Pogranicze – Pas Kuipera, część II

Makemake

Sygnał ze stacji Przyczółka na Makemake, po przebyciu setek milionów kilometrów w końcu dotarł do Ciebie. Prowadnice HUDa ukazują Ci jej położenie i dane. Dodatkowa nakładka na szybce hełmu rozrysowuje granice gwiazdozbiorów wraz z nazwami. Makemake jawi się jako kropka o jasności 19m, sztucznie wyeksponowany obiekt, którego nie rozpoznałbyś w gąszczu znacznie jaśniejszych gwiazd. Dopiero dzięki temu pakietowi danych o Kuiperze uświadamiasz sobie, że przez lata swojego życia błędnie wymawiałeś jej nazwę jako Mejkmejk. Dzięki krótkiej notatce dowiadujesz się, że Makemake jest bóstwem z wierzeń ludów Polinezji, twórcą ludzkości. Skąd mogłeś wiedzieć – tłumaczysz sobie. Poświeciłeś się przecież inżynierii górniczej, Twoją dziedziną są odwierty próbne na planetoidach, a nie dawno zapomniane wierzenia garstki ludzi.

Makemake zostało Przyczółkiem całe dekady temu. Miało być miejscem wypadowym dla eksploracji granic układu, w ramach światowego projektu Nowego Pogranicza. Przez ostatnie czterdzieści lat cały projekt uległ małemu załamaniu, jednak po ustabilizowaniu się Nowego Pokoju kilka państw w kooperacji z międzynarodowymi korporacjami coraz mocniej interesuje się dalszą ekspansją. Stąd też przecież Twoja obecność w tym kwadrancie układu. Miałeś wykonać kilka odwiertów, pobrać wymaganą ilość próbek i wrócić na Ziemię. Ten roczny kontrakt może nie wyglądał jak wielkie wyzwanie, jednak spora kwota, na którą opiewał wyglądała na wystarczające remedium na nudę. Jeśli jednak obsługa maszyn górniczych tak daleko od jakiegokolwiek sygnału z Ziemi jest nudna, tak Twoje oczekiwanie na korwetę ratunkową jest wręcz zabójczo nudne. Przez chwilę obliczasz w głowie wysokość odszkodowania, które spodziewasz się otrzymać i ta kilkucyfrowa kwota chociaż na chwilę wprawia Cię w zadowolenie.

Spoglądasz na wykres HUD i wyczytujesz z niego, że Makemake znajduje się z Twojej perspektywy w gwiazdozbiorze Wolarza. Postanawiasz przez chwilę przyjrzeć się bliżej, chociażby dla zabicia nudy. Godziny oczekiwania jeszcze przed Tobą, a i głód zaczyna doskwierać coraz mocniej.

 

Gęstość danego ciała jest jednym z najistotniejszych parametrów, pozwala nam zrozumieć jego skład chemiczny, ewolucje i procesy w jakich powstał. Różnorodność obiektów Pasa Kuipera jest jedną z najważniejszych, jeszcze nie wyjaśnionych zagadek. Istnieje obecnie kilka wyjaśnień dla tego fenomenu. W jednym ze scenariuszy, gęstości nieznacznie wzrastają wraz z rozmiarem, gdy lód jest usuwany dzięki grawitacji większego obiektu. W drugim natomiast, gęstości największych obiektów są stochastycznie (czyli losowo, określone na przestrzeni prawdopodobieństwa) ustalane poprzez wielkie zderzenia, które mogą usunąć znaczne ilości lodu i prowadzić do powstania jednego, bądź kilku satelitów, które posiadają tylko ułamek masy swojej planety. Do niedawna sądzono, że Makemake jest kością niezgody między oboma modelami. Jeszcze dwa lata temu był to największy obiekt pasa Kuipera z niewykrytym satelitą. Ze swoją gęstością szacowaną pomiędzy 1.4g cm­­­­­­­­­­­­­­­­­-3 ­­­­a 3.2g cm­­­­­­­­­­­­­­-3­­­ ­­­­ta planeta karłowata mocno wspierała model mówiący o tym, że obiekty o większej gęstości jak Eris powstawały w skutek pojedynczego zderzenia, pozostawiając małe lodowe księżyce krążące wokół nich.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a obserwował Makemake, która znajdowała się wtedy 52.404 AU od Słońca, a od Ziemi dzieliło ją 51.694 AU. 27.04.2015 wykonano serię sześciu zdjęć Makemake, przy której zauważono małego satelitę. Otrzymał on wdzięczną nazwę S/2015 (136472) 1. Półoś wielka tego bardzo ciemnego obiektu wynosi przynajmniej 21.000 kilometrów i jest mniej więcej kolista. Bardzo niskie albedo na poziomie 0.05-0.07 utrudniało jego wykrycie przez lata.

 

Ujęcia HST ukazujące Makemake i jej księżyc (źródło: astrobites.org)

Po odkryciu S/2015 (135472) 1 pojawiła się tak zwana hipoteza „ciemnego księżyca”. Termiczne obserwacje Makemake prowadzone przez teleskopy Spitzer i Herschel wykazały, że jej powierzchnia jest bardzo zróżnicowana pod względem składu, co wpływa na różnice albedo i temperatury. Większość z niej musiała być bardzo jasna, jednak część była ciemna. Stwierdzono, że te rozbieżności nie zgadzają się z małą amplitudą krzywej blasku tego obiektu. Najprawdopodobniej część, lub większość tego ciemnego materiału nie znajduje się na powierzchni cętkowanej Makemake, lecz obejmuje równomiernie powierzchnię jej satelity. Ta bardzo ciemna powierzchnia może sugerować odmienny proces powstawnia, niż w przypadku innych księżyców obiektów Pasa Kuipera, być może ten mały satelita został w przeszłości przechwycony przez Makemake i pierwotnie nie był związany nawet z Pasem Kuipera. Alternatywą są nieznane nam dynamiczne procesy z przeszłości samego Makemake, na skutek których pozbyła się ona swoje atmosfery. Wszystkie te hipotezy będzie mógł rozwiązać Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, którego instrumenty pozwolą nam na szczegółowe zbadanie tych anomalii. Niemniej jednak, obecny szacowany rozmiar tego małego księżyca to 175 km, a jego masa to zaledwie 0.2% układu Makemake – S/2015 (135472) 1.

Teraz, dzięki odkryciu księżyca Makemake, wszystkie największe obiekty Kuipera (Pluton, Eris, Makemake, Haumea) posiadają co najmniej jeden księżyc. Fakt, że satelita ten tak długo ukrywał się przed nami sugeruje, że inne duże obiekty (jak Sedna) mogą posiadać nie zaobserwowane jeszcze księżyce. Możemy także (chyba dość bezpiecznie) założyć powszechną obecność księżyców obiektów transneptunowych, co sugeruje, że wielkie kolizje są niemal uniwersalną częścią historii tych dalekich światów.

 

Eris

Budzisz się i zdezorientowany rozglądasz się wokoło. No tak, musiałeś zasnąć na piętnaście minut. Włączasz radio i odsłuchujesz wiadomość wysłaną przez ratowników. Dowiadujesz się z niej, że wykorzystują właśnie znikomą asystę grawitacyjną Eris, by już bezpośrednio dotrzeć do Ciebie. Asysta grawitacyjna Eris, dobre sobie. Wykorzystanie grawitacji Jowisza, to jest dopiero przeżycie. Zamykasz oczy i przypominasz sobie ten etap podróży, gdy okrążając Jowisza przyspieszałeś, by dostać się do 2009 KT36. Mały układ planetarny, wielka planeta i kilka sporych księżyców. Pamiętasz bardzo dobrze widok powierzchni Io z pokładowego teleskopu cyfrowego. Miliardy ton siarki, aktywne wulkany napędzane przez siły pływowe i magnetyzm jego wielkiego towarzysza. Te małe światła kolonii badawczych na Europie zostawiały nawet powidok, kilka punktów światła, które widziałeś pod powiekami. No i sam Jowisz. Impresjonistyczna kula, prawdziwy olbrzym o kolorach nieporównywalnych do niczego. Obserwowałeś z otwartymi ustami jego pasy, wyobrażałeś sobie ogromne siły, które w bardzo widoczny sposób poruszały je przy brzegach. Człowiek zaczyna żałować, że to tylko fraktalne powtórzenia, wynik działania fizyki i chemii, a nie prawdziwa sztuka. To chyba wtedy po raz pierwszy zdałeś sobie sprawę, że nie lecisz po prostu w ogromną pustkę, a w przestrzeń pełną kolorów i odcieni.

Z ciekawości wydajesz systemowi polecenie znalezienia Jowisza. Dochodzisz do wniosku, że przy dużej dozie cierpliwości byłbyś w stanie odnaleźć go sam. W tej odległości posiada on jasność na poziomie 8m, w dodatku  znajdujesz się też kilkanaście stopni poniżej ekliptyki. Przychodzi Ci do głowy myśl, że chciałbyś go kiedyś jeszcze raz zobaczyć z bliska. W końcu jest to układ bardzo bezpieczny, placówki na Europie i Ganimedesie zostały przekształcone w stricte badawcze, a wydobywanie helu3 z Jowisza zostało ostatecznie uregulowane. Każdy przecież chciał swój kawałek z tego wielkiego tortu. Europa i Stany grały mocno prowokacyjnie, Rosjanie nawet razem z Chinami nie miały większych szans na przerzucenie sprzętu, nie mówiąc o zwiększeniu kontraktów. Nasze władze we współpracy z USA podjęły słuszną decyzję, by przedłożyć Radzie ONZ rezolucję ustalającą prawa wydobycia tylko dla krajów demokratycznych. Pozostali gracze wyrażali co prawda „głębokie zaniepokojenie”, jednak nasz Prezydent (świeć Panie nad jego skromną duszą) uspokajał ich, że helu wystarczy dla wszystkich. Każdy wiedział, że była to dobra mina, do złej gry. Nie mieliśmy zamiaru oddawać ani grama tym barbarzyńcom. Kraje Zachodu miały być już na zawsze dominującą siłą na planecie. I tak też się stało.

 

Struktura orbit obiektów Pasa Kuipera dostarcza nam wiele wskazówek na temat procesów kształtujących nasz układ. Dla przykładu, wiemy już, że ogromne planety nie powstały w miejscach swoich obecnych orbit. Ich początkowe ułożenie było bardziej „kompaktowe” i zawierało się w odległości od 5 AU do 15 AU. Stabilne rezonanse w pasie Kuipera zostały ustalone po tym, jak Neptun wyemigrował na zewnątrz, ku zimnemu dyskowi zawierającego przez te obiekty. Wyjątkami dla tych rezonansów są Haumea, Makemake i właśnie Eris.

Obiekty w pasie Kuipera zostały schwytane w rezonans miliony lat temu, ale wydarzenia te nie zostały jeszcze w pełni wytłumaczone i istnieje kilka dla nich rozwiązań. Rezonans Plutona miał na przykład zostać utworzony po tym, jak Neptun „przetoczył się” nad początkową orbitą Plutona. Neptun miał kontynuować jeszcze migrację, a obiekty Kuipera musiały się „dostosować”, by zachować moment pędu. Wykazano też, że wiele obiektów transneptunowych mogło powstać od razu w dysku rozproszonym, wchodząc w orbitalny rezonans z Neptunem. Nie tak dawno pojawiła się sugestia, jakoby obiekty Kuipera powstały już na swoich miejscach. Zostały one rozproszone przez Neptuna i przez pewien czas posiadały orbity o mniej ekscentrycznych orbitach. Tymczasowo były uwięzione w rezonansach, by później powrócić do pasa Kuipera. Według tego modelu, obiekty obecnie rezonujące to te, które w nim pozostały na końcu swojej migracji.

 

Wykres populacji obiektów i ich rezonansów (źródło: The Resonant Transneptunian Populations – Gladman et al)

Odkryta w 2006 roku Eris, była pierwszym obiektem pasa Kuipera dorównującym rozmiarom Plutonowi. Zawierająca na powierzchni dużo lodu metanowego, posiada gęstość 2300 kg m­­­­­­­-3 ­­­, również porównywalną z Plutonem. Jej albedo robi wrażenie – wartość ta wynosi bowiem 0.87.

Właściwości widma Eris przypominają Plutona, czy Trytona. Badania spektroskopijne w bliskiej podczerwieni wykazały, że jej powierzchnia zdominowana jest przez metanowy lód. Jednakże, centralne długości fal CH­4 nie wykazywały przesunięcia jak w przypadku Plutona i Trytona właśnie. Jakość widma Eris nie pozwalał na wykrycie tego związku. Kilka lat temu udało się zauważyć azot w widmie Eris. Dzięki dużej mimośrodowości orbity, Eris może posiadać cienką atmosferę w pobliżu peryhelium, która zamarza, gdy oddala się ona od Słońca.

 

Haumea

Miałeś w młodości marzenie. Nigdy nie marzyłeś o niczym nierealnym, Twoje cele i ambicje skupiały się wokół Twoich spraw. Chciałeś po prostu być kimś, jak najlepiej służyć Europie. Być przydatnym, mieć wkład w gospodarkę państwa. Wymagano tego od każdego obywatela, a Ci, którzy postanowili żyć według własnych ideałów kończyli w najlepszym razie na „wakacjach” na Tytanie przekopując ciężkimi koparkami tony lodu i obsługując terminal załadunku azotu. Wielu Twoich znajomych z młodości do dzisiaj przesyła Ci wiadomości chwaląc sobie warunki tam panujące i wyrażając wdzięczność za to, że się tam znaleźli. Skoro sami twierdzą, że swoim bumelanctwem zasłużyli na taki los, widocznie taka forma reedukacji spełnia swoje zadanie.

 

Obracając się masz okazję już po raz któryś oglądać te same mgławice, zaczynasz orientować się w podstawowych gwiazdozbiorach ziemskiego nieba. Z łatwością zauważasz Wielki i Mały Obłok Magellana, orientujesz się, że Pas Oriona wskazuje Syriusza. O, to musi być Deneb, a tam dalej Pollux i Castor. Dla rozrywki rozrysowujesz swoje własne gwiazdozbiory, jednak Twoja wyobraźnia nie nasuwa Ci dla nich nazw ambitniejszych niż Ładowarka Łyżkowa, Czwórnik Gniazdowy, czy Przenośnik Zgrzebłowy.

 

Haumea odznacza się najszybszą rotacją wśród obiektów o podobnych rozmiarów – 3.91 godziny. Podobną cechę posiada jej drugi księżyc – Hi’iaka. Wszystkie trzy obiekty (Haumea, Hi’iaka, Naumaka) posiadają także bardzo wysokie albedo, i mnóstwo lodu wodnego w swoich widmach. Cechy te mogą wskazywać na ogromną kolizję, która miała miejsce przed eonami i która ukształtowała to trio.

Hi’iaka na Naumaka mają odpowiednio 0.5% i 0.05% masy swojej większej towarzyszki. Księżyce małe – bo mające jedyne 150 km i 75 km średnicy – ale szczególne. Znajdująca się bliżej Haumei Naumaka posiada ekscentryczność orbity obliczoną na 0.2, orbita Hi’iaki jest bardziej kołowa, jedynie 0.05. Orbitują wokół niej w odległościach 35.7 i 69.5 średnic Haumei, która wynosi 715 kilometrów.

Okres orbitalny Hi’iaki wynosi 49 dni. Biorąc pod uwagę małą ekscentryczność jej orbity i odległość od głównego obiektu, przy standardowej teorii pływów osiągnięcie takich parametrów orbity tak małemu satelicie zajęłoby bardzo dużo czasu. Wychodzi na to, że ten mały satelita obraca się 120 razy szybciej, niż powinien. Zamiast obracać się synchronicznie jak Księżyc wokół Ziemi, Hi’iaka obraca się jeden raz na 9.8 godzin. Istnieją dwa warianty powstania tego satelity. Pierwszy zakłada uformowanie się Hi’iaki w okolicy granicy Roche’a Haumei i jej orbita ewoluowała w czasie, drugi postuluje powstanie go w obecnej odległości. Biorąc jednak pod uwagę dość podobne parametry orbit obu satelitów (mała ekscentryczność, podobna inklinacja itp.) należy odrzucić hipotezę przechwycenia ich przez grawitację Haumei. Jednak oba powyższe założenia nie są satysfakcjonujące do końca. Formacja w obecnym położeniu pozwala uniknąć problemu wpływu sił pływowych, jednak skłania to do pytania, dlaczego dysk proto satelitarny posiadał tak sporą półoś wielką, daleko poza regularnymi rozmiarami dla tej wielkości obiektów. Gdyby jednak Hi’iaka powstała przy granicy Roche’a, spodziewalibyśmy się, że siły pływowe zwolnią jej rotację już na początku istnienia. Jednym z dodatkowych wyjaśnień na szybką rotację tego księżyca są niedawne wydarzenia. Nawet jeśli siły pływowe ustabilizowały jego rotację do rotacji synchronicznej, jakaś kolizja mogła zresetować jej spin.

Ze względu na swoją szybką rotację nasze bohaterki nie są idealnymi sferami. Haumea to tak zwana elipsoida Jacobi, czyli obiekt różnoboczny. Hi’iaka natomiast jest sferoidem Maclaurina – jest to sferoid spłaszczony.

Wodny lód został wykryty w przypadku większości obiektów trans neptunowych. Wykrywana absorpcja lodu wodnego jest często mała, staje się więc oczywiste, że stanowi on małą część powierzchni. Głównym wyjątkiem jest tutaj Haumea i jej rodzina, której powierzchnię stanowi niemal czysty lód. Innym wyjątkiem są największe obiekty Kuipera, na tyle masywne, by utrzymywać związki lotne atmosfery, które z czasem oczywiście zamarzają. Dla większości obiektów z lodem wodnym istnieje tylko mała korelacja między lodem wykrytym na powierzchni, a innymi ich właściwościami. Nie istnieje prosta zależność między ich barwą, a obecnością lodu. Należy więc kłaść nacisk na szczegółowe modelowanie w celu określenia składników powierzchniowych i ilości lodu.

Odliczasz już ostatnie godziny. Bawisz się w wymyśloną przez siebie grę. Zamykasz oczy i w pamięci odtwarzasz układ gwiazd i widocznych mgławic. Za każde prawidłowe położenie obiektu przyznajesz sobie punkty, dziesięć punktów oznacza jedno piwo, na które pozwolisz sobie po powrocie do cywilizacji, może być to nawet marna kolonia z podrzędnym barem. Czego to człowiek nie robi z nudy. Może to nie jest do końca nuda? Może jednak ma to jakiś cel, może chcesz jednak zachować w pamięci jak najwięcej. Bzdura – wypierasz z siebie tę myśl. Tu praktycznie nie ma co oglądać, wszystko jest powtarzalne. Z tą myślą skupiasz wzrok na małym dysku, który HUD oznacza Ci jako M31. Starasz sobie uzmysłowić odległość, która Cię do niej dzieli, oraz to, jak będzie wyglądać niebo za powiedzmy dwa miliardy lat, gdy Andromeda będzie już naprawdę blisko. Ciekawe, jaki widok ujrzą istoty zamieszkujące ten układ. I inne zapewne też. Wśród setek tysięcy egzoplanet jakie znaleziono, żadna jeszcze nie okazała się miejscem zamieszkania zaawansowanej cywilizacji. Co z tego, że w odległości 1.3 AU od bliskiej nam tau Ceti krąży planeta z tlenową atmosferą. Nikt się stamtąd nie odzywa.

Włączasz na moment radio. Jednym poleceniem głosowym je momentalnie  ściszasz, jesteś bowiem wręcz atakowany krzykami członków korwety ratunkowej. Łają Cię oni za wyłączenie radia i poddają przez to w wątpliwość moralność Twoją i Twojej matki. Uspokajasz ich z radosnym śmiechem. To Twoje ostatnie chwile w tej pustce i w tym skafandrze. Spoglądając ostatni raz na otwarty kosmos przypominają Ci się słowa starej piosenki, która, nie wiedzieć czemu po latach została hitem. Dziwny utwór z takim neurotycznym wokalistą… Jak to szło? Ach, no jasne! „Nie chcę kochanki, chcę po prostu być dzieckiem”. W tym ostatnim spojrzeniu zastanawiasz się dlaczego właściwie nigdy, nawet na Ziemi, nie spojrzałeś na gwiazdy.

Komentarze

comments