Tajemniczy pas

Tomasz Rożek

publikacja 11.05.2010 12:46

Zarówno znajdujący się na orbicie okołoziemskiej teleskop Hubble’a, jak i teleskopy naziemne odkryły kilka lat temu podwójne tajemnicze obiekty w tzw. Pasie Kuipera. Są ciemne, występują zawsze dwójkami i wirują wokół siebie. Co to takiego? Nie wiadomo.

Tajemniczy pas

Pas Kuipera jest najbardziej zewnętrzną częścią Układu Słonecznego. Mimo że jego istnienie zostało teoretycznie przewidziane już w 1950 r., pierwsze obiekty należące do niego (tzw. KBO – Kuiper Belt Object) zaobserwowano dopiero kilkanaście lat temu. Poszukiwania obiektów poza orbitą Plutona rozpoczęto pod koniec lat 80. XX wieku. Pomogło zastosowanie w astronomii matryc światłoczułych, które teraz są standardem w fotografii cyfrowej. Prace ruszyły z kopyta w 1989 roku, gdy powstała matryca CCD o rozdzielczości 1024x1024 pikseli (czyli 1 mln pixeli). Dzisiaj w amatorskiej fotografii matryce mają rozdzielczość około 10 razy większą. To nie znaczy, że kupiony za kilkaset złotych aparat fotograficzny może z Ziemi robić zdjęcia obiektów w Pasie Kuipera. Najważniejsza była optyka, czyli cały teleskop. Matryce stosowano, bo obraz cyfrowy mógł być automatycznie przetwarzany przez komputery.

Skała, metal i woda
W odległości nawet 100 AU (jednostek astronomicznych) od Słońca krążą jądra przyszłych komet, planetoidy, kawałki zmrożonych skał i międzyplanetarny pył. Jedna AU to średnia odległość Ziemi od Słońca, czyli ok. 150 mln kilometrów. Pas Kuipera znajduje się zatem poza orbitą najdalszej planety. Obecnie znanych jest kilka tysięcy obiektów w Pasie Kuipera, a przewidywania teoretyczne mówią, że powinno ich być ok. 10 mld (w tym kilkadziesiąt tysięcy o średnicy powyżej 100 km). Skąd bierze się różnica pomiędzy liczbą obiektów dotychczas zaobserwowanych i liczbą przewidywanych?

Obiekty w Pasie Kuipera znajdują się bardzo daleko, są bardzo małe i nie emitują własnego światła. I to właśnie jest powodem, że nawet najpotężniejsze ziemskie teleskopy nie potrafią sobie poradzić z ich obserwacją. Z powodów czysto technicznych badania tego obszaru Układu Słonecznego stały się możliwe dopiero kilkanaście lat temu. Pierwszy obiekt w Pasie Kuipera odkryto 30 sierpnia 1992 roku po kilku latach obserwacji. Nazwano go (15760) 1992 QB1. Ocenia się, że jego średnica wynosi około 150 km, ale nie wiadomo, z czego się składa. Zewnętrzny pas planetoid to głównie nieforemne kawałki skał i metalu. Ale całkiem sporo obiektów w Pasie Kuipera to zamarznięte kule amoniaku, metanu i wody.

Pluton to nie planeta
To, czego nie mogą zobaczyć teleskopy naziemne, nie umknie uwadze kosmicznego teleskopu Hubble’a. Znajduje się poza warstwą ziemskiej atmosfery, więc może obserwować obiekty trudne albo wręcz niemożliwe do obserwacji przez tradycyjne przyrządy. Ziemskie obserwatoria mogą jednak pełnić rolę pomocniczą w przyglądaniu się tak dalekim obiektom. Skąd w Pasie Kuipera wzięły się jakiekolwiek obiekty? Z całą pewnością – przynajmniej w dużej części – są to kawałki materii, które nie uformowały się w żadną planetę. Mówi się także, że małe ciała mogły powstać w pobliżu tzw. planet gigantów (np. Jowisza czy Saturna), a następnie zostać wyrzucone siłami grawitacyjnymi na peryferie Układu Słonecznego.

To samo stało się z Neptunem i Plutonem. One nie mogły powstać w miejscach, gdzie teraz się znajdują, bo w czasie tworzenia planet w tych rejonach Układu Słonecznego było za mało materii. Te planety powstały znacznie bliżej Słońca, ale z czasem zostały „wyrzucone” dalej od dziennej gwiazdy. Pluton i jego dwa księżyce, Tryton i Charon, znalazły się tak daleko, że dzisiaj zaliczane są do obiektów należących do Pasa Kuipera. Kilka lat temu Międzynarodowa Unia Astronomiczna uznała nawet, że nie powinno się ich nazywać planetami, tylko obiektami planetopodobnymi. Dzięki obserwacjom poczynionym przez zespół pracujący na telekopie w Kamuela na Hawajach, odkryto jeszcze jednego rodzaju tajemnicze obiekty. Na razie nikt nie wie, czym są, jak powstają i jaka jest ich historia.

Wirują, choć nie wiadomo, dlaczego
Obserwacje z 1998 roku, a następnie ich powtórka z 2000 roku doprowadziły do zidentyfikowania, a następnie bardzo dokładnego przebadania obiektu nazwanego 1998 WW31. Jest to podobno najdokładniej przebadany obiekt w Pasie Kuipera. Okazało się też, że podobnych mu może być znacznie więcej. Ich wspólną cechą jest to, że nigdy nie występują w pojedynkę, a zawsze parami. Obracają się dookoła punktu zwanego środkiem masy. To punkt czysto teoretyczny, który znajduje się dokładnie pomiędzy środkami dwóch obiektów, które tyle samo ważą. Gdy jeden z obiektów waży więcej niż drugi, punkt ten znajduje się bliżej tego cięższego. Obracające się wokół siebie planetoidy mogłyby przypominać układ planeta–księżyc. Tyle tylko, że tak jak planety są dużo większe niż ich księżyce, tak tutaj obydwa obiekty są podobnej wielkości. W sumie podwójnych obiektów do 2000 roku zaobserwowano siedem. Dzięki danym z teleskopu orbitalnego możliwe było zmierzenie masy 1998 WW31. Okazało się, że obiekty wirujące wokół wspólnej osi z okresem 570 dni ważą razem ok. 5000 razy mniej niż Pluton ze swoim księżycem – Charonem, czyli około 1018 kg. Większy z obiektów ma średnicę około 140 km. Co jednak znacznie dziwniejsze – a tego nie zaobserwowano nigdzie indziej – odległość pomiędzy partnerami z Pasa Kuipera jest zmienna. W 1998 WW31 zmienia się od 4 tys. do 40 tys. kilometrów.

Ciekawe granice
Na razie nic poza bezpośrednimi obserwacjami podwójnych obiektów nie wiadomo. Co jest źródłem energii, która „napędza” te dosyć niecodzienne obiekty? Być może to rozbite na części w trakcie kosmicznej kolizji większe ciała, a może od samego początku swego istnienia „trzymały się razem”. Skoro w Pasie Kuipera znajdują się obiekty tak interesujące jak podwójne układy planetoid, co uda się znaleźć poza zewnętrznym pasem planetoid? Na przykład w tzw. Dysku Rozproszonym (zaliczanym przez niektórych do zewnętrznych peryferii Pasa Kuipera) albo w tzw. Obłoku Oorta. Istnienie tego ostatniego nie zostało jeszcze udowodnione. Jego istnienie przewidują modele matematyczne Układu Słonecznego. Obłok Oorta znajduje się tak daleko od Słońca, że nie ma dzisiaj sposobu zaobserwowania znajdujących się tam obiektów. Tak jak Pas Kuipera rozciąga się kilkadziesiąt AU od Słońca, tak Obłok Oorta może sięgać nawet 100 000 AU, czyli 150 000 000 000 000 km od naszej gwiazdy. To prawdziwe granice Układu Słonecznego. A to, co najciekawsze – nie tylko w astronomii – znajduje się na granicy.

Chaos na obrzeżach
Przestrzeń kosmiczna wcale nie jest idealnie uporządkowana. A jeżeli taka jest, to uporządkowanie to jest na tyle skomplikowane i złożone, że trudno jest człowiekowi je pojąć. Jednym z elementów wszechświata są kawałki skalne, bryłki czy pyłki, które mogą poruszać się w przestrzeni bezładnie lub jako pozostałości po kometach krążyć po ich orbitach. Duże kawałki (czy raczej olbrzymie bryły) skał w Układzie Słonecznym krążą w większych skupiskach w dwóch miejscach. Jednym z nich jest pas asteroid pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Istniała nawet hipoteza, że w tym miejscu była orbita nieistniejącej już dzisiaj planety nazwanej Faeton. Drugim takim miejscem jest Pas Kuipera (na cześć holendersko-amerykańskiego astronoma Gerarda Kuipera), który rozpościera się za orbitą Neptuna. Pas Kuipera jest około 20 razy szerszy i od 20 do 200 razy cięższy niż pas planetoid za orbitą Marsa.

Dzisiaj wydaje się, że meteory, które widzimy na Ziemi, w dużej większości pochodzą z pasa asteroid znajdującego się bliżej nas, a komety, które czasami można obserwować z tego pasa, dalej. Pas Kuipera to obszar bardzo słabo zbadany przez człowieka. Nie są określone nawet jego ścisłe wymiary. Porównuje się go często do obwarzanka, czy płaskiego pierścienia złożonego z dużych, ale rzadko rozrzuconych brył. Bryły te można sobie wyobrazić jako olbrzymie kule śniegu zmieszanego z kamieniami. Ale nie tylko takie obiekty w nim się znajdują. Sam Kuiper wysunął hipotezę, że właśnie tam powstają komety, które następnie mkną w stronę centrum Układu Słonecznego.

Tajemniczy pas   Słońce (najjaśniejszy punkt poniżej tytułu) z Sedny. W momencie odkrycia była ona najdalszym obserwowanym obiektem w Układzie Słonecznym