Warto przeczytać

Termin planeta karłowata jest bardzo młody, ponieważ dopiero w sierpniu 2006 roku podczas obrad Międzynarodowej Unii Astronomicznej (w skrócie IAU, od angielskiej nazwy International Astronomical Union) został przyjęty przez astronomów jako oficjalna nazwa konkretnej klasy obiektów. Podczas tego samego zgromadzenia Pluton przestał być dziewiątą planetą Układu Słonecznego, stając się planetą karłowatą.

Oficjalna definicja planety Układu Słonecznego składa się z trzech warunków, które obiekt musi spełnić, by być planetą:

1. okrąża Słońce,

2. ma wystarczającą masę, aby dzięki swojej grawitacji pokonywać wewnętrzne oddziaływania międzycząsteczkowe i zachowywać dzięki temu kształt prawie kulisty, na podobieństwo ogromnej kropli cieczy. Nazywa się to zachowanie równowagi hydrostatycznej,

3. na jego orbicie okołosłonecznej nie znajdują się inne ciała niebieskie, ponieważ na skutek oddziaływania grawitacyjnego zostały one przez planetę przyciągnięte (astronomowie w skrócie mówią, że „planeta wyczyściła swoją orbitę”).

Planety karłowate spełniają dwa pierwsze warunki, ale nie spełniają trzeciego – nie znajdują się samotnie na swojej orbicie wokół Słońca. Obecnie jest 5 planet karłowatych zatwierdzonych przez IAU (Tab. 1). Wszystkie planety poruszają się wokół Słońca po elipsach. Elipsa może przybierać kształt prawie kołowy - tak jest w przypadku planet. Jednak elipsy, po których poruszają się planety karłowate, mają dużą tzw. ekscentryczność, tj. orbity te są bardzo wydłużone. Słońce leży w jednym z ognisk każdej z tych elips, przez co różnica między najmniejszą i największą odległością planety karłowatej od Słońca może wynosić ponad 20 AU (Tab. 1). Inklinacja jest kątem nachylenia orbity danego ciała niebieskiego do płaszczyzny ekliptyki. W wewnętrznej części Układu Słonecznego ciała niebieskie nie mają inklinacji większej niż 12 stopni.

Tab. 1. Parametry orbit planet karłowatych

Ceres jest najbliższą nam planetą karłowatą oraz jedyną znaną planetą karłowatą w pasie planetoid. Jej masa to zaledwie $9,5\cdot 10^{20}$ kg czyli jest 100 razy lżejsza od Księżyca. Jej kształt jest prawie kulisty, ponieważ długość jej średnicy waha się od 909 do 975 km. Ma trzy składowe warstwy: jądro składa się prawdopodobnie z wodnych krzemianów, następnie ma powłokę z lodu wodnego, a najbardziej zewnętrzna warstwa – skorupa – składa się z mieszanki różnych minerałów (Rys. 1.). Jej powierzchnia pokryta jest głównie kraterami i skalistymi strukturami (Rys. 2.). Analizę budowy Ceres można było wykonać dzięki dokładnym obserwacjom dostarczonym przez sondę kosmiczną Dawn (NASA).

Bezzałogowe specjalistyczne loty w przestrzeń kosmiczną (misje kosmiczne) są najlepszym sposobem badania Układu Słonecznego. Astronomowie, inżynierowie i mechanicy tworzą urządzenia, które, sterowane z Ziemi, dokonują dokładnych pomiarów ciał niebieskich w kosmosie. Każda sonda kosmiczna jest budowana na potrzeby danej misji kosmicznej, czyli musi bardzo dokładnie wypełnić wcześniej zaplanowany scenariusz misji.

Sonda Dawn miała na celu wykonanie zdjęć Ceres i asteroidyasteroida (planetoida)asteroidy Vesty. Stworzenie takiej sondy i opracowanie jej przelotu do celu obserwacji było bardzo trudne. W pasie planetoid znajduje się wiele ciał niebieskich, których trajektorii nie znamy, więc istnieje zawsze ryzyko, że jakiś obiekt może uszkodzić sondę. Misja Dawn zakończyła się pełnym sukcesem, dlatego teraz znamy dokładną budowę Ceres.

Dzięki badaniom sondy Dawn potwierdzono, że Vesta jest tylko asteroidą (patrz: słowniczek). Nie może być planetą karłowatą, ponieważ nie jest w stanie utrzymywać równowagi hydrostatycznej (czyli nie spełnia drugiego z warunków w definicji planety karłowatej).

Wśród obiektów pasa planetoid znajdują się takie, które mogą być planetami karłowatymi np. Pallas, czy Hygiea. Brak precyzyjnych pomiarów nie pozwala jednoznacznie stwierdzić, że spełniają one kryterium równowagi hydrostatycznej. Do badania tych obiektów niezbędna jest kolejna misja kosmiczna.

RhqwZsCCw8isB

Rys 1. Rysunek poglądowy przedstawia przekrój planety Ceres. Jest to artystyczna wizja budowy Ceres, stworzona w oparciu o dane dostarczone przez satelitę Dawn (NASA‑JPL). Rysunek pokazano w formie przestrzennego przekroju 3D, który zaznacza poszczególne warstwy planety.

R1cJtkBs48it2

Rys. 2. Zdjęcie poglądowe (odnoszące się do treści), przedstawia bieguny Ceres. Po lewej stronie – biegun północny, a po prawej – biegun południowy. Zdjęcia wykonane w 2015 roku przez satelitę Dawn (NASA), ukazuje ogromną liczbę kraterów na powierzchni planety karłowatej.

Pozostałe znane planety karłowate znajdują się w znacznie dalszych rejonach Układu Słonecznego, poza obszarem planet, czyli w pasie Kuipera oraz w dysku rozproszonym (ponad 30 AU od Ziemi). Regiony te są jeszcze niezbadane z powodu znaczącej odległości od Ziemi, braku własnej energii wyświecanej w przestrzeń kosmiczną i małych rozmiarów ciał niebieskich tam się znajdujących. Naziemne teleskopy XXI wieku pozwalają wykrywać coraz to dalsze ciała niebieskie Układu Słonecznego, ale nie dają możliwości ich badania. Prawdopodobnie planet karłowatych jest znacznie więcej niż tych znanych.

Najbardziej znaną planetą karłowatą jest Pluton. Odkryto go w 1930 roku i przez 76 lat był traktowany jako ostatnia planeta Układu Słonecznego. Bardzo różnił się zarówno budową jak i orbitą od pozostałych planet. Jego orbita ma duży mimośród - elipsa, po której się porusza jest mocno spłaszczona. Różnica odległości pomiędzy najbliższym (peryhelium, 29,66 AU) a najdalszym (aphelium, 49,31 AU) punktem orbity od Słońca wynosi prawie 20 AU. Masą przypomina nieco nasz Księżyc, ponieważ jest lżejszy od niego zaledwie siedmiokrotnie. Promień Plutona jest równy 1180 km. Ma on co najmniej 5 księżyców, cienką atmosferę składającą się głównie z azotu, metanu i tlenku węgla. Pluton jest największą znaną planetą karłowatą.

RS9vUC8TwXfSF

Rys. 3. Czarno‑białe zdjęcie poglądowe przedstawia planetę Pluton wykonane w 2016 roku przez sondę kosmiczną New Horizons (NASA).

Pozostałe planety karłowate nie zostały jeszcze dokładnie zbadane. Znamy tylko przybliżone wartości ich rozmiarów.

Haumea prawdopodobnie ma kształt cygara o nie do końca sprecyzowanych wymiarach. Obecnie najbardziej prawdopodobne jest, że jej wymiary wynoszą około 2000 km x 1500 km x 990 km. Składa się głównie ze skał pokrytych warstwą lodu, a wokół niej krążą dwa księżyce.

Makemake ma promień o długości około 715 km i prawdopodobnie jeden księżyc. Eris jest prawie tej samej wielkości co Pluton, ale jest zbyt daleko, aby dokładnie wyznaczyć jej parametry fizyczne. Zdjęcia z kosmicznego teleskopu Hubble’aTeleskop Hubble’ateleskopu Hubble’a pokazują, że ma jeden księżyc.

R1mISHLrEeJTG

Rys. 4. Ilustracja poglądowa prezentuje porównanie planet karłowatych, znajdujących się w zewnętrznych regionach Układu Słonecznego. Przedstawia relację ich wielkości, kształtu i liczby księżyców. Pokazano od lewej Pluton z księżycami Styx, Nix, Kerberos, Charon i Hydra. Dalej planeta karłowata Eris z księżycem o nazwie Dysnomia. Planeta Makemake z księżycem MK2. Jako ostatnia na ilustracji przedstawiona jest Haumea z księżycami Hi'iaka i Namaka. (źródło: NASA, ByEightTNOs)

Sonda New Horizons wystrzelona w 2006 roku miała na celu zbadanie obiektów pasa Kuipera. Ze względu na fakt, że pas Kuipera oddalony jest od Ziemi o ponad 30 AU, astronomowie musieli bardzo dokładnie wyliczyć trasę przelotu sondy oraz czas, w którym ją wystrzelono. Musiała minąć 5 planet oraz przelecieć przez pas planetoidpas planetoidpas planetoid. Wykorzystując asystę grawitacyjną Jowisza doleciała do Plutona. Manewr ten pozwolił zaoszczędzić paliwo. Sonda dokonała bardzo dokładnych pomiarów tej planety karłowatej oraz jej największego księżyca – Charona, a także wykonała zdjęcia pozostałych księżyców: Nix, Hydra, Kerberos, Styx. Następnie poleciała w głąb pasa Kuipera i w styczniu 2019 roku dokonała analizy planetoidy 2014 ${\mathrm{MU}}_{69}$. Sonda ta nadal dokonuje pomiarów i cały czas znajduje się w pasie Kuipera.

R1XaGPIQikpbU

Rys. 5. Ilustracja poglądowa przedstawia pas Kuipera z zaznaczonymi orbitami planet gazowych, Plutona i planetoidy 2014 MU69, na żółto wskazano orbitę Ceres, a także pozycje gdzie znajdują się pozostałe dalekie planety karłowate. Pas Kuipera to obszar Układu Słonecznego poza orbitą Neptuna na odległość od 30 do około 50–55 AU (jednostek astronomicznych) od Słońca, zawierający ogromną liczbę niewielkich obiektów, które są pozostałością po formowaniu się Układu Słonecznego. Są tu planety karłowate, w tym Pluton, Makemake, Haumea.

Obecnie nie ma żadnej misji takiej jak New Horizons, która umożliwiłaby wykonanie zdjęć i pomiarów dalszych planet karłowatych. Jedynych informacji dotyczących tych obiektów dostarczają największe teleskopy (między innymi teleskopy KeckaTeleskop Hubble’ateleskopy Kecka, kosmiczny teleskop Hubble'a), ale dane te pozwalają ocenić jedynie parametry orbit, a nie dokładne parametry fizyczne ciał.

Słowniczek