Układ osobliwości

Zaobserwowana w 2017 r. ʻOumua­mua, pierwsza znana asteroida pochodząca z przestrzeni międzygwiazdowej, pojawiła się ponownie w obiegu medialnym. W listopadzie dwóch naukowców z Uniwersytetu Harvarda, Shmuel Bialy i Abraham Loeb, opublikowało bowiem artykuł, w którym analizują, czy nie jest ona sondą kosmiczną wysłaną przez obcą cywilizację. Prawdopodobnie nie jest... ale spieszę z pocieszeniem: kosmos i tak jest pełen osobliwości. Nie trzeba czekać na gwiezdnych posłańców, bo w starym i wciąż nie tak dobrze znanym Układzie Słonecznym jest mnóstwo bardzo ciekawych rzeczy. I ciągle odkrywamy nowe.

Haumea

Zacznijmy od najdalszych rejonów Układu – tego, co znajduje się poza orbitą Neptuna. Krąży tam m.in. Haumea, planeta karłowata.

Krąży naprawdę daleko. Orbita Haumea rozciąga się od 5 do 7 mld km od Słońca. Gdy znajduje się najdalej, światło Słońca – pokonując milion kilometrów w każde trzy sekundy – potrzebuje... siedmiu godzin, by do niej dotrzeć. A nawet w najbliższym punkcie orbity jest wciąż tak daleko, że ludzkie oko widziałoby Słońce nie jako znaną nam z ziemskiego nieba tarczę, ale jako punkt, jedną z gwiazd, tyle że wielkiej jasności. Obieg Haumei wokół Słońca trwa 284 lata. Odkryto ją na początku XXI w., więc pierwsze pełne okrążenie od tego czasu ukończy dopiero pod koniec XXIII stulecia.

Te liczby nie są jednak osobliwe. Haumea dzieli je z całymi stadami obiektów transneptunowych, z których część krąży jeszcze dalej. Dla przykładu: odkryta w 2003 r. Sedna oddala się od Słońca niemal 1000 razy dalej niż Ziemia, a jeden obieg zajmuje jej 11 400 lat ziemskich. Tym, co czyni Haumeę naprawdę wyjątkową, są jej cechy fizyczne. Ma dość nieziemski kształt – najprawdopodobniej jest elipsoidą trójosiową.

Wyjaśnijmy to. Globus szkolny to zwykle kula. Ziemia w rzeczywistości jest spłaszczona na biegunach – jest więc elipsoidą obrotową (tak jak większość dużych ciał niebieskich). Ma dwie osie: promień biegunowy i promień równikowy różnią się od siebie. Stojąc na biegunie, jesteśmy trochę bliżej do środka Ziemi, niż gdy stoimy na równiku. Jednak długość geograficzna nie ma już znaczenia, możemy przespacerować się dookoła planety po równiku (lub jakimkolwiek innym równoleżniku) i nasza odległość od środka pozostanie stała. Na Haumei będzie się to zmieniać: stojąc na równiku na południku 80 W będziemy w zupełnie innej odległości od środka niż na równiku na południku 150 E. Na tym właśnie polega trójosiowość: promień zmienia się nie tylko z szerokością, ale też z długością geograficzną (czy haumeagraficzną w tym wypadku).

Jest to niespotykane wśród ciał niebieskich tej wielkości. Co więcej, Haumea wiruje bardzo szybko – obrót wokół osi zajmuje jej zaledwie cztery godziny. Choć na obecne stulecie nie jest planowana żadna wyprawa na Haumeę, to wszyscy przyszli astronauci będą musieli uważać: inaczej niż na Ziemi, gdzie wszędzie się waży mniej więcej tyle samo, na powierzchni Haumei przyspieszenie grawitacyjne zależy od tego, gdzie się wyląduje.

Do tego wszystkiego należy dodać dwa księżyce (Namakę i Hiʻiakę) i pierścienie – rzadkość w świecie planet karłowatych. Skład chemiczny księżyców sugeruje, że nie są one jakimiś przypadkowymi obiektami, które Haumea przechwyciła na swojej drodze przez kosmos, ale przeciwnie – że powstały z niej. Są prawdopodobnie produktem dawnego zderzenia, które powyrywało z pra-Haumei fragmenty, które stały się jej księżycami.

To dawne zderzenie stworzyło również kilkanaście innych asteroid – o romantycznych nazwach, takich jak (55636) 2002 TX300 czy (19308) 1996 TO66 – które okrążają Słońce po orbitach bardzo podobnych do orbity Haumei. Wspólnie tworzą tzw. rodzinę asteroid, czyli grupę obiektów o podobnym składzie chemicznym i zbliżonych orbitach, powstałych w wyniku kolizji „obiektu-matecznika” z innym ciałem niebieskim w odległej przeszłości. Rodzina Haumei jest jedyną taką rodziną poza orbitą Neptuna.

Gwiazda Śmierci

Zróbmy teraz duży skok w stronę Słońca, do układu Saturna. Ma on kilkadziesiąt naturalnych satelitów, w tym aż 24 „normalne” księżyce, czyli takie, które krążą zgodnie z obrotem samej planety i w płaszczyźnie zbliżonej do jej równika. Siedem z nich to „klasyczne”, względnie duże księżyce, odkryte jeszcze przed rewolucją francuską. Najmniejszy z tej siódemki nazywa się Mimas. Imię pochodzi od jednego z gigantów w greckiej mitologii, a z wyglądu przypomina... Gwiazdę Śmierci z „Gwiezdnych wojen”.

Najbardziej wyrazistym tworem na powierzchni Mimasa jest gigantyczny krater Herschela.

Ma 140 km średnicy, co nie lokuje go bynajmniej na podium największych kraterów w Układzie Słonecznym, ani nawet w pierwszej czy drugiej dziesiątce (by nie szukać daleko: Morze Deszczów na naszym Księżycu jest przeszło dziewięciokrotnie większe). Tak się jednak składa, że cały Mimas ma ledwie 400 km średnicy. Krater jest więc wielkości jednej trzeciej całego księżyca i można przypuszczać, że uderzenie, które stworzyło Herschela, było niewiele słabsze niż takie, które rozbiłoby już księżyc na kawałki (jak Haumeę).

Gdyby przenieść krater Herschela na Ziemię, to przy zachowaniu proporcji byłby głęboki na, bagatela, 350 km, a ściany wznosiłyby się na wysokość 160 km. Trudno sobie w ogóle coś takiego wyobrazić. Jeśli środek krateru wypadłby w Krakowie, to jego brzegi sięgnęłyby Gibraltaru z jednej strony, Islandii z drugiej, a turkmeńskich wybrzeży Morza Kaspijskiego z trzeciej strony.

To niejedyna osobliwość Mimasa: jest on zarazem najmniejszym obiektem Układu Słonecznego, który własna grawitacja zamknęła w kształt kulisty. Asteroidy i inne małe ciała mogą oczywiście przyjmować wszystkie kształty wszechświata, ale od pewnej wielkości własne przyciąganie grawitacyjne „zaokrągla” ciała niebieskie, sprawiając, że przybierają dobrze nam znany kształt kulisty. 400 km średnicy Mimasa to właśnie okolice tej granicy. Istotnym czynnikiem jest też jego niska gęstość, wynosząca zaledwie 1,15 gęstości wody (dla porównania: średnia gęstość Ziemi to 5,5), która każe przypuszczać, że Mimas składa się w znacznej mierze z lodu, z niewielką tylko domieszką skał.

Zagubione w przestrzeniach

Niewielki obiekt o wdzięcznej nazwie J002E3 został odkryty przez astronoma-amatora Williama Yeunga we wrześniu 2002 r. Z początku wydawało się, że jest asteroidą, jakich wiele (wiele w ogóle i wiele dla samego Yeunga: w chwili obecnej ma na koncie ponad 2 tysiące odkrytych asteroid). Szybko się jednak okazało, że coś nie gra: J002E3 nie był na orbicie heliocentrycznej, ale na dalekiej, niestabilnej orbicie związanej raczej z Ziemią. Wsteczne obliczenia wykazały, że pojawił się w okolicy naszej planety jakieś 30 lat wcześniej, a analiza spektrograficzna przyniosła zaskakujący rezultat. Powierzchni J002E3 nie pokrywa bynajmniej skała, pył czy lód, ale... farba i aluminium. Statek obcych? Bynajmniej. Wedle wszelkiego prawdopodobieństwa J002E3 to trzeci stopień rakiety Saturn V, która w listopadzie 1969 r. zaniosła na Księżyc załogę „Apollo 12”.

Trzeci stopień rakiety rozpędzał statek „Apollo” z pierwszej do drugiej prędkości kosmicznej, czyli z niskiej orbity ziemskiej przenosił go na trajektorię w stronę Księżyca. Po spełnieniu tej roli odłączał się i nie był więcej potrzeby. Początkowo w ramach programu „Apollo” zużyte trzecie stopnie rakiet po prostu ginęły w przestrzeni na orbitach heliocentrycznych. Dopiero od „Apolla 13” trzecim stopniem sterowano tak, by trafił w Księżyc i rozbił się o niego wytwarzając wstrząs, który rejestrowały sejsmografy zostawione na powierzchni przez poprzednie misje.

Jeszcze ciekawiej było z obiektem 2007 VN84. W listopadzie 2007 r. program Catalina Sky Survey z amerykańskiej Arizony – poszukujący drobnych ciał niebieskich bliskich Ziemi – odkrył nową asteroidę, a przynajmniej tak się z początku wydawało. Obliczenia orbity wskazywały, że minie ona Ziemię w niepokojąco bliskiej odległości. Rosyjski astronom Denis Denisenko zauważył jednak, że „asteroida” nie jest bynajmniej skalnym głazem lecącym sobie po absurdalnie losowej trajektorii... ale obiektem o najwyższym stopniu skomplikowania technicznego, a mianowicie sondą „Rosetta”, która – w pełni planowo – mijała właśnie Ziemię w drodze na spotkanie z kometą Czuriumow-Gierasimienko. Chciałoby się powiedzieć, że Układ Słoneczny nie tylko jest pełen zagadek sam z siebie, ale czasem ludzkość stawia je też samej sobie.

Wątki polskie

Żaden gabinet osobliwości nie byłby kompletny bez motywu polskiego. Warto więc pamiętać, że w latach 60. XX w. Polak, Kazimierz Kordylewski, wysunął koncepcję, że Ziemia może mieć... więcej księżyców niż ten jeden, który „po raz pierwszy pokazała nam matka” w wierszu Gałczyńskiego. To nie żart ani pomyłka. Tzw. pyłowe księżyce Kordylewskiego (chciał je ponoć nazwać „księżycami polskimi”, co się nie przyjęło) to koncentracje pyłu w czwartym i piątym punkcie Lagrange’a układu Ziemia-Księżyc.

Punkty Lagrange’a to nic innego jak wierzchołki trójkątów równobocznych, których podstawę stanowi odcinek Ziemia-Księżyc. Mówiąc jeszcze prościej: są to miejsca na orbicie Księżyca o 60 stopni „za” i 60 stopni „przed” nim. Z fizyki wynika – szczegóły muszę pominąć – że obiekty umieszczone w tych punktach będą wysoko stabilne, to znaczy będą miały tendencję, by raz tam umieszczone, w tych właśnie punktach pozostawać.

Kazimierz Kordylewski wyciągnął stąd wniosek, że w punktach Lagrange’a będzie gromadził się pył (bo jeśli dostanie się tam w ten czy inny sposób, to już raczej tam zostanie). Kordylewski zapostulował istnienie tych „pyłowych księżyców” w latach 60., a wiosną roku 1961 zaobserwował je z Kasprowego Wierchu i obserwacje te opisał (po niemiecku) w „Acta astronomica”. Problem jest jednak taki, że obserwacje te są ekstremalnie trudne: pyłu w punktach L4 i L5 jest w praktyce niewiele więcej niż w przestrzeni międzyplanetarnej jako takiej, a próba wychwycenia słabej poświaty pochodzącej od nich jest bardzo trudna. Dopiero w październiku 2018 r. ich istnienie potwierdzono ponownie i chyba już ostatecznie.

Poznać siebie samego

Największą osobliwością Układu Słonecznego nie są jednak ani mgławicowe księżyce, ani kratery, ani wypalone pudła rakiet. Jest bowiem w naszym Układzie planeta, która jako jedyna nie została nazwana od imienia greckiego czy rzymskiego boga.

Jest ona najgęstszym obiektem w Układzie Słonecznym, jedynym, na którego powierzchni znajdują się otwarte i stabilne zbiorniki wody w stanie ciekłym. Jest to największa z planet skalistych, jedyna, której atmosfera obfituje w tlen, jedyna na której występuje życie, a także – co może nawet istotniejsze – jedyna zdolna do podtrzymywania życia w postaci, którą znamy. Obraca się wokół osi raz na każde 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy, a nazywa się oczywiście Ziemia, choć powinna się raczej nazywać Woda. Średnia temperatura jej powierzchni to – na razie! – przyjemne 15 stopni Celsjusza. Dwa bieguny, jeden duży naturalny satelita, tysiące sztucznych i mnóstwo śmieci na niskich orbitach.

Nie wiemy, jak bardzo jest wyjątkowa w skali całego wszechświata, ponieważ nie mamy egzemplarza porównawczego, jakiejś Ziemi B. Warto więc zadbać, by nie zniszczyć oryginału. Puenta niby oczywista, ale jakoś ciągle nie przekłada nam się na działanie. ©

Nieoczekiwany przybysz

ʻOUMUAMUA TO ASTEROIDA, pierwszy w historii obiekt pochodzący z przestrzeni międzygwiezdnej odkryty (w 2017 r.) w chwili, gdy przechodził przez Układ Słoneczny. Wiąże się z nią niejedna zagadka, w tym ta, że jej trajektoria odchyla się od klasycznej orbity keplerowskiej. Odchylenie odpowiada temu, czego oczekiwalibyśmy w przypadku komet, na których orbitę wpływa stała emisja gazów z powierzchni, ale ʻOumuamua kometą nie jest – nie zaobserwowano wokół niej żadnego obłoku gazu. Jedna z hipotez mówi, że przyczyną jest ciśnienie promieniowania słonecznego. Jest ono jednak bardzo słabe – liczby zgadzają się tylko, jeśli przyjąć, żeʻOumuamua jest cienka jak kawałek blachy. W tym też kontekście pojawiła się spekulacja, że jest ona pochodzenia sztucznego. Rzecz jasna, większość naukowców podchodzi do tego sceptycznie, niemniej pytanie o to, co odchyla ʻOumuamuę z jej toru, pozostaje otwarte. ©