| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Pluto není mrtvé?
Rudolf Mentzl
Není daleko doba, kdy jsme považovali většinu těles Sluneční soustavy za geologicky mrtvá tělesa. Znali jsme vulkanizmus na Zemi, doufali jsme, že VenušeVenuše – nejbližší planeta vzhledem k Zemi. Hustá atmosféra zabraňuje přímému pozorování povrchu. Díky skleníkovému efektu je na povrchu vysoká teplota, nejvyšší dosud naměřená hodnota činí 480 °C. Venuše obíhá kolem Slunce takřka po kruhové dráze ve vzdálenosti 108 milionů kilometrů s periodou 225 dní. Otočení kolem vlastní osy (proti oběhu, tzv. retrográdní rotace) trvá 243 pozemských dnů. To znamená, že na Venuši Slunce vychází a zapadá jen dvakrát za jeden oblet Slunce. Oblaka Venuše dobře odrážejí sluneční svit a proto je tato planeta po Slunci a Měsíci nejjasnějším tělesem na obloze. Na večerní obloze jí můžeme spatřit jako Večernici a na ranní obloze jako Jitřenku. by snad mohla pod svými oblaky skrývat činné sopky, ale to bylo tak všechno. Na MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. či MěsíciMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). jsme marně pátrali po stopách výbuchů vulkánů. Plynní obři byli mimo hru, těžko u nich mluvit o vulkanizmu. S érou vesmírných sond a později s nástupem dalekohledů s adaptivní optikouAdaptivní optika – slouží ke korekci vysokofrekvenčních změn obrazu způsobených zejména turbulencí atmosféry (až 500 korekcí za sekundu). Korekce se provádí počítačem řízenými posuny a deformacemi pomocných zrcátek. K vyhodnocení aktuálního tvaru vlnoplochy slouží referenční hvězda, která se musí nacházet v blízkosti pozorovaného objektu. Asi v 1% případů lze využít přirozenou hvězdu (NGS – Natural Guide Star). Většinou se používá umělá hvězda (LGS – Laser Guide Star), která se vytváří laserovým paprskem fokusovaným do výšky přibližně 90 km, kde zpětným rozptylem vzniká skvrna zářících sodíkových atomů. Druhou možností je využití Rayleighovy difúze ve výškách 10 až 20 km. Umělou hvězdu můžeme vytvořit jakkoli blízko sledovanému objektu, vyvstávají ale problémy spojené s její konečnou výškou a velikostí. se náš pohled na geologii planet a měsíců změnil. Stále objevujeme projevy vulkanizmu i jinde, kupodivu i v mrazivých končinách Sluneční soustavy. Pevnou půdou pod nohama si nemůžeme být jisti už ani na PlutuPluto – spolu s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu v Kuiperově pásu, která patří do rodiny plutoidů. Do roku 2006 byl Pluto řazen konvenčně mezi planety. V blízkosti jsou čtyři menší měsíce Nix, Hydra, Kerberos a Styx. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, kde je nejvíce zastoupen dusíkový a metanový led, dobře odráží světlo. Dráha Pluta je mimořádně excentrická, v některých obdobích je blíže ke Slunci než Neptun (1979–1999). Sklon dráhy k rovině ekliptiky je 17,1°. Sklon rotační osy od kolmice na rovinu dráhy je 122,5°. Pluto se, podobně jako Uran, odvaluje v rovině dráhy..
Pluto, jak jej zachytila kamera sondy New Horizons. Zdroj: NASA.
|
Pluto – spolu s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu v Kuiperově pásu, která patří do rodiny plutoidů. Do roku 2006 byl Pluto řazen konvenčně mezi planety. V blízkosti jsou čtyři menší měsíce Nix, Hydra, Kerberos a Styx. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, kde je nejvíce zastoupen dusíkový a metanový led, dobře odráží světlo. Dráha Pluta je mimořádně excentrická, v některých obdobích je blíže ke Slunci než Neptun (1979–1999). Sklon dráhy k rovině ekliptiky je 17,1°. Sklon rotační osy od kolmice na rovinu dráhy je 122,5°. Pluto se, podobně jako Uran, odvaluje v rovině dráhy. Kryovulkanizmus – druh sopečné činnosti, při které dochází k výronům chladné hmoty. Na rozdíl od vulkanizmu při kryovulkanizmu sopky chrlí látku při velice nízkých teplotách. Slapová síla – rozdíl gravitačních sil působících na různé části tělesa. Například Země působí na naše nohy větší gravitační silou než na hlavu, rozdíl je ale zanedbatelný. Slapové síly Měsíce působící na Zemi jsou příčinou přílivu a odlivu a také příčinou výměny momentu hybnosti mezi Měsícem a Zemí, která vede k postupnému vzdalování Měsíce. Obdobná slapová vazba existuje mezi Zemí a Sluncem a je pravděpodobně hlavní příčinou současného vzdalování Země od Slunce. Ve větších měřítkách působí slapové síly například při prolínání dvou galaxií. |
Může to být i jinak, než na Zemi
Osmého března 1979 ohlásila navigační inženýrka sondy VoyagerVoyager – dvojice sond NASA, která startovala v roce 1977 pomocí nosných raket Titan/Centaur. V roce 1979 proletěly obě sondy kolem Jupiteru, v roce 1980 (Voyager 1) a 1981 (Voyager 2) kolem Saturnu. Voyager 2 pokračoval dále k Uranu (1986) a Neptunu (1989). Obě sondy se zásadním způsobem zasloužily o poznání Sluneční soustavy a dnes jsou nejvzdálenějšími objekty, které lidstvo vyslalo do vesmíru. 1 Linda Morabito podezřelý výstupek na fotografii JupiterovaJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×1027 kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. měsíce IoIo – Jupiterův měsíc, průměr má 3 630 km, obíhá ve vzdálenosti 422 000 km. Objeven byl Galileo Galileem v roce 1610. Na Iu je aktivní sopečná činnost, nitro je ohříváno slapovým působením a elektrickými proudy. Tyto proudy tekou podél silokřivek Jupiteru a uzavírají se přes Io. Io se nachází na vnitřní straně plazmového toru, který obklopuje Jupiter.. Původně ho považovala za další z měsíců vystupujícím za obrysem Io. Žádné těleso se však v těchto místech nemělo nacházet. Po podrobnějším rozboru bylo zjištěno, že se jedná o 300 km vysoký mrak nad soptícím vulkánem, později nazvaném Pele. Od toho dne víme, že Země není jediným tělesem Sluneční soustavy s činnými sopkami.
Ačkoli již před průletem sond kolem Jupiteru někteří astronomové z analýzy tepelného toku usuzovali na vulkanickou činnost, zdráhali se odvážnou myšlenku prosazovat. Bylo obtížné uvěřit, že i tak malé těleso, jako je měsíček Io, může disponovat energií potřebnou k vulkanické činnosti. Po průletu sond Voyager 1 a 2 bylo objeveno celkem 9 aktivních sopek, ke dnešnímu dni již téměř 150 a celkový počet se odhaduje na 400.
Vulkanizmus na Zemi je poháněný teplem vznikajícím rozpadem radioaktivních prvků a namrzáním železaŽelezo – Ferrum, kovový prvek významně zastoupený na Zemi i ve vesmíru. Má všestranné využití při výrobě slitin pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace. na vnitřní jádro. U malých těles, jako je například měsíček Io takový mechanizmus nepřipadá v úvahu. Těleso se ohřívá vnitřním třením při slapových deformacíchSlapová síla – rozdíl gravitačních sil působících na různé části tělesa. Například Země působí na naše nohy větší gravitační silou než na hlavu, rozdíl je ale zanedbatelný. Slapové síly Měsíce působící na Zemi jsou příčinou přílivu a odlivu a také příčinou výměny momentu hybnosti mezi Měsícem a Zemí, která vede k postupnému vzdalování Měsíce. Obdobná slapová vazba existuje mezi Zemí a Sluncem a je pravděpodobně hlavní příčinou současného vzdalování Země od Slunce. Ve větších měřítkách působí slapové síly například při prolínání dvou galaxií., případně elektrickými proudy, má-li měsíček elektricky vodivé jádro a pohybuje se v magnetickém poli. Slapové síly uplatňující se u malých těles jsou poněkud jiné povahy, než ty, které na Zemi pohánějí příliv a odliv. Malá tělesa mívají většinou vázanou rotaci. Jinými slovy, vůči pozorovateli na centrálním tělese se zdánlivě neotáčí. Odsud se tedy již žádná energie neuvolní. Zároveň však Io obíhá po protáhlé dráze. Změna přitažlivosti Jupiteru v různých vzdálenostech pak měsíc deformuje (v případě Io se povrch zvedá až o 100 m). Ačkoli se běžná teplota povrchu pohybuje kolem −160°C, v aktivních oblastech stoupá na cca 20 °C a v nitrech vulkánů byly naměřeny teploty 1 600 °C.
Kryovulkanizmus
Slapový vulkanizmus však nemusí být nutně spojen s takto vysokými teplotami. Některé ledové měsíce jsou slapovými silami ohřívány tak, že mají jádro v kapalném stavu. Natlakovaná voda v ledových kapsách pak uniká prasklinami a tryská ven ve formě gejzíru. Unikající materiál okamžitě mrzne a tvoří nad kryovulkánemKryovulkanizmus – druh sopečné činnosti, při které dochází k výronům chladné hmoty. Na rozdíl od vulkanizmu při kryovulkanizmu sopky chrlí látku při velice nízkých teplotách. oblaka ledových krystalků.
První kryovulkány byly objeveny víceméně náhodou. Dnes jsou cíleně vyhledávány, dráhy družic se navrhují tak, aby procházely paprsky gejzírů, a doufáme, že se nám tímto způsobem podaří získat materiál pocházející z hlubin ledových měsíců. Pokud je pod jejich ledovým příkrovem život, je tu jistá šance ho tímto způsobem potvrdit.
Kryovulkanizmus na Enceladu. Zdroj: NASA/JPL/Space Science Institute.
Nejen měsíce
Ačkoli je objev kryovulkanizmu poměrně nedávnou záležitostí, dnes již nikoho nepřekvapuje. Mechanizmus slapového ohřevu je poměrně dobře zpracován a pozorování odpovídají teoretickým modelům. Sopky chrlící ledovou tříšť nalezneme na EuropěEuropa – přirozená družice Jupiteru. Patří mezi tzv. galileovské měsíce, které lze pozorovat již malým dalekohledem. Při průměru 3 100 km je jen o málo menší, než náš Měsíc. Předpokládá se malé křemičitanové jádro pokryté oceánem kapalné vody. Kůru tvoří několikakilometrová ledová krusta. a Enceladu. Triton proslul pro změnu dusíkovými gejzíry. Dá se očekávat, že další objevy budou následovat. Poněkud překvapující bylo zjištění sondy Down zkoumající trpasličí planetu CeresCeres – trpasličí planeta mezi drahou Marsu a Jupiteru. Objevena byla v roce 1801 Giuseppem Piazzim. Průměr má 974 kilometrů. Pojmenována je po římské bohyni úrody. Slunce oběhne jednou za 4,6 roku ve vzdálenosti 2,5÷3 AU.. Ta na jejím povrchu, v kráteru Occator, objevila v roce 2020 světlé skvrny tvořené zmrzlou solankou. Protože je tato látka v tamním prostředí nestabilní, je zřejmé, že se jedná o relativně mladý útvar. Předpokládá se, že se obnovuje právě díky vulkanickým mechanizmům.
Sopky na Cereře přirozeně evokují otázku, zda jsou i jiné trpasličí planetyTrpasličí planeta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne přibližně kulatého tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) není satelitem jiného tělesa. 4) nevyčistí okolí své dráhy od drobných těles (na rozdíl od planety). K typickým trpasličím planetám patří velká tělesa Kuiperova pásu, z nichž nejznámější je Pluto. aktivní. V roce 2015 proletěla sonda New HorizonsNew Horizons – americká sonda, která se vydala na cestu k Plutu v lednu 2006. Sonda byla vynesena raketou Atlas V551. Opuštění Zeměkoule bylo propočteno tak, aby sonda letěla nejprve k Jupiteru, který ji urychlil na cestu k Plutu. Po průletu kolem Pluta a Charónu v červenci 2015 mise pokračuje do oblasti dalších transneptunických těles v Kuiperově pásu. kolem největší z nich, kolem PlutaPluto – spolu s Charonem tvoří trpasličí dvojplanetu v Kuiperově pásu, která patří do rodiny plutoidů. Do roku 2006 byl Pluto řazen konvenčně mezi planety. V blízkosti jsou čtyři menší měsíce Nix, Hydra, Kerberos a Styx. Pluto oběhne Slunce jednou za 248 pozemských let po protáhlé, eliptické dráze. Kolem vlastní osy se otáčí v opačném smyslu, než obíhá. Jeho povrch, kde je nejvíce zastoupen dusíkový a metanový led, dobře odráží světlo. Dráha Pluta je mimořádně excentrická, v některých obdobích je blíže ke Slunci než Neptun (1979–1999). Sklon dráhy k rovině ekliptiky je 17,1°. Sklon rotační osy od kolmice na rovinu dráhy je 122,5°. Pluto se, podobně jako Uran, odvaluje v rovině dráhy.. Tým Kelsi Singerové ze Southwest Research InstituteSwRI – Southwest Research Institute, komplex vědeckých ústavů ve Spojených státech, který byl založen v roce 1947. Jde o jeden z nejstarších nevýdělečných ústavů v USA. Téměř 2 800 zaměstnanců provádí výzkum v řadě oblastí (od aplikované fyziky, přes chemii, inženýrství, až po kosmické lety). Ředitelství se nachází v texaském San Antoniu, roční obrat byl v roce 2014 přes půl miliardy dolarů. v USA se zabývá analýzou pořízených dat. Nyní se zaměřil na zkoumání oblastí bez kráterů. Hustota kráterů na površích vesmírných těles je úměrná stáří povrchu. Pokud se v nějaké lokalitě krátery nenacházejí, jedná se o mladý, nedávno přetvořený povrch.
Planina Sputnik a její okolí. Zdroj: JPL/NASA.
Nejnápadnější oblastí na Plutu je Sputnik Planitia. Předpokládá se, že je to kráter o průměru asi 1 000 km, bez jakýchkoli dalších geologických útvarů. Pokud se zde nějaké nalézají, jsou přikryté kilometr tlustou vrstvou zmrzlého dusíkuDusík – Nitrogenium, plynný chemický prvek tvořící hlavní složku zemské atmosféry. Patří mezi biogenní prvky, které jsou základními stavebními kameny živé hmoty. Tento plyn popsal jako první Němec Carl Wilhelm Scheele v roce 1777. Poté co bylo zjištěno, že je kyselina dusičná odvozena od dusíku, pro něj Chaptal navrhl název nitrogéne, což znamená ledkotvorný, který se udržel v latinském označení nitrogenium.. Na jihozápadě této jinak nudné planiny se však nacházejí jakési kupolovité struktury. Podle Kelsi Singerové se jedná o vrcholky sopek, které chrlí směs vody a ledu. Unikátní je zde především jejich mohutnost. Při základně o průměru v řádu desítek kilometrů se vypínají do výšky zhruba sedmi kilometrů. Jednotlivé dómy se navzájem překrývají. Odhaduje se, že své okolí zasypaly asi 10 000 km3 ledu. Vzhledem k umístění sopek při okraji planiny Sputnik je možné odhadnout jejich stáří na nejvýše několik set milionů let. Znamená to, že Pluto bylo aktivní ještě v geologicky nedávné době. Není vyloučeno, že sopečná činnost neutichla dosud.
Ohledně závěrů Kelsi Singerové panuje víceméně konsensus. Nikdo nepochybuje, že se jedná o další z projevů kryovulkanizmu, ačkoli v míře dosud nevídané. To, čemu planetologové zatím nerozumí, je konkrétní mechanizmus, který dokázal v ještě nedávné době vypumpovat teratuny materiálu z nitra Pluta na jeho povrch. Slapové vlivy tu jsou příliš malé a nedokázaly by dodat v rozumném čase požadovanou energii. Zatím se sází na vnitřní teplo, které si Pluto nejspíš dokázalo podržet déle, než se zatím soudilo.
Povrch Pluta. Šedá barva kosmického prostoru je způsobena přítomností řídké metano-dusíkové atmosféry. Modře jsou zvýrazněna místa podezřelá z kryovulkanizmu. Zdroj: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Isaac Herrera/Kelsi Singer.
Odkazy
