Jak zlikwidowałem planetę Pluton: Mike Brown Understand article

Tłumaczenie Marcelina Biesaga + Jadwiga Schreiber. Móc zmienić świat byłoby czymś naprawdę wspaniałym. Mike Brown nie zmienił wprawdzie świata, ale za to Układ Słoneczny. Jak tego dokonał opowiada Eleanor Hayes.

Pluto
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Aż do roku 2006 większość osób niebędących astronomami zapewne myślała, że Układ Słoneczny ma ustaloną, niekwestionowaną strukturę. Aż tu nagle ogłoszono, że Pluton nie jest planetą. Zapoznajmy się z historią Mike’a Brown’a, który zupełnie niezamierzenie obniżył rangę Plutona i tym samym wpłynął na nowy sposób klasyfikacji planet.

Cała ta historia ma swój początek pod koniec XIX wieku, kiedy to poszukiwano planety „X” – dziewiątej planety Układu Słonecznego. W 1846 roku astronomowie zaobserwowali, że orbita Urana wokół Słońca jest ciągle „czymś” zakłócana. Tym „czymś” okazała się być olbrzymia gazowa planeta Neptun. Kiedy, zauważono (co później okazało się być błędne), że orbita Neptuna jest również zakłócana, założono hipotezę o istnieniu kolejnej masywnej planety znajdującej się jeszcze dalej od Słońca: Planety X.

Jak na teoretycznie bardzo dużą planetę, jaką miała być planeta X, okazała się ona bardzo trudna do zidentyfikowania. Kiedy w końcu Clyde Tombaugh odkrył ją w roku 1930, stało się jasne, dlaczego było to tak trudne. Nowo odkryta planeta była malutka, o średnicy zaledwie trzy-czwarte naszego księżyca. Nazwana ona została Plutonem, za sugestią jedenastoletniej uczennicy. Mike Brown, profesor astronomii planetarnej w California Institute of Technology (Caltech)w1 zauważa: „Większość ludzi zakłada, że Pluton jest jednym z głównych obiektów układu słonecznego i często przedstawia go w rozmiarze zbliżony do rozmiarów Merkurego – a w rzeczywistości to zupełnie nie jest prawdą!”

Układ Słoneczny przed rokiem 2006, w przybliżonej skali. Od lewej do prawej: Słońce, Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Kliknij na obrazek aby powiększyć
© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)

Mimo, że w roku 1930 zakładano, że Pluton jest większy i masywniejszy niż w rzeczywistości, już wtedy astronomowie zauważyli, że jego orbita jest dosyć nietypowa. Pozostałe planety wędrują wokół Słońca na kolistych orbitach formułujących jakby płaski dysk. Orbita Plutona natomiast jest podłużna i nachylona pod kątem około 20° w stosunku do orbit pozostałych planet. Dlatego też już od czasu jego odkrycia „Pluton postrzegany był, jako dziwna planeta, na krawędzi Układu Słonecznego”, wyjaśnia Mike.

Neptune
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Około 60 lat później “nietypowość” Plutona nagle zaczęła mieć sens. Wraz z rozwojem kamer cyfrowych i wielkich teleskopów astronomowie byli w stanie dużo lepiej identyfikować obiekty znajdujące się na granicznej części Układu Słonecznego, jeszcze dalej niż orbita Neptuna”. Pierwszy z takich „obiektów” odkryty został w 1992 roku i w ciągu następnej dekady zidentyfikowano 500 kolejnych – wszystkie odkryte w taki sam sposób, jak Clyde Tombaugh odkrył Plutona – poprzez robienie serii zdjęć a następnie poszukiwanie na nich ruchomych obiektów. Powyżej wspomniana grupa ok. 500 obiektów znajdujących się za orbitą Neptuna nazwana została Pasem Kuipera. Wszystkie obiekty w tym pasie miały orbity podobne do orbity Plutona – wydłużone i nachylone. Choć Pluton wciąż jest dużo większy niż inne obiekty w tym pasie już w roku 2002 wiedziano, „że jest on raczej częścią Pasa Kuipera niż systemu planetarnego. Mimo to wielu ludzi wciąż kurczowo trzymało się opinii, że jest on planetą.”

Być może Pluton nadal mógłby istnieć, jako planeta, gdyby nie pewna, frustrująco pochmurna grudniowa noc 1999 roku. Nie mogąc użyć tej nocy teleskopu, Mike powiedział do swojej współpracownicy „Myślę, że gdzieś tam jest jeszcze jedna planeta, jeszcze dalej niż Pluton.” Zwrócił on uwagę, że małe obiekty należące do Pasa Kuipera odkrywane zostały poprzez poszukiwania w określonych, niewielkich obszarach układu planetarnego. Ale gdyby astronomowie znaleźli sposób, aby zobaczyć całe niebo na raz, na pewno znaleźliby obiekt jeszcze większy niż Pluton.

“Założyłem się z nią, że w przeciągu pięciu lat ktoś odkryje kolejną planetę znajdująca się za Neptunem. Byłem pewien, że komuś się to uda. Komuś? Byłem przekonany, ze to ja ją znajdę!”

Zdeterminowany, aby wygrać zakład, Mike rozpoczął planowanie takiego zestawienia teleskopu z aparatem fotograficznym, aby móc monitorować całe niebo. „W ciągu minionych 50-60 lat astronomowie mieli duże problemy techniczne by sfotografować większe fragmenty nieba na raz. Np. Clyde Tombaugh przymocował do teleskopu płyty fotograficzne a w późnych latach 90tych astronomowie zaczęli używać aparatów cyfrowych, które w prawdzie są bardziej czułe, ale niezbyt przydatne do obserwacji większych połaci nieba”.

Jeden aparat cyfrowy nie jest w stanie objąć (sfotografować) dużego obszaru nieba, ale Mike miał pewien pomysł. Połączył on ze sobą 112 aparatów cyfrowych, stwarzając największy aparat cyfrowy na świecie w tym czasie. Przymocował go on do teleskopu szerokiego pola w Obserwatorium Palomar w Caltech (Kalifornia) i – dzięki połączeniu mikrofalowemu (fali radiowych) – mógł on obsługiwać go przy użyciu swojego komputera w domu. Ten rodzaj połączenia i sterowania urządzeń jest ulubioną częścią Mika z całego projektu budowy i użycia tego teleskopu. „W ciągu dziesięciu lat pracy z tym teleskopem, praktycznie ani raz nie musiałem jechać do Palomar – trzy godzinny oddalonego od mojego domu. Dzięki takiemu systemowi mojej pracy mogłem w tym czasie zając się rzeczami, jakie robią „normalni” ludzie, np. ożenić się i wychowywać dzieci.”

Co noc Mike i jego współpracownicy Chad Trujillo i David Rabinowitz ustawiali teleskop w kierunku niewielkiego skrawka nieba i robili trzy zdjęcia, co trzy godziny. Następnie cała sieć komputerów porównywała te zdjęcia w celu zidentyfikowania obiektów, które uległy na nich zmianie położenia – poruszyły się w tym czasie. „Komputer jest OK., ale ludzkie oko radzi sobie znacznie lepiej w wychwytywaniu „szumu” – małych punkcików, które powstają w trakcie robienia zdjęć. Dlatego też komputer identyfikował sto do dwustu potencjalnie ruchomych obiektów, co noc, a ja, co rano przefiltrowywałem je „ludzkim okiem” w nadziei na identyfikację obiektów, które naprawdę mogły być ruchome.”

“Na podstawie takich zdjęć można naprawdę wiele powiedzieć na temat danego obiektu. Wszystko w Układzie Słonecznym się porusza, – zatem można stwierdzić, że dany obiekt nie tylko znajduje się w Układzie Słonecznym, ale również określić jak daleko on jest na podstawie prędkości, z jaką się on porusza. Obiekty znajdujące się najbliżej nas poruszają się najszybciej. Natomiast na podstawie jasności danego obiektu można określić jego wielkość. Obiekty układu słonecznego nie emitują własnego światła, a jedynie świecą światłem odbitym od Słońca. Zatem im większy obiekt tym więcej światła słonecznego może odbić i tym jest on jaśniejszy.”

“To bardzo ekscytujące jak każdego dnia zasiadasz do pracy z myślą ‘może to dziś uda mi się zobaczyć coś poruszającego się po niebie i będę pierwszą osobą, która to zobaczy.’ Takie nastawienie sprawia, że moja codzienna praca – przeglądanie setek zdjęć z „potencjalnie” ruchomymi obiektami – to najlepsza część dnia.”

Zdjęcia, które pozwoliły
Mike’owi Brown’owi odkryć
nową, potencjalną planetę.
Kliknij na ilustrację, aby
otworzyć film

Zdjęcie dzięki uprzejmości
Mike Brown

“Może jesteście w stanie sobie wyobrazić moją reakcję, gdy 5 stycznia 2005 roku przeglądając zdjęcia odkryłem to, czego długo szukałem.” W przeciwieństwie do około 60 poprzednich obiektów, które Mike i jego współpracownicy odkryli podczas tych poszukiwań, ten obiekt poruszał się bardzo wolno, co oznaczało, że znajdował się bardzo daleko. „Zlokalizowany był on daleko poza Pasem Kuipera, dalej niż cokolwiek widziane przez nas wcześniej i jednocześnie był on najjaśniejszy spośród wszystkich dotąd przez nas odkrytych. Takie zestawienie cech sugerowało, że mamy do czynienia z czymś naprawdę wielkim.”

“Wiedzieliśmy, że obiekt ten był, co najmniej wielkości Plutona, i jeśli pamiętacie mój zakład z 1999 roku o odkryciu nowej planety, to to właśnie było najważniejszym jego kryterium. Zatem wygrałem zakład tylko, że to był styczeń 2005, a zakład wygasł 31 grudnia 2004. Na szczęście moja przyjaciółka dobrotliwie podarowała mi pięciodniowe opóźnienie.”

Jak zatem wygląda orbita nowego obiektu? Czy jest ona kołowa jak u większości dużych planet? Czy może posiada wydłużoną i nachyloną orbitę, tak jak w przypadku Plutona i obiektów z Pasa Kuipera? Na szczęście w ciągu ostatnich dekad astronomowie wykonali bardzo wiele zdjęć nieba. Korzystając, zatem z danych zbieranych już od początku lat pięćdziesiątych dwudziestego wieku Mike Brown i jego współpracownicy byli w stanie ustalić kształt orbity nowego obiektu. Okazała się ona być jeszcze bardziej wydłużona niż orbita Plutona i nachylona pod kątem 45° w stosunku do orbit ośmiu masywnych planet Układu Słonecznego.

Dlatego też naukowcy powrócili do tematu rozmiaru nowego obiektu. Fakt, że był on jasny – odbijający dużo światła słonecznego – wskazywał na to, że jest on dużych rozmiarów. „Dużo światła słonecznego można odbijać na dwa różne sposoby: można być albo masywnym obiektem pokrytym „zanieczyszczeniami” lub można być mniejszym obiektem, pokrytym śniegiem lub zamarzniętą wodą i dzięki temu również odbijać jednakową ilość światła.” Aby wyjaśnić, która z tych możliwości jest faktem, Mike i jego współpracownicy użyli Teleskopu Kosmicznego Hubble’a. Wynik był zaskakujący. Nowo odkryty obiekt był mniej więcej tej samej wielkości, co Pluton. Jak zatem mógł być tak jasny?

Wizja artysty na temat Eris, nowej, karłowatej planety ze Słońcem po lewej stronie
Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA / JPL-Caltech

Fakt ten może mieć związek z atmosferą nowo odkrytego obiektu. „Pluton posiada atmosferę, gdy jest najbliżej Słońca. Nowo odkryty obiekt również mógłby mieć atmosferę, ale ponieważ jest on tak bardzo oddalony od Słońca, jego atmosfera jest najprawdopodobniej zamarznięta na jego powierzchni. Zakładaliśmy, że atmosfera ta jest azotowa, tak jak w przypadku Plutona czy Ziemi i gdy ona zamarznie sprawia ona, że obiekt jest bardzo odbijający (światło). To samo stałoby się z Ziemią, gdybyśmy znacznie oddalili ją od Słońca – z tą różnicą, że na Ziemi powstałaby 10 cm warstwa azotu a nie 0,5mm jak na nowo odkrytym obiekcie.”

Jakie znaczenie miało, zatem odkrycie tego ‘nowego’ obiektu? Właściwie niewielkie – wyjaśnia Mike. „Układ Słoneczny jest nadal tym samym układem, co był, z tym, że jesteśmy świadomi o odrobinie „chaosu” na jego zewnętrznej granicy.” Odkrycie to zainicjowało jednak dyskusję na temat Plutona: jeśli ten nowo odkryty obiekt zakwalifikujemy, jako planetę, jak powinniśmy definiować pojęcie planety?

Po długich i emocjonujących dyskusjach 24 sierpnia 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna (International Astronomical Union; IAU) zdecydowała o powrocie do ośmiu planet: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Pluton, Ceres (wcześniej określany, jako asteroida) oraz nowo odkryty obiekt zostały zakwalifikowane do planet karłowatych (patrz ramka).

Trzy obiekty zaklasyfikowane w 2006 roku, jako planety karłowate: Pluton, Ceres i nowy obiekt Mike’a Brown’a, początkowo nazwany 2003 UB313.
Zdjęcie Plutona pochodzi z mapy, powstałej na podstawie serii zdjęć z obiegu teleskopu Hubble’a. Zdjęcie 2003 UB313 jest wizją artysty, a zdjęcie Ceresa pochodzi również z Teleskopu kosmicznego Hubble’a

© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)
Wizja artysty na temat Eris,
nowej, karłowatej planety ze
Słońcem po lewej stronie

Zdjęcie dzięki uprzejmości ESO
/ L Calçada

Mike uważa, że podjęta decyzja była słuszna i dlatego nie był aż tak bardzo rozczarowany stratą „swojej planety”. „Choć moim pierwotnym celem było znalezienie dziesiątej planety, teraz wydaje mi się, że wpłynięcie na nowy sposób postrzegania Układu Słonecznego jest jeszcze bardziej znaczące. Układ Słoneczny jest pięknym, ale i skomplikowanym miejscem i uświadomienie sobie, że opiera się on na istnieniu ośmiu planet, wokół których nieustannie krążą mniejsze obiekty, jest wyjątkowo ważne.”

Kontrowersyjność w klasyfikacji nowo odkrytego obiektu i jego ostateczna ranga, jako nie-planeta, wpłynęła również na jego nazwę. Mike i jego współpracownicy nadali mu „nazwę Eris – po greckiej bogini niezgody i walki.”

 

Historii ciąg dalszy

Po dzień dzisiejszy historia ta nie dobiegła zupełnie końca. Aż do początku 2011 roku, jak wyjaśnia Mike, „uważałem, że skład Eris jest mniej więcej taki, jak Plutona, z jądrem ze skały oraz dużym płaszczem z lodu po stronie zewnętrznej. Trochę podobnie do Ziemi, która ma jądro wypełnione głównie żelazem i powłokę ze skał. Najnowsze badaniaw2 (Sicardy et al., 2011), wpłynęły jednak na zmianę poglądów naukowców w tej kwestii. Obecnie wiadomo, że choć Eris jest stosunkowo małych rozmiarów – mniej więcej takich, jak Pluton – ma ona o 27 % większą masę. Jak to możliwe? „Okazuje się, że Pluton i Eris różnią się o wiele bardziej niż wcześniej myślałem. Eris w większości składa się ze skał pokrytych cieniutką powłoką z lodu a na jej najbardziej zewnętrznej powierzchni, którą jest np. woda na Ziemi, pokryta jest ona zamarzniętymi gazami – metanem oraz prawdopodobnie azotem i dwutlenkiem węgla.”


 

Reklasyfikacja Układu Słonecznego

26 Sierpnia 2006 roku w Pradze w Czechach odbyło się walne zgromadzenie organizacji IAU. Ustalono wtedy, że planety i inne obiekty Układu Słonecznego, oprócz satelit, powinny być klasyfikowane w jedną z trzech różnych kategorii.

  1. Planeta to ciało niebieskie, które (a) znajduje się na orbicie dookoła Słońca, (b) posiada wystarczającą masę, by własną grawitacją pokonać siły ciała sztywnego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie kulisty kształt) oraz (c) osiąga dominację w przestrzeni wokół swojej orbity.
  2. Planeta karłowata to ciało niebieskie, które (a) znajduje się na orbicie wokół Słońca (b) posiada wystarczającą masę, by własną grawitacją pokonać siły ciała sztywnego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie kulisty kształt) (c) nie oczyściło sąsiedztwa swojej orbity z innych względnie dużych obiektów oraz (d) nie jest satelitą.
  3. Wszystkie pozostałe obiekty, poza satelitami, krążące wokół Słońca są łącznie określane, jako małe ciała Układu Słonecznego.

Źródło: www.iau.org/public_press/news/detail/iau0603

 


 

Podziękowania

Powyższy artykuł oparty został na wykładzie wygłoszonym przez profesora Browna w ramach wykładów z astronomii Silicon Valley astronomy lecturesw3. Artykuł ten został on opublikowany za zgodą profesora oraz Astronomical Society of the Pacific.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Sicardy B (2011) A Pluto-like radius and a high albedo for the dwarf planet Eris from an occultation. Nature 478: 493-496: doi: 10.1038/nature10550

Web References

  • w1 – Aby dowiedzieć się więcej na temat pracy Mike’a Brown odwiedź jego uczelnianą stronę internetową: www.gps.caltech.edu/~mbrown
  • w2 – Aby dowiedzieć się więcej na temat najnowszych pomiarów obiektu Eris zobacz publikacje prasowe ESO: www.eso.org/public/news/eso1142
  • w3 – Wykład Mike’a Browna oraz wiele innych wykładów z serii Silicon Valley astronomy lecture są dostępne w formie plików do pobrania lub jako podcasty do słuchania on-line na stronie internetowej Astronomical Society of the Pacific: www.astrosociety.org/education/podcast

 

Resources

  • Szczegółowy opis przygody Mike’a Brown z deklasyfikacją Plutona można znaleźć w jego książce:
    • Brown M (2010) How I Killed Pluto and Why it Had it Coming. New York, NY, USA: Spiegel & Grau. ISBN: 978-0385531085

  • Być może to mało prawdopodobne abyś sam odkrył nową planetę, ale zawsze warto wiedzieć np. jak identyfikować asteroidy. Przykład takich zajęć lekcyjnych można znaleźć tutaj:

Author(s)

Dr Eleanor Hayes jest redaktorem naczelnym Science in School. Studiowała ona zoologię na Uniwersytecie w Oxfordzie (w Wielkiej Brytanii) i uzyskała tytuł doktora, w dziedzinie ekologii insektów. Po studiach pracowała w oddziale administracyjnym uczelni, a następnie przeprowadziła się do Niemiec, gdzie początkowo zajmowała się redakcją naukową w firmie bioinformatycznej, a następnie w towarzystwach naukowych. W 2005 roku przeniosła się do Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej, aby rozpocząć wydawanie Science in School.


Review

Artykuł opisuje pracę profesora Mike’a Brown’a, jego poszukiwania dziesiątej planety Układu Słonecznego oraz ich nieoczekiwany rezultat. Artykuł jest oparty na jednym z wykładów samego profesora Brown’a, i dlatego ma on charakter ciekawej opowieści i przygody.

Artykuł ten może być przydatny na lekcjach fizyki, astrofizyki oraz geografii. Choć również do lekcji angielskiego, biologii czy nawet historii. Każdy nauczyciel, nawet niezajmujący się, na co dzień fizyką, mógłby go wykorzystać do wzbudzenia zainteresowania pracami naukowymi u uczniów.


Gerd Vogt, Wyższa Szkoła Średnia Środowiska i Ekonomii (Higher Secondary School for Environment and Economics) , Yspertal, Austria




License

CC-BY-NC-ND