Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 23 – vyšlo 1. září, ročník 4 (2006) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

23/2006

Sluneční soustava má osm planet

Jana Sainerová

Podle rozhodnutí Mezinárodní astronomické unie má sluneční soustava nově pouze osm planet. Přesto byl Plutu přidělen zvláštní status jako prototypu nové kategorie transneptunických objektů, tzv. trpasličích planet.

Definice toho, co to vlastně znamená být planetou, nebyla doposud úplně přesně dána. Proto také dlouholeté spory o tom, jestli Pluto v této kategorii nechat nebo jej vyškrtnout. Kdyby byl Pluto objeven v posledních letech, tedy v době, kdy již známe řadu dalších transneptunických objektů a víme, že Pluto se svými charakteristikami rozhodně podobá mnohem více jim než planetám zemského typu, o planetách plynných ani nemluvě, pak by se na seznam planet vůbec nedostalo. Jak ale omluvit odebrání tohoto statusu tělesu, které se jím chlubilo od svého objevu, tedy plných sedmdesát šest let? Nijak. Nebude to poprvé, kdy se podobná věc stane.

O planetkách

Planety Merkur, Venuši, Mars, Jupiter a Saturn lidstvo znalo již ve starověku, neboť jsou viditelné okem, a bylo je tedy možné i v dobách dávno před vynálezem dalekohledu nejen pozorovat, ale i precizně zaznamenávat jejich pohyb. Až vynález dalekohledu umožnil objevovat mnohem menší anebo vzdálenější tělesa.

Roku 1766 Johann Daniel Titius objevil, že relativní vzdálenosti planet od Slunce téměř přesně odpovídají jednoduchému vztahu r = 0,4 + 0,3 k, kde  r je vzdálenost planety od Slunce v AUAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. a číslo k = 0, 1, 2, 4, 8, 16, ... Tento zákon byl široce propagován tehdejším ředitelem berlínské hvězdárny Johannem Elertem Bodem. Titius-Bodeho zákon, jak se dnes vztahu říká, je pravděpodobně náhodná shoda. Výrazně ale napomohl dvěma zásadním objevům. Nejprve objevu planety Uran roku 1781 ve vzdálenosti, kde zákon předpokládal sedmou planetu. Sedmou, neboť zákon také předpovídal, že by v prostoru mezi planetami Mars a Jupiter měla být další, dosud neznámá planeta. Honba za ní skončila roku 1801, když Giuseppe Piazzi objevil novou „planetu“ Ceres obíhající přesně ve vzdálenosti, kterou předpovídal Bodeho zákon. V březnu 1802 ovšem následoval objev Pallasu Heinrichem Olbersem, tělesa obíhajícího v téměř stejné vzdálenosti jako Ceres.

William Herschel, objevitel Uranu, odhadl přibližné velikosti obou těles a protože byla malá a obíhala v téměř shodné vzdálenosti, navrhl, že by tělesa neměla být nazývána planetami, ale „asteroidy“ (podle toho, že v dalekohledu vypadají jako hvězdy). V té době to ale byl menšinový názor, a tak se Ceres i Pallas dostaly na seznam planet. Jenže v padesátých letech 19. století už bylo těchto těles známo patnáct. Po nějakých padesáti letech, po které se Ceres, Pallas, Juno (1804) a Vesta (1807) v seznamech uváděly společně s planetami podle vzdálenosti od Slunce a ostatní nalezenci (objevovaní po delší odmlce od roku 1845) byli uváděni na konci seznamů, byla nakonec tato tělesa definitivně z planet vyškrtnuta a zařazena jako planetky (v angličtině „minor planets“).

Hlavní pás planetek. K 1. lednu 2006 byla spočtena dráha celkem 305 224 planetek. 120 437 planetek bylo očíslováno (mají tedy spolehlivě určenou dráhu), ale pojmenováno jich bylo pouhých 12 779. Zdroj: P. Chodas (NASA/JPL).

Objev Pluta

Z poruch dráhy Uranu byla spočítána poloha osmé planety, Neptunu. V blízkosti předpovězené polohy jej objevil Johann Gottfried Galle v roce 1846 na základě nezávislých výpočtů pánů Le Verriera a Adamse. Ovšem i dráha Neptunu vykazovala poruchy a hledání dalšího „rušícího elementu“ nakonec vedlo k objevu toužebně očekávaného Pluta. Objev byl ale spíš dílem náhody za přičinění odhodlanosti Percivala Lowella, který na své arizonské hvězdárně přišel na samém začátku 20. století s nápadem postupného soustavného snímkování okolí ekliptiky (tedy roviny, ve které planety obíhají) za účelem chybějící planetu najít.

Pluto však byl objeveno teprve v únoru roku 1930 Američanem Clydem Tombaughem poblíž předpovězené polohy. Hmotnost tělesa byla zpočátku nadhodnocena, později se zjistilo, že je příliš malé, než aby mohlo mít vliv na dráhu planety Neptun.

Pluto a jeho tři měsíce na snímku z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Nové dva měsíce Hydra (S/2005 P1) a Nix (S/2005 P2) objevené v loňském roce byly pojmenovány teprve v červnu 2006. Zdroj: NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), A. Stern (SwRI), 15. 2. 2006.

Transneptunické objekty

Odhaduje se, že za drahou planety Neptun obíhá minimálně 70 000 tzv. transneptunických tělesTNO (Trans Neptunian Objects) – tělesa nacházející se za oběžnou drahou Neptunu, jiný název objektů Kuiperova pásu. Historicky se dělila na plutina, objekty s oběžnou drahou podobnou Plutu a Charonu, která rezonuje s drahou Neptunu 2:3; klasické objekty Kuiperova pásu s drahou za drahou Pluta a rozptýlené objekty Kuiperova pásu. Novými TNO objekty jsou od roku 2006 trpasličí planety, mezi které patří velká TNO tělesa, například Pluto, Charon a Xena. s průměrem větším než 100 km. Jsou soustředěna do tzv. Kuiperova pásuKuiperův pás – oblast malých těles za drahou Neptunu. Vnitřní okraj pásu se nachází ve vzdálenosti asi 30 a vnější asi ve vzdálenosti 500 astronomických jednotek od Slunce. Je „položen“; do roviny ekliptiky. Dnes známe tisíce objektů Kupierova pásu a předpokládá se, že existuje přes 100 000 objektů s velikostí větší než 100 kilometrů. Průměry těles nepřesahují (až na ojedinělé výjimky) 400 km. Celková hmotnost všech těles se odhaduje na 0,1 hmotnosti Země. Nejznámějším tělesem Kuiperova pásu je Pluto. ve vzdálenostech 30÷50 AU od Slunce. Roku 1992 bylo objeveno první z nich (1992 QB1), dnes jich známe již přes tisícovku. Až doposud byly ovšem odhadované průměry těchto těles menší než průměr Pluta, a otázka oprávněnosti nazývat Pluto planetou sice byla diskutována, ale ne s takovou naléhavostí. Vše změnil objev tělesa 2003 UB313, též neoficiálně nazývaného Xena, oznámený v létě roku 2005. Jeho průměr se totiž odhaduje na (2 400 ± 100) km a pokud měl Pluto status planety, pak by těleso, které je větší, logicky mělo dostat stejné privilegium…

Kuiperův pás. Zdroj: P. Chodas (NASA/JPL).

Definice planety

Vznikla tedy potřeba ujasnit si definici pojmu planeta a zároveň tak definitivně rozhodnout o Plutovu osudu. Původní návrh Mezinárodní astronomické unie ze 16. srpna 2006 zahrnoval dvě zásadní podmínky: Zaprvé – planeta je takové těleso, které obíhá kolem hvězdy, ale samo hvězdou není. Zadruhé – hmotnost tělesa musí být dostatečná pro to, aby se těleso zformovalo do přibližně kulového tvaru. Tuto podmínku splní objekty s průměrem větším než 800 km a hmotností zhruba 5×10²⁰ kg. Dodatečná podmínka pak hovořila o poloze těžiště systému planeta-měsíc. Pokud je těžiště systému uvnitř centrálního tělesa, pak se jedná o planetu a její měsíc. Pokud ale těžiště leží mimo toto těleso, jedná se o dvě planety.

Tento návrh by rázem zvýšil počet planet sluneční soustavy na dvanáct těles, na seznamu by nejenže zůstal samotný Pluto, ale přiřadily by se planetka Ceres, Plutův měsíc Charon a již zmíněný objekt 2003 UB313. Zároveň by se na čekací listinu dostalo dalších dvanáct těles, nemluvě o tělesech, která budou v budoucnu teprve objevena.

Návrh byl nakonec definitivně odsouhlasen v Praze na konferenci Mezinárodní astronomické unie 24. srpna 2006, ovšem v zásadně pozměněné podobě:

Tuto definici splňuje jen osm planet sluneční soustavy: Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Pluto je podle této definice trpasličí planetou a je prototypem nové kategorie transneptunických objektů. Všechna ostatní tělesa obíhající kolem Slunce by měla být nazývána malá tělesa sluneční soustavy. Podle schválené definice si tak osm planet podrží svojí unikátnost ve sluneční soustavě a nenastane paradoxní situace, že by sluneční soustava měla planet třeba sto padesát. Schválený model je také universálnější, a mohl by být použitelný i pro aplikaci na další planetární systémy.

Merkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity. Venuše – 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. Země – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. Mars – 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. Jupiter – 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. Saturn – druhá největší planeta Sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm−3 je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou. Uran – jedna ze čtyř obřích planet, sedmá planeta sluneční soustavy má charakteristický modrozelený nádech. Průměrná hvězdná velikost 5,5m je na hranici viditelnosti lidským okem. Planeta má soustavu prstenců a kolem krouží rozsáhlý systém měsíců podobně jako u ostatních obřích planet. Kromě vodíku a helia obsahuje atmosféra také metan, způsobující namodralé zbarvení. Ve středu Uranu je jádro z hornin a železa. Rotační osa Uranu je vzhledem k rovině oběhu stočená na bok (98°), patrně díky střetu s jinou velkou planetou při vzniku sluneční soustavy. Rotace je diferenciální s periodou 16÷17 hodin. Rychlost větrů v atmosféře dosahuje až 600 km/h. Magnetická osa svírá s osou rotace úhel 59° a  je značně excentrická (prochází 8 000 km od středu planety). Magnetosféra je výrazná, intenzita pole je srovnatelná s intenzitou pole Země, ohon je zkroucen do tvaru vývrtky díky vlastní rotaci planety. Neptun – poslední z obřích planet. Podobně jako ostatní obří planety má prstence, rozsáhlou soustavu měsíců a pásovitou strukturu atmosféry s obřími víry – skvrnami. Neptun je téměř stejně velký jako Uran. Průměrná hvězdná velikost je 7,8m, a proto nemůže být pozorován okem. Atmosféra má pásovitou strukturu, rotace je diferenciální s průměrnou periodou 19 hodin. Vlastní rotační perioda planety je 16 hodin, atmosféra tedy vzhledem k povrchu rotuje retrográdně. V atmosféře se nachází obří anticyklóny, například Malá a Velká temná skvrna. Atmosféra má zelenomodrou barvu, v horních vrstvách převládá vodík a helium. Modrozelené zabarvení je způsobeno stopami metanu. Rychlosti větru naměřené sondou Voyager 2 přesahují 2 000 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter, osa je skloněna 47° vzhledem k rotační ose a posunutá od středu o 0,55 poloměru.

Klip týdne

Polární záře u Saturnu. Animace byla složena ze snímků zobrazovacího spektrografu Hubbleova vesmírného dalekohledu (NASA/ESA). Snímky byly pořízeny v ultrafialovém oboru dne 8. 1. 2004. Polární záře se objevuje jako prstenec kolem polárních oblastí. Srážky částic slunečního větru s atomy a molekulami atmosféry planety způsobí jejich vybuzení a následný svit v infračerveném, viditelném a nejvíce v ultrafialovém oboru. Prstencový tvar je dán magnetickým polem planety, které ovládá tok částic slunečního větru. (mpg, 2 MB)

Odkazy