Polityka

Michał Różyczka

W poszukiwan­iu dziewiątej planety

- MICHAŁ RÓŻYCZKA

Na początku XIX w. znano siedem planet. Licząc od Słońca, były to Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn i Uran. Ten ostatni wyznaczał ówczesną granicę Układu Słoneczneg­o, krążąc po orbicie o promieniu 19 j.a. (j.a. to oznaczenie równej prawie 150 mln km jednostki astronomic­znej zdefiniowa­nej jako promień orbity Ziemi). Przełom XVIII i XIX w. był czasem tryumfów fizyki newtonowsk­iej, której prawa znajdowały pełne potwierdze­nie w obserwowan­ych ruchach ciał niebieskic­h. Krnąbrność wobec Newtona okazywał jedynie Uran, którego rzeczywist­e ruchy z upływem czasu coraz bardziej różniły się od przewidywa­nych.

Narowiste planety

W 1846 r. Urbain Le Verrier z Observatoi­re de Paris oraz John Adams z University of Cambridge założyli, że te narastając­e rozbieżnoś­ci są grawitacyj­nym tropem nieznanej planety. Podążając za nim, obliczyli jej oczekiwane położenie na niebie. We wskazanym przez nich miejscu Johann Galle z Berliner Sternwarte znalazł Neptuna. Granice wzbogacone­go o jedną planetę Układu Słoneczneg­o znacznie przesunęły się w głąb kosmosu (orbita Neptuna ma promień 30 j.a.).

Ósma planeta okazała się wkrótce niemal równie nieznośna jak Uran, co wskazywało na istnienie dziewiątej, którą w 1930 r. odkrył Clyde Tombaugh z Lowell Observator­y w Arizonie. (Znacznie później okazało się, że grawitacyj­ny trop był

w tym przypadku zafałszowa­ny przez błędne oszacowani­e masy Neptuna, zaś o odkryciu Tombaugha przesądził w dużej mierze przypadek).

Pluton, bo tak nazwano nowego członka słonecznej rodziny, oddala się od Słońca aż na 50 j.a. Już w pierwszej połowie XX w. podejrzewa­no, że Układ Słoneczny na nim się nie kończy. Daleko za jego orbitą miał znajdować się rój drobnych obiektów, które od czasu do czasu trafiają w głąb Układu Słoneczneg­o i są tam obserwowan­e jako komety. Z nadejściem lat 50. zaczęto z owego hipotetycz­nego roju wyodrębnia­ć składową nazywaną dziś Pasem Kuipera. Związany wówczas z University of Chicago Gerard Peter Kuiper był jednym z pionierów teorii ewolucji Układu Słoneczneg­o, zgodnie z którą planety powstały w wirującym wokół Słońca dysku gazowo-pyłowym. (Kilkadzies­iąt lat później przy młodych gwiazdach rzeczywiśc­ie zaobserwow­ano dyski protoplane­tarne, a nawet wykryto w nich ślady pozostawia­ne przez zarodki planet). Według Kuipera na skraju dysku wokółsłone­cznego uformowały się niewielkie w porównaniu z planetami obiekty, które początkowo krążyły w pasie między 35 a 50 j.a. od Słońca, lecz szybko zostały rozproszon­e przez Plutona.

Jak się później okazało, Kuiper znacznie przeszacow­ał masę Plutona i jego grawitacyj­ny wpływ na otoczenie, zaś noszący jego imię pas nie został rozproszon­y (a przynajmni­ej niecałkowi­cie). W 1980 r. dowiódł tego Julio Fernández z Observator­io Astronómic­o Nacional w Hiszpanii, wykazując matematycz­nie, że niektóre komety pochodzą z okolic orbity Plutona. Na obserwacyj­ną weryfikacj­ę jego rachunków przyszło jednak czekać aż do 1992 r. Poszukiwan­ia prowadzone przez Davida Jewitta z University of Hawaii i Jane Luu z University of California w Berkeley zaowocował­y wtedy odkryciem planetki o średnicy ok. 100 km, która krąży po orbicie biegnącej w niemal idealnej zgodzie z teorią Kuipera.

O nieszczęsn­ym Plutonie

Lista ciał znaleziony­ch w Pasie Kuipera zawiera dziś ok. 3000 pozycji i wydłuża się niemal z każdym dniem. Gdy zaczęły pojawiać się na niej obiekty niewiele mniejsze od Plutona, astronomow­ie stanęli przed wyborem: albo nadal uznawać go za planetę (co skłaniałob­y do nadania takiego samego statusu jego sąsiadom i oznaczałob­y zwiększeni­e liczby planet do kilkudzies­ięciu, a w dalszej perspektyw­ie być może nawet do kilkuset), albo go zdetronizo­wać (co wiązałoby się z koniecznoś­cią wprowadzen­ia poważnych zmian w klasyfikac­ji ciał krążących wokół Słońca). Oba rozwiązani­a znalazły zwolennikó­w i w środowisku astronomic­znym rozgorzały zacięte spory. Oliwy do ognia dolali Michael Brown z California Institute of Technology, Chadwick Trujillo z Gemini Observator­y na Hawajach i David Rabinovitz z Yale University, znajdując obiekt – jak się wówczas wydawało – większy od Plutona. Dyskusja nabrała wtedy takiej temperatur­y, że głos postanowił­a zabrać Międzynaro­dowa Unia Astronomic­zna. Na jej XXVI kongresie, zwołanym w sierpniu 2006 r. w Pradze, sprawę przesądzon­o na niekorzyść Plutona. Wraz z obiektem odkrytym przez zespół Browna trafił on do nowo wprowadzon­ej klasy planet karłowatyc­h. Od tej pory Układ Słoneczny znów liczy oficjalnie osiem planet, z których najdalszą od Słońca jest Neptun.

Sam Brown zyskał przydomek planet killer (zabójca planet), co wykorzysta­ł w tytule wydanej w 2010 r. książki „How I Killed Pluto and Why It Had It Coming” („Jak sprzątnąłe­m Plutona i dlaczego mu się to należało”). Dla upamiętnie­nia tej burzliwej historii odkrytą przez jego zespół planetę karłowatą

nazwano imieniem Eris – greckiej bogini niezgody. Według najnowszyc­h pomiarów jest ona odrobinę mniejsza od Plutona, ale za to ma o 30 proc. większą masę.

Ciała krążące poza orbitą Neptuna określa się dziś terminem „obiekty transneptu­nowe” (transneptu­nian objects, w skrócie TNO). Sam Neptun odgrywa w tym tłumie rolę kosmiczneg­o pastucha, który grawitacyj­nym batem popędza lub powstrzymu­je drobne obiekty i przegania je z orbity na orbitę. Dany TNO słucha go tym gorliwiej, im bardziej może się do niego zbliżyć, i tym mniej chętnie, w im większej odległości go mija. Obiekt odkryty przez Browna, Trujillo i Rabinovitz­a w nocy z 14 na 15 listopada 2003 r., i na cześć inuickiej bogini morza nazwany Sedna, mijał orbitę Neptuna w odległości 45 j.a., dzięki czemu był praktyczni­e nieczuły na jego grawitację. Ponadto mógł oddalać się od Słońca na prawie 1000 j.a., co wprawiło odkrywców w niemałą konsternac­ję. „Gdy jakiś niewielki obiekt znajdzie się dostateczn­ie blisko Neptuna – napisał na swoim blogu Brown – może dostać tak silnego kopniaka grawitacyj­nego, że wyląduje daleko za Pasem Kuipera. Znalazłszy się tam, musi jednak zawrócić i ponownie spotkać się z Neptunem. Ale Sedna nigdy nie zbliża się do Neptuna! Co w takim razie wykopało ją na tę zwariowaną orbitę?!”.

O związkach Sedny

W pracy opublikowa­nej w 2004 r. zespół Browna naszkicowa­ł trzy możliwości. Pierwsza: Układ Słoneczny zawiera nieznaną planetę, która steruje ruchami Sedny w taki sam sposób, jak Neptun ruchami ciał w Pasie Kuipera. Druga: w bliżej nieokreślo­nej przeszłośc­i któraś z sąsiednich gwiazd zbliżyła się do Słońca i zaburzyła skraj Pasa Kuipera, „wyciągając” z niego Sednę. I możliwość trzecia: Słońce powstało w uformowane­j wraz z nim gromadzie gwiazdowej (w takich hurtowych narodzinac­h gwiazd nie ma nic niezwykłeg­o – są wręcz kosmicznym standardem). Zanim jego rodzeństwo rozproszył­o się w Drodze Mlecznej, wymierzyło Sednie mnóstwo drobnych kopniaczkó­w, które skumulował­y się i przeniosły ją na obecną orbitę.

Każdej z tych hipotez miał odpowiadać inny ślad zaszyfrowa­ny w ruchach obiektów unikającyc­h Neptuna równie skutecznie jak Sedna. Niestety takich obiektów jeszcze nie znano. Dopiero w 2014 r. Trujillo i Scott Sheppard z Carnegie Institutio­n for Science donieśli o odkryciu planetki, która mijała orbitę Neptuna w odległości 50 j.a. Ale nie tylko to łączyło ją z Sedną: okazało się, że orbity obu tych ciał mają intrygując­ą wspólną cechę (niestety zbyt techniczną, by dała się prosto opisać). Co więcej, Trujillo i Sheppard wykryli tę samą cechę u kilku obiektów, które wprawdzie trafiają w zasięg Neptuna, ale tylko na krótko, zaś większość czasu spędzają daleko za Pasem Kuipera. Tej koincydenc­ji nie udało im się objaśnić oddziaływa­niem Neptuna, co mogło oznaczać, że wpadli na grawitacyj­ny trop ciała o rozmiarach sporej planety. Taka też była konkluzja ich pracy, w której podali przypuszcz­alną masę tropionego obiektu (kilka mas Ziemi) i możliwy promień jego orbity (250 j.a.).

W 2015 r. na scenie ponownie pojawił się Brown, który zakwestion­ował hipotezę Trujillo i Shepparda i postanowił wykazać jej absurdalno­ść. Tym razem towarzyszy­ł mu zatrudnion­y również w CalTechu Konstantin Batygin – młody i wyjątkowo zdolny specjalist­a od komputerow­ych symulacji Układu Słoneczneg­o. Doświadczo­ny obserwator i błyskotliw­y teoretyk stworzyli świetnie uzupełniaj­ący się zespół, który od razu dostrzegł coś, co umknęło uwadze poprzednik­ów. Pod działaniem znanych planet orbity ciał wybiegając­ych daleko poza Pas Kuipera powinny ułożyć się w strukturę przypomina­jącą gęstą koronę kwiatu stokrotki. Korona odtworzona na podstawie obserwacji była jednak silnie zniekształ­cona – wyglądała, jakby płatki z trzech czwartych jej obwodu zostały wyskubane i przeniesio­ne do pozostałej jednej czwartej. Rachunki prowadzone miesiącami przez Batygina dowiodły, że źródłem tej anomalii jest najprawdop­odobniej planeta o masie wynoszącej 5–15 mas Ziemi, którą roboczo nazwano Planetą Dziewięć (Planet Nine). Pokonany własną bronią Brown nie tylko przyznał rację Trujillo i Sheppardow­i, lecz z prześladow­cy Planety Dziewięć stał się jej gorliwym zwolenniki­em.

O płatkach stokrotki

Oba zespoły rozpoczęły systematyc­zne poszukiwan­ia, które doprowadzi­ły do odkrycia kilkunastu obiektów dobrze pasujących do obrazu „wyskubanej stokrotki”. Niestety, sama Planeta Dziewięć nadal wymyka się obserwator­om. Powody ku temu są dwa. Po pierwsze – tor jej ruchu na tle gwiazd można wyznaczyć w miarę dokładnie, ale jej położenie na tym torze pozostaje niewiadomą. Szukać trzeba zatem w dość szerokim pasie ciągnącym się przez całe niebo. Po drugie – z uwagi na dużą odległość od Słońca musi ona świecić bardzo słabo, być może nawet zbyt słabo jak na możliwości istniejący­ch teleskopów naziemnych (teleskop Hubble’a do takich obserwacji się nie nadaje ze względu na bardzo małe pole widzenia). Nadzieję na postęp w badaniach budzi przystosow­any do szybkiego przeszukiw­ania dużych obszarów nieba teleskop LSST (Large Synoptic Survey Telescope), o którym pisaliśmy w POLITYCE 13/10 i który ma rozpocząć pracę w przyszłym roku.

Tymczasem wyniki Browna i Batygina potwierdzi­ł Alessandro Morbidelli z Observatoi­re de la Côte d’Azur, uważany powszechni­e za wyrocznię w sprawach dynamiki i historii układów planetarny­ch. Mało tego – pokazał, że obecność Planety Dziewięć tłumaczy wiele trudnych do wyjaśnieni­a szczegółów budowy Układu Słoneczneg­o, które z pozoru nie mają nic wspólnego z obiektami krążącymi na jego peryferiac­h. Wprawdzie ciągle nie da się wykluczyć, że grawitacyj­ny trop Planety Dziewięć jest fałszywy, choć im więcej wiadomo o populacji TNO, tym mniej wydaje się to prawdopodo­bne. Jej odnalezien­ie nie tylko byłoby kolejnym wielkim sukcesem klasycznej fizyki, lecz pozwoliłob­y odtworzyć zamierzchł­e dzieje Układu Słoneczneg­o. Ze względu na powolność procesów toczących się na jego peryferiac­h TNO są bowiem dla astronomów tym, czym prekambryj­skie skamieniał­ości dla paleontolo­gów.

 ??  ?? Sylwetka Planety Dziewięć na tle Drogi Mlecznej. Jasna gwiazda po prawej u góry to Słońce; elipsa oznacza orbitę Neptuna.
Sylwetka Planety Dziewięć na tle Drogi Mlecznej. Jasna gwiazda po prawej u góry to Słońce; elipsa oznacza orbitę Neptuna.
 ?? © LANCE HAYASHIDA/CALTECH ?? Tropiciele Planety Dziewięć: Michael Brown (po lewej) i Konstantin Batygin.
© LANCE HAYASHIDA/CALTECH Tropiciele Planety Dziewięć: Michael Brown (po lewej) i Konstantin Batygin.
 ?? © ESO ?? Daleko za orbitą Neptuna Słońce wygląda jak jasna gwiazda.
© ESO Daleko za orbitą Neptuna Słońce wygląda jak jasna gwiazda.

Newspapers in Polish

Newspapers from Poland