Pluton i pitanje definicije planeta

Utorak, 23. listopada 2007. u 01:31 sati

Uvod

Donedavno je bio planet, ali zbog novih otkrića je Pluton dobio novi status: patuljasti planet. Ime je dobio po bogu podzemlja u grčkoj mitologiji, Plutonu i dugo vremena je bio granica Sunčeva sustava, tvz. posljednji poznati "kamen" u ovom dijelu Svemira. Nakon otkrića sličnih tijela u Sunčevu sustavu, postao je kamen spoticanja astronomske zajednice. Priča o njemu je priča o sazrijevanju najstarije od sviju znanosti – astronomije. Kao što je prihvaćanje heliocentričnog modela Sunčeva sustava prije pet stoljeća bila velika prekretnica, tako će možda budućim generacijama prošlogodišnja konferencija u Pragu biti značajni trenutak u povijesti astronomije.

Otkriće

18. veljače 1930., astronom-amater Clyde Tombaugh, zaposlen u zvjezdarnici Flagstaff, pregledavao je fotografije snimljene teleskopom. Usporedbom dviju fotografija istog dijela neba, snimljenih u različitim noćima, primijetio je pomak male točkice. Uskoro se pokazalo da je ta točkica deveti planet našeg Sunčeva sustava – Pluton.

Prosječna udaljenost Plutona od Sunca je gotovo 6 milijardi kilometara, a za ophod oko Sunca potrebno mu je 248 godina. Njegov promjer je 2390 kilometara što znači da je za trećinu manji od našeg Mjeseca. Gotovo 50 godina nakon njegova otkrića, otkriven je i njegov najveći satelit – Haron, upola manji od Plutona. Orbita mu također odskače od ostalih planeta, nagnuta je na ekliptiku 17° i veoma je eliptična. Njegov period ophoda oko Sunca je povezan s Neptunovim, tj. nalazi se u rezonanciji s Neptunom. Dok Neptun napravi tri ophoda oko Sunca, Pluton napravi tek dva.

Sve ove neobičnosti vezane uz Pluton uzrokovale su sumnje da li je on uopće planet. Sve do početka 90-ih te sumnje nisu bile argumentirane. Niti jedno tako veliko tijelo nije imalo slična svojstva kao Pluton i po tome je on bio jedinstven. Razvojem tehnologije, posebice računalne i CCD kamera, ranih 90-ih počeli su se otkrivati mnogobrojni novi objekti, a prvi među njima je bio patuljasti planet  1992QB1. Bio je to prvi objekt poslije Harona koji je otkriven na toj udaljenosti. Njegovo otkriće je pokazalo da se iza Neptuna nalazi još objekata što je dalo poticaj potrazi za novim objektima. Sljedećih godina otkriveno je 400 novih objekata, ali niti jedan značajnih dimenzija, sve do 2002. godine. Tada je otkriven Quaoar. Promjer Quaoar-a je 1260 kilometara, što nadmašuje dimenzije Harona. Poslije Quaoar-a su otkriveni još veći patuljasti planeti, 2005FY9, 2003EL61 i 90482 Orcus.

Otkriće patuljastog planeta Eris 2003. godine, koji je svojim dimenzijama 5-35% veći od Plutona, unijelo je dodatnu zbrku. Neki su ga proglasili planetom, a drugi su smatrali da Eris i Pluton ne zaslužuju tu titulu. Definicija planeta bila je glavna tema redovite konferencije IAU1-a u Pragu.


Pluton kako ga vidi Hubble Space Telescope. Izvor: NASA

Konferencija IAU-a u Pragu (14. do 26. kolovoza 2006.)

Prošle godine u Pragu se održala redovita konferencija IAU-a. Najvažnija tema o kojoj se raspravljalo je bilo pitanje definicije planeta. Više od 2500 astronoma raspravljalo je o kriterijima koji odvajaju planete od ostalih tijela Sunčeva sustava. Prvi nacrt definicije objavljen je 16. kolovoza. Prema toj definiciji, Sunčev sustav trebao bi imati 12 planeta. Merkuru, Veneri, Zemlji, Marsu, Jupiteru, Saturnu, Uranu, Neptunu i Plutonu bi se pridružili Ceres, Haron i Eris. Kasnije bi se taj broj povećao jer su već bila poznata tijela koja su ispunjavala kriterije da postanu planeti.

Glavni kriteriji ove definicije su bili:
1. Planet mora biti u orbiti oko zvijezde i ne smije sam biti zvijezda
2. Planet mora imati dovoljno jako ubrzanje gravitacije da ga oblikuje u približno sferni oblik. Ovaj kriterij ispunjavaju svi objekti s masom većom od 5x1020 kilograma i 800 kilometara u promjeru.

Također, prvotna verzija definicije je predlagala i novu klasu tijela – Plutini. To bi bila tijela s periodom ophoda većim od 200 godina, velikim ekscentricitetima i nagnutostima orbita. Prvi nacrt definicije nije prošao na glasovanju i sljedećih tjedan dana vijećalo se o novoj definiciji. Napokon, 24. kolovoza objavljena je nova i konačna definicija planeta. Nova definicija oduzela je Plutonu status planeta i uvela je novu kategoriju – patuljasti planet.

IAU je odlučio razvrstati tijela Sunčeva sustava u tri skupine:
1. Planet je nebesko tijelo koje:
- se okreće oko Sunca
- ima dovoljnu masu kako bi njegova gravitacija svladala kohezijsku silu čvrstog  tijela i zadržala ga u hidrostatskoj ravnoteži u gotovo sferičnom obliku
- je udaljilo od sebe svako tijelo koje bi se moglo kretati po obližnjoj orbiti
2. Patuljasti planet je nebesko tijelo koje:
- se kreće oko Sunca
- ima dovoljnu masu kako bi njegova gravitacija svladala kohezijsku silu čvrstog tijela i zadržala ga u hidrostatskoj ravnoteži u gotovo sferičnom obliku
- nije udaljilo od sebe svako tijelo koje bi se moglo kretati po obližnjoj orbiti
- nije satelit (tijelo koje rotira oko drugog, masivnijeg tijela)
3. Druga tijela koja se kreću oko Sunca, osim satelita, zovu se mala tijela Sunčeva sustava. U ovu skupinu ulazi većina asteroida Sunčeva sustava, glavnina transneptunskih tijela, kometi i ostala tijela.


Usporedba dimenzija Plutona, Sedne i Quaoar-a s Zemljom i Mjesecom. Izvor: NASA

Fizička obilježja Plutona

Pluton se sastoji većinom od stijena i leda. Zbog toga njegova površina ima visok stupanj refleksije, što je glavni uzrok krivih procjena njegove veličine u prošlosti. Danas se pouzdano zna da je Plutonov promjer 2390 kilometara, a masa mu je oko 400 puta manja od Zemljine. Pluton ima jako eliptičnu i nagnutu orbitu, 17.1°. To je razlog da se Suncu približava na 39.5 AJ2 (jedna AJ ima 149.6 milijuna kilometara), a udaljava čak 49.3 AJ. Posljedica tako eliptične putanje su velike varijacije u prosječnoj temperaturi na površini, od -240°C do -218°C. Također, udaljavanjem od Sunca, Plutonova rijetka atmosfera, sastavljena većinom od dušika, redovito se smrzava. Plutonov period rotacije iznosi 6 dana i 9 sati, a os rotacije mu je nagnuta 119.6° na orbitu. Posljedica toga je da dani na Plutonu veoma dugo traju i da su neka područja dugo izložena Sunčevoj toplini.

Pluton posjeduje tri prirodna satelita. Najveći je Haron, s promjerom od 1212 kilometara koji kruži veoma blizu Plutonu (19570 kilometara) i njegova putanja je sinkronizirana s Plutonovom rotacijom. Zbog te pojave, na Plutonu bi nam se činilo da Haron stoji na nebu, a s nekih dijelova planeta Haron se uopće ne bi vidio. Građom je sličan Plutonu, sastavljen je od stijenja i leda, ali je njegova površina crvenkasta. Ostala dva satelita su relativno minijaturna, dimenzije su im oko 150 kilometara. Otkriveni su tek 2005. godine, a nazvani su Nix i Hydra. Plutonova površina vjerojatno je slična površini Neptunova satelita Tritona. Triton je nešto veći i masivniji od Plutona, ali jednako hladan. Zanimljivost na Tritonu su divovski gejziri koji izbacuju tekući dušik u tanku atmosferu. Zbog toga je površina Tritona veoma glatka i veoma reflektivna. Vjeruje se da je Triton, poput Plutona, kružio oko Sunca dok ga nije zarobio Neptun.


Triton, Neptunov najveći satelit i tijelo veoma slično Plutonu. Izvor: NASA

Kuiperov pojas

Kuiperov pojas je prostor iza Neptuna u kojem se nalaze mnogobrojni patuljasti planeti, uključujući i Pluton. Njegovo postojanje predvidio je Gerard Kuiper 1951. godine kao izvor kratkoperiodičnih kometa. Objekti u Kuiperovom pojasu su ostaci iz najranijih dana Sunčeva sustava, kada se odvijalo formiranje planeta. Njihovim proučavanjem više ćemo saznati o uvjetima u ranom Sunčevom sustavu.

Do danas je otkriveno preko 800 objekata u Kuiperovom pojasu. Većina tih objekata nalazi se na udaljenosti od 39 do 50 AJ od Sunca. Na njihove orbite i raspored ima veliki utjecaj Neptun, kao najmasivnije tijelo na toj udaljenosti. Tijela u Kuiperovom pojasu zbog toga se dijele po rezonanciji s Neptunom. Rezonanca je pojava kada se zbog utjecaja gravitacijskih sila periodi ophoda usklade. Kako je Neptun najmasivnije tijelo u tom dijelu Sunčeva sustava, cijeli Kuiperov pojas je pod njegovim utjecajem. Tako ona tijela koja imaju rezonanciju 1:1 su Neptunovi trojanci, s 2:3 rezonancom su Plutini, a s 1:2 su Twotini. Nagnutost putanja tih objekata na ekliptiku3 iznosi do 50° što objašnjava zašto nisu ranije bili otkriveni. Treba napomenuti da se Eris ne ubraja u objekte Kuiperova pojasa jer je predaleko.

Na udaljenosti od 50 AJ dolazi do naglog smanjenja broja objekata. Taj pad je poznat kao "Kuiperova litica". Pojavile su se hipoteze  da se na toj udaljenosti nalazi tijelo s masom između Marsa i Zemlje. Tako masivno tijelo svojom bi gravitacijom očistilo taj prostor od ostalih tijela.

Istraživanje Kuiperova pojasa

Određivanje svojstava objekata, tako daleko kao Pluton je veoma težak zadatak. Velika udaljenost i male dimenzije ograničavajuća su mogućnost za teleskope na Zemlji i u orbiti. Dosad je najkvalitetnije podatke pružio Hubble Space Telescope u sprezi s modernim teleskopima na površini Zemlje. Fotografije površine tih udaljenih svjetova morat ćemo pričekati dok ne dođe nova generacija teleskopa koji će imati veće objektive i ugrađene naprednije tehnologije. Za sada, astronomi svojstva određuju pomoću mjerenja količine zračenja u IC dijelu spektra pa na temelju pretpostavki određuju njihove dimenzije i sastav.

Do sada niti jedna letjelica nije posjetila Pluton unatoč tome što su četiri sonde proletjele kroz Kuiperov pojas i sada se nalaze na znatno većim udaljenostima. NASA je u siječnju 2006. godine lansirala sondu New Horizon. Sonda će u srpnju 2015. proletjeti kraj Plutona i nastaviti putovanje prema međuzvjezdanom prostoru. Postoji mogućnost da se u međuvremenu otkrije tijelo kraj kojeg bi sonda mogla proletjeti nakon što izvrši svoju misiju kraj Plutona.

U međuvremenu se možemo nadati otkriću još mnogobrojnih ledenih svjetova koji polagano kruže u tim ledenim prostranstvima. Planeti sigurno nisu, ali su ostaci iz dana nastanka Sunčeva sustava. Istraživanjem tih dalekih svjetova imat ćemo bolju sliku o našem planetu i njegovoj dragocjenosti.

1 - IAU je kratica od International Astronomical Union (Međunarodne Astronomske Unije)
2 - AJ je kratica od astronomske jedinice, to je mjera za udaljenost koja odgovora prosječnoj udaljenosti Zemlje od Sunca koja iznosi 149.6 milijuna kilometara.
3 - Ekliptika je ravnina u kojoj se nalazi Zemljina orbita. Orbite ostalih planeta imaju mala odstupanja od nje (1-2°, izuzetak je Merkur s 7°).

Literatura:
slobodna enciklopedija, ožujak 2007.
slobodna enciklopedija, ožujak 2007.
web stranice IAU, izjava za tisak, kolovoz 2006.
web stranice IAU, izjava za tisak, kolovoz 2006.
Nature Publishing Group, 2001, "Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics", Hampshire, UK
Cambridge University Press, 2002, "The Story of the Solar System" , Cambridge, UK