astronomie

cíle učení

na konci této části budete moci:

  • popište vlastnosti objektů kentaura
  • Zaznamenejte objev a popište složení Oortova oblaku
  • popište objekty trans-Neptunian a Kuiperův pás
  • vysvětlete navrhovaný osud komet, které vstupují do vnitřní sluneční soustavy

komety, které si všimneme, když se přiblíží k zemi (zejména ty, které přicházejí poprvé), jsou pravděpodobně nejprimitivnější objekty, které můžeme studovat, zachované nezměněné po miliardy let v hlubokém zmrazení vnější sluneční soustavy. Astronomové však objevili mnoho dalších objektů, které obíhají kolem Slunce za planetami.

Kentauři

Obrázek 1: Chironova Orbita. Chiron obíhá kolem Slunce každých 50 let, přičemž jeho nejbližší přístup je uvnitř oběžné dráhy Saturnu a jeho nejvzdálenější přístup k oběžné dráze uranu.

ve vnější sluneční soustavě, kde většina objektů obsahuje velké množství vodního ledu, se rozdíl mezi asteroidy a kometami rozpadá. Astronomové zpočátku stále používali název „asteroidy“ pro nové objekty objevené kolem Slunce s oběžnými dráhami, které je nesou daleko za Jupiterem. Prvním z těchto objektů je Chiron, nalezený v roce 1977 na dráze, která jej přenáší z oběžné dráhy Saturnu při jeho nejbližším přiblížení ke Slunci téměř do vzdálenosti uranu (Obrázek 1). Průměr Chironu se odhaduje na asi 200 kilometrů, mnohem větší než jakákoli známá kometa.

v roce 1992 byl objeven ještě vzdálenější objekt jménem Pholus s oběžnou dráhou, která ho odvádí 33 AU od Slunce, za oběžnou dráhu Neptunu. Pholus má nejčervenější povrch jakéhokoli objektu ve sluneční soustavě, což naznačuje podivné (a stále neznámé) složení povrchu. Jak se v těchto vzdálených oblastech objevuje více objektů, astronomové se rozhodli, že dostanou jména kentaurů z klasické mytologie; je to proto, že kentauři byli napůl lidé, napůl kůň, a tyto nové objekty vykazují některé vlastnosti asteroidů i komet.

za oběžnou dráhou Neptunu leží studená, temná říše osídlená objekty nazývanými jednoduše trans-Neptunské objekty (TNOs). Prvním objeveným a nejznámějším z těchto tno je trpasličí planeta Pluto. Diskutovali jsme o Plutu a kosmické lodi New Horizons, které se s ním setkávají v prstencích, měsících a Plutu. Druhý TNO byl objeven v roce 1992 a nyní je známo více než tisíc, většina z nich je menší než Pluto.

největší po Plutu—pojmenované Eris, Makemake a Haumea—jsou také klasifikovány jako trpasličí planety. Kromě jejich malé velikosti mají trpasličí planety mnoho společných vlastností s většími planetami. Pluto má pět měsíců, a byly objeveny dva měsíce obíhající kolem Haumea a jeden každý kroužící kolem Eris a Makemake.

Kuiperův pás a Oortův mrak

TNOs jsou součástí toho, co se nazývá Kuiperův pás, velká oblast vesmíru za Neptunem, která je také zdrojem mnoha komet. Astronomové studují Kuiperův pás dvěma způsoby. Nové, výkonnější dalekohledy nám umožňují přímo objevit mnoho větších členů Kuiperova pásu. Můžeme také měřit složení komet, které pocházejí z Kuiperova pásu. Bylo objeveno více než tisíc objektů Kuiperova pásu a astronomové odhadují, že na disku, který se rozprostírá asi 50 AU od Slunce, je více než 100 000 s průměry velkými než 100 kilometrů.

předpokládá se, že krátkodobé komety (jako je Halley) pocházejí z Kuiperova pásu, kde malé gravitační poruchy z Neptunu mohou postupně posouvat své oběžné dráhy, dokud nemohou proniknout do vnitřní sluneční soustavy. Komety s dlouhým obdobím však pocházejí z mnohem vzdálenějšího rezervoáru ledových objektů, nazývaného Oortův mrak.

Obrázek 2: Jan Oort (1900-1992). Jan Oort nejprve navrhl, že by na okraji oblasti gravitačního vlivu Slunce mohla být rezervoár zmrzlých kousků, potenciálních jader komety. (kredit: Observatoř Leiden)

pečlivé studie oběžných drah komet dlouhého období odhalily, že pocházejí zpočátku z velmi velkých vzdáleností. Sledováním jejich oběžných drah zpět můžeme vypočítat, že aphelia (body nejdále od Slunce) nově objevených komet mají obvykle hodnoty blízké 50 000 AU (více než tisíckrát dále než Pluto). Toto shlukování aphelionových vzdáleností poprvé zaznamenal nizozemský astronom Jan Oort, který v roce 1950 navrhl nápad na původ těch komet, které jsou dodnes přijímány (Obrázek 2).

je možné vypočítat, že gravitační sféra vlivu hvězdy-vzdálenost, ve které může vyvinout dostatečnou gravitaci, aby se udržela na obíhajících objektech-je asi jedna třetina její vzdálenosti k nejbližším dalším hvězdám. Hvězdy v blízkosti Slunce jsou rozmístěny tak, že sféra vlivu Slunce přesahuje o něco více než 50 000 AU, nebo asi 1 světelný rok. Na tak velkých vzdálenostech však mohou být objekty na oběžné dráze kolem Slunce narušeny gravitací procházejících hvězd. Některé z narušených objektů se pak mohou vydat na oběžné dráhy, které je přivedou mnohem blíže ke slunci (zatímco jiné mohou být navždy ztraceny ve sluneční soustavě).

Oort proto navrhl, že nové komety, které jsme viděli, byly příklady objektů obíhajících kolem Slunce poblíž okraje jeho sféry vlivu, jejichž oběžné dráhy byly narušeny blízkými hvězdami, a nakonec je přiblížily slunci, kde je můžeme vidět. Zásobník starých ledových objektů, ze kterých jsou takové komety odvozeny, se nyní nazývá Oortův mrak.

astronomové odhadují, že v oortově oblaku je asi bilion (1012) komet. Kromě toho odhadujeme, že asi 10krát tento počet ledových objektů by mohl obíhat kolem Slunce v objemu prostoru mezi Kuiperovým pásem (který je gravitačně spojen s Neptunem) a oortovým mrakem. Tyto objekty zůstávají neobjevené, protože jsou příliš slabé na to, aby byly vidět přímo, a jejich oběžné dráhy jsou příliš stabilní, aby umožnily, aby se některý z nich vychýlil dovnitř blízko Slunce. Celkový počet ledových nebo kometárních objektů ve vnějším dosahu naší sluneční soustavy by tedy mohl být řádově 10 bilionů (1013), což je skutečně velmi velké množství.

jaká je hmotnost reprezentovaná 1013 kometami? Můžeme odhadnout, pokud předpokládáme něco o velikosti a hmotnosti komety. Předpokládejme, že jádro komety Halley je typické. Jeho pozorovaný objem je asi 600 km3. Pokud je primární složkou vodní led s hustotou asi 1 g / cm3, pak celková hmotnost Halleyova jádra musí být asi 6 × 1014 kilogramů. To je asi deset miliardtiny (10-10) hmotnosti Země.

pokud je náš odhad rozumný a existuje 1013 komet s touto hmotností, jejich celková hmotnost by se rovnala asi 1000 zeminám-srovnatelné s hmotností všech planet dohromady. Proto by ledový kometární materiál mohl být nejdůležitější složkou sluneční soustavy po samotném slunci.

časný vývoj planetární soustavy

komety z Oortova oblaku nám pomáhají vzorkovat materiál, který se tvořil velmi daleko od Slunce, zatímco krátkodobé komety z Kuiperova pásu vzorkovaly materiály, které byly planetesimály v disku sluneční mlhoviny, ale netvořily planety. Studie Kuiperova pásu také ovlivňují naše chápání raného vývoje našeho planetárního systému.

objekty v oortově oblaku a Kuiperově pásu mají různé historie, a proto mohou mít různé složení. Astronomové se proto velmi zajímají o srovnání podrobných měření komet odvozených z těchto dvou zdrojových oblastí. Většina jasných komet, které byly studovány v minulosti (Halley, Hyakutake, Hale-Bopp), jsou oortovy cloudové komety, ale P67 a několik dalších komet zaměřených na měření kosmických lodí v příštím desetiletí jsou Jupiterovy komety z Kuiperova pásu.

Kuiperův pás je tvořen ledovými a skalními planetesimály, pozůstatkem stavebních kamenů planet. Protože je gravitačně spojen s Neptunem, může nám pomoci pochopit vznik a historii sluneční soustavy. Jak se obří planety formovaly, jejich gravitace hluboce ovlivnila oběžné dráhy objektů Kuiperova pásu. Počítačové simulace raného vývoje planetárního systému naznačují, že gravitační interakce mezi obřími planetami a zbývajícími planetesimály způsobily, že se oběžná dráha Jupitera posunula dovnitř, zatímco oběžné dráhy Saturnu, Uranu a Neptunu se rozšířily a nesly s sebou Kuiperův pás.

další hypotézy zahrnují pátou obří planetu, která byla zcela vyloučena ze sluneční soustavy, když se planetární oběžné dráhy posunuly. Neptunův retrográdní (zpětně obíhající) měsíc Triton (který je téměř stejně velký jako Pluto) mohl být objekt Kuiperova pásu zachycený Neptunem během období posunu oběžných drah. Zdá se, že Kuiperův pás může nést důležité stopy o tom, jak naše sluneční soustava dosáhla své současné planetární konfigurace.

lov komet jako koníček

obrázek 3: David Levy. Amatérský astronom David Levy se za objevy komet řadí na třetí místo na světě. (kredit: Andrew Fraknoi)

když amatérský astronom David Levy (obrázek 3), spoluobjevitel komety Shoemaker-Levy 9, našel svou první kometu, strávil již 928 neplodných hodin hledáním temné noční oblohy. Objev první komety mu ale jen podnítil chuť k jídlu. Od té doby, našel 8 jiní na jeho vlastní a 13 více pracuje s ostatními. Navzdory tomuto působivému rekordu se v počtu objevů komety řadí pouze na třetí místo v rekordních knihách. David ale doufá, že jednou rekord překoná.

po celém světě tráví oddaní amatérští pozorovatelé nespočet nocí skenováním oblohy pro nové komety. Astronomie je jedním z mála vědních oborů, kde amatéři mohou stále smysluplně přispět, a objev komety je jedním z nejzajímavějších způsobů, jak si mohou v astronomické historii upevnit své místo. Don Machholz, Kalifornský Amatér (a lovec komet), který provádí studii objevů komet, uvedl, že v letech 1975 až 1995 bylo 38% všech objevených komet nalezeno amatéry. Těch 20 let přineslo 67 komet pro amatéry, nebo téměř 4 za rok. To by mohlo znít docela povzbudivě pro nové lovce komet, dokud se nedozví, že průměrný počet hodin, které typický amatér strávil hledáním komety, než ji našel, byl asi 420. Je zřejmé, že to není aktivita pro netrpělivé osobnosti.

co dělají lovci komet, pokud si myslí, že našli novou kometu? Nejprve musí zkontrolovat polohu objektu v atlasu oblohy, aby se ujistili, že je to opravdu kometa. Vzhledem k tomu, že k prvnímu pozorování komety obvykle dochází, když je stále daleko od Slunce a předtím, než sportuje významný ocas, bude vypadat pouze jako malá, fuzzy náplast. A prostřednictvím většiny amatérských dalekohledů budou také mlhoviny (mraky kosmického plynu a prachu)a galaxie (vzdálené seskupení hvězd). Dále musí zkontrolovat, zda nenarazili na kometu, která je již známá, v takovém případě dostanou místo slávy a slávy pouze poplácání po zádech. Poté je musí znovu pozorovat nebo znovu zobrazit, aby zjistili, zda je jeho pohyb na obloze vhodný pro komety.

lovci komet, kteří si myslí, že objevili, často získají jiného lovce komet jinde v zemi, aby to potvrdili. Pokud se vše osvědčí, místo, které kontaktují, je ústřední úřad pro astronomické telegramy v Harvard-Smithsonianově Centru pro astrofyziku v Cambridge v Massachusetts (http://www.cbat.eps.harvard.edu/). Pokud se objev potvrdí, úřad pošle zprávy astronomům a observatořím po celém světě. Jednou z jedinečných odměn lovu komet je to, že jméno objevitele je spojeno s novou kometou-trochu kosmické slávy, které se může vyrovnat jen málo koníčků.

osud komet

každá kometa, kterou dnes vidíme, stráví téměř celou svou existenci v oortově oblaku nebo Kuiperově pásu při teplotě blízké absolutní nule. Jakmile však kometa vstoupí do vnitřní sluneční soustavy, její dříve bezproblémová životní historie se začíná zrychlovat. Může samozřejmě přežít svůj počáteční průchod poblíž Slunce a vrátit se do chladných oblastí vesmíru, kde strávil předchozí 4, 5 miliardy let. Na druhém extrému se může srazit se sluncem nebo se přiblížit tak blízko, že je zničen při svém prvním průchodu perihelionem(několik takových kolizí bylo pozorováno u kosmických dalekohledů, které monitorují slunce). Někdy však nová kometa nepřichází tak blízko ke Slunci,ale místo toho interaguje s jednou nebo více planetami.

SOHO (sluneční a Heliosférická Observatoř) má vynikající sbírku videí komet, které se blíží Slunci. Na tomto místě se kometa ISON blíží ke Slunci a předpokládá se, že je zničena při jejím průchodu.

kometa, která spadá do gravitačního vlivu planety, má tři možné osudy. To může (1) dopad na planetu, končit příběh najednou; (2) zrychlit a být vysunut, opouštět sluneční soustavu navždy; nebo (3) být narušen na oběžnou dráhu s kratším obdobím. V posledním případě je jeho osud zpečetěn. Pokaždé, když se přiblíží ke Slunci, ztratí část svého materiálu a má také významnou šanci na kolizi s planetou. Jakmile je kometa v tomto druhu krátkodobé oběžné dráhy, její životnost začíná být měřena v tisících, ne miliardách let.

několik komet končí svůj život katastroficky rozpadem (někdy bez zjevného důvodu) (obrázek 4). Obzvláště velkolepý byl osud slabé komety Shoemaker-Levy 9, která se rozpadla na asi 20 kusů, když prošla blízko Jupiteru v červenci 1992. Fragmenty Shoemaker-Levy byly ve skutečnosti zachyceny na velmi protáhlé, dvouletá oběžná dráha kolem Jupitera, více než zdvojnásobení počtu známých jovských měsíců. Jednalo se však pouze o dočasné obohacení Jupiterovy rodiny, protože v červenci 1994 všechny úlomky komety narazily na Jupiter a uvolnily energii odpovídající milionům megatun TNT.

obrázek 4: rozpad komety lineární. (a) pozemní pohled s mnohem méně detaily a (b) mnohem podrobnější fotografie s Hubbleovým vesmírným dalekohledem, ukazující více fragmentů jádra komety lineární. Kometa se bez zjevného důvodu rozpadla v červenci 2000. (Poznámka v levém pohledu, všechny fragmenty mísí své světlo dohromady a nelze je rozlišit. Krátké diagonální bílé čáry jsou hvězdy, které se pohybují v obraze, který sleduje pohybující se kometu.) (kredit a: modifikace práce na Havajské univerzitě; kredit b: modifikace práce NASA, Harolda Weavera (Johns Hopkins University) a týmu HST Comet LINEAR Investigation Team)

když každý kometární fragment pronikl do jovianské atmosféry rychlostí 60 kilometrů za sekundu, rozpadl se a explodoval a vytvořil horkou ohnivou kouli, která přenášela prach komety i atmosférické plyny do vysokých nadmořských výšek. Tyto ohnivé koule byly jasně viditelné v profilu, se skutečným bodem nárazu těsně za jovianským obzorem při pohledu ze země (obrázek 5). Když každý výbušný oblak spadl zpět do Jupiteru, oblast horní atmosféry větší než Země byla zahřátá na žhavení a zářila brilantně asi 15 minut, záře, kterou jsme mohli detekovat pomocí infračervených dalekohledů.

obrázek 5: dopad komety na Jupiter. (a) „řetězec“ bílých objektů jsou fragmenty komety Shoemaker-Levy 9 blížící se k Jupiteru. (b) první fragment komety dopadá na Jupitera, s bodem kontaktu na levé dolní straně na tomto obrázku. Vpravo je Jupiterův měsíc, Io. Stejně jasným bodem v horním snímku je fragment komety, který se rozhoří na maximální jas. Spodní obrázek, pořízený asi o 20 minut později, ukazuje přetrvávající vzplanutí z nárazu. Velká červená skvrna je viditelná poblíž středu Jupitera. Tyto infračervené snímky byly pořízeny Německo-španělským dalekohledem na Calar Alto v jižním Španělsku. (zápočet a: změna práce ESA; zápočet b: modifikace práce Tom Herbst, Max-Planck-Institut fuer Astronomie, Heidelberg, Doug Hamilton, Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Heidelberg, Hermann Boehnhardt, Universitaets-Sternewarte, Muenchen, a Jose Luis Ortiz Moreno, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada)

obrázek 6: dopad prachového mraku na Jupiter. Vnitřní okraj difuzního vnějšího prstence má přibližně stejnou velikost jako země. (zápočet: úprava díla H. Hammel, MIT a NASA / ESA)

po dopadu komety Shoemaker-Levy 9 s Jupiterem se temné mraky trosek usadily do stratosféry Jupiteru a vytvořily dlouhotrvající „modřiny“ (každý ještě větší než země), které bylo možné snadno vidět i malými dalekohledy.Tyto rysy byly poprvé pozorovány s Hubbleovým vesmírným dalekohledem 105 minut po nárazu, který vytvořil tmavé prstence viděné na obrázku 6 (kompaktní zadní tečka pocházela z jiného fragmentu). Později, větry na Jupiteru smíchaly tyto rysy do širokého místa, které zůstalo viditelné déle než měsíc.

miliony lidí po celém světě se dívaly na Jupiter prostřednictvím dalekohledů nebo sledovaly událost prostřednictvím televize nebo online. Další rys dopadu byl viděn na Jupiteru v létě 2009, což naznačuje, že události z roku 1994 nebyly v žádném případě jedinečné. Vidět tyto velké nárazové výbuchy na Jupiteru nám pomáhá ocenit katastrofu, která by se stala naší planetě, kdybychom byli zasaženi kometou nebo asteroidem.

u komet, které nesplňují tak dramatický konec, nám měření množství plynu a prachu v jejich atmosféře umožňuje odhadnout celkové ztráty během jedné oběžné dráhy. Typická míra ztrát je až milion tun denně z aktivní komety poblíž Slunce, což představuje až několik desítek milionů tun na oběžnou dráhu. Při této rychlosti zmizí typická kometa po několika tisících oběžných drahách. To bude pravděpodobně osud komety Halley v dlouhodobém horizontu.

toto video z historického kanálu ukazuje krátkou diskusi a animaci z televizního dokumentárního seriálu vesmír, který ukazuje srážku komety Shoemaker-Levy 9 s Jupiterem.

klíčové pojmy a shrnutí

Oort v roce 1950 navrhl, že komety s dlouhým obdobím jsou odvozeny od toho, co nyní nazýváme Oortův oblak, který obklopuje Slunce asi 50 000 AU (blízko hranice gravitační sféry vlivu Slunce) a obsahuje mezi 1012 a 1013 kometami. Komety také pocházejí z Kuiperova pásu, oblasti ve tvaru disku za oběžnou dráhou Neptunu, sahající až 50 AU od Slunce. Komety jsou primitivní těla, která zbyla z formování vnější sluneční soustavy. Jakmile je kometa odkloněna do vnitřní sluneční soustavy, obvykle přežije ne více než několik tisíc perihelionových průchodů, než ztratí všechny své těkavé látky. Některé komety umírají velkolepými úmrtími: například Shoemaker-Levy 9 se rozpadl na 20 kusů, než se v roce 1994 srazil s Jupiterem.

Glosář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.