Trpasličí planeta Quaoar má prstenec

Quaoar je trpasličí planeta, spadá tedy do stejné kategorie jako známé Pluto. To bylo ještě do roku 2006 planetou, než pro něj astronomové vytvořili vlastní kategorii trpasličích planet, jelikož bylo objeveno mnoho těles podobně velkých a především na podobných drahách, jako je právě Pluto. Ty tak byly spolu s ním zařazeny mezi trpasličí planety a mezi tato tělesa patří i Quaoar, objevený teprve v roce 2002. Pro přesnost je však třeba uvést, že oficiálně je stále klasifikován jen jako kandidát na trpasličí planetu. Jeho průměr je asi poloviční oproti Plutu, konkrétně by se mohl pohybovat kolem 900 km. Slunce obíhá v Kuiperově pásu za Neptunem, v perihéliu se ke Slunci přibližuje na 41,5 astronomické jednotky, v aféliu se vzdaluje na 45 astronomických jednotek.

Jak nám říká třetí Keplerův zákon, doba oběhu tělesa kolem Slunce je tím větší, čím je větší jeho vzdálenost od Slunce. Jeden oběh tak Quaoaru zabere více než 284 let. Důsledkem kombinace jeho velké vzdálenosti od Země a poměrně malých rozměrů je jeho velmi malá jasnost. Ta dosahuje přibližně 19 magnitud. Je tudíž více než 150000krát slabší než nejslabší okem viditelné hvězdy. V souvislosti s tím máme o něm jen velmi kusé informace, a to je i důvodem, proč byla přítomnost prstence u něj potvrzena až nyní. Není zcela osamocen, ve vzdálenosti 14 400 km od něj totiž obíhá jeho měsíc pojmenovaný Weywot.

Vzhledem k malé jasnosti samotné trpasličí planety je logické, že prstenec u ní nemůže být zachycený přímým vyfotografováním, a to ani za pomoci největšího dalekohledu světa. Astronomové si proto počkali na chvíli, kdy bude na obloze trpasličí planeta zdánlivě přecházet před vzdálenou hvězdou (v důsledku svého pohybu kolem Slunce se, byť velmi nevýrazně, pohybuje i po hvězdné obloze). Ze změny jasnosti této hvězdy je pak možné odvodit řadu důležitých informací o tělese, které ji na chvíli zakrývá. U zákrytů hvězd planetkami takto můžeme upřesnit jejich tvar, objevit dosud neznámý měsíc, nebo právě prstenec. U planet lze touto metodou sledovat také atmosféru a její vlastnosti.

Když astronomové změřili změny intenzity záření hvězdy, nalezli v nich dva neočekávané poklesy. Zákryt trval asi jen minutu, ale před ním i po něm se v grafu závislosti intenzity světla na čase jasně objevily dva zmíněné poklesy. Ty nemohly být přisouzeny ničemu jinému než prstenci, který toto těleso zjevně obepíná. Ten se nachází v určité vzdálenosti od mateřského tělesa a chvíli před a chvíli po přechodu tělesa samotného tak hvězdu krátce zastíní.

Již v úvodu článku byla zmíněna všechna tělesa Sluneční soustavy, která nějaký prstenec či prstence obepínají. Je jich jen 7, tudíž se jedná o velmi vzácnou vlastnost. Na jedno z nich, planetku Chariklo, se mimochodem před dvěma týdny zaměřil i dalekohled Jamese Webba, který u ní stejným způsobem, jako tomu bylo v případě Quaoaru, pozoroval její prstenec. Informovali jsme Vás o tom přes náš instagramový účet. Ve všech dosud známých případech se prstence kolem těchto těles nacházejí natolik blízko k nim, že v důsledku extrémně velkých slapových sil je materiál, který původně tvořil měsíc, roztrhán na menší kusy. Vzdálenost, ve které dochází k roztrhání menšího tělesa vlivem slapových sil hmotnějšího tělesa, je odborně nazývána jako Rocheova mez.

K lepšímu pochopení tohoto fenoménu si nejdříve připomeňme, co jsou to slapové síly, a na základě toho vysvětleme, co je to Rocheova mez. Máme systém dvou těles, která na sebe vzájemně gravitačně působí. Tyto tělesa mají nenulové rozměry, tj. nejedná se o hmotné body, ale o koule s určitým poloměrem. V důsledku toho je gravitační síla vytvářená druhým tělesem na straně prvního tělesa k němu přivrácené o něco větší než na odvrácené. Gravitační síla totiž klesá nepřímo úměrně s druhou mocninou vzdálenosti těles a odvrácená strana je druhému tělesu vzdálenější než strana přivrácená; jeho gravitační působení na ni je tak slabší. V praxi, když se podíváme na soustavu Země-Měsíc, to způsobuje velmi známý jev: příliv a odliv. Měsíc zkrátka svou gravitací více přitahuje vodu na straně Země, která je k němu v danou chvíli blíže, a tím zvyšuje hladinu vody. K podobnému jevu dochází i u pevných těles, akorát je k deformaci jejich povrchu logicky potřeba větší síly.

V určitých případech ale může dojít k situaci, kdy měsíc kolem nějaké planety, trpasličí planety nebo planetky obíhá natolik blízko, že rozdíl gravitačního zrychlení vytvářeného větším tělesem na jeho povrchu a v jeho středu je větší než gravitační vytvářené samotným měsícem. V tuto chvíli dojde k roztržení tělesa. Vzdálenost, ve které k němu dojde, je obecně nazývána Rocheova mez. Lze ji poměrně jednoduše matematicky vyjádřit, stačí k tomu pouze znalost středoškolské fyziky. Ve výsledku zjistíme, že hodnota Rocheovy meze je přímo úměrná poloměru většího tělesa a třetí odmocnině poměru hustot obou těles.

Nyní se vraťme ke Quaoaru. Objevem prstence totiž vědci zjistili něco, co si zatím nedokážou úplně vysvětlit. Z času, který uplynul mezi průchodem prstence před hvězdou a průchodem samotného Quaoaru, astronomové určili vzdálenost, ve které se prstenec nachází. Ta je ovšem dvakrát větší, než kolik činí hodnota Rocheovy meze v tomto systému. Neměl by tak existovat žádný důvod, proč se v této vzdálenosti od trpasličí planety nezformoval měsíc. Dvojnásobek Rocheovy meze zde odpovídá sedminásobku poloměru centrálního tělesa. Pro srovnání, u Saturnu leží hlavní prstence ve vzdálenosti rovné jen trojnásobku jeho poloměru, tedy pohodlně před Rocheovou mezí. První snahy o vysvětlení této anomálie hovoří o tom, že nízké teploty materiálu by mohly bránit ledovým částicím se slučovat a tím vytvořit měsíc, jedná se však zatím jen o spekulace.

Pozorování byla provedena mezinárodním týmem astronomů, kteří využili přístroj HiPERCAM, extrémně citlivou vysokorychlostní kameru na zmíněném Gran Telescopio Canarias (GTC), největším dalekohledu světa s průměrem primárního zrcadla 10,4 metru. Na Quaoar se podíval také evropský vesmírný teleskop CHEOPS, primárně určený pro hledání exoplanet, který definitivně potvrdil, že snížení intenzity přicházejícího záření nejsou způsobeny nějakým vlivem zemské atmosféry, jelikož GTC na Kanárských ostrovech je narozdíl od kosmického teleskopu rušivými vlivy atmosféry ovlivněn.

Spoluautor studie, profesor Vik Dhillon z University of Sheffield's Department of Physics and Astronomy uvedl: „Neočekávali jsme objev prstence takového nového prstencového systému ve Sluneční soustavě a už vůbec jsme nečekali, že najdeme prstenec tak daleko od Quaoaru, mění to naše představy o tom, jak jsou prstence formovány. Klíčové bylo využití vysokorychlostní kamery HiPERCAM, která dokázala nasnímat událost kratší než minutu, již není možné vyfotografovat.“

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] phys.org
[2] esa.int
[3] wikipedia.org