Sluneční soustava je chaotická, obrovská sbírka trosek, které drží pohromadě gravitace. V jejím středu je Slunce – obyčejná hvězda v galaxii Mléčná dráha, kolem které se točí všechny ostatní objekty. Nyní napočítáme osm planet. (Bývalo jich devět, pokud stále čekáte na návrat Pluta.) Tyto planety mají více než 400 známých měsíců. Pak jsou tu asteroidy, z nichž některé mají své vlastní malé měsíce. Komety. Ledová těla. A meziplanetární médium je obrovský prostor naplněný zředěným plynem a prachem, který vyplňuje prázdnotu.
Celý tento systém se nachází v „pozorovatelném vesmíru“. Toto je část prostoru, kterou lidé mohou skutečně vidět nebo teoreticky pozorovat pomocí technologie. Co je za tím? Možná nekonečno. Nevíme. Víme jen, že naše místní prostředí je omezené.
Starověcí astronomové nepotřebovali satelity. Měli holé oči. Pozorovali Slunce. Měsíc. Nejjasnější planety. Sledování jejich pohybu dalo vzniknout astronomii. Dnes máme dostatek údajů o pohybu planet, jejich vlastnostech a složení, abychom zaplnili knihovny. Naše přístroje směřují daleko za sluneční soustavu, do jiných galaxií a na okraj známého vesmíru.
Ale jde o to. Sluneční soustava zůstává limitem našeho fyzického dosahu. Je to také základ našeho teoretického chápání vesmíru. Vyslali jsme sondy a přistávací moduly, které chodily po površích a klouzaly atmosférou. Tato data jsou doplněna měřeními získanými pomocí dalekohledů umístěných jak pod, tak nad zemskou atmosférou. Jsou smíchány s informacemi získanými z meteoritů a měsíčních vzorků, které přinesli astronauti.
Všechny tyto informace jsou pečlivě analyzovány ve snaze podrobně porozumět původu a vývoji Sluneční soustavy.
Astronomové stále dělají velké kroky k tomuto cíli. Sbíráme útržky toho, jak to všechno začalo.
Složení sluneční soustavy
Z čeho se skládá? Hlavně z vodíku a helia na Slunci. Ale co zbytek? Kameny. Led. Plyn. Prach. Složení se velmi liší podle toho, kam se podíváte. Blíže ke Slunci převažují horniny. Daleko za nimi je led. Meziplanetární prostředí to vše spojuje tenkým oparem. Přesné poměry a rozdělení stále určujeme. Ale víme, že není homogenní.
Slunce není jen nečinné. Drží sluneční soustavu. Více než 99 procent její celkové hmotnosti je soustředěno v této jediné hvězdě. Jeho gravitace drží vše ostatní na svých drahách. Bez ní by planety letěly do temnoty.
Pořadí planet je určeno jejich vzdáleností od Slunce. Merkur je nejblíže. Následuje Venuše. Následuje Země. Mars je na druhé straně pásu asteroidů. Za ním vládnou obři. Jupiter. Saturn. Uran. Neptune.
Většina z těchto světů není sama. Od Jupitera po Neptun mají všechny prstence. Pouze Merkur a Venuše nemají satelity. Zbývající planety mají jeden nebo více satelitů.
Pluto zůstalo pod radarem po celá desetiletí. Byla objevena v roce 1930 a nacházela se za oběžnou dráhou Neptunu jako devátá planeta. To se změnilo v roce 1992. Astronomové objevili ještě vzdálenější ledový objekt. Pak se objevili další. A další.
Objevila se Eris. Zdála se velká jako Pluto. Možná ještě víc.
Poznání zasáhlo všechny. Pluto nebylo jedinečné. Byl jen jedním z mnoha velkých objektů v nové populační třídě. Říkalo se tomu Kuiperův pás.
Toto nahromadění ledových těl vyžadovalo revizi definic. Co je považováno za planetu?
Do situace se vložila Mezinárodní astronomická unie (IAU). Má moc klasifikovat astronomické objekty. Hlasování proběhlo v srpnu 2006.
Pluto ztratilo svůj status. Nebylo to smazáno. Byl překlasifikován.
Nový štítek: trpasličí planeta.
Proč bylo Pluto překlasifikováno
Rozhodnutí IAC nebylo svévolné. Bylo to založené na důslednosti. Pokud planetou zůstane Pluto, proč ne Eris? Proč ne Ceres? Proč ne desítky dalších velkých objektů Kuiperova pásu objevených na počátku 21. století?
Na definici záleží. Planeta musí vyčistit svou oběžnou dráhu. Pluto sdílí svůj prostor s bezpočtem dalších objektů Kuiperova pásu. Nevyčistil je. Je jen jedním z mnoha.
Tento posun ukazuje, jak se věda znovu objevuje. Nová data způsobí kolaps starých kategorií. Sluneční soustava není statická. Naše chápání toho také není nezměněno.
Kuiperův pás zůstává neprobádaným územím. Pouze jsme poškrábali jeho povrch. Objektů čekajících na objevení je pravděpodobně mnohem více. Každý z nich přidává nové podrobnosti do historie vzniku sluneční soustavy.
Snížení hodnocení Pluta nebylo ztrátou. Tohle byla oprava. Umístilo to trpasličí planetu do správného kontextu. Ne jako anomálii. Ale jako člen větší rodiny.
Sluneční soustava není jen souborem velkých objektů. Je plná zbytků. Cokoli, co není Slunce, planeta, trpasličí planeta nebo měsíc, spadá do obecné kategorie: malá tělesa sluneční soustavy. Do této skupiny patří asteroidy, meteoroidy a komety. Toto je pole trosek našeho vesmírného sousedství.
Více než milion asteroidů, známých také jako planetky, leží v téměř plochém prstenci mezi drahami Marsu a Jupiteru. Toto je pás asteroidů. Je to hustě obydlené místo, ale bez dramat. Tyto kameny se pohybují po stabilních, předvídatelných drahách, zbytky kamenného materiálu, který se nedokázal spojit do planety.
Pak jsou tu menší kousky. Cokoli o průměru menším než několik desítek metrů se často nazývá meteoroid. Na tomto rozlišení záleží. Odděluje putující vesmírné kameny od větších těles asteroidů. Tito drobní cestovatelé obývají meziplanetární prostor v miliardách. Jsou to prach a trosky sluneční soustavy.
Zařízení na skladování ledu
Komety vyprávějí jiný příběh. Ve tmě se jich skrývá několik miliard. Jsou ve dvou různých nádržích. Toto jsou úložiště ledové historie sluneční soustavy.
Vzdálenější z nich je Oortův oblak. Je to kulový obal obklopující celou sluneční soustavu. Leží v ohromující vzdálenosti přibližně 50 000 astronomických jednotek (AU). Pro srovnání, toto je více než 1000krát větší vzdálenost k oběžné dráze Pluta. Jedna astronomická jednotka je průměrná vzdálenost Země od Slunce – asi 150 milionů kilometrů. Oortův oblak je chladné, temné vězení pro dlouhoperiodické komety.
Druhá nádrž je blíž. Toto je Kuiperův pás. Toto je tlustá oblast ve tvaru disku. Jeho hlavní koncentrace sahá do 30–50 au. ze Slunce. Leží za oběžnou dráhou Neptunu. Zahrnuje dokonce část oběžné dráhy Pluta. Kuiperův pás je domovem krátkoperiodických komet a ledových trpasličích planet.
Ledové světy a gravitační drift
Stejně jako jsou asteroidy kamennými kusy vnitřních planet, objekty Kuiperova pásu jsou jejich ledovými protějšky. Pluto, jeho měsíc Charon, Eris a bezpočet dalších přežili ledová tělesa, která vytvořila jádra Neptunu a Uranu. Jedná se o stavební kameny, které byly vyřazeny nebo vyřazeny.
Díky tomuto původu lze Pluto a Charon považovat za velmi velká kometární jádra. Jsou to v podstatě špinavé sněhové koule, které se nikdy nezahřály natolik, aby se vypařily.
Pak jsou tu kentauři. Jedná se o populaci kometárních jader o průměru až 200 km. Obíhají kolem Slunce mezi drahami Jupitera a Neptunu. Jsou nestabilní. Byli tam pravděpodobně kvůli gravitačním poruchám, které je přesunuly dovnitř z Kuiperova pásu. Jde o vesmírné tuláky chycené mezi obry.
Prostor mezi těmito objekty není prázdný. Toto je meziplanetární médium. Jedná se o extrémně vzácnou plazmu. Jedná se o ionizovaný plyn posypaný prachovými částicemi. Sahá od Slunce do přibližně 123 AU. Toto je neviditelné fluidum vesmíru.
Hosté z jiných míst
Sluneční soustava dokonce obsahuje objekty z mezihvězdného prostoru. Prostě proletí. Nepatří do gravitační studny našeho Slunce. Byly objeveny dva takové mezihvězdné objekty. To mění vše, co jsme si mysleli o izolaci naší čtvrti.
První byl ‘Oumuamua. Přišel v roce 2017 s neobvyklým tvarem. Vypadalo to jako doutník nebo palačinka. Převrátil se ve vesmíru. Možná se skládal z dusíkového ledu. O jeho původu vědci diskutovali roky
Proč oběžné dráhy nejsou dokonalé kružnice
Podívejte se na noční oblohu a může se vám zdát, že se vše točí kolem slunce v úhledných, uspořádaných smyčkách. Ve skutečnosti to není pravda. Planety, trpasličí planety, asteroidy a dokonce i ledoví tuláci v Kuiperově pásu se pohybují po elipsách. Pohybují se ve stejném směru, ve kterém se otáčí Slunce. Astronomové tomu říkají přímý pohyb nebo dopředný pohyb. Pokud byste se mohli vznášet nad severním pólem Země a podívat se dolů, vypadalo by to, že se celá sluneční soustava točí proti směru hodinových ručiček.
Je to jednotný, spořádaný tanec.
S výjimkou komet z Oortova oblaku. To jsou anomálie. Přicházejí ze všech směrů. Jejich oběžné dráhy jsou náhodné, což odráží sférické rozložení obklopující plochou rovinu planet. Ekliptika je nezajímá. Prostě se objeví.
Geometrie prostoru
Jak tyto cesty měříme? Excentricita. Toto je číslo, které vám říká, jak excentrická je oběžná dráha. Nula znamená dokonalý kruh. Jednotka je parabola, což v podstatě znamená, že se objekt nikdy nevrátí.
Venuše a Neptun mají nejvíce kruhových drah ze všech. Jejich výstřednosti jsou nepatrné – 0,007 a 0,009. Merkur je opakem. Je to planeta nejblíže Slunci a má velmi protáhlou dráhu s excentricitou 0,21. Pluto je ještě podivnější, má hodnotu 0,25.
Pak je tu sklon. Toto je úhel oběžné dráhy vzhledem k rovině oběžné dráhy Země. I zde vítězí Merkur, který svou dráhu naklání o 7 stupňů. Pluto je nepořádek nakloněný o 17,1 stupně. Většina malých těles má vysoké excentricity a velké sklony. Některé komety Oortova oblaku jsou nakloněny tak silně, že jejich sklon přesahuje 90 stupňů. Otáčejí se v retrográdním směru. Zadní. Proti proudu.
Velký předěl: Rock versus plyn
Osm planet není monolit. Jsou rozděleni do dvou táborů na základě hustoty.
Vnitřní čtyři – Merkur, Venuše, Země a Mars – jsou pozemské. Jsou kamenité. Jejich hustota je více než 3 gramy na centimetr krychlový. Pro kontext, voda má hustotu 1 gram na centimetr krychlový. To jsou pevné světy.
Vnější obři – Jupiter, Saturn, Uran, Neptun – vyprávějí jiný příběh. Jsou obrovské. Jejich hustota je menší než 2 gramy na centimetr krychlový. Jupiter a Saturn se skládají převážně z vodíku a hélia. Uran a Neptun mísí led a kámen. Toto jsou joviánské neboli obří planety.
Pluto sedí nešikovně uprostřed. Je to ledové těleso s nízkou hustotou. Je menší než Měsíc Země. Vypadá spíše jako kometa nebo velký ledový satelit než jako planeta. Jeho klasifikace jako objekt Kuiperova pásu vysvětluje jeho anomálie. Patří k ledovým troskám, ne k obřím planetám.
Štíty a atmosféry
Malé vnitřní planety mají pevný povrch. Nemají prstencové systémy. Mají málo nebo žádné společníky. Jejich atmosféra je hustá oxidovanými sloučeninami, jako je oxid uhličitý.
Země je mezi nimi anomálie. Má silné magnetické pole. Toto pole funguje jako štít proti meziplanetárnímu prostředí. Zachycuje elektricky nabité částice v oblasti zvané magnetosféra. Uvnitř této magnetosféry jsou Van Allenovy pásy. Jsou to zóny vysokoenergetických částic.
Proč má Země tento štít a ostatní ne? Text neříká. Ale záleží. Bez této magnetosféry by atmosféra pravděpodobně byla dávno vymazána. Vnitřní planety jsou venku. Země nosí brnění. Vnější planety se spoléhají na pouhou hmotu, aby udržely svůj vodík a helium. Pluto spoléhá na to, že je vzdálené a chladné. Sluneční soustava je sbírka různých strategií přežití.
Skrytá složitost vnější sluneční soustavy
Zapomeňte na vše, co víte o tvrdých površích. Čtyři plynní obři – Jupiter, Saturn, Uran a Neptun – jsou obrovské. Jejich atmosféry jsou husté přikrývky vodíku a hélia, které se šíří hluboko pod obrovským tlakem. Není tam žádný povrch, na kterém by se dalo stát. Jen vrstvy plynu, které se stávají hustšími, až se pod extrémním tlakem promění v exotické kapaliny.
Jejich hustota je tak nízká, že by se v ní Saturn, pokud byste našli dostatečně velkou vanu, mohl vznášet. Sdílejí také další rysy: magnetická pole, prstencové systémy a armády měsíců. Pokračujeme v otevírání nových. Pluto, kdysi považované za devátou planetu, je na předměstí. Má pět známých měsíců a žádné prstence. Ale není sám. Jiné objekty Kuiperova pásu a dokonce i některé asteroidy mají své vlastní měsíce.
Tyto měsíce nejsou jen kameny. To jsou světy. Většina z nich rotuje stejným směrem, jakým se jejich planety pohybují kolem Slunce. Ale jejich prostředí? Extrémně odlišné.
Io, jeden z Jupiterových měsíců, je vulkanická noční můra. Je to vulkanicky nejaktivnější těleso ve sluneční soustavě. Lávové proudy neustále proudí.
Titan, satelit Saturnu, je větší než Merkur. Má hustou atmosféru, hustší než zemská, skládající se z dusíku a metanu. Na jeho povrch prší kapalné uhlovodíky.
Pak je tu Triton, obíhající kolem Neptunu v opačném směru. Retrográdní oběžná dráha. Pohybuje se opačným směrem než rotace Neptunu. To naznačuje, že byl zachycen spíše než vytvořen in situ. Jeho povrch má teplotu 37 Kelvinů. To je -393°F. Z jeho ledové kůry vytryskují do řídké atmosféry gejzíry dusíku.
Asteroidy a komety
Odkud pocházejí asteroidy?
Asteroidy jsou kamenné zbytky, které zbyly po vzniku sluneční soustavy. Nacházejí se hlavně v pásu asteroidů mezi Marsem a Jupiterem. Někteří z nich se ale blíží k Zemi.
Komety jsou něco jiného. Jsou to ledové špinavé koule. Jak se přibližují ke Slunci, zahřívají se. Plyn a prach vytryskly a vytvořily zářící koma a ohon směřující od Slunce.
Proč je to důležité? Protože tato malá těla drží stopy. Od doby, kdy se před 4,6 miliardami let začala formovat sluneční soustava, se změnily jen málo. Jejich studium nám říká o tom, jak vznikaly planety. Jak se voda dostala na Zemi. Jak mohl začít život.
Jak vznikají měsíce?
Většina měsíců vzniká spolu se svými planetami ze stejného rotujícího disku plynu a prachu. Ale ne všechny.
Tritonova zpětná oběžná dráha dokazuje, že nevznikl s Neptunem. Byl zajat gravitací planety. Kolize mohou také vytvořit měsíce. Zemský měsíc pravděpodobně vznikl poté, co těleso velikosti Marsu zasáhlo naši mladou planetu. Trosky se spojily do Měsíce, který dnes vidíme.
Některé měsíce, jako například Jupiterova Amalthea, mají nepravidelný tvar. Jsou malí, nepravidelného tvaru a obíhají daleko od své planety. Možná jsou to zachycené asteroidy.
Z čeho jsou kruhové systémy vyrobeny?
Prsteny často považujeme za něco pevného. Ale to není pravda. Skládají se z miliard drobných částic. Led a kámen. Každá částice se otáčí nezávisle.
Saturnovy prstence jsou nejvýraznější. Skládají se především z vodního ledu. Některé jsou z prachu, některé z větších úlomků. Prstence jsou tenké – někdy jen 10 metrů tlusté – ale široké. Táhnou se stovky tisíc kilometrů.
Jupiter, Uran,
Asteroidy a komety jsou pozůstatky. Jsou to pozůstatky chaotické éry, kdy se ve vnitřní a vnější sluneční soustavě formovaly planety. Pás asteroidů je hřbitovem kamenných těles.
Jejich velikosti se velmi liší.
Na vrcholu seznamu je Ceres. Je obrovský, s průměrem asi 940 km (585 mil). Mezinárodní astronomická asociace (IAU) ji nyní klasifikuje jako trpasličí planetu, ale její fyzikální vlastnosti odpovídají velkému asteroidu. Pod ní? Všechno až po mikroskopický prach. Pás je naplněn částicemi unášenými prostorem.
Některé z těchto hornin protínají oběžnou dráhu Země.
Tato blízkost vytváří riziko. Velké kolize jsou vzácné, ale katastrofální. Objekty větší než 1 km (0,6 mil) nesou dostatek energie k devastaci planety. Výsledek jsme viděli před 65 miliony let. Dopad asteroidu způsobil hromadné vymírání, které vyhubilo dinosaury.
Menší předměty jsou zasaženy mnohem častěji.
Shoří v atmosféře nebo dopadají na povrch jako meteority. Ve většině případů způsobují malé škody. Ale ty, které se dostanou na povrch, nám dávají vodítka.
Z čeho se skládají asteroidy?
Studovali jsme je ze Země. Poslali jsme kosmickou loď, aby kolem nich proletěla. Údaje jsou konzistentní.
Asteroidy nejsou homogenní.
- Některé jsou kovové. Skládají se převážně ze železa.
- Ostatní jsou z kamene.
- Třetí skupina je bohatá na organické sloučeniny.
Tato tělesa bohatá na uhlík připomínají uhlíkaté chondritové meteority. Obsahují stavební kameny života.
Návštěvy kosmických lodí prozradí více.
Nepravidelně tvarované plochy. Jsou pokryty krátery. To ukazuje na bouřlivou historii. Byly bombardovány miliardy let.
Proč na nich teď záleží
Tato těla jsou časové kapsle.
Zachovali primitivní materiál z rané sluneční soustavy. Od vzniku planet se změnily jen málo. Jejich studium nám vypráví o tom, jak vznikla Země a její sousedé.
Ale je tu také nebezpečí.
Stejné předměty, které uchovávají starověkou historii, mohou vymazat moderní civilizaci. Sledujeme je nejen kvůli vědě, ale také kvůli přežití. Asteroidy nejblíže Zemi jsou neustálou připomínkou. Proces formování planet se jen tak nezastavil. Zanechal po sobě nástroje, které mohou vytvářet světy. Nebo je zničit.
Hranice mezi vědeckou hodnotou a existenční hrozbou je tenká. Měří se v kilometrech a nárazové rychlosti. Pečlivě je sledujeme. Vždy jsme se dívali.
Většina lidí si pod pojmem asteroidy představí kamennou trosku a komety jako ledové sněhové koule. Tento rozdíl obstojí při bližším zkoumání. Jádra komet se zásadně liší od svých kamenných protějšků. V jejich složení dominuje vodní led. Led také obsahuje zmrzlý oxid uhličitý, oxid uhelnatý a metanol. Nejsou to čisté ledové koule. Jsou prostoupeny horským prachem a bohatou škálou organických sloučenin. Některá zrna jsou velmi malá. Některé komety mohou obsahovat více nečistot než ledu. Tato směs dělá rozdíl. Vypráví nám o tom, jak raná sluneční soustava akumulovala materiál.
Dlouhoperiodické komety a Oortův oblak
Komety jsou rozděleny do kategorií na základě jejich oběžné doby. To je doba, kterou potřebují k dokončení revoluce kolem Slunce. Komety s dlouhými periodami dokončí jednu revoluci za více než 200 let. Tento proces často trvá miliony let. Tito tuláci pocházejí z Oortova oblaku. Je to kulový obal obklopující sluneční soustavu. Tamní jádra mají nepravidelný tvar. Jejich průměr je jen několik kilometrů.
Většinu své existence tráví hluboko zmrazené. Nacházejí se v obrovských vzdálenostech od Slunce. Hovoříme o vzdálenosti jedné pětiny vzdálenosti k nejbližší hvězdě. Ze Země je nevidíme. Jejich přítomnost je určena na základě pozorování jejich drah. Tyto oběžné dráhy jsou velmi protáhlé. Excentricita se blíží jednotě. Když se konečně přiblíží ke Slunci, obejdou ho a odletí zpět.
Jejich trajektorie mohou být nakloněny v libovolném směru. Tato náhoda potvrzuje, že Oortův oblak je kulový. Toto je obrovská zásobárna prvotního materiálu. Na tyto objekty jsme nepřistáli. Nedotkli jsme se jich. Vidíme je pouze tehdy, když gravitační poruchy způsobí jejich přesun do sluneční soustavy.
Krátkoperiodické komety a Kuiperův pás
Komety s krátkou periodou se vracejí rychleji. Obíhají kolem Slunce za méně než 200 let. Mnozí se vracejí každých několik desetiletí. Jejich zdroj je jiný. Toto je Kuiperův pás. Tato oblast leží za oběžnou dráhou Neptunu. Je mnohem blíž než Oortův oblak. Nachází se v rovině Sluneční soustavy.
Komety z tohoto pásu se řídí jinými pravidly. Pohybují se po více kruhových drahách. Mají přímý směr pohybu, to znamená, že se otáčejí stejným směrem jako planety. Jejich období je často 20 let nebo méně. Kuiperův pás byl vyfotografován. Velké dalekohledy zachytily snímky jeho jader. Tyto objekty jsou přístupnější než objekty v Oortově mračnu. Zůstávají však vzdálení.
Rozdíl mezi těmito dvěma populacemi je markantní. Dlouhoperiodické komety přilétají ze všech směrů. Krátkoperiodické komety zůstávají blízko roviny ekliptiky. Toto rozdělení naznačuje různé původy. Nebo alespoň do různých skladovacích míst. Kuiperův pás je blíž. Můžeme ho vidět. Oortův oblak je teoretický, založený na orbitální mechanice. Je příliš daleko na přímé pozorování.
Proč na tom záleží? Složení těchto jader obsahuje stopy o vzniku planet. Organická hmota v kometách mohla zasadit ranou Zemi. Voda mohla pocházet z těchto ledových těles. Pochopení, odkud pocházejí, nám pomáhá pochopit, odkud pocházíme. Stále dáváme dohromady mapu vnější sluneční soustavy. Kuiperův pás je viditelný. Oortův oblak zůstává skrytý. Čekáme, až se ze tmy vynoří další návštěvník.
Zbytkové stopy komet a slunečního větru
Komety se nevznášejí jen ve tmě. Když projdou nejblíže Slunci, zasáhne je silný tepelný šok. Nejedná se o jemné zahřívání. Jádra uvolňují plyny a prach. Tento materiál roste ve formě mlžných shluků a rozšiřuje se do dlouhých tenkých ocasů. Plyn se rozptýlí do prázdna. Zrnka prachu však zůstávají na svém místě. Silikáty a organické sloučeniny obíhají kolem Slunce po trajektoriích téměř identických s trajektoriemi mateřské komety.
Takto se tvoří stezka. Stuha trosek.
Když oběžná dráha Země protne jeden z těchto prachových pásů, vidíme meteorický roj. Noční pozorovatelé mohou vidět desítky nebo stovky padajících hvězd za hodinu. Prachová zrna hoří v horních vrstvách atmosféry. Je to podívaná. Ale není to náhodné. I když občas vidíme meteory každou noc, jejich počet se během takových událostí dramaticky zvyšuje. I v běžný den je zemská atmosféra bombardována více než 80 tunami prachu. Většina tohoto prachu jsou trosky asteroidů nebo komet. Neustále se vznášíme mezi zbytky naší sluneční soustavy.
Meziplanetární prostředí
Prostor není prázdný. Je plná víc než jen trosek.
Prostor mezi planetami obsahuje protony, elektrony a ionty. Jedná se o hojné prvky proudící směrem ven ze Slunce. Tvoří sluneční vítr. Čas od času se na povrchu Slunce objeví silné sluneční erupce. Tyto krátkodobé erupce vyvrhují hmotu a vysokoenergetické záření. To se přidá k celkové směsi. Toto je meziplanetární médium.
V roce 2012 Voyager 1 překročil hranici. Přešel z meziplanetárního prostředí do mezihvězdného prostředí. Tato hranice se nazývá heliopauza. Od té doby, co tudy prošla, Voyager 1 měří vlastnosti mezihvězdného prostoru. Toto je první člověkem vyrobený objekt, který opustil naši „bublinatou“ oblast.
První pokusy vysvětlit náš původ
Čím více údajů o planetách, měsících, kometách a asteroidech získáme, tím těžší je vysvětlit, odkud se to všechno vzalo. Starověké teorie byly vágní. Neomezovali se na fakta.
Vědecký přístup se stal možným až poté, co Isaac Newton publikoval své zákony pohybu a gravitace v roce 1687. To se stalo základem. Ale i tehdy to měli vědci těžké. Trvalo roky, než byly Newtonovy zákony aplikovány na zdánlivé pohyby planet a komet.
V roce 1734 navrhl švédský filozof Emmanuel Swedenborg model. Navrhl, že se obal materiálu kolem Slunce rozlomil. Tyto části vytvořily planety. To byla raná myšlenka vzniku sluneční soustavy z prvotní mlhoviny.
Tuto myšlenku rozvinul Immanuel Kant v roce 1755. Německý filozof se opřel o Swedenborgův koncept. Spustil řetězec úvah, který bude dominovat po celé století.
Nebulární hypotéza Kant – Laplace
Kantova ústřední myšlenka byla jednoduchá. Sluneční soustava začala jako mrak rozptýlených částic. Vzájemná gravitační přitažlivost způsobila jejich pohyb a srážku. Chemické síly je držely pohromadě.
Větší jednotky rostly rychleji. Přitahovaly více materiálu. Nakonec vytvořili planety.
Kant nebyl fyzik ani matematik. Nebral v úvahu omezení vlastního přístupu. Jeho model nevysvětlil, proč se planety pohybují stejným směrem a ve stejné rovině. Neuměla také vysvětlit rotaci planetárních satelitů. Bylo to neúplné.
O 40 let později byl učiněn významný krok vpřed. Pierre-Simon Laplace z Francie byl skvělý matematik. Specializoval se na nebeskou mechaniku. Na toto téma vydal monumentální pojednání. Napsal také populární knihu o astronomii. V příloze nabídl své úvahy o vzniku sluneční soustavy.
Laplaceův model začal s již vytvořeným Sluncem. Točilo se. Jeho atmosféra přesahovala vzdálenost, ve které by vznikla nejvzdálenější planeta. Laplace neznal zdroj energie ve hvězdách. Předpokládal, že se Slunce bude ochlazovat, když bude vyzařovat teplo.
Jak se Slunce ochlazovalo, tlak plynu klesal. Slunce se zmenšovalo. Vstoupil v platnost zákon zachování momentu hybnosti. Zmenšení velikosti znamenalo zvýšení rychlosti otáčení. Odstředivé zrychlení vytlačilo atmosférický materiál ven. Gravitace ho táhla ke středu. Když se tyto síly vyrovnaly, zůstal prstenec materiálu. Nacházel se v rovině rovníku Slunce.
Tento proces se opakoval. Vytvořilo se několik soustředných prstenců. Každý prsten se slepil a vytvořil planetu. Měsíce pocházely z podobných prstenců vytvořených formujícími se planetami.
Laplaceův model vysvětlil, proč planety obíhají kolem Slunce ve stejné rovině a ve stejném směru. Zahrnovalo to Kantovu myšlenku lepení materiálu. Oba přístupy se spojily. Staly se Kant-Laplaceovou hypotézou mlhoviny.
Bylo široce přijímáno asi 100 let.
Sluneční soustava má ale své zvláštnosti. Zdánlivá správnost pohybů byla vyvrácena objevy. Byly nalezeny asteroidy s vysoce protáhlými drahami. Byly objeveny družice s retrográdními dráhami. Nevešlo se do úhledných kroužků.
Dalším problémem byla hmotnost a moment hybnosti. Slunce obsahuje 99,9 procenta hmoty sluneční soustavy. Planety – většinou čtyři obří vnější – nesou více než 99 procent momentu hybnosti. Aby byla Kant-Laplaceova teorie správná, musí se buď Slunce otáčet rychleji, nebo se kolem něj musí planety pohybovat pomaleji. Ale to není pravda. Matematika nesedí.
Na počátku 20. století vědci odmítli hypotézu o mlhovině. Na starém modelu viděli příliš mnoho nedostatků. Přispěli Američané Thomas Chrouser Chamberlain a Forrest Ray Moulton. Později britští fyzici James Jeans a Harold Jeffreys přidali svou vlastní verzi. Naznačovali katastrofální původ. Myšlenka byla jednoduchá, ale krutá: Slunce zažilo blízké setkání s jinou hvězdou.
Když tato dvě tělesa prošla blízko sebe, gravitace vytáhla materiál z jejich atmosfér. Tento materiál byl odvezen. Časem se to shlukovalo do shluků. Tyto shluky se staly planetami.
S touto teorií však byl vážný problém. Pokud by ke vzniku planet byla nutná téměř srážka mezi hvězdami, musela by být neuvěřitelně vzácná. Hvězdy jsou daleko od sebe. Blízká setkání jsou vzácná. Pokud by byla teorie správná, neměly by v Mléčné dráze být prakticky žádné sluneční soustavy. To neodpovídalo realitě.
Problém s plynem
Další velký posun nastal v polovině 20. století. Vědci konečně pochopili, jak hvězdy vznikají. Pochopili také dynamiku plynu kolem hvězd. Závěr byl jasný: horký plyn, oddělený od hvězdné atmosféry, nezůstává na místě a čeká na kondenzaci. Rozptýlí se. Je distribuován po celé prázdnotě. Nikdy netvoří planety.
Model srážky hvězd byl mrtvý.
Znalost mezihvězdného média vše změnila. Jedná se o plyn a prach plující mezi hvězdami. Vědci si uvědomili, že tyto mraky jsou obrovské. Jsou husté. Hvězdy se nerodí v prázdnotě. Tvoří se uvnitř těchto mraků. Proto se planety musí tvořit stejným procesem. Nejednalo se o ojedinělou událost. Bylo to součástí zrodu hvězdy.
Vědci se vrátili k základům. Podívali se na staré myšlenky Immanuela Kanta a Pierra-Simona Laplacea. Nová data podporovala některé z těchto starších, měkčích konceptů.
Současný konsensus
Dnes nahlížíme na vznik sluneční soustavy jako na standardní formování hvězd. Obor se výrazně zúžil. Máme více pozorovacích dat než kdy předtím. Studujeme hvězdotvorné oblasti v obřích mezihvězdných oblacích. Analyzujeme chemické otisky prstů zanechané ve stávajících objektech sluneční soustavy. Pravděpodobné modely byly zredukovány na několik spolehlivých kandidátů.
Alistair G. W. Cameron, kanadsko-americký astrofyzik, sehrál v tomto moderním pohledu ústřední roli. Jeho práce pomohla přesunout pozornost od katastrofických nehod k postupným, inherentním jevům.
Vznik sluneční mlhoviny
Standardní příběh o tom, jak naše sluneční soustava vznikla, je mnohem dynamičtější, než by se na první pohled mohlo zdát. Vše začíná masivním oblakem plynu a prachu, který je téměř desetkrát až dvacetkrát méně hmotný než naše dnešní Slunce. To je vše. Malá oblast mezihvězdného prostředí.
Co spouští kolaps? Může to být nehoda. Náhodné kolísání hustoty uvnitř mraku. Jedna sraženina je dostatečně těžká, aby přilákala své sousedy. Nebo vnější síly nutí proces začít. Rázová vlna z blízké supernovy. Fyziku nezajímá, který spouštěč fungoval, důležitý je pouze výsledek.
Gravitace přebírá vládu. Oblak se smršťuje dovnitř. Nezůstane kulaté dlouho. Jak celý systém obíhá kolem středu Mléčné dráhy, vnější okraje se pohybují pomaleji než vnitřní. Účinkují smykové síly. Mrak se začíná točit. A jak se snižuje, tato rotace se zrychluje. Zachování momentu hybnosti je přísným pravidlem. Čím menší velikost, tím rychlejší rotace.
Tato rotace mění tvar. Gravitace se táhne dovnitř. Odstředivá síla tlačí ven. Ale nebojují stejně ve všech směrech. Gravitace snadno vítězí ve směru kolmém k ose otáčení. Látka padá dovnitř, směrem ke středu. Avšak podél roviny rotace je odstředivé síle aktivně bráněno. Zabraňuje kolapsu.
Mrak se zplošťuje. Promění se v disk. Rotující palačinka z hmoty. Vše je zhuštěné ve středu. Tvoří se hustá kondenzace. Toto sleduje základní strukturu Laplaceova modelu mlhoviny, ale s moderní astrofyzikální přísností. Už jen nehádáme. Sledujeme hydrodynamiku kolabujícího protohvězdného disku.
Proč je sluneční soustava zploštělý disk?
O geometrii se zde nediskutuje. Pokud chcete postavit planetu, potřebujete letadlo. Nemůžete tvořit planety v chaotické sféře, pokud má hmota moment hybnosti. Struktura disku určuje, kde se tvoří planety. Určuje úhel jejich oběžných drah. Většina velkých planet rotuje téměř ve stejné rovině právě kvůli tomuto počátečnímu zploštění.
Centrální kondenzací se stává Slunce. Ale disk zůstává. Toto je sluneční mlhovina. Záležitost na disku je tam, kde se odvíjí zbytek příběhu. Zrnka prachu se srazí. Drží spolu. Rostou. Ale to chce čas. A stabilní prostředí. Disk to poskytuje.
Role momentu hybnosti při vzniku planet
Moment hybnosti je neviditelná ruka. Bez toho získáte hvězdu a nic víc. Nebo možná hvězda obklopená kulovou skořápkou, která se nikdy neuklidní. Zploštění je nutné pro narůstání. Umožňuje látce efektivně sestavit do jediného celku.
Zvažte odstředivou bariéru. Zabraňuje tomu, aby látka spadla přímo do středu. Místo toho se hmota otáčí po oběžné dráze. Zůstává na disku. Tato rotující hmota je surovým palivem pro planety. Měsíc. Asteroidy. Na této počáteční rotaci závisí celá architektura sluneční soustavy.
Počáteční hmotnost byla malá. Deset až dvacet procent hmotnosti Slunce. Ale gravitace zesiluje účinek. Vezme malé semínko a promění ho ve hvězdu. A v tomto procesu připravuje půdu pro všechno ostatní. Disk není jen odpad. To je základ.
“Výsledkem v této fázi, stejně jako v Laplaceově modelu, je disk hmoty vytvořený kolem centrální kondenzace.”
my
Jak Sluneční mlhovina postavila planety
Sluneční mlhovina nebyla jen náhodným mrakem. Byl to zploštělý disk odrážející tvar spirálních galaxií, ale v miniaturním lidském měřítku kosmických rozměrů. Jak se plyn a prach stlačovaly směrem ke středu, potenciální energie se přeměňovala na kinetickou energii. Teplota prudce stoupla. Nakonec se centrální blob rozžhavil natolik, že spustil jadernou fúzi. Zrodilo se Slunce.
Mezitím zbytek materiálu na tomto disku nezůstal bez pohybu. Setkal se. Zaseknutý. Rast.
Většina těchto zrn měla téměř identické oběžné dráhy. Srážky byly mírné. Ne ty, které lámou kameny, ale ty, které jim umožňují vázat. Malé hrudky se zvětšily. Tento proces, připomínající rané teorie Immanuela Kanta, postupně vytvářel z chaosu větší objekty.
Sněhová čára a oddělení planet
Zde vznikla architektura sluneční soustavy. Teplota klesala se vzdáleností od horkého centrálního tělesa. Tento gradient vytvořil jasnou hranici – ne v písku, ale spíše v ledu.
Blízko Slunce bylo příliš teplo na to, aby voda zamrzla. Ale ve vzdálenosti asi 5 astronomických jednotek (AU) – kde je Jupiter nyní a dále – by voda mohla kondenzovat v led. Nebyla to maličkost. Voda je druhou nejrozšířenější molekulou ve vesmíru, hned za molekulárním vodíkem. Tam, kde mohla voda zamrznout, bylo dost pevného materiálu.
Objekty tvořící se v této chladné zóně měly bohatý výběr pevných látek, na kterých mohly růst. Rychle přibrali na váze. Jakmile přibývající těleso dosáhlo asi deseti hmotností Země, jeho gravitace zesílila natolik, že dokázala zachytit vodík a helium. Jedná se o nejlehčí a nejhojnější prvky v přírodě. Planety ve vnější zóně nevyrostly jen z kamenů; vytvořili atmosféru. Stali se z nich obři.
Uvnitř Jupiterovy oběžné dráhy byl příběh jiný. Vnitřní planety vznikaly při teplotách tak vysokých, že se tam těkavé látky nemohly zadržet. Voda, oxid uhličitý a čpavek zůstaly plynné. Zmizely. Vnitřní planety zůstaly malé. Rocky. Hustý.
Astronomové nazývají hranici, kde může vodní led tvořit „sněhovou čáru“. Má teplotu asi 150 Kelvinů (-190 °F). Uvnitř této linie? Silikáty. Kovová zrna. Kameny. Mimo? Led. Hustotní gradient je viditelný dodnes. Měsíc Země, složený ze silikátových minerálů, má hustotu 3,3 gramu na centimetr krychlový. Saturnův měsíc Tethys? Skládá se převážně z vodního ledu. Jeho hustota je asi 1 gram na centimetr krychlový.
Praskliny v tradičním modelu
Zní to logicky. To odpovídá údajům. Proč tedy tento model od počátku 90. let čelí vážným výzvám?
Dva hlavní problémy podkopaly jednoduchý příběh.
Za prvé, objevy exoplanet. Objevili jsme další sluneční soustavy s obřími planetami obíhajícími velmi blízko jejich hvězd. Horké Jupitery. Neměly by existovat, pokud model sluneční mlhoviny striktně dodržuje teplotní gradienty. Pokud se vytvořily tam, kde bylo chladno, a pak migrovaly dovnitř, přidává to vrstvu složitosti, kterou jednoduchý Kant-Laplaceův obraz postrádá.
Za druhé, mise kosmické lodi Galileo k Jupiteru. Data ukázala něco neočekávaného. Atmosféra Jupiteru je obohacena o argon a molekulární dusík. Tyto plyny vyžadují ke kondenzaci a zachycení v ledových tělesech teploty 30 Kelvinů (-400 °F) nebo nižší. To je mnohem chladnější než tradiční sněžná čára. To naznačuje, že jádro Jupiteru se vytvořilo mnohem dále, než jsme si mysleli, nebo že raná sluneční mlhovina byla výrazně chladnější, než modely předpovídaly.
Pozdější úpravy teorie naznačovaly, že teplota v blízkosti centrální roviny mlhoviny by mohla být asi 25 Kelvinů. Chladnější, než jsme odhadovali. Záhada ale není zcela vyřešena.
Rychlost formování
Navzdory těmto problémům základ modelu sluneční mlhoviny obstojí při zkoumání. Infračervená a rádiová pozorování mladých hvězd potvrzují přítomnost disků hmoty. A potvrzují rychlost.
Vznik planet není měřený proces. Je to marnivost.
Mezihvězdný mrak se zhroutí do disku asi za jeden milion let. Ale pevné částice nečekají. Usazují se na střední rovině. Rychle.
U částice o velikosti 1 mikronu trvá sedimentace 100 000 let. Pro oblázky o velikosti 1 centimetr? Pouze 10 let.
Čím je střední rovina hustší, dochází ke srážkám častěji. Růst se zrychluje. Gravitační pole sílí. Matematika je krutá, ale účinná. Objekty o průměru 10 kilometrů – planetesimály, stavební kameny světů – vznikají za pouhých 1000 let.
Zůstal nám vesmír, který staví světy na chvíli, i když stále zjišťujeme, jak přesně do sebe jednotlivé části zapadají. Disk je komprimovaný. Teplota stoupá. Tvoří se led. A někde v tomto chaosu se planeta začíná shromažďovat do sebe.
Chaos pozdní fáze formování planet
Narůstání se nezastaví, když planeta dosáhne své konečné velikosti. pokračuje. A stává se stále bouřlivější. Energie uvolněná těmito pozdními dopady stačí k odpaření horniny a roztavení celé kůry. Původní, zhuštěný materiál, který to všechno začal, je zcela promíchaný.
Teoretické modely naznačují, že spolu s planetami, které dnes vidíme, se vytvořilo několik měsíčních a marťanských těles – planetárních embryí. Když se tito obři srazili s rostoucími planetami, výsledky byly chaotické. To je pravděpodobně důvod, proč má Merkur tak abnormálně vysokou hustotu. Nebo proč se Venuše otáčí dozadu tak pomalu. Tomu se nevyhnula ani země. Embryo velikosti Marsu narazilo do naší planety a vyvrhlo trosky, které se nakonec shlukly do Měsíce. Menší dopady na Mars ztenčily jeho atmosféru do řídkého stavu, jaký vidíme dnes.
Čas s chlazením moc nepomohl. Izotopy radioaktivních prvků s krátkou životností ve vzorcích měsíční půdy a meteoritech nám říkají, že vnitřní planety a Měsíc dokončily formování během 50 milionů let od kolapsu sluneční mlhoviny. Uklízení ale trvalo déle. Intenzivní bombardování zbývajících trosek pokračovalo dalších 600 milionů let. Tyto pozdější srážky přidaly velmi málo hmoty. Pouze poškrábaly povrch.
Jak vnější planety zachytily své měsíce
Stejné pravidlo akrece platilo také ve vnějším směru. Ale tady byly ingredience jiné. Ledové planetesimály postavily objekty s hmotností desetkrát větší než Země. Tato hmotnost byla dostatečná k tomu, aby přitáhla okolní plyn a prach ze sluneční mlhoviny. Planety se zvětšily tak, že jejich složení odráželo složení Slunce: většinou vodík a helium.
Každá obří planeta vyvinula svůj vlastní minidisk, submlhovinu. Tento disk podporoval tvorbu pravidelných satelitů. Tyto měsíce mají kruhové, rovníkové dráhy, které se shodují se směrem rotace planety. Narodili se z disku.
Nepravidelné satelity jsou úplně jiný příběh. Mají prodloužené, skloněné nebo retrográdní dráhy. Nenarodili se v submlhovině. Byli zajati. Tyto objekty zpočátku obíhaly kolem Slunce, dokud je nezachytila gravitace planety. Klasickými příklady jsou Neptunův Triton a Saturnova Phoebe. Každá obří planeta má ve své družině alespoň jeden zachycený satelit.
Jupiterovy Galileovské měsíce vykazují hustotu, která odráží celkovou strukturu sluneční soustavy. Io a Europa jsou blízko a skalnaté. Ganymede a Callisto jsou dále a jsou napůl led. Proč? Raný Jupiter byl dostatečně horký, aby zabránil kondenzaci ledu v blízkosti oběžné dráhy Io. Teplotní gradient diktoval složení.
Zbytky: Asteroidy a komety
Jakmile se většina hmoty shlukla do samostatných objektů, sluneční vítr zesílil. Vyfoukl zbývající plyn a prach ze systému. Podobné emise dnes vidíme kolem mladých hvězd. Zůstaly větší kusy.
Rychlý růst Jupitera vytvořil mezeru mezi ním a Marsem. Zabránil tam vytvoření planety. Tato mezera je nyní pásem asteroidů. Žijí tam tisíce objektů, ale jejich celková hmotnost je menší než jedna třetina hmotnosti Měsíce. Meteority na Zemi pocházejí hlavně z těchto asteroidů. Jsou to časové kapsle nabízející vodítka o podmínkách v rané mlhovině.
Dále, ledová jádra komet jsou planetesimály, které vznikly v chladu. Většina z nich je malinká. Chiron, objekt skupiny kentaurů, je asi 200 km široký. Chová se jako kometa, i když byla dříve klasifikována jako asteroid. Pluto a Eris v Kuiperově pásu jsou mnohem větší.
Většina objektů Kuiperova pásu vznikla in situ. Výpočty však ukazují, že obří planety při migraci vyvrhly miliardy ledových planetesimál. Tyto vyloučené objekty se staly Oortovým oblakem.
Proč plynní obři nosí prsteny?
Vznik prstencových systémů je přímým důsledkem vývoje planet. Nejsou to starověké pozůstatky ze sluneční mlhoviny. Jedná se o dočasné, recyklované zbytky.
Satelit se může přiblížit příliš blízko své planetě. Pokud překročí Rocheovu hranici, slapové síly ji roztrhají. Úlomky nepadají na povrch. Jsou distribuovány na disk. Z tohoto disku se stane prsten. Alternativně mohou být kometa nebo asteroid zachyceny a rozbity nárazy. Trosky jsou rozdrceny na prach a kámen.
Saturnovy prstence jsou masivní. Mohou to být pozůstatky zničeného satelitu. Nebo by to mohl být materiál, který nikdy nebyl nahromaděn do satelitu kvůli slapovým silám. Uran a Neptun mají tenčí a tmavší prstence. Jejich materiál je pravděpodobně starší, tmavší a více zpracovaný.
Prsteny jsou dynamické. Mění se. Záření a dopady mikrometeoroidů mění jejich složení. Gravitační vlny uvnitř prstenců mohou vytvářet trhliny nebo shluky. Satelity mohou okraje prstenců „oškrábat“ a učinit je jasnými. Bez této neustálé interakce by se prstence rozptýlily nebo narostly zpět do satelitů. Jsou znakem aktivní planetární mechaniky, nikoli statické historie.
Sluneční soustava, kterou dnes vidíme, je kolizní hřbitov. Každý útvar, od hustoty Merkuru po prstence Saturnu, je jizvou nebo pozůstatkem toho chaotického dětství.
Prsteny jsou víc než jen krásná dekorace. Toto je fyzický důkaz tvrdých pravidel gravitace.
Vidíme je kolem Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu. Každý prsten leží v určité hranici zvané Rocheův limit. Toto jméno je dáno na počest francouzského matematika 19. století Edouarda Roche. Vysvětlil, proč látka zůstává ve formě prachu a nedrží se pohromadě do satelitů.
Uvnitř tohoto limitu se dva malé kameny nemohou slepit. Proč? Protože gravitace planety na ně působí jinak. Jedna strana kamene zažívá silnější přitažlivost než druhá. Planeta vítězí. Kámen je zničen. Nemůže narůstat. Nemůže růst.
Gravitační pole planety také funguje jako směšovač. Distribuuje částice. Minimalizuje náhodné kolize. Žádná kolize neznamená žádný růst. Zůstane jen plochý disk trosek.
Záhada původu prstenů
To vysvětluje kde prsteny jsou. Ale to nevysvětluje kdy se objevili. Nebo jak jsou drženy v radiálním směru.
Odpověď závisí na planetě.
Pro Jupiter je systém stabilní. Je to rovnováha mezi zrozením a smrtí. Vnitřní měsíce neustále emitují částice. Čerstvý prach nahrazuje starý prach. Toto je dopravník trosek.
Saturn je složitější. Vědci jsou rozděleni v názorech. Jedna skupina věří, že prsteny jsou staré. Pozůstatky z formování planety. Jiná skupina tvrdí, že jsou mladí. Mohou být staré jen několik set milionů let. Toto je okamžik v kosmickém čase.
V každém případě jsou zdrojem pravděpodobně ledové planetesimály. Tyto masivní zbytky se srazily. Havarovali. Výsledné fragmenty jsou malé částice, které dnes vidíme.
Řešení hádanky úhlové hybnosti
Je tu ještě jeden problém, který rané astronomy mátl. Záhada momentu hybnosti.
Kant a Laplace se to pokusili vyřešit. Nepodařilo se. v čem je problém? Slunce má většinu hmoty. Planety mají většinu své rotace. Je to naopak. Od masivního těla by se dalo očekávat, že udrží moment hybnosti.
Moderní astronomie řeší tento problém studiem hvězd. Opravdu je pečlivě studovat.
Hvězdy o něco hmotnější než naše Slunce rotují pomalu. Ne tak rychle, jak předpovídají fyzikální modely. Mají nedostatek. Nedostatek rotace. Nejmenší hvězdy vykazují stejný problém.
Na vině je sluneční vítr.
Slunce má vnější atmosféru. Neustále se rozšiřuje do vesmíru. Není to jen prázdný vzduch, který utíká pryč. Nosí hmotu. Nese moment hybnosti.
Hvězdy s vysokou hmotností tohle nedělají. Nemají silné hvězdné větry. Pořád se točí. Slunce to dělá. Ztrácí hmotu do prostoru. Tato ztráta zpomaluje jeho rotaci.
Stalo se to více než 4,6 miliardy let. Slunce zpomalilo. Planety si zachovaly rotaci zděděnou z původní mlhoviny. Slunce odevzdalo svou úhlovou hybnost prázdnotě. Planety si ponechaly své. To je důvod, proč obíháme pomalu rotující hvězdu.
Hledání exoplanet není jen hledání sousedů. Jde o pokus překonat izolaci naší vlastní sluneční soustavy. Po celá desetiletí astronomové pracovali pod přísnými omezeními. Měli pouze jeden datový bod. Země.
Jak vlastně vzniká planetární systém? Mohli jsme to jen hádat, když jsme se dívali na náš vlastní „dvorek“. Nalezení planet kolem jiných hvězd vše změní. Tím se eliminuje zkreslení jednoho příkladu. Tím se spekulace mění ve vědu.
Ale odhalit tyto světy je obtížné. Tyto předměty jsou drobné. Jsou matné. A skrývají se v oslnivé záři svých mateřských hvězd. Přímá střelba z pozemních dalekohledů? Téměř nemožné. Záření je jednoduše „rozsvítí“.
Astronomové byli tedy kreativní. Začali hledat kývač.
Neviditelný tah
Planety nevisí jen ve vesmíru. Táhnou.
Hmotná planeta přitahuje svou hvězdu. To vytváří mírné gravitační kolísání, když se hvězda pohybuje vesmírem. Astronomové tyto jemné posuny sledovali. Pozorovali také periodické změny záření hvězdy. Planeta táhne hvězdu buď směrem k nám, nebo od nás. Tento posun mění světlo, které vidíme.
Byl tu ještě jeden trik. Tranzitní doprava.
Když planeta prochází před svou hvězdou, blokuje nepatrný zlomek světla. Hvězda slábne. Jen na chvíli. Měření tohoto poklesu jasu se stalo primární metodou detekce.
Po mnoho let byly tyto nepřímé metody jedinou možností vstupu. Přímé zobrazování zůstalo „svatým grálem“.
První detekce
Počátek devadesátých let přinesl první skutečné důkazy. Astronomové objevili tři tělesa obíhající kolem PSR B1257+12.
Nebyla to hvězda jako Slunce. Byl to pulsar. Rychle rotující neutronová hvězda. Mrtvý, hustý a rotující velkou rychlostí. Objev planet tam byl šok. To naznačovalo, že ke vzniku planet může dojít i v drsných následcích supernovy.
Pak nastal zlom. 1995
Kolem 51 Pegasů byla oznámena masivní planeta. Tohle bylo jiné. Byla to hvězda podobná Slunci. Hvězda hlavní sekvence. Správný solární analog.
Objev potvrdil, že obří planety existují mimo naši soustavu. Do konce roku 1996 se seznam rozrůstal. Ale přímé fotky? Všechno bylo stále mimo dosah.
Trvalo až do roku 2005, než astronomové pořídili první přímou fotografii toho, co se ukázalo jako exoplaneta. Desítky let hledání. Desetiletí nepřímých závěrů. Nakonec vizuální potvrzení.
Žhaví Jupiterové a porušená pravidla
Nyní jsou známy stovky planetárních systémů. Data přicházejí v proudu. A tato data jsou zvláštní.
Mnoho z těchto systémů obsahuje obří planety. Jupitery. Ale nejsou tam, kde jsme očekávali, že je uvidíme. Obíhají blíže ke svým hvězdám než Merkur k našemu Slunci.
To je problém.
Standardní teorie formace říká, že obří planety by měly vzniknout daleko. Dost daleko, aby byla zima. Je dost chladno na to, aby kondenzoval led. Led poskytuje pevný materiál potřebný k vytvoření masivního jádra. Pokud je příliš horko, není led. Žádná obří planeta neexistuje.
Jak tedy vznikly tyto horké Jupitery?
Jedna teorie: migrace.
Možná se vytvořili daleko, kde byla zima. Pak se přestěhovali. Planeta interaguje s diskem plynu a prachu obklopujícím hvězdu. Slapové síly stahují planetu dovnitř. Pomalu se točí ve spirále směrem ke hvězdě. Zastaví se, když dojde materiál disku. Hvězda ji pohltí.
Počítačové modely tuto teorii podporují. Je to ale úplná pravda? Astronomové zůstávají rozděleni.
Dilema sněhové čáry
Náš vlastní systém obsahuje také rady.
Sonda Galileo se ponořila do atmosféry Jupiteru. Měřil obsah argonu a molekulárního dusíku. Úroveň obohacení byla nesprávná. Neodpovídala vysokým teplotám očekávaným v blízkosti “čáry sněhu” v období formování.
Sněhová čára je hranice, kde těkavé sloučeniny zamrzají na led. Mysleli jsme si, že je to rozhodující pro vznik obřích planet. Bez něj se získávají pouze kamenné planety.
Údaje o Jupiteru naznačují opak.
Možná hranice sněhu nebyla tak důležitá, jak jsme si mysleli. Nebo je možná chronologie nesprávná. Led se mohl vytvořit velmi brzy. Když střední rovina mlhoviny měla teplotu pod 25 K.
Při této teplotě by byla sněhová čára mnohem blíže Slunci, než je nyní Jupiter. Ale v tak blízkých vzdálenostech nebylo dost hmoty na vybudování obří planety.
Led se tedy tvořil daleko. Ale podmínky byly jiné. Chladnější. Dříve.
Co bude dál
První dekádu objevování exoplanet ovládali obři. Hmotnosti podobné nebo větší než hmotnost Jupitera. Lze je snadno najít. Více hmoty znamená více kolísání. Více hmoty znamená hlubší tranzity.
Menší planety se hledají obtížněji.
Jak se detekční metody zlepšují, astronomové najdou menší světy. Planety velikosti Země. Rocky.
Tyto malé nálezy vyplní mezery. Ukážou nám, jak vznikají systémy, jako je ten náš. Jak se vyvíjejí. Jak často se setkáváme?
Více prozradí Wiggle. Ztlumení jasu odhalí více. Lesk nakonec ztratí svou sílu.
Pravidla se stále učíme. A pravidla se neustále mění.
