Trpasličia planéta s prstencom

Astronómovia potvrdili existenciu prstenca u ďalšieho telesa slnečnej sústavy. Tentoraz je ním trpasličia planéta Quaoar, ktorá patrí medzi tzv. transneptunické telesá, t.j. obieha okolo Slnka ďalej než Neptún. Prstencami je známa predovšetkým planéta Saturn, ale prstence majú aj všetky ostatné vonkajšie planéty, teda Jupiter, Urán a Neptún a ďalej aj trpasličia planéta Haumea a asteroid Chariklo. Na objave sa podieľal najväčší ďalekohľad sveta, Gran Telescopio Canarias, a európsky kozmický ďalekohľad CHEOPS. Quaoar je trpasličia planéta, a patrí teda do rovnakej kategórie ako známe Pluto. Pluto bolo ešte do roku 2006 planétou, než pre neho astronómovia vytvorili vlastnú kategóriu trpasličích planét, pretože bolo objavených viacero telies s podobnou veľkosťou a na podobných dráhach ako Pluto. Tie potom boli spolu s ním zaradené medzi trpasličie planéty a medzi tieto telesá patrí aj Quaoar, objavený v roku 2002. Kvôli presnosti je potrebné uviesť, že oficiálne je ale Quaoar stále klasifikovaný len ako kandidát na trpasličiu planétu. Jeho priemer je asi polovičný oproti Plutu, konkrétne je to približne 1100 km. Okolo Slnka obieha v Kuiperovom páse za Neptúnom, v perihéliu sa ku Slnku približuje na 41,5 astronomickej jednotky, v aféliu sa vzďaľuje na 45 astronomických jednotiek. Podľa tretieho Keplerovho zákona je doba obehu telesa okolo Slnka tým väčšia, čím je väčšia jeho vzdialenosť od Slnka. Jeden obeh Quaoaru trvá viac než 284 rokov.

Dôsledkom jeho veľkej vzdialenosti od Zeme a pomerne malých rozmerov je jeho veľmi nízka jasnosť. Tá dosahuje približne 19 magnitúd. Je teda viac než 150 000-krát slabší než najslabšie hviezdy viditeľné voľným okom. V súvislosti s tým máme o ňom len veľmi obmedzené informácie a to je aj dôvod, prečo bola prítomnosť jeho prstenca potvrdená až teraz. Na svojej púti slnečnou sústavou nie je celkom sám. Vo vzdialenosti 14 400 km od neho totiž obieha jeho mesiac pomenovaný Weywot. Vzhľadom na nízku jasnosť samotnej trpasličej planéty je logické, že jej prstenec sa nedá zachytiť priamym fotografovaním, a to ani pomocou najväčšieho ďalekohľadu sveta. Astronómovia si preto počkali na okamih, kedy bude na oblohe trpasličia planéta zdanlivo prechádzať popred vzdialenú hviezdu. Zo zmeny jasnosti tejto hviezdy je potom možné zistiť množstvo dôležitých informácií o telese, ktoré ju  zakrýva. U zákrytov hviezd asteroidmi môžeme takto zistiť ich tvar, objaviť dosiaľ ich neznámy mesiac, alebo práve prstenec. U planét sa dá touto metódou sledovať aj atmosféra a jej vlastnosti. Keď astronómovia zmerali zmeny intenzity žiarenia hviezdy, objavili v nich dva neočakávané poklesy. Zákryt trval asi len minútu, ale pred ním a po ňom sa na grafe závislosti intenzity svetla na čase jasne objavili dva zmienené poklesy. Tie nemohli byť prisúdené ničomu inému než prstencu, ktorý toto teleso obopína. Prstenec sa nachádza v určitej vzdialenosti od materského telesa a chvíľu pred a chvíľu po prechode samotného telesa  hviezdu tiež na krátky čas zakryje.

V úvodu článku boli zmienené všetky telesá slnečnej sústavy, ktoré majú nejaký prstenec či prstence, Je ich len 7, teda v tomto prípade ide o veľmi vzácnu vlastnosť. Na jedno z nich, asteroid Chariklo, sa mimochodom nedávno zameral aj Kozmický ďalekohľad Jamesa Webba, ktorý okolo neho rovnakým spôsobom, ako v prípade Quaoaru, pozoroval prstenec. Vo všetkých doposiaľ známych prípadoch sa prstence okolo týchto telies nachádzajú tak blízko k nim, že v dôsledku extrémne veľkých slapových síl je materiál, ktorý pôvodne tvoril mesiac, roztrhaný na kusy. Vzdialenosť, v ktorej dochádza k roztrhaniu menšieho telesa vplyvom slapových síl hmotnejšieho telesa, sa odborne nazýva  Rocheova medza. Pre lepšie pochopenie tohto javu si najskôr pripomeňme, čo sú to slapové sily, a na základe toho si vysvetlíme, čo je to Rocheova medza. Máme systém dvoch telies, ktoré na seba vzájomne gravitačne pôsobia. Tieto telesá majú nenulové rozmery, t.j. nejde o hmotné body, ale o gule s určitým polomerom. V dôsledku toho je gravitačná sila vytváraná jedným telesom na k nemu privrátenej strane druhého telesa o niečo väčšia než na jeho odvrátenej strane. Gravitačná sila totiž klesá nepriamo úmerne s druhou mocninou vzdialenosti telies a odvrátená strana je od druhého telesa vzdialenejšia než privrátená strana; jeho gravitačné pôsobenie na ňu je preto slabšie. V praxi, keď sa pozrieme na sústavu Zem - Mesiac, toto spôsobuje veľmi známy jav: príliv a odliv. Mesiac skrátka svojou gravitáciou viac priťahuje vodu na strane Zeme, ktorá je k nemu v danej chvíli bližšie, a tým zvyšuje hladinu vody. K podobnému javu dochádza aj u pevných telies, avšak na deformáciu ich povrchu je logicky potrebná väčšia sila. V určitých prípadoch ale môže nastať situácia, keď mesiac okolo nejakej planéty, trpasličej planéty alebo asteroidu, obieha tak blízko, že rozdiel gravitačného zrýchlenia vytváraného väčším telesom na jeho povrchu a v jeho strede je väčší než gravitačné zrýchlenie vytvárané samotným mesiacom. V tomto prípade dôjde k roztrhnutiu telesa. Vzdialenosť, v ktorej sa tak stane, sa nazýva Rocheova medza. Dá sa pomerne jednoducho matematicky vyjadriť, stačí k tomu len znalosť stredoškolskej fyziky. Podľa výsledného vzorca potom zistíme, že hodnota Rocheovej medze je priamo úmerná polomeru väčšieho telesa a tretej odmocnine pomeru hustôt oboch telies.

Teraz sa vráťme ku Quaoaru. Objavom prstenca totiž vedci zistili niečo, čo si zatiaľ nedokážu celkom vysvetliť. Z času, ktorý uplynul medzi prechodom prstenca pred hviezdou a prechodom samotného Quaoaru, určili astronómovia vzdialenosť, v ktorej sa prstenec nachádza. Tá je však dvakrát väčšia, než koľko činí hodnota Rocheovej medze v tomto systéme. Nemal by teda existovať žiaden dôvod, prečo sa v tejto vzdialenosti od trpasličej planéty nesformoval mesiac, resp. prečo sa rozpadol. Dvojnásobok Rocheovej medze tu zodpovedá 7-násobku polomeru centrálneho telesa. Pre porovnanie, u Saturna ležia hlavné prstence vo vzdialenosti rovnej len 3-násobku jeho polomeru, teda pohodlne pod Rocheovou medzou. Prvé snahy o vysvetlenie tejto anomálie hovoria o tom, že nízke teploty materiálu by mohli brániť ľadovým časticiam zlučovať sa a tým vytvoriť mesiac. Ide však zatiaľ len o špekulácie. Pozorovania boli uskutočnené  medzinárodným tímom astronómov, ktorí využili prístroj HiPERCAM, extrémne citlivú vysokorýchlostnú kameru na už zmienenom Gran Telescopio Canarias (GTC), najväčšom ďalekohľade sveta s priemerom primárneho zrkadla 10,4 metra. Na Quaoar sa pozrel aj európsky vesmírny teleskop CHEOPS, primárne určený na hľadanie exoplanét, ktorý definitívne potvrdil, že zníženie intenzity prichádzajúceho žiarenia nie sú spôsobené nejakým vplyvom zemskej atmosféry, keďže GTC na Kanárskych ostrovoch je na rozdiel od kozmického teleskopu rušivými vplyvmi atmosféry ovplyvnený. Spoluautor štúdie, profesor Vik Dhillon z University of Sheffield vo Veľkej Británii, uviedol: „Neočakávali sme objav prstenca takého nového prstencového systému v slnečnej sústave a už vôbec sme nečakali, že nájdeme prstenec tak ďaleko od Quaoaru. Mení to naše predstavy o tom, ako prstence vznikajú. Kľúčové bolo využitie vysokorýchlostnej kamery HiPERCAM, ktorá dokázala nasnímať udalosť kratšiu než minútu, ktorú nie je možné vyfotografovať.“

Publikované v časopise QUARK, 4/2023, RNDr. Zdeněk Komárek

Obrázok nad článkom: Umelecká predstava trpasličej planéty Quaoar s prstencami a mesiacom Weywot
Autor: ESA