Termin planeta karłowata był często używany w ostatnich latach. Jako część trójstopniowej kategoryzacji ciał krążących wokół Słońca, termin ten został przyjęty w 2006 roku w związku z odkryciem obiektów poza orbitą Neptuna, które były porównywalnej wielkości do Plutona. Od tego czasu termin ten jest używany do opisu wielu obiektów w naszym Układzie Słonecznym, podważając stary system klasyfikacji, który twierdził, że istnieje dziewięć planet.
Termin ten doprowadził również do sporego zamieszania i kontrowersji, z wieloma kwestionującymi jego dokładność i możliwość zastosowania do ciał takich jak Pluton. Niemniej jednak, IAU uznaje obecnie pięć ciał w naszym Układzie Słonecznym za planety karłowate, sześć kolejnych może zostać uznanych w najbliższych latach, a aż 200 lub więcej może istnieć w Pasa Kuipera.
Definicja:
Zgodnie z definicją przyjętą przez IAU w 2006 roku, planeta karłowata to „ciało niebieskie krążące wokół gwiazdy, które jest wystarczająco masywne, aby być okrążone przez własną grawitację, ale nie oczyściło swojego sąsiedniego regionu z planetesimali i nie jest satelitą. Bardziej jednoznacznie, musi mieć wystarczającą masę, aby pokonać swoją wytrzymałość na ściskanie i osiągnąć równowagę hydrostatyczną.”
W istocie, termin ten ma na celu określenie każdego obiektu o masie planetarnej, który nie jest ani planetą, ani naturalnym satelitą, który spełnia dwa podstawowe kryteria. Po pierwsze, musi znajdować się na bezpośredniej orbicie Słońca i nie może być księżycem wokół innego ciała. Po drugie, musi być na tyle masywny, aby pod wpływem własnej grawitacji przybrał kształt kulisty. I, w przeciwieństwie do planety, nie może mieć oczyszczonego otoczenia wokół swojej orbity.
Rozmiar i masa:
Aby ciało mogło stać się okrągłe, musi być wystarczająco masywne, do tego stopnia, że jego własna grawitacja jest dominującą siłą oddziałującą na nie. W tym przypadku, wewnętrzne ciśnienie wytworzone przez tę masę spowodowałoby, że powierzchnia osiągnęłaby plastyczność, pozwalając wysokim wzniesieniom zapadać się, a zagłębienia wypełniać. Nie dzieje się tak w przypadku mniejszych ciał, które mają mniej niż kilka kilometrów średnicy (takich jak asteroidy), które są zdominowane przez siły spoza ich własnych sił grawitacji i mają tendencję do utrzymywania nieregularnych kształtów.
W międzyczasie, ciała o średnicy kilku kilometrów – gdzie ich grawitacja jest bardziej znacząca, ale nie dominująca – mają tendencję do bycia sferoidami lub „ziemniakami”. Im większe jest ciało, tym wyższe jest jego ciśnienie wewnętrzne, aż do momentu, gdy ciśnienie jest wystarczające, by pokonać jego wewnętrzną siłę ściskającą i osiąga ono równowagę hydrostatyczną. W tym momencie ciało jest tak okrągłe, jak to tylko możliwe, biorąc pod uwagę jego rotację i efekty pływowe. Jest to granica definiująca planetę karłowatą.
Jednakże rotacja może również wpływać na kształt planety karłowatej. Jeśli ciało nie będzie się obracać, będzie to kula. Ale im szybciej się obraca, tym bardziej staje się obłe lub nawet skalenne. Skrajnym tego przykładem jest Haumea, która jest dwa razy dłuższa wzdłuż swojej osi głównej niż na biegunach. Siły pływowe powodują również, że obrót ciała stopniowo staje się zamknięty, tak że zawsze jest ono zwrócone tą samą stroną do swojego towarzysza. Skrajnym tego przykładem jest układ Pluton-Charon, gdzie oba ciała są ze sobą powiązane.
Górna i dolna granica wielkości i masy planet karłowatych nie została określona przez IAU. I choć dolna granica jest definiowana jako osiągnięcie kształtu równowagi hydrostatycznej, to rozmiar lub masa, przy której obiekt osiąga ten kształt, zależy od jego składu i historii termicznej.
Na przykład ciała zbudowane ze sztywnych krzemianów (takie jak skaliste planetoidy) powinny osiągnąć równowagę hydrostatyczną przy średnicy ok. 600 km i masie 3,4×1020 kg. Dla ciała zbudowanego z mniej sztywnego lodu wodnego, granica ta byłaby bliższa 320 km i 1019 kg. W rezultacie, nie istnieje obecnie żaden konkretny standard definiowania planety karłowatej na podstawie jej rozmiaru lub masy, zamiast tego jest ona bardziej ogólnie definiowana na podstawie jej kształtu.
Dominacja orbitalna:
Oprócz równowagi hydrostatycznej, wielu astronomów nalega, aby rozróżnienie pomiędzy planetami i planetami karłowatymi było dokonywane na podstawie niezdolności tych ostatnich do „oczyszczania otoczenia wokół ich orbit”. Krótko mówiąc, planety są w stanie usuwać mniejsze ciała ze swoich orbit poprzez kolizje, przechwytywanie lub zaburzenia grawitacyjne (albo ustanawiać rezonanse orbitalne, które zapobiegają kolizjom), podczas gdy planety karłowate nie mają do tego odpowiedniej masy.
Aby obliczyć prawdopodobieństwo oczyszczenia orbity przez planetę, naukowcy planetarni Alan Stern i Harold F. Levison (ten pierwszy jest głównym badaczem misji New Horizons do Plutona i głównym naukowcem w Moon Express) wprowadzili parametr, który nazwali ? (lambda).
Parametr ten wyraża prawdopodobieństwo spotkania skutkującego danym odchyleniem orbity obiektu. Wartość tego parametru w modelu Sterna jest proporcjonalna do kwadratu masy i odwrotnie proporcjonalna do okresu, i może być użyta do oszacowania zdolności ciała do oczyszczenia sąsiedztwa jego orbity.
Astronomowie tacy jak Steven Soter, naukowiec-rezydent NYU i pracownik naukowy Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej, opowiadają się za użyciem tego parametru do rozróżniania planet i planet karłowatych. Soter zaproponował również parametr, który określa jako wyróżnik planetarny – oznaczony jako µ (mu) – który jest obliczany poprzez podzielenie masy ciała przez całkowitą masę innych obiektów, które dzielą jego orbitę.
Rozpoznane i możliwe planety karłowate:
W chwili obecnej istnieje pięć planet karłowatych: Pluton, Eris, Makemake, Haumea i Ceres. Tylko Ceres i Pluton zostały zaobserwowane na tyle, by bezsprzecznie pasować do tej kategorii. IAU zdecydowała, że nienazwane obiekty transneptunowe (TNO) o jasności absolutnej większej niż +1 (i matematycznie wyznaczonej minimalnej średnicy 838 km) mają być nazwane planetami karłowatymi.
Prawdopodobni kandydaci, którzy są obecnie rozważani to Orcus, 2002 MS4, Salacia, Quaoar, 2007 OR10 i Sedna. Wszystkie te obiekty znajdują się w Pasie Kuipera lub Dysku Rozproszonym; z wyjątkiem Sedny, która jest obiektem oderwanym – specjalna klasa, która odnosi się do dynamicznych TNO w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Możliwe, że w Układzie Słonecznym znajduje się kolejnych 40 znanych obiektów, które mogłyby być słusznie sklasyfikowane jako planety karłowate. Szacuje się, że do 200 planet karłowatych może zostać znalezionych, gdy zbadany zostanie cały region znany jako pas Kuipera, a liczba ta może przekroczyć 10 000, gdy uwzględnione zostaną obiekty rozproszone poza pasem Kuipera.
Uwaga:
W bezpośrednim następstwie decyzji IAU dotyczącej definicji planety, wielu naukowców wyraziło swój sprzeciw wobec rezolucji IAU. Mike Brown (lider zespołu z Caltech, który odkrył Eris) zgadza się z redukcją liczby planet do ośmiu. Jednakże, astronomowie tacy jak Alan Stern wyrazili krytykę definicji IAUs.
Stern twierdzi, że podobnie jak Pluton, Ziemia, Mars, Jowisz i Neptun nie w pełni oczyściły swoje strefy orbitalne. Ziemia krąży wokół Słońca wraz z 10,000 asteroidami bliskimi Ziemi, co w ocenie Sterna zaprzecza tezie, że oczyściła swoją orbitę. Tymczasem Jowiszowi na jego orbicie towarzyszy aż 100 000 asteroid trojańskich.
W 2011 roku Stern nadal odnosił się do Plutona jako planety i akceptował inne planety karłowate, takie jak Ceres i Eris, a także większe księżyce, jako dodatkowe planety. Jednak inni astronomowie przeciwstawili się tej opinii, twierdząc, że główne planety nie tylko nie oczyszczają swoich orbit, ale całkowicie kontrolują orbity innych ciał znajdujących się w ich strefie orbitalnej.
Innym punktem spornym jest zastosowanie nowej definicji do planet spoza Układu Słonecznego. Techniki identyfikacji obiektów pozasłonecznych nie są w stanie określić, czy dany obiekt „oczyścił swoją orbitę”, chyba że w sposób pośredni. W rezultacie, oddzielna „robocza” definicja dla planet pozasłonecznych została ustanowiona przez IAU w 2001 roku i zawiera kryterium, że „Minimalna masa/rozmiar wymagana dla obiektu pozasłonecznego, aby został uznany za planetę, powinna być taka sama jak ta stosowana w Układzie Słonecznym.”
Poza treścią decyzji IAU, kontrowersje budzi również sam proces podejmowania decyzji. Zasadniczo w ostatecznym głosowaniu brał udział stosunkowo niewielki odsetek Zgromadzenia Ogólnego IAU – 425 z 9000, czyli mniej niż 5%. Wynikało to po części z czasu głosowania, które odbyło się ostatniego dnia dziesięciodniowej imprezy, kiedy wielu członków już wyjechało.
Jednakże zwolennicy decyzji podkreślają, że statystycznie próbka 400 reprezentantów z populacji 9000 daje wynik o dobrej dokładności. Ergo, nawet jeśli tylko 4-5% członków głosowało za zmianą klasyfikacji Plutona, fakt, że większość z nich zgodziła się z tą decyzją może być traktowany jako próbka opinii IAU jako całości.
Jest jeszcze kwestia wielu astronomów, którzy nie mogli uczestniczyć w konferencji lub nie zdecydowali się na podróż do Pragi. Astronom Marla Geha wyjaśniła również, że nie wszyscy członkowie Unii byli potrzebni do głosowania w sprawie klasyfikacji, a jedynie ci, których praca jest bezpośrednio związana z badaniami planetarnymi.
Na koniec NASA ogłosiła, że będzie stosować nowe wytyczne ustalone przez IAU, co stanowi poparcie lub przynajmniej akceptację stanowiska IAU. Niemniej jednak, kontrowersje wokół decyzji z 2006 roku w żaden sposób się nie skończyły i możemy spodziewać się dalszego rozwoju sytuacji na tym froncie, gdy więcej „planet karłowatych” zostanie znalezionych i oznaczonych.
Zrozumienie tego, co jest planetą karłowatą według IAU jest dość proste, ale dopasowanie Układu Słonecznego do trzypoziomowego systemu klasyfikacji będzie coraz trudniejsze, gdyż nasze zrozumienie wszechświata wzrasta i jesteśmy w stanie widzieć coraz dalej w kosmos.
Pisaliśmy wiele artykułów o planetach karłowatych dla Universe Today. Tutaj jest jeden o planetach karłowatych, a tutaj jest jeden o tym, dlaczego Pluton nie jest już planetą.
Astronomy Cast ma również odcinek poświęcony planetom karłowatym. Posłuchaj tutaj, Odcinek 194: Dwarf Planets.
Aby uzyskać więcej informacji, sprawdź NASA’s Solar System Overview: Dwarf Planets, the Solar System Exploration Guide on Dwarf Planets, and Mike Brown’s Dwarf Planet page.
Tutaj znajduje się lista wszystkich znanych planet karłowatych i ich księżyców. Mamy nadzieję, że znajdziesz to, czego szukasz:
Rozpoznane planety karłowate:
- Ceres
- Pluton
- Charon
- Hydra
- Nix
- Haumea
- Makemake
- Eris
- Dysnomia
.
Prawdopodobne planety karłowate:
- Orcus
- Quaoar
- 2007 OR10
- Sedna