Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 39 – vyšlo 6. listopadu, ročník 13 (2015) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

39/2015

Pluto čerstvý jako nikdy dříve

Ivan Havlíček

Americká 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. letos 14. července prolétla 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. ve vzdálenosti 31,8 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. od ZeměZemě – 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. a v současné době je již od nás vzdálena 34,19 au. Od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. se dnes sonda vzdaluje rychlostí přes 14 km s^–1. První souhrnné výsledky týkající se soustavy Pluto – Charon byly publikovány 15. října. Prozatím jde jen o opatrný a strohý popis bez příliš komplikovaných spekulací. Na kauzálníKauzalita – příčinná souvislost. Pokud jsou dva děje v příčinné souvislosti (například zapálení rozbušky a exploze) musí ve všech souřadnicových soustavách nastat ve stejném pořadí. Kauzálně spojené děje jsou v takové vzdálenosti, že mezi nimi mohl proběhnout světelný signál. interpretace získaných dat si budeme muset ještě nějakou dobu počkat. Už první snímky zveřejněné těsně po průletu však ukázaly rozmanitý terén, jaký si dokázal do té doby na tak vzdáleném tělese představit málokdo. Podrobněji je prvotní překvapení popsáno v bulletinu 26/2015.

Sonda New Horizons. Kresba autor.

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. New 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. Trpasličí 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. Kuiperův 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.

Povrch Pluta a Charonu

Povrch 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. je barevný – od vysoce odrazivé bílé, přes modravou, různé valéry žlutí, okru a odstínů hnědé až po tmavě červenou. Původ tak rozmanité barevnosti nalezneme nejspíše v tholinech, jimiž jsou hojně pokryty povrchové útvary. Tholiny jsou organické sloučeniny vznikající za přispění ultrafialového záření ze směsi 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. a jednoduchých uhlovodíků. Tholiny byly v hojné míře pozorovány na TitanuTitan – největší Saturnův měsíc s průměrem 5 150 km. Byl objeven v roce 1655 Christiaanem Huygensem. Má hustou atmosféru, v níž převažuje dusík s trochou metanu. Tlak atmosféry na povrchu je 1,5 atm, teplota −180 °C. Měsíc Titan je větší než planeta Merkur. Často se spekuluje o možnosti primitivních forem života na Titanu., kde byl detekován například polypropylén. Při nedostatku kyslíkuKyslík – Oxygenium, plynný chemický prvek, tvoří druhou hlavní složku zemské atmosféry. Je biogenním prvkem a jeho přítomnost je nezbytná pro existenci většiny živých organizmů na naší planetě. V atmosféře tvoří plynný kyslík 21 objemových %. Kromě obvyklých dvouatomových molekul O₂ se kyslík vyskytuje i ve formě tříatomové molekuly jako ozon O₃. Produkty hoření se nazývají oxidy, dříve kysličníky. Kyslík je třetím nejhojnějším prvkem ve vesmíru. zde nedochází k jejich rozkladu. Směs často polymerních molekul vznikajících vysoko v řídké atmosféře pak klesá ve formě aerosoluAerosol – homogenní směs malých částic v plynu. Částice mohou být kapalné (mlha), nebo pevné (dým). Aerosoly se do atmosféry uvolňují jak přirozeně (během sopečné činnosti, požárů lesů), tak i působením člověka (spalováním fosilních paliv). Množství aerosolů v atmosféře má vliv na globální ochlazování (na aerosolech je rozptylováno sluneční světlo). a ukládá se na povrchu tělesa. Na Plutu byly zaznamenány oblasti s rozdílnou absorpcí metanuMetan – nejjednodušší uhlovodík, CH₄. Patří mezi tzv. alkany. Při pokojové teplotě je to netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch. Hlavním zdrojem metanu je přírodní surovina, zemní plyn. a oxidu uhelnatého. Tento jev nejspíše také přispívá k odlišné barevnosti jednotlivých oblastí.

Ve snaze hovořit o Plutu a podrobněji jej popisovat byly některé zobrazené oblasti pojmenovány. Názvy útvarů jsou jen neoficiální, Mezinárodní astronomická unieIAU – Mezinárodní astronomická unie (International Astronomical Union), organizace založená v roce 1919. Sdružuje astronomické společnosti z celého světa a vydává závazná rozhodnutí ohledně názvosloví těles a útvarů na nich. Vedení IAU sídlí v Paříži. Od roku 1922 (s výjimkou válečných let 1939–1948) zasedá IAU pravidelně každé tři roky na Valném shromáždění IAU. tuto nomenklaturu prozatím neschválila, ale v odborné literatuře a při popisu snímků se už tyto názvy začaly používat. Největší a nejzářivější světlá oblast byla nazvána po Clydu Tombaughovi, který Pluto v roce 1930 objevil. Její součástí je Sputnik Planum – Rovina Sputniku – rozsáhlá ledová pláň pojmenovaná po první umělé družici Země. Následují oblasti – Země (Terra) – se jmény významných objevitelských sond. Dostalo se také na některé zasloužilé astronomy, namátkou – jeden velký kráter je pojmenován po Janu Hendrickovi Oortovi.

Mapa orientačních názvů jednotlivých povrchových útvarů na Plutu. Prvé mapy s navrhovaným názvoslovím byly zveřejněny již 28. července. Podrobný popis názvosloví si můžete stáhnout jako soubor pdf. Sonda prolétala kolem Pluta poměrně vysokou rychlostí téměř 14 km s^–1 a jejich vzájemná vzdálenost se velmi rychle měnila řádově v hodinách. Jelikož se Pluto otočí kolem své osy jedenkráte za 6,4 dne, tak se rychle měnily podmínky pro podrobné zobrazení některých částí povrchu. Nejpodrobněji zobrazené plochy jsou na straně přivrácené k sondě v době největšího přiblížení. Zdroj: JHU.

Vzájemná poloha jednotlivých těles při průletu sondy New Horizons v blízkosti Pluta. Na grafu jsou uvedeny časy v UTCUTC – Universal Time Coordinated, univerzální koordinovaný čas. Časová stupnice získaná průměrováním měření mnoha desítek cesiových atomových hodin pracujících v řadě metrologických laboratořích po celém světě. Od ní je odvozen občanský pásmový čas a také známé časové signály šířené rozhlasovým vysíláním. a nejmenší vzdálenosti od Pluta a Charonu v době největšího přiblížení sondy. Z tohoto zobrazení jsou zřejmé možnosti zobrazení jednotlivých těles Plutova systému. Zdroj: JHU.

Na mapě složené z nejpodrobnějších snímků měsíce Charonu v pojmenování zaujme nejenom Temnota Mordoru, ale také například hory pojmenované po Arthuru C. Clarkovi a Stanleym Kubrickovi a krátery nesoucí jména kapitána Nema a Carrollovy Alenky. Zdroj: JHU.

Základní charakteristiky

Pluto je trpasličí planetaTrpasličí 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. s poloměrem R = 1 187 km, hmotností M = 1,305×10²² kg a střední hustotou 1 860 kg m⁻³. Na povrchu byly pozorovány kopce vysoké 2 až 3 km oproti okolnímu terénu, jsou zde dopadové krátery až do velikosti 260 km v průměru. Současně se zde ale nacházejí také rozsáhlé rovinaté ledové pláně bez výraznějších terénních nerovností, Tombaugh Regio měří ve směru od východu k západu 1 800 km a 1 500 km od severu k jihu. Povrchová teplota byla naměřena v rozmezí 35÷55 K. V takových podmínkách jsou povrchové útvary, ať už jsou tvořeny čímkoli, pokryty ledem vymrzlým z atmosféry. Atmosféru tvoří převážně dusík s příměsí uhlovodíků, zejména metanu, jenž tvoří čtvrtinu atmosféry. Atmosférický tlak při povrchu dosahuje jen ~10 µbar, i když atmosférická absorpce byla při zákrytu Slunce Plutem zaznamenána až ve výšce 1 670 km. Hranice neprostupné mlhy byla při tomto měření určena ve výšce 150 km nad povrchem. Povrch je tedy na mnoha místech pokryt dusíkovým ledem a zmrzlou tholinovou směsí a také ledovým oxidem uhelnatým. Rozmanitost povrchových útvarů přirozeně vyvolává otázky po jejich původu. Nelze vyloučit, že oproti dřívějším odhadům může mít Pluto železné jádro a kamenný plášť skrytý pod silnou ledovou slupkou. Povrchová skaliska a ledové pláně jsou pak různými druhy barevného ledu jen „zaprášena“. Pokud by byl plášť pokryt dostatečně silnou ledovou kůrou o mocnosti alespoň 320 km, bylo by možné uvnitř Pluta očekávat železné jádro o poloměru až 368 km. Za určitých podmínek by tlak uvnitř tělesa dokázal udržet takové jádro poměrně dlouho plastické. Nerovnoměrné chladnutí a postupné tuhnutí složek rozdílné hustoty tvořících Pluto by mohly být, při smršťování vychládajícího tělesa, příčinou poklesu tak rozsáhlé oblasti jako je Sputnik Planum (s plochou okolo 540 000 km²) až o 7 km, a tedy jejího pozdějšího vyhlazení oproti okolním pahorkatinám. Ve prospěch železného jádra uvnitř měsíce Charonu v podobném duchu hovoří přítomnost rozsáhlého systému hlubokých rýh a kaňonů, které by mohly být pozůstatkem po smršťování chladnoucího tělesa.

Rozmanitost povrchu na Plutu – průlet nad Sputnik Planum. Zobrazení začíná v nízkých šířkách nad pohořím Norgay Montes, severněji pokračuje nad Sputnik Planum a Cthulhu Regio, závěrečný pohled je nasměrován směrem východním. Animace vznikla ze snímků aparatury LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) pořízených při největším přiblížení 14. července. Zdroj: JHU.

Severní část oblasti Sputnik Planum na hranici s pohořím, jímž začíná Voyager Terra. Rovina je rozdělena do jakýchsi ledových ker obtékaných úzkými proudy připomínajícími ledovcové toky či zlomy v čerstvém tenkém ještě nesouvislém ledovém pokryvu při střídavém zamrzání a rozmrzání. Zlomy a i některé jimi vydělené připojené kry jsou výrazně tmavší než okolní bílé pláně. Struktura ker je patrná i na celkově světlém terénu, který se zdá být již v pravé dolní části snímku stabilizován. Povrch pláně je tvořen dusíkovým ledem. Zdroj: JHU.

Hornatá Viking Terra a oblast al-Idrisi Montes přecházející do Sputnik Planum. Na detailním snímku, jehož nejmenší podrobnosti jsou veliké jen 250 metrů, je patrný ostrý přechod pahorkatiny do pravděpodobně mladšího rovného terénu pokrytého dusíkovým ledem bohatým na metan. Rovinaté pláně vykazují vysokou absorpci metanu oproti sousední kopcovité krajině. Je možné, že to souvisí s nějakými podpovrchovými ději a rozdílnou propustností povrchové krusty tvořené vymrzlými těkavými plyny z atmosféry. Barvy odpovídají přirozenému celkovému zbarvení Pluta. Snímek zabírá oblast širokou 530 km. Zdroj: JHU.

Modrošedý zvrásněný terén Tartarus Dorsa – Hřbety Tartaru – s hlubokými rýhami vyplněnými červenavým materiálem zobrazený poblíž terminátoru. Snímek byl pořízen aparaturou Ralph/MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera) v modré, červené a infračervené oblasti dne 14. července a nejmenší podrobnosti jsou veliké 1,3 km. Struktura terénu, která dostala přízvisko Hadí kůže, by snad mohla být výsledkem počasí, tedy vlivu dějů probíhajících v atmosféře nad povrchem Pluta. Zdroj: JHU.

Pouhých 15 minut po těsném průletu zachytily kamery na New Horizons tento ledový a hornatý terén na okraji Sputnik Planum (vpravo) v protisvětle. Na snímku se dole v temnotě ztrácí Pandemonium Dorsa. Vysoké pohoří v popředí na snímku vlevo je Norgay Montes. Na obzoru se vypínají Hillary Montes. Některé hory dosahují až do výše 3 500 metrů nad okolní terén. Snímek byl pořízen ze vzdálenosti 18 000 km od Pluta a zobrazená oblast měří napříč 380 km. Zřetelné je také rozvrstvení atmosféry, která je dle zjasnění zřetelně vrstevnatá a hustší při povrchu Pluta. Zdroj: JHU.

Závěr

Sonda New Horizons získala také četné snímky a změřila mnoho charakteristik měsíce Charonu a podařilo se jí nasnímat i portréty dalších čtyř měsíců. Zájemci o další nové poznatky mohou nalézt další informace v souhrnných článcích a internetových stránkách v odkazech na konci bulletinu. Prozatím jde jen o první informace, které tým New Horizons zveřejnil. Závěrečná konference slibující seznámit nejen vědeckou veřejnost s výsledky, jichž se podařilo dosáhnout, je plánována na listopad 2017. Do té doby se jistě dočkáme ještě mnoha nových informací a doufejme, že i jejich smysluplných interpretací, které nám svět Pluta a jeho měsíců ještě více přiblíží.

Plutův měsíc Charon. Průlet nad krajinou měsíce Charonu začíná na severu nad temnou oblastí nazvanou příznačně Mordor Macula – Temnota Mordoru. Odtud sestupujeme postupně z výše 1 800 km až na 60 km nad olbřímí systém rýh a trhlin směrem k jihu k Vulcan Planum a na konci je vidět Kubrickova hora vyrůstající z prohlubně, díky čemuž vypadá jako obepnutá příkopem. Snímky, z nichž byla animace vytvořena, byly pořízeny systémem LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) při největším přiblížení dne 14. července. Nejmenší podrobnosti jsou veliké 400 m. Jako základ pro usazení těchto snímků na digitální model Charonova globu byla použita data v nižším rozlišení získaná aparaturou Ralph/MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera). Zdroj: JHU.

Odkazy