów ekliptyki w poszukiwaniu brakującej planety. W 1801 roku Giuseppe Piazzi odkrył Ceres, uznając ją za brakującą planetę. Był to najjaśniejszy i najmasywniejszy obiekt w tym rejonie. Skrupulatne obserwacje pozwoliły wyznaczyć parametry orbity. Ponieważ wielu astronomów obserwowało cały czas ten sam rejon nieba, w bardzo krótkim czasie po odkryciu Ceres odkryto kolejne obiekty: Pallas i Westę. Na początku XIX wieku uznano, że nie są to planety, ponieważ odkryto zbyt wiele podobnych obiektów w tym samym rejonie. Naukowcy uważali, że powinna znajdować się tam jedna masywna planeta, a nie kilka podobnych. Powszechnie zaczęto nazywać te obiekty asteroidami lub planetoidami.

Ceres, jak każdą inną planetę górnąplaneta górnaplanetę górną, najlepiej obserwować, gdy znajduje się w opozycjiopozycjaopozycji. Z Ziemi jest wtedy widoczna przy użyciu najprostszych urządzeń optycznych np. lornetki. Ceres ma rozmiary 976 km x 909 km oraz masę 10²¹ kg (to prawie 100 razy mniej niż masa ziemskiego Księżyca). Rok na Ceres trwa 4,6 roku ziemskiego, a dzień na Ceres (czyli pełny obrót wokół własnej osi) trwa 9 h. Prawdopodobnie ta najbliższa Ziemi planeta karłowata składa się z pierwotnej materii, z której powstał Układ Słoneczny. Astronomowie czasami nazywają ją embrionem planetarnym, dlatego, że jest utworzona z najbardziej pierwotnej materii, z której powstawał Układ Słoneczny. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w e‑materiale „Jak powstał Układ Słoneczny?”

Ceres na początku formowania się Układu Słonecznego nie miała stałej orbity - przemieszczała się. Mniej więcej 4 mld lat temu znalazła się na orbicie, na której obserwujemy ją do dziś.

Ceres jest pierwszą planetą karłowatą, do której dotarła sonda kosmiczna w celu zbadania struktury jej powierzchni. Była to sonda Dawn, która doleciała do Ceres w marcu 2015 roku. Sonda znajdowała się na orbicie wokół Ceres przez wiele miesięcy, dzięki czemu wykonała wiele zdjęć i pomiarów z każdej strony tej planety karłowatej. Dzięki badaniom tej sondy znamy dokładnie struktury powierzchni oraz budowę Ceres.

REZnjICGeoffs

Rys. 1. Zdjęcie poglądowe przedstawia planetę Ceres. Ceres ma rozmiary 976 km razy 909 km oraz masę 10²¹ kg (to prawie 100 razy mniej niż masa ziemskiego Księżyca). Rok na Ceres trwa 4,6 roku ziemskiego, a dzień na Ceres (czyli pełny obrót wokół własnej osi) trwa 9 h. Astronomowie czasami nazywają ją embrionem planetarnym, dlatego, że jest utworzona z najbardziej pierwotnej materii, z której powstawał Układ Słoneczny. Ceres jest pierwszą planetą karłowatą, do której dotarła sonda kosmiczna w celu zbadania struktury jej powierzchni. Była to sonda Dawn, która doleciała do Ceres w marcu 2015 roku. Sonda znajdowała się na orbicie wokół Ceres przez wiele miesięcy, dzięki czemu wykonała wiele zdjęć i pomiarów z każdej strony tej planety karłowatej. Dzięki badaniom tej sondy znamy dokładnie strukturę powierzchni Ceres oraz jej budowę.

Pierwsze co widać na zdjęciach Ceres to ogromna liczba kraterówkrater uderzeniowykraterów różnych wielkości. Każda planeta, która nie ma gęstej atmosfery była, jest i zawsze będzie narażona na bombardowanie drobniejszymi ciałami niebieskimi. Każdy kraterkrater uderzeniowykrater jest pozostałością po jakiejś kolizji. Dokładne badanie krateru, zmian w jego kształcie, dostarcza informacji o tym, jak dawno doszło do zdarzenia. Czasami silne uderzenie sprawia, że w środku krateru powstaje stożek zawierający materiał z wewnętrznych warstw planety.

R1Vz5KWajAcOE

Rys. 2. Zdjęcie poglądowe przedstawia dwa olbrzymie kratery Ceres uformowane w różnym czasie. W górnej części zdjęcia widoczny jest krater Urvara, który powstał około 120–140 mln lat temu. W dolnej części zdjęcia rysuje się znacznie mniej wyraźny krater Yalode, który jest starszy o prawie miliard lat. Yalode, ze względu na swój wiek, ma zatarte brzegi, jego struktura jest pokryta znacznie mniejszymi i młodszymi kraterami. Yalode powinien być znacznie głębszy niż jest teraz. Prawdopodobnie reakcje wewnętrznej aktywności sprawiły, że część skorupy w tym miejscu została wypiętrzona w górę zmniejszając głębokość krateru.

Na zdjęciu (Rys. 3a.) widać skutki ruchu masy na krawędzi kraterukrater uderzeniowykrateru (zdjęcie wykonane z odległości około 210 km). Charakterystyczne dla stromych ścian kraterów jest osuwanie się części materii. Poniżej osuwiska widać zacieki, które spowodowane są prawdopodobnie przesuwaniem się pyłów i uwodnionych minerałów z powierzchni.

Rys. 3b. pokazuje skarpę znajdującą się w środku krateru Occator (zdjęcie z odległości około 42 km). Niektóre kratery, w szczególności Occator, charakteryzują się jasnymi rejonami (ang. bright spots). Ich pochodzenie jest nieznane, ale podejrzewa się, że są to różne materiały znajdujące się na powierzchni. Wyróżniają się dużym odbiciem światła, dlatego są tak widoczne. Dokładne badania spektroskopowe pokazują duże ilości węglanu potasu oraz mniejsze ilości chlorku amonu i wodorowęglanu amonu. Prawdopodobnie materiał ten wskutek wewnętrznych zmian pod plastyczną skorupą po uderzeniu został wypiętrzony na powierzchnię.

W środku niektórych kraterówkrater uderzeniowykraterów widać również mniejsze struktury przypominające wydmy, fale pyłów. Układają się one w równoległe pasy różnych długości. Tego typu wydmy w kraterze Occator prezentuje zdjęcie na Rys. 3c.

R1X7cQEaBj2ng

Rys. 5. Trzy zdjęcia poglądowe przedstawiają wizualizację 3D w oparciu o dokumentację fotograficzną, góry Ahuna Mons. Zdjęcie pierwsze – górne przedstawia przestrzenną wizualizację masywu na Ceres. Dwa dolne zdjęcia góry Ahuna Mons przedstawiają fotograficzne powiększenia, po lewej czarno‑białe; po prawej – w ujęciu kolorowym, prezentujące rozkład węglanu sodu na zboczach.

R6MUdkEaArcbU

Rys. 6. Zdjęcie poglądowe pełnego atlasu Ceres. Po lewej stronie opisany jest krater Kerwan Ac‑S-2, po prawej krater Occator Ac‑S-3. Powierzchnia Ceres jest pokryta wieloma kraterami o różnej głębokości. Wyglądają one w takim ujęciu jak płytkie porowate plamy na gładkiej powierzchni. Oczywiście to tylko porównanie dla przybliżenia wyglądu faktury i struktury budowy zewnętrznej powierzchni Ceres.

R1IvpBKeo72Sl

Rys. 7. Zdjęcie poglądowe przedstawia pełną mapę topograficzną w kolorze. Zaznaczono charakter struktur i rejonów za pomocą następujących kolorów: kolorem niebieskim oznaczono rejony o wysokości 7,5 kilometra poniżej powierzchni, natomiast kolorem białym najwyższe szczyty. Kolorem zielonym i żółtym zaznaczono stopniowo wyższe wysokości niż kolorem niebieskim. Kolor pomarańczowy i czerwony zbliża nas do wysokości 7,5 kilometra ponad powierzchnią planety. Powierzchnia Ceres jest zróżnicowana i nierównomierna.

Powierzchnia Ceres jest bardzo zróżnicowana. Dzięki badaniom spektralnym wiadomo, że znajdują się tam uwodnione minerałyuwodnione minerałyuwodnione minerały (glin, skały), co sugeruje obecność wody w wewnętrznych warstwach Ceres. W centralnej części krateru Oxo wykryto cząsteczki wody. Prawdopodobnie woda z wnętrza Ceres została podczas uderzenia wypiętrzona w stronę powierzchni. W niektórych kraterach wykryto również związki organiczne. Cała powierzchnia Ceres zawiera znacznie więcej węgla niż meteoryty badane na Ziemi, co może potwierdzać, że Ceres powstała z pierwotnej mgławicy – tej, z której powstał cały Układ Słoneczny. Skład pierwiastków i związków chemicznych wykrytych na powierzchni Ceres pokazuje, że jest ona jednym z tych ciał niebieskich, na których znajdują się podstawowe pierwiastki niezbędne do życia.

Wokół Słońca ze względu na warunki fizyczne można wyznaczyć granicę, poza którą nie może istnieć życie. Ceres, poza składem chemicznym, o którym mówiliśmy, znajduje się na „granicy strefy życia” – a więc jest obiektem dla nas bardzo interesującym.

Pluton

Ponad 192 lat po odkryciu Ceres odkryto kolejną planetę Układu Słonecznego – Plutona (1930 r.). Obserwacje Neptuna pomogły w odkryciu tej planety, ponieważ zakładano, że nieznany obiekt wpływał na ruch orbitalny Neptuna. Ze względu na bardzo dużą odległość od Ziemi (38 - 50 AU) oraz niewielkie rozmiary Plutona można obserwować tylko przy użyciu dużych teleskopów (oko ludzkie widzi jasności do 6 magmagnitudo [mag]mag, a Pluton w opozycji ma tylko 13,6 magmagnitudo [mag]mag).

Pluton ma masę 1,3 ⋅ 10²² kg oraz średnicę 2370 km. Od roku 1992, kiedy znanych było już więcej obiektów pasa Kuipera o podobnych rozmiarach, dyskutowano nad tym, czy Pluton powinien być klasyfikowany jako planeta. Ze względu na niewielkie rozmiary (jak się ostatecznie okazało, jest mniejszy od niektórych satelitów naturalnych, np. od Księżyca) oraz ekscentryczną orbitę, w 2006 roku przestał być planetą, a został zaklasyfikowany do grupy planet karłowatych. Pluton po orbicie porusza się w tym samym kierunku wokół Słońca co inne planety, ale obraca się wokół własnej osi przeciwnie niż większość planet (z wyjątkiem Wenus i Urana), a także podobnie do Urana, obraca się w pozycji poziomej (oś obrotu nachylona jest do płaszczyzny orbity pod kątem prawie 120 stopni). Prawdopodobnie we wczesnych etapach powstawania Układu Słonecznego wydarzyło się coś co zmieniło kierunek jego obrotu. Dzień na Plutonie trwa 6,39 ziemskich dni, natomiast plutoński rok trwa 248,23 lat ziemskich.

Przed wystrzeleniem w kierunku Plutona sondy kosmicznej New Horizons (2006 rok), nie było wiadomo jak wygląda ten odległy obiekt. Dopiero w 2015 roku do Ziemi dotarły pierwsze zdjęcia wykonane przez tę sondę. Świat obiegło pierwsze zdjęcie Plutona, na którym widać jego struktury i zróżnicowanie powierzchni. Najbardziej charakterystyczny region widoczny na zdjęciach nazywano sercem Plutona – oficjalna nazwa to Sputnik Planitia. Możesz to serce zobaczyć na fotografii umieszczonej w tym e‑materiale (Rys. 8.). Mimo krótkiego przelotu sondy udało się dokonać wielu ciekawych odkryć. Pluton, z racji swojej odległości od źródła ciepła (Słońca) oraz bardzo cienkiej atmosfery, składa się w dużej mierze z lodu. Temperatura, jaka panuje na jego powierzchni, waha się pomiędzy -240°C a -226°C.

RlZSDaYcFLBwm

Rys. 8. Zdjęcie poglądowe, wykonane przez sondę kosmiczną New Horizons, przedstawia planetę Pluton w jej prawdziwych kolorach. Kolorem dominującym jest brunatno‑brązowy, który pokrywa kremowo‑beżowy "podkład" całej planety. Pluton ma masę 1,3 razy 10²² kg oraz średnicę 2370 km. Ze względu na niewielkie rozmiary oraz ekscentryczną orbitę, został zaklasyfikowany do grupy planet karłowatych. Pluton porusza się po orbicie wokół Słońca, w tym samym kierunku, co inne planety, ale obraca się wokół własnej osi przeciwnie niż większość planet (z wyjątkiem Wenus i Urana). Podobnie jak Uran, obraca się w pozycji poziomej (oś obrotu nachylona jest do płaszczyzny orbity pod kątem prawie 120 stopni). Dzień na Plutonie trwa 6,39 ziemskich dni, natomiast plutoński rok trwa 248,23 lat ziemskich. Dopiero w 2015 roku do Ziemi dotarły pierwsze zdjęcia wykonane przez tę sondę. Świat obiegło pierwsze zdjęcie Plutona, na którym widać jego struktury i zróżnicowanie powierzchni. Najbardziej charakterystyczny region widoczny na zdjęciach nazywano sercem Plutona – oficjalna nazwa to Sputnik Planitia. Możesz to serce zobaczyć na fotografii umieszczonej w tym e‑materiale (Rys. 8.). Mimo krótkiego przelotu sondy udało się dokonać wielu ciekawych odkryć. Pluton, z racji swojej odległości od źródła ciepła (Słońca) oraz bardzo cienkiej atmosfery, składa się w dużej mierze z lodu. Temperatura, jaka panuje na jego powierzchni, waha się pomiędzy -240°C a -226°C.

RVIrw3itZfJSD

Rys. 9. Rysunek poglądowy przedstawia zestaw zdjęć księżyców Plutona. W dolnej części zdjęcia widać fragment największego księżyca - Charona. Na tle zdjęcia umieszczono tytuł "Charon i małe księżyce Plutona" i księżyce w kolejności Styx, Nix, Kerberos i Hydra.

R15X65mOcooYH

Rys. 10. Zdjęcie poglądowe przedstawia fragment mapy Plutona wykonanej przez sondę New Horizons. Wokół najjaśniejszego obszaru pośrodku (nazwanego Sputnik Planitia) rozciągają się wzniesienia i dwa najbardziej widoczne na Plutonie rowy: Sleipnir Fossae po prawej i Virgil Fossae po lewej. Po lewej stronie prezentowanego zdjęcia widoczny jest obszar pokryty kraterami.

RXd7vE94kVpB2

Rys. 11. Zdjęcie poglądowe przedstawia topograficzną mapę planety Pluton. Kolorami zaznaczono obszary o różnych wysokościach. Kolor niebieski oznacza najniższe wysokości do minus 3 kilometrów poniżej powierzchni planety, przez zielenie, żółcie, pomarańczowy, czerwień, aż do bieli oznacza wysokość 4 kilometrów powyżej powierzchni planety. W centralnej części mapy znajduje się niebieski fragment oznaczony wielką literą S – to biegun południowy Plutona. Kolorem szarym oznaczono tereny niezbadane.

Powierzchnia Plutona pokryta jest górami, dolinami, równinami i krateramikrater uderzeniowykraterami. Jest znacznie bardziej zróżnicowana niż powierzchnia Ceres.

Największe góry na Plutonie sięgają 3 km (znacznie mniejsze niż na Ceres) i zbudowane są głównie z lodu pokrytego zestalonym metanem.

RIUKPCVXXfZsD

Rys. 12. Na dwóch zdjęciach pokazany jest górzysty region na powierzchni planety Pluton. Po prawej przedstawiona jest cała planeta ze wskazanym fragmentem/wycinkiem w dolnej części sfery. Po lewej wycinek ten został pokazany w dużym powiększeniu. Prezentowany górzysty fragment Plutona pokazuje głębokie doliny występujące bardzo nieregularnie między wzniesieniami. Przybliżony region wygląda bardzo surowo.

R1387YUKqL4EH

Rys. 13. Zdjęcie poglądowe przedstawia pojedyncze lodowe góry na równinnej części planety Pluton – Sputnik Planitia. Na prawie płaskiej powierzchni, lekko tylko pofałdowanej, prawie jak mini fale na wodzie, wznoszą się gładkie lodowe góry. Nie ma żadnych kraterów. Równiny na Plutonie pokryte są zamrożonym azotem.

RnIUhCuroryJu

Rys. 14. Zdjęcie poglądowe przedstawia fragment rejonu Sputnik Planitia. Widoczne są górzyste pasma o wysokości do 3,5 kilometra z dwoma głównymi szczytami Norgay Montes i Hillary Montes zarysowanymi na horyzoncie. W blasku Słońca nad horyzontem widać warstwy cienkiej atmosfery Plutona.

Ro0hJLfH2L210

Rys. 15. Zdjęcie poglądowe przedstawia powierzchnię planety Pluton. Jak na wszystkich planetach Układu Słonecznego na Plutonie znajdują się również kratery. Na niektórych z nich widoczne są oznaki erozji, wypełnianie się kraterów może świadczyć o działaniu wewnętrznych sił tektonicznych. Na prezentowanej mapie zaznaczono żółtymi kropkami około 1000 sfotografowanych kraterów. Kolorem szarym zaznaczono obszary niezbadane.

R1O52T9wAG8Om

Rys. 16. Zdjęcie poglądowe przedstawia mapę pokazującą rozkład wodnego lodu na planecie Pluton. W rejonie górzystym, obok Sputnik Planitia, znajduje się jeden z największych zasobów lodu wodnego na Plutonie. Rozkład lodów jest nieproporcjonalny i skupia się głównie w obszarach górzystych. Metoda, jaką wykorzystano do stworzenia mapy jest nieprecyzyjna. Kolorem od ciemno niebieskiego poprzez jaskrawą zieleń i żółć zaznaczono obszary największych skupisk lodu wodnego. Mapa pokazuje tylko te miejsca, gdzie lód wodny nie jest pokryty, na przykład, przez zestalony metan, azot, albo tlenek węgla.

Kiedy Pluton zbliża się do peryhelium (jest blisko Słońca) temperatura jego powierzchni rośnie i prawdopodobnie lód z powierzchni sublimuje powiększając atmosferę. Gdy oddala się od Słońca, para z powrotem zamienia się w lód i śnieg opadający na powierzchnię. W wyniku tego procesu atmosfera staje się znacznie cieńsza i rzadsza.

Wnętrze tej planety karłowatej jest znacznie cieplejsze niż jego powierzchnia. Prawdopodobnie Pluton jest planetą o aktywności wewnętrznej. Zanik niektórych kraterów, ich zmniejszanie, może potwierdzać tę teorię. Podejrzewa się, że pod lodową skorupą Plutona może znajdować się ocean. Jeżeli Pluton jest aktywny wewnętrznie, to część lodu pod skorupą się topi tworząc właśnie ocean.

Pluton również posiada kriowulkany, czyli wulkany, które zamiast lawy wyrzucają lód. Są nimi Piccard Mons i Wright Mons (nazwy te zostały wymyślone przez zespół Dawn, ale nie zostały zatwierdzone przez Międzynarodową Unię Astronomiczną). Ich istnienie również tłumaczy się prawdopodobną aktywnością wewnętrzną Plutona. Misja kosmiczna New Horizons dostarczyła licznych fotografii, które pozwoliły na postawienie kolejnych, znacznie bardziej szczegółowych niż dotychczas, problemów badawczych.

Pluton i Ceres są najdokładniej zbadanymi planetami karłowatymi, jakie znamy. Misja Dawn dokonała znacznie więcej pomiarów, znajdując się na orbicie Ceres przez okres od marca 2015 do końca października 2018 roku. Misja New Horizons dokonywała pomiarów jedynie podczas bliskiego przelotu obok Plutona (14.07.2015 r.). Naukowcy nie spodziewali się tak dużej różnorodności na powierzchni Plutona. Sonda New Horizons nie została wyposażona w instrumenty pomiarowe umożliwiające precyzyjne badanie tak skomplikowanych struktur.

Te dwie planety karłowate różnią się wyglądem. Różnice te przede wszystkim wynikają z faktu, że obiekty te znajdują się w różnych rejonach Układu Słonecznego. Różnice temperaturowe sprawiają, że na powierzchniach zachodzą trochę inne reakcje (na Ceres nie spadnie śnieg tak, jak na Plutonie). Hipotezy powstawania tych planet karłowatych są zupełnie inne. Ceres, pokryta w całości kraterami, prawdopodobnie jest planetozymalemplanetozymalplanetozymalem, który powstawał z pierwotnego pyłu. Pluton prawdopodobnie powstał wskutek zderzania się ciał niebieskich należących do pasa Kuipera. Analiza składu chemicznego materii znajdującej się na powierzchniach tych planet sugeruje, że Ceres jest dużo starszą planetą karłowatą niż Pluton. Trudno jest określić jednoznacznie pochodzenie struktur na obu ciałach. Znając środowiska, w jakich planety karłowate się znajdują, analizując zdjęcia dostarczane przez sondy, astronomowie mogą jedynie przypuszczać, jaka jest historia powstawania kształtów, struktur i regionów na tych obiektach.

W dalekiej przyszłości, kiedy możliwe będzie umieszczenie łazika badającego powierzchnię (tak jak zrobiono to na Marsie), z pewnością poznamy dokładniejsze scenariusze formowania się powierzchni planet karłowatych oraz ich bardziej szczegółowe mapy. Pewne jest, że są to zupełnie różne ciała niebieskie mimo, że należą to tej samej grupy – planet karłowatych.

Słowniczek