Obiekty gwiezdne za Neptunem mogą nam odpowiedzieć na pytania o nasze pochodzenie
O zjawisku okultacji gwiazd mówimy wówczas, gdy dany obiekt znajdujący się w Układzie Słonecznym – na przykład planeta, satelita, kometa lub asteroida – blokuje światło gwiazdy przemieszczając się przed nią. Okultacje te, które trwają od zaledwie kilku sekund do godziny są źródłem wielu astronomicznych informacji o poziomie precyzji niemożliwym do uzyskania z innych źródeł, na przykład z teleskopów kosmicznych. Obiekty transneptunowe to ciała niebieskie, które orbitują wokół Słońca po orbitach, znajdujących się poza trajektorią Neptuna. Naukowcy wykorzystali okultacje do wykrywania cienkich pierścieni otaczających te obiekty oraz atmosfer o ciśnieniu wynoszącym blisko jednej miliardowej ciśnienia atmosferycznego panującego na Ziemi. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu LUCKY STAR badaczom udało się znacząco rozwinąć wiedzę na temat obiektów transneptunowych przy pomocy tej techniki. „Zdecydowaliśmy się na wykorzystanie nazwy LUCKY STAR ze względu na fakt, że spośród miliardów gwiazd podlegających zjawisku okultacji przez ciała niebieskie Układu Słonecznego zdecydowaliśmy się skupić na zaledwie kilku z nich, aby w ten sposób podkreślić rzadkość obserwowanych zdarzeń”, wyjaśnia Bruno Sicardy, koordynator projektu z realizującego projekt Uniwersytetu w Sorbonie.
Niebieskie odkrycia
Badacze skupieni wokół projektu LUCKY STAR przeanalizowali dane dotyczące okultacji z wielu profesjonalnych źródeł astronomicznych, a także informacje dostarczone przez przeszło 150 astronomów-amatorów. Zbiory danych zostały uzupełnione informacjami z katalogu danych astrometrycznych z obserwatorium Gaia, co pozwoliło na zwiększenie skuteczności metody wykorzystującej zjawisko okultacji gwiazd. „Pomiar położenia ciał niebieskich w odniesieniu do pobliskich gwiazd monitorowanych przez obserwatorium Gaia na kilka tygodni przed wystąpieniem okultacji pozwala nam na stosunkowo dokładne przewidywanie miejsca i czasu, w którym zjawisko będzie obserwowalne”, opowiada Sicardy. W ramach swoich prac zespół odkrył gęsty pierścień wokół planety karłowatej o nazwie Haumea. W połączeniu z zaskakującym odkryciem pierścieni wokół przypominającego asteroidę ciała niebieskiego Chariklo, którego dokonał zespół Sicardy’ego w 2013 roku, stanowi to dowód, że pierścienie nie są wyłącznie cechą charakterystyczną czterech planet-olbrzymów – Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna – jak dotychczas sądzono. Ponadto zespół wyznaczył trajektorię Plutona z niespotykaną dotąd dokładnością do 50 kilometrów i był w stanie nakreślić zmiany pór roku dzięki trwającym od 2002 roku badaniom jego atmosfery. Badacze wykryli także interesujące zjawisko, jakim był spektakularny trzykrotny wzrost ciśnienia atmosferycznego Plutona w latach 1988–2016. „Zachowanie atmosfery Plutona jest uzależnione od sublimacji lodu azotowego na powierzchni, ogrzewanego przez promienie słoneczne. Orbita Plutona charakteryzuje się bardzo eliptycznym kształtem, co wpływa na duże zmiany jego ogrzewania przez Słońce w czasie”, wyjaśnia Sicardy. „Co więcej, z racji tego, że oś obrotu tego ciała niebieskiego jest mocno nachylona w stosunku do orbity, na dużych obszarach jego powierzchni może panować wieczny dzień lub wieczna noc. Oba te zjawiska skutkują bardzo intensywnymi zmianami pór roku na Plutonie”. Naukowcom udało się ponadto wykryć kilometrowej wielkości ciała niebieskie znajdujące się poza orbitą Plutona, a ich rozmiary, kształty, właściwości odbijania światła i gęstość dostarczają nam pewnych wskazówek na temat ich powstawania – dzięki nim być może będziemy w stanie ustalić, w jaki sposób rozwinął się wczesny Układ Słoneczny poprzez kolizje pierwotnych małych planetozymali.
Powrót do przyszłości
Obserwacje i analizy okultacji gwiazd przez zespół Sicardy’ego dostarczały dotychczas kluczowych informacji na potrzeby misji kosmicznych takich jak Voyager 1 i Voyager 2 wystrzelonych w kierunku gazowych olbrzymów, misji Cassini-Huygens na Saturna i Tytana, a także New Horizons na Plutona i Arrokoth. Zespół pracuje obecnie nad numerycznymi symulacjami pierścieni kolizyjnych wokół niewielkich ciał niebieskich, w tym planet karłowatych. Wstępne wyniki pokazują, że efekt rezonansu, w wyniku którego orbitujące ciała niebieskie wywierają na siebie wzajemnie oddziaływania grawitacyjne może wyjaśniać położenia pierścieni otaczających zarówno Chariklo, jak i Haumeę. „Jeśli nasza teoria zostanie potwierdzona, ten efekt może wyjaśniać proces powstawania satelitów takich jak na przykład pierścienie otaczające ciała niebieskie jak Chariklo i Haumea”, zauważa Sicardy. Naukowcy są szczególnie żywo zainteresowani możliwością wykorzystania zjawiska okultacji gwiazd w celu wykrywania powolnych zmian orbit pewnych asteroid będących skutkiem oddziaływania promieniowania słonecznego. „To pozwoli nam nie tylko na prześledzenie historii tych ciał niebieskich, ale także przewidzenie potencjalnie niebezpiecznych zderzeń z Ziemią”, twierdzi Sicardy.
Słowa kluczowe
LUCKY STAR, gwiezdne, okultacja, planeta, satelita, kometa, asteroida, Neptun, Pluton, orbita, Układ Słoneczny