Osobliwy Pluton — z Układem
Słonecznym w tle1

Pod koniec sierpnia 2006, gdy kończył się dla prasy sezon ogórkowy — astronomowie dostarczyli dziennikarzom wspaniałego tematu: Pluton przestał być planetą (patrz „Urania–PA” 6/2006 s. 255). Sensacyjne doniesienie napłynęło z Pragi, gdzie obradowało XXVI Zgromadzenie Ogólne Międzynarodowej Unii Astronomicznej. Natychmiast pojawiły się pytania: dlaczego taka degradacja? I czemu teraz, gdy w styczniu 2006 NASA wysłała sondę New Horizons do… najdalszej PLANETY (gdzie ma dotrzeć koło 2015)? Jakim prawem, skoro zadecydowano o sprawie w wyniku głosowania, w którym wzięło udział mniej niż 5% światowej liczby astronomów?

Poszukajmy spokojnie odpowiedzi na te, a także na inne „plutońskie” wątpliwości.

Czy wywołana decyzją o „detronizacji” histeria mediów („trzeba będzie zmieniać podręczniki szkolne”), rozpacz Amerykanów (Pluton to jedyna planeta Układu Słonecznego odkryta w USA) i apele tradycjonalistów („wprowadza się chaos w nasze rozumienie Kosmosu”) mają jakąkolwiek rację bytu? Skąd tyle emocji? Czy my na pewno wiemy, co to planeta i czy ktokolwiek cokolwiek chce „zabierać”?

Ale po kolei.

Planety w historii

W starożytności wszystkie (oprócz komet) jasne obiekty na sklepieniu niebieskim, które wędrowały wśród gwiazd, nazywano planetami. Były to Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn, ale także… Słońce i Księżyc. Skreślenie dwu ostatnich obiektów z planetarnego spisu zawdzięczamy Kopernikowi. W kopernikowskim Układzie Słonecznym wokół Słońca krążyło 6 planet, w tym Ziemia. „Wykreślanie” i „dodawanie” planet do Układu ma więc swoją kilkusetletnią historię.

W roku 1781 William Herschel odkrył wśród gwiazd, zupełnie przypadkowo, nieznaną wcześniej planetę, którą nazwał Uran. Znaliśmy już, jako ludzkość, 7 planet w Układzie Słonecznym. Z prawa Keplera można było wyliczyć, że Uran znajduje się około dwa razy dalej od Słońca niż Saturn. Ale pod koniec XVIII w. znano już także prawa Newtona i szybko okazało się, że nowo odkryta planeta, o znanej odległości, nie porusza się dokładnie tak, jak z tych praw by wynikało. To zaś sugerowało, że może istnieć planeta dodatkowa, jeszcze bardziej niż Uran odległa od Słońca, i to ona zaburza ruchy poprzedniej. Znając odchylenia położeń Urana na niebie od miejsca przewidywanego, można było pokusić się o wyznaczenie położenia ósmej planety.

Zrobiło to niezależnie dwu uczonych (John Couch Adams oraz Urbain Jean Joseph Le Verrier).

Gdy obserwator Johann Galle, 23 września 1846, odnalazł ósmą planetę (później nazwaną Neptunem), znajdowała się ona w odległości… 55 minut łuku od pozycji wskazanej przez Le Verriera i 1,5 stopnia od pozycji wskazanej przez Adamsa (tzn. nieomal dokładnie na „swoim miejscu”). Było to wspaniałe potwierdzenie poprawności teorii Newtona i sukces rodzącej się mechaniki nieba. Wkrótce jednak znów okazało się, że nowo odkryta planeta nie tłumaczy wszystkich niejasności w ruchach Urana.

Rozpoczęto zatem poszukiwania dalszej, dziewiątej tym razem, planety. Zajmowali się tym głównie Percival Lowell i William H. Pickering. Przez wiele lat obliczali domniemane położenia nowej planety na niebie, bezskutecznie szukali, potem korygowali rachunki, ale… ciągle nie dawało się nic interesującego odnaleźć. Czas upływał, przeglądano — bez rezultatów — niebo w „podejrzanych” okolicach. Entuzjazm słabł! A Lowell… nie poddawał się. Wraz z żoną Konstancją ufundował Obserwatorium we Flagstaff (Arizona). Tam badania prowadzono najintensywniej, a Lowell zarządził w testamencie (zmarł w 1916 r.) kontynuację poszukiwań dziewiątej planety.

Wiek XX

Wobec fiaska kilkudziesięcioletnich starań obserwacyjnych w 1929 r. rodzina Lowella dostarczyła do Flagstaff nowy, 13-calowy refraktor do dalszych badań. Zawodowi astronomowie z tego Obserwatorium, znudzeni żmudną i bezowocną pracą nad poszukiwaniem kolejnej planety, wynajęli do niej, młodego wówczas, miłośnika astronomii Clyde'a Tombaugh (wcześniej pracującego po prostu na rodzinnej farmie w Kansas).

I — o zgrozo — 18 lutego 1930 r., w odległości 6 stopni od pozycji wyliczonej 15 lat wcześniej przez Lowella, świeżo zatrudniony amator odkrywa to, czego zawodowcy poszukiwali od wielu lat!

Odkrycie Urana było przypadkiem, Neptuna — sukcesem mechaniki nieba, a Plutona — wynikiem inteligencji i pracowitości Clyde'a Tombaugha. Bo przecież… sześć stopni na niebie to… dwanaście tarcz Księżyca. Jak się udało odnaleźć obiekt tak daleko od „podejrzanego miejsca”?

To była chyba pierwsza oznaka tego, że Pluton nie słucha dotychczasowych planetarnych reguł.

Ale — jak by nie było — Układ Planetarny po roku 1930 „składał się” z 9 planet!

„Intronizacja” Plutona i odkrywanie jego oblicza

Układ Pluton-Charon. Fot. HST

Wyznaczenie orbity nowej planety bardzo szybko ujawniło wiele jej nietypowych własności (patrz tabela 1):

— po pierwsze orbita Plutona jest bardzo ekscentryczna, wydłużona (aphelium to około 50 j.a., peryhelium tylko 30 j.a.)

— po drugie — znacznie nachylona do płaszczyzny ekliptyki (prawie 18 stopni)

— po trzecie rzuty orbit Plutona i Neptuna na płaszczyznę ekliptyki przecinają się; czasami Pluton bywa bliżej Słońca niż Neptun.

Tymczasem wszystkie znane wcześniej planety krążyły po orbitach prawie kołowych, bardzo blisko płaszczyzny ekliptyki i było nie do pomyślenia, by planeta nr n (od Słońca) choćby przez chwilę znalazła się dalej niż planeta nr n+1.

Mimo to Pluton dołączył do Układu Słonecznego jako „najbardziej oddalona od Słońca planeta”. Tylko nie było wiadomo, jak duża i jak masywna. Pierwsze „przymiarki” w XIX w. robiono dla masy rzędu 10 mas Ziemi. W roku 1915 Lowell przewidywał (i założył w swoich obliczeniach, na podstawie znaczących perturbacji w ruchach Urana i Neptuna), że dziewiąta planeta jest 6,6 razy cięższa od naszej Ziemi. Jednak odkryty Pluton świecił znacznie słabiej niż oczekiwano — stąd spodziewano się, że będzie też lżejszy. Ciągle jednak mówiło się o kilku masach Ziemi. W 1955 r. Pluton „ważył” już tylko 0,8 masy Ziemi, w 1968 — zaledwie 0,18. Na początku lat 70. XX w. okazało się (z badań w podczerwieni), że Pluton znów kilkakrotnie „schudł” (masę szacowano wtedy z jasności obiektu, nie wiedząc, że powierzchnia jest pokryta doskonale odbijającym światło metanem, zatem ponownie uzyskano wynik zawyżony. Dziś wiadomo, że masa Plutona to zaledwie 0,03 masy Ziemi).

Analiza uzyskanych podczas zaćmień krzywych blasku pozwoliła na dokładne wyznaczenie promieni i Plutona, i Charona. I znów okazało się, że Pluton (i Charon) są znacznie2 mniejsze niż sądzono wcześniej (patrz tab. 2).

Zaćmienia to ciągle nie koniec miłych niespodzianek ze strony Plutona. W 1988 r. została odkryta (bezpośrednio) atmosfera Plutona! Stało się to, gdy astronomowie znów czekali na zakrycie gwiazdy przez planetę. Zamiast jednak gwałtownego „zniknięcia” gwiazdy blask jej wygasał stopniowo. Ginął najpierw w atmosferze plutońskiej, a po czasie zakrycia — podobnie, stopniowo gwiazda się „wyłaniała”.

Charon widziany z różnych stron

Jak wiadomo, oś obrotu planety zachowuje w przestrzeni swój kierunek. Na eliptycznej orbicie w 1954 r. Pluton był ustawiony tak, że promienie słoneczne padały nieomal prostopadle na jego biegun północny (Słońce było tam blisko zenitu). W 1973 było w zenicie na plutońskim równiku.

Zatem w 1954 r. widzieliśmy Plutona od strony bieguna, a w 1973 ustawił się do nas nieomal równikiem. Dlaczego jego średnia jasność w tym czasie malała? (Bo wiadomo, że Pluton faktycznie ciemniał przez ostatnie 30 lat!).

Po prostu w pobliżu peryhelium (Słońce na równiku w zenicie) metanowe śniegi w okolicach równikowych przemieniają się w atmosferę i odkrywa się ciemna, bogata w węglowodory powierzchnia globu. Atmosfera, choć cienka, ma ponadto decydujący wpływ na „klimat” Plutona. Stały cykl sublimacji metanu po stronie nasłonecznionej i jego zestalanie się po nocnej „wygładzają” temperatury na całej powierzchni Plutona.

Finał

Reasumując, okres obiegu Plutona wokół Słońca wynosi około 250 lat. Od momentu odkrycia — 1930 r. — upłynęło tylko trochę ponad ćwierć plutońskiego roku, ale już w tym czasie dostarczył on bardzo wielu niespodzianek i do końca XX w. nie dawał spocząć astronomom. Bo w latach 90. zaczął… tracić planetarną tożsamość! Od 1992 r. odkrywano na niebie (bardzo wydajną techniką CCD, „wyrosłą” z metody Clyde'a Tombaugh) coraz więcej obiektów na podobnych do plutonowej orbitach i o podobnych rozmiarach. Pod koniec roku 2001 znano ich już około 400, w 2006 — 800. W końcu 2003 znaleziono przynajmniej jeden, który okazał się od Plutona… większy (patrz URANIA 5/2005, s. 216).

Czymże zatem jest Pluton? Dzisiaj, czy to się podoba czy nie, sprawa została rozwiązana „formalnie”.

24 sierpnia 2006 r., podczas XXVI Zgromadzenia Ogólnego Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Pradze, sformułowano definicję słowa „planeta”, po czym przyjęto ją głosami 424 astronomów, którzy zostali w Pradze do końca obrad. Definicja ta jest następująca:

Planeta jest takim ciałem niebieskim, które znajduje się na orbicie okołosłonecznej i posiada wystarczająco dużą masę, by własną grawitacją nie tylko uformować kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (czyli kulisty), ale też jest zdolne zgarnąć materię z przestrzeni w pobliżu swojej orbity (czyli dominuje dynamicznie; stosunek masy planety do sumy mas pozostałych obiektów w jego orbitalnej strefie jest rzędu 100).

Tym samym najwyższy astronomiczny autorytet niejako „zdetronizował” Plutona. Po prostu nie spełnia on wszystkich wymaganych warunków „bycia planetą”. Czym „zawinił”? Ma wokół siebie bardzo wiele obiektów podobnych, nie wchłonął ich siłą swej grawitacji.

Pluton będzie się teraz nazywał planetą karłowatą, obiektem 134340 Pluton, podobnym do 136199 Eris (czyli do 2003 UB313, nazywanym też pierwotnie Xena — pierwszym z odkrytych obiektów Pasa Kuipera większym od Plutona). A jaka jest przyjęta definicja planety karłowatej?

Planeta karłowata to takie ciało niebieskie, które znajduje się na orbicie okołosłonecznej i ma wystarczającą masę, aby własną grawitacją uformować kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (czyli kulisty), ALE nie wyczyściło przestrzeni w pobliżu swojej orbity oraz nie jest satelitą.

Do tej pory za planety karłowate uznano bezspornie trzy obiekty — Ceres, Eris i właśnie Plutona (patrz kolorowa rozkładówka w URANII 6/2006).

Oprócz planet i planet karłowatych pozostałe obiekty (oprócz księżyców) na orbitach okołosłonecznych będą wspólnie nazywane „małymi ciałami Układu Słonecznego”.

Wracając do Plutona, zabawne jest, że został dwukrotnie „oskarżony” przez brać astronomiczną: raz o to, że perturbuje ruchy Urana i Neptuna, a drugi raz o to, że nie wymiata grawitacyjnie ze swych okolic innych, podobnych ciał. Oskarżenie pierwsze, fałszywe, dało mu tytuł planety, a drugie, prawdziwe, mu ten tytuł zabrało. Tylko… czy to jest aż tak ważne?

Zmarły w 1997 r. Clyde Tombaugh wcale się nie martwił tym, że pod koniec jego życia okazało się, iż nie odkrył planety, a tylko jeden z kilkuset drobnych obiektów na skraju Układu Słonecznego. Cieszył się do końca dni swoich, że „jego” Pluton stale znajduje się w centrum zainteresowania astronomów!

Układ Słoneczny jako tło dla Plutona

Wydaje się, że warto przejąć punkt widzenia Clyde'a Thombaugh — rzeczy zaskakujące, zmienne są zawsze ciekawe. Przyciągają uwagę, a my możemy je coraz lepiej poznawać.

Mapa pokazująca zmiany jasności (zdolności odbijania światła) powierzchni Plutona skierowanej do Charona. Została ona uzyskana na podstawie danych zebranych w Obserwatorium McDonalda w Teksasie w czasie częściowego zaćmienia Plutona przez Charona

Od 1543 r. coś, co uważamy za nasze środowisko naturalne — Układ Słoneczny — nieustannie w naszych oczach „ewoluuje”: było 7 planet, potem 6, w 1781 znów 7, w 1846 — 8, w 1930 — 9. Obecnie znów 8. Liczba znanych księżyców zmieniała się ogromnie — Galileusz znał Księżyc ziemski i 4 jowiszowe, do końca XVII w. znano ich już 10, w XVIII — 14, w XIX — 22, w XX — do czasu pierwszych sond kosmicznych — 45, potem długo znaliśmy ich 61, a do 25 listopada 2006 roku w Układzie Słonecznym ta liczba zwiększyła się do 270 księżyców, w tym 162 planetarnych (3 księżyce Plutona już wypadły z tej liczby) (patrz http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_discovery_of_solar_sys-tem_planets_and_their_natural_satellites). A potem? Zaczęto je lawinowo odkrywać wokół odległych planet, na orbitach wcale nie okołorównikowych (jak się spodziewano) — i dziś, aby podać ich dokładną liczbę wybranego dnia, trzeba zajrzeć na stronę http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_satellite.

Planeta z pierścieniem — to dawniej był tylko Saturn. Dziś wiemy, że wszystkie planety olbrzymie mają swoje układy pierścieni okołoplanetarnych.

Sam początek XIX w. wprowadził do inwentarza niebieskiego planetoidy (1801 — Ceres, dziś zwana planetą karłowatą, 1802 — Pallas, 1804 — Juno, 1807 — Westa). Między orbitami Marsa a Jowisza „usytuował się” główny pas tych obiektów. W wieku XX odkryto pas podobny, ale odleglejszy, rozpościerający się za orbitą Neptuna — Pas Kuipera. Pas główny to planetoidy skaliste, Pas Kuipera — lodowe. Jeszcze dalej, w odległości prawie roku świetlnego, mamy Obłok Oorta (patrz URANIA nr 1/1998, s. 4), teraz wprowadzono pojęcie „planety karłowate”…

Jaki więc jest, jeśli jest, „morał”?

Po prostu zwycięża prawda. Czasem powoli. Nie należy się martwić o podręczniki — wszyscy powinniśmy zrozumieć, że cokolwiek jest w nich napisane, to odzwierciedla tylko, bardzo szkicowo, nie PRZYRODĘ — ale nasze dzisiejsze jej pojmowanie. Astronomia, może bardziej niż inne dziedziny nauki, uczy pokory!

Dr Magdalena Sroczyńska-Kożuchowska była wieloletnim pracownikiem CAMK-u. Zawodowo zajmowała się fizyką kosmiczną, w szczególności wiatrem słonecznym. Zawsze dużą wagę przywiązywała do popularyzacji astronomii i czyni to dalej. Jej działalność w tej dziedzinie została nagrodzona przez PTA medalem im. prof. Zonna