Transneptunský objekt -Trans-Neptunian object

Earth Moon Charon Charon Nix Nix Kerberos Kerberos Styx Styx Hydra Hydra Pluto Pluto Dysnomia Dysnomia Eris Eris Namaka Namaka Hi'iaka Hi'iaka Haumea Haumea Makemake Makemake MK2 MK2 Xiangliu Xiangliu Gonggong Gonggong Weywot Weywot Quaoar Quaoar Sedna Sedna Vanth Vanth Orcus Orcus Actaea Actaea Salacia Salacia 2002 MS4 2002 MS4 File:EightTNOs.png
Umělecké srovnání Pluta , Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Quaoar , Sedna , Orcus , Salacia , 2002 MS 4 a Země spolu s Měsícem

Transneptunský objekt ( TNO ), také psaný transneptunský objekt , je jakákoliv menší planeta ve Sluneční soustavě , která obíhá kolem Slunce ve větší průměrné vzdálenosti než Neptun , který má hlavní poloosu 30,1 astronomických jednotek (au).

Typicky se TNO dále dělí na klasické a rezonanční objekty Kuiperova pásu , rozptýlený disk a oddělené objekty , přičemž nejvzdálenější jsou sednoidy . K říjnu 2020 obsahuje katalog planetek 678 číslovaných a více než 2 000 nečíslovaných TNO .

První transneptunský objekt, který byl objeven, bylo Pluto v roce 1930. Trvalo až do roku 1992, než byl objeven druhý transneptunský objekt obíhající přímo kolem Slunce, 15760 Albion . Nejmasivnější známou TNO je Eris , následovaná Pluto , Haumea , Makemake a Gonggong . Na oběžné dráze transneptunských objektů bylo objeveno více než 80 satelitů . TNO se liší barvou a jsou buď šedomodré (BB) nebo velmi červené (RR). Předpokládá se, že jsou složeny ze směsí horniny, amorfního uhlíku a těkavých ledů, jako je voda a metan , potažené tholiny a jinými organickými sloučeninami.

Je známo dvanáct menších planet s hlavní poloosou větší než 150 au a perihéliem větším než 30 au, které se nazývají extrémní transneptunské objekty (ETNO).

Dějiny

Objev Pluta

Pluto na snímku New Horizons

Dráha každé z planet je mírně ovlivněna gravitačními vlivy ostatních planet. Nesrovnalosti na počátku 20. století mezi pozorovanými a očekávanými drahami Uranu a Neptunu naznačovaly, že za Neptunem existuje jedna nebo více dalších planet . Pátrání po nich vedlo k objevu Pluta v únoru 1930, které bylo příliš malé na to, aby vysvětlilo nesrovnalosti. Revidované odhady hmotnosti Neptunu z průletu Voyagerem 2 v roce 1989 ukázaly, že problém byl falešný. Pluto bylo nejsnáze k nalezení, protože má největší zdánlivou velikost ze všech známých transneptunských objektů. Má také nižší sklon k ekliptice než většina ostatních velkých TNO.

Následné objevy

Po objevu Pluta pokračoval americký astronom Clyde Tombaugh několik let v hledání podobných objektů, ale žádné nenašel. Po dlouhou dobu nikdo nehledal další TNO, protože se obecně věřilo, že Pluto, které bylo až do srpna 2006 klasifikováno jako planeta, bylo jediným velkým objektem za Neptunem. Teprve po objevu druhého TNO, 15760 Albion v roce 1992 , začalo systematické hledání dalších takových objektů. Byl vyfotografován široký pruh oblohy kolem ekliptiky a digitálně vyhodnocen pro pomalu se pohybující objekty. Byly nalezeny stovky TNO s průměry v rozmezí 50 až 2 500 kilometrů. Eris , nejhmotnější TNO, byla objevena v roce 2005, při přehodnocení dlouhotrvajícího sporu ve vědecké komunitě o klasifikaci velkých TNO a o tom, zda lze objekty jako Pluto považovat za planety. Pluto a Eris byly nakonec Mezinárodní astronomickou unií klasifikovány jako trpasličí planety . V prosinci 2018 byl oznámen objev 2018 VG 18 , přezdívaný „Farout“. Farout je dosud nejvzdálenější objekt sluneční soustavy, který byl dosud pozorován, a je od Slunce vzdálen asi 120 au. Jeden oběh trvá 738 let.

Klasifikace

Distribuce transneptunských objektů
Eulerův diagram ukazující typy těles ve sluneční soustavě.

Podle jejich vzdálenosti od Slunce a jejich orbitálních parametrů jsou TNO klasifikovány do dvou velkých skupin: objekty Kuiperova pásu (KBO) a objekty rozptýleného disku (SDO). Diagram vpravo znázorňuje rozložení známých transneptunských objektů (až 70 au) ve vztahu k oběžným drahám planet a kentaurů . Různé třídy jsou zastoupeny různými barvami. Rezonanční objekty (včetně Neptunových trojanů ) jsou vykresleny červeně, klasické objekty Kuiperova pásu modře. Rozptýlený disk se rozšiřuje doprava, daleko za diagram, se známými objekty ve středních vzdálenostech za 500 au ( Sedna ) a aféliemi za 1 000 ( (87269) 2000 OO 67 ).

KBO

Edgeworth - Kuiperův pás obsahuje objekty s průměrnou vzdáleností ke Slunci 30 až asi 55 au, které mají obvykle blízké kruhové dráhy s malým sklonem od ekliptiky . Objekty Edgeworth-Kuiperova pásu jsou dále klasifikovány na rezonanční transneptunský objekt , který je uzamčen v orbitální rezonanci s Neptunem , a klasické objekty Kuiperova pásu , nazývané také „cubewanos“, které nemají takovou rezonanci a pohybují se po téměř kruhových drahách. , nerušený Neptunem. Existuje velké množství rezonančních podskupin, největší jsou twotinos ( rezonance 1:2) a plutinos (rezonance 2:3), pojmenované po jejich nejvýznamnějším členu, Plutu . Mezi členy klasického Edgeworth-Kuiperova pásu patří 15760 Albion , 50000 Quaoar a Makemake .

Další podtřídou objektů Kuiperova pásu jsou tzv. rozptylové objekty (SO). Jedná se o nerezonanční objekty, které se k Neptunu přiblíží natolik, že se jejich oběžné dráhy čas od času změní (například způsobí změny v hlavní poloose o alespoň 1,5 AU za 10 milionů let), a proto podléhají gravitačnímu rozptylu . Rozptýlené objekty jsou snadněji detekovatelné než jiné transneptunské objekty stejné velikosti, protože se přibližují k Zemi a některé mají perihelia kolem 20 AU. Několik je známo s absolutní velikostí v pásmu g pod 9, což znamená, že odhadovaný průměr je více než 100 km. Odhaduje se, že existuje 240 000 až 830 000 rozptylujících objektů větších než absolutní magnituda v pásmu r 12, což odpovídá průměrům větším než asi 18 km. Předpokládá se, že rozptylové objekty jsou zdrojem takzvaných komet z rodiny Jupiterů (JFC), které mají periody kratší než 20 let.

SDO

Rozptýlený disk obsahuje objekty dále od Slunce s velmi excentrickými a nakloněnými drahami. Tyto dráhy jsou nerezonanční a nekříží se planetární dráhy. Typickým příkladem je nejmasivnější známá TNO, Eris . Na základě Tisserandova parametru vzhledem k Neptunu (T N ) lze objekty v rozptýleném disku dále rozdělit na „typické“ objekty rozptýleného disku (SDOs, Scattered-near) s T N menším než 3 a na oddělené objekty (ESDOs, Scattered-extended) s T N větším než 3. Kromě toho mají oddělené objekty časově zprůměrovanou excentricitu větší než 0,2 Sednoidy jsou další extrémní podskupinou oddělených objektů s perihelem tak vzdáleným, že je potvrzeno , že jejich oběžné dráhy nelze vysvětlit poruchami z obřích planet ani interakcí s galaktickým přílivem a odlivem .

Fyzikální vlastnosti

Při pohledu zpět na Pluto, dosud největší navštívené KBO

Vzhledem ke zdánlivé velikosti (>20) všech transneptunských objektů kromě největších jsou fyzikální studie omezeny na následující:

Studium barev a spekter poskytuje pohled na původ objektů a potenciální korelaci s jinými třídami objektů, jmenovitě s kentaury a některými satelity obřích planet ( Triton , Phoebe ), u nichž se předpokládá, že pocházejí z Kuiperova pásu . Interpretace jsou však obvykle nejednoznačné, protože spektra mohou odpovídat více než jednomu modelu složení povrchu a závisí na neznámé velikosti částic. Ještě významnější je, že optické povrchy malých těles podléhají změnám intenzivním zářením, slunečním větrem a mikrometeority . V důsledku toho by se tenká optická povrchová vrstva mohla zcela lišit od regolitu pod ní a nereprezentovat objemové složení těla.

Malé TNO jsou považovány za směsi horniny a ledu s nízkou hustotou s nějakým organickým povrchovým materiálem ( obsahujícím uhlík ), jako je tholin , detekovaným v jejich spektrech. Na druhé straně vysoká hustota Haumea , 2,6–3,3 g/cm 3 , naznačuje velmi vysoký obsah neledu (ve srovnání s hustotou Pluta : 1,86 g/cm 3 ). Složení některých malých TNO by mohlo být podobné jako u komet . Někteří kentauři skutečně podstupují sezónní změny, když se přiblíží ke Slunci, čímž se hranice rozmaže (viz 2060 Chiron a 7968 Elst–Pizarro ) . Srovnání populace mezi kentaury a TNO jsou však stále kontroverzní.

Barevné indexy

Barvy transneptunských objektů. Mars a Triton nejsou v měřítku. Phoebe a Pholus nejsou transneptuničtí.
Ilustrace relativních velikostí, albeda a barev některých velkých TNO

Barevné indexy jsou jednoduché míry rozdílů ve zdánlivé velikosti objektu viděného přes modrý (B), viditelný (V), tj. zelenožlutý a červený (R) filtr. Diagram znázorňuje známé barevné indexy pro všechny objekty kromě největších (v mírně zvýrazněné barvě). Pro srovnání jsou vyneseny dva měsíce: Triton a Phoebe , kentaur Pholus a planeta Mars (žluté štítky, velikost není v měřítku) . Byly studovány korelace mezi barvami a orbitálními charakteristikami, aby se potvrdily teorie různého původu různých dynamických tříd:

  • Klasický objekt Kuiperova pásu (cubewano) se zdá být složen ze dvou různých barevných populací: takzvaná studená (sklon <5°) populace, zobrazující pouze červené barvy, a takzvaná horká (vyšší sklon) populace zobrazující celý rozsah. barev od modré po velmi červenou. Nedávná analýza založená na datech z Deep Ecliptic Survey potvrzuje tento rozdíl v barvě mezi objekty s nízkým sklonem (pojmenovaný Core ) a objekty s vysokým sklonem (pojmenovaný Halo ). Červené barvy objektů jádra spolu s jejich nerušenými dráhami naznačují, že tyto objekty by mohly být reliktem původní populace pásu.
  • Objekty rozptýleného disku vykazují barevné podobnosti s horkými klasickými objekty, které ukazují na společný původ.

Zatímco relativně slabší tělesa, stejně jako populace jako celek, jsou načervenalé (V−I = 0,3–0,6), větší objekty jsou často barevně neutrálnější (infračervený index V−I < 0,2). Tento rozdíl vede k domněnce, že povrch největších těles je pokrytý ledem a pod sebou skrývá červenější, tmavší oblasti.

Indexy středních barev dynamických skupin ve vnější sluneční soustavě
Barva Plutinos Cubewanos Kentauři SDO Komety Jupiter trojské koně
B–V 0,895 ± 0,190 0,973 ± 0,174 0,886 ± 0,213 0,875 ± 0,159 0,795 ± 0,035 0,777 ± 0,091
V–R 0,568 ± 0,106 0,622 ± 0,126 0,573 ± 0,127 0,553 ± 0,132 0,441 ± 0,122 0,445 ± 0,048
V–I 1,095 ± 0,201 1,181 ± 0,237 1,104 ± 0,245 1,070 ± 0,220 0,935 ± 0,141 0,861 ± 0,090
R–I 0,536 ± 0,135 0,586 ± 0,148 0,548 ± 0,150 0,517 ± 0,102 0,451 ± 0,059 0,416 ± 0,057

Spektrální typ

Mezi TNO, stejně jako mezi kentaury , existuje široká škála barev od modrošedé (neutrální) po velmi červenou, ale na rozdíl od kentaurů, bimodálně seskupených do šedých a červených kentaurů, se distribuce pro TNO zdá být rovnoměrná. Široký rozsah spekter se liší odrazivostí ve viditelné červené a blízké infračervené. Neutrální objekty představují ploché spektrum, odrážející tolik červené a infračervené jako viditelné spektrum. Velmi červené objekty představují strmý svah, který se mnohem více odráží v červené a infračervené oblasti. Nedávný pokus o klasifikaci (společný s kentaury) používá celkem čtyři třídy od BB (modrá nebo neutrální barva, průměr B−V = 0,70, V−R = 0,39, např. Orcus ) po RR (velmi červená, B−V = 1,08, V−R = 0,71, např. Sedna ) s BR a IR jako mezitřídami. BR (střední modro-červená) a IR (středně červená) se liší většinou v infračervených pásmech I, J a H .

Typické modely povrchu zahrnují vodní led, amorfní uhlík , silikáty a organické makromolekuly, nazývané tholiny , vytvořené intenzivním zářením. Čtyři hlavní tholiny se používají k přizpůsobení červenajícího se svahu:

  • Titan tholin, o kterém se předpokládá, že se vyrábí ze směsi 90 % N 2 (dusík) a 10 % CH 4 (methan)
  • Triton tholin, jako výše, ale s velmi nízkým (0,1 %) obsahem metanu
  • ( ethan ) Led tholin I, o kterém se předpokládá, že se vyrábí ze směsi 86 % H2O a 14 % C2H6 ( ethanu )
  • (methanol) Ledový tholin II, 80 % H20 , 16 % CH30H ( methanol ) a 3 % CO2

Pro ilustraci dvou extrémních tříd BB a RR byly navrženy následující kompozice

  • pro Sedna (RR velmi červená): 24 % Triton tholin, 7 % uhlík, 10 % N2 , 26 % metanol a 33 % metan
  • pro Orcus (BB, šedá/modrá): 85 % amorfní uhlík, +4 % titan tholin a 11 % H2O led

Určení velikosti a distribuce

Srovnání velikosti Měsíce , Neptunova měsíce Triton, Pluta, několika velkých TNO a asteroidu Ceres. Jejich příslušné tvary nejsou znázorněny.

Je charakteristické, že velké (světlé) objekty jsou typicky na nakloněných drahách, zatímco neměnná rovina přeskupuje většinou malé a slabé objekty.

Je obtížné odhadnout průměr TNO. U velmi velkých objektů s velmi dobře známými orbitálními prvky (jako Pluto) lze průměry přesně změřit zákrytem hvězd. U jiných velkých TNO lze průměry odhadnout tepelným měřením. Intenzita světla ozařujícího objekt je známá (z jeho vzdálenosti ke Slunci) a předpokládá se, že většina jeho povrchu je v tepelné rovnováze (obvykle to není špatný předpoklad pro těleso bez vzduchu). Pro známé albedo je možné odhadnout povrchovou teplotu a tím i intenzitu tepelného záření. Dále, pokud je známa velikost objektu, je možné předpovědět jak množství viditelného světla, tak emitovaného tepelného záření dopadajícího na Zemi. Zjednodušujícím faktorem je, že Slunce vyzařuje téměř veškerou svou energii ve viditelném světle a na blízkých frekvencích, zatímco při nízkých teplotách TNO je tepelné záření vyzařováno na zcela jiných vlnových délkách (daleké infračervené).

Existují tedy dvě neznámé (albedo a velikost), které lze určit dvěma nezávislými měřeními (množství odraženého světla a emitovaného infračerveného tepelného záření). Bohužel TNO jsou tak daleko od Slunce, že jsou velmi chladné, a proto produkují záření černého tělesa o vlnové délce kolem 60 mikrometrů . Tuto vlnovou délku světla nelze pozorovat na zemském povrchu, ale pouze z vesmíru pomocí např. Spitzerova vesmírného dalekohledu . Pro pozemní pozorování astronomové pozorují ocas záření černého tělesa ve vzdálené infračervené oblasti. Toto vzdálené infračervené záření je tak slabé, že tepelná metoda je použitelná pouze pro největší KBO. U většiny (malých) objektů se průměr odhaduje za předpokladu albeda. Nalezená albeda se však pohybují od 0,50 do 0,05, což má za následek rozsah velikosti 1200–3700 km pro objekt o velikosti 1,0.

Pozoruhodné předměty

Objekt Popis
134340 Pluto trpasličí planeta a první objevená TNO
15760 Albion prototyp cubewano , první objekt Kuiperova pásu objevený po Plutu
(385185) 1993 RO další Plutino objevené po Plutu
(15874) 1996 TL 66 první objekt, který byl identifikován jako rozptýlený diskový objekt
1998 WW 31 první binární objekt Kuiperova pásu objevený po Plutu
47171 Lempo plutinový a trojitý systém sestávající z centrálního binárního páru podobné velikosti a třetí vnější cirkumbinární družice
20 000 Varuna velké cubewano, známé svou rychlou rotací (6,3 h) a protáhlým tvarem
28978 Ixion velké Plutino, bylo po objevení považováno za jeden z největších objektů Kuiperova pásu
50 000 Quaoar velké cubewano se satelitem; šestý největší známý objekt Kuiperova pásu a po objevení byl považován za jeden z největších objektů Kuiperova pásu
90377 Sedna vzdálený objekt, navržený pro novou kategorii nazvanou rozšířený rozptýlený disk (E-SDO), oddělené objekty , vzdálené oddělené objekty (DDO) nebo rozptýlený-rozšířený ve formální klasifikaci podle DES .
90482 Orcus Největší známé Plutino po Plutu. Má poměrně velký satelit.
136108 Haumea trpasličí planeta, třetí největší známý transneptunský objekt. Pozoruhodný pro své dva známé satelity, prstence a neobvykle krátkou dobu rotace (3,9 h). Je to nejmohutnější známý člen kolizní rodiny Haumea .
136472 Makemake trpasličí planeta, cubewano a čtvrtý největší známý transneptunský objekt
136199 Eris trpasličí planeta, rozptýlený diskový objekt a v současnosti nejhmotnější známý transneptunský objekt. Má jeden známý satelit, dysnomii
(612911) 2004 XR 190 rozptýlený diskový objekt sledující vysoce nakloněnou, ale téměř kruhovou dráhu
225088 Gonggong druhý největší objekt s rozptýleným diskem se satelitem
(528219) 2008 KV 42 "Drac" první retrográdní TNO, mající sklon orbity i = 104°
(471325) 2011 KT 19 "Niku" TNO s neobvykle vysokým sklonem orbity 110°
VP 113 za rok 2012 sednoid s velkým perihéliem 80 au od Slunce (50 au za Neptunem)
486958 Arrokoth kontaktní binární cubewano, se kterým se v roce 2019 setkala sonda New Horizons
2018 VG 18 "Farout" první transneptunský objekt objevený ve vzdálenosti více než 100 au (15 miliard km) od Slunce
2018 AG 37 "FarFarOut" nejvzdálenější pozorovatelný transneptunský objekt ve vzdálenosti 132 au (19,7 miliardy km) od Slunce

Průzkum

Objekt Kuiperova pásu 486958 Arrokoth, na snímcích pořízených sondou New Horizons

Jedinou dosavadní misí, která se primárně zaměřovala na transneptunský objekt, byla NASA New Horizons , která byla vypuštěna v lednu 2006 a proletěla systémem Pluto v červenci 2015 a 486958 Arrokoth v lednu 2019.

V roce 2011 designová studie zkoumala průzkum kosmické lodi Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea a Eris.

V roce 2019 jedna mise k TNO zahrnovala návrhy pro orbitální zachycení a scénáře s více cíli.

Některé TNO , které byly studovány ve studii designu , byly 2002 UX 25 , 1998 WW 31 a Lempo .

Existence planet za Neptunem , od méně než hmotnosti Země ( sub-Země ) až po hnědého trpaslíka , byla často postulována z různých teoretických důvodů k vysvětlení několika pozorovaných nebo spekulovaných rysů Kuiperova pásu a Oortova oblaku . Nedávno bylo navrženo použít rozsah dat ze sondy New Horizons k omezení polohy takového předpokládaného tělesa.

NASA v 21. století pracovala na specializovaném mezihvězdném prekurzoru, který byl záměrně navržen tak, aby dosáhl mezihvězdného média, a v rámci toho se uvažuje i o průletu objektů, jako je Sedna. Celkově tento typ studií kosmických lodí navrhl start v roce 2020 a pokusí se jet o něco rychleji než Voyagery s využitím stávající technologie. Jedna designová studie z roku 2018 pro mezihvězdný prekurzor zahrnovala návštěvu planetky 50 000 Quaoar ve 30. letech 20. století.

Extrémní transneptunské objekty

Přehled transneptunských objektů s extrémními TNO seskupenými do tří kategorií nahoře.
Dráha Sedny ji zavede daleko za Kuiperův pás (30–50 au), až téměř 1000 au (vzdálenost Slunce–Země)

Mezi extrémní transneptunské objekty patří tři objekty s vysokým perihéliem klasifikované jako sednoidy : 90377 Sedna , 2012 VP 113 a 541132 Leleākūhonua . Jsou to vzdálené oddělené objekty s perihelem větším než 70 au. Jejich vysoká perihelia je udržují v dostatečné vzdálenosti, aby se vyhnuli významným gravitačním poruchám od Neptunu. Předchozí vysvětlení vysokého perihélia Sedny zahrnují blízké setkání s neznámou planetou na vzdálené oběžné dráze a vzdálené setkání s náhodnou hvězdou nebo členem hvězdokupy zrození Slunce, která prošla poblíž Sluneční soustavy.

V beletrii

Viz také

Poznámky

  1. ^ a b Literatura je nejednotná v používání frází „rozptýlený disk“ a „Kuiperův pás“. Pro některé jsou to odlišné populace; pro ostatní je rozptýlený disk součástí Kuiperova pásu, v tomto případě se populace s nízkou excentricitou nazývá „klasický Kuiperův pás“. Autoři mohou dokonce přepínat mezi těmito dvěma způsoby použití v jedné publikaci.

Reference

externí odkazy