Prstence malých planet #2

Ve světle nedávného oznámení objevu materiálu okolo trpasličí planety Quaoar je na místě zrevidovat si situaci ohledně prstenců malých planet.. 

 

 

Chariklo 

 

U největšího z kentaurů je přítomnost prstenců jednoznačná. Od první okultace, která jejich přítomnost odhalila v roce 2013, bylo pozorováno mnoho dalších hvězdných zákrytů, v nichž je signatura dvojitého prstýnku okolo Čárikló jasně patrná. 

 Refined physical parameters for Chariklo’s body and rings from stellar occultations observed between 2013 and 2020 

 

A v říjnu 2022 stínem prstenců prolétl Webbův kosmický dalekohled a svým pozorováním jejich existenci připotvrdil. 

 Webb Spies Chariklo Ring System With High-Precision Technique | James Webb Space Telescope discovers ice at ringed asteroid Chariklo 

      

 

   více k Chariklo: 

    Chariklo: Největší z kentaurů | Měření Chariklo | Simulace prstenců Chariklo | Prstence malých planet #1 

 

 

Haumea 

 

I třetí největší trpasličí planeta má svoji prstencovou ozdobu prakticky garantovanou. U ní se vzhledem k jejím ostatním neobvyklým charakteristikám ani není čemu divit.. Dva obíhající měsíce a celá kolizní rodina fragmentů, velmi rychlá rotace, vysoce odrazivý povrch s velkou červenou skvrnou, vejčitý tvar... Už jen čekám kdy se z Haumey vylíhne nějaká kosmická potvora : ) 

 Haumea: Probing an Outer System Ring | New insights about Haumea's enigmatic ring

 

 N-body Simulations of Ring Formation Process around the Dwarf Planet Haumea 

 Ring dynamics around an oblate body with an inclined satellite: The case of Haumea 

 

 The stellar occultations by the largest satellite of the dwarf planet Haumea, Hi'iaka 

 

      

 

Pro představu o rozměrech: Haumea a Chariklo s jejich prstenci v porovnání s naší planetou Zemí: 

 

   více k Haumee: 

     Věda z říše ledových trpaslíků | Zvláštnosti planety Haumea | Prstence malých planet #1 

 

 

Quaoar 

 

Ačkoli objev prstence Quaoaru byl oznámen teprve před pár dny, je postaven na průběžných pozorováních z uplynulých let včetně nemalého přispění kosmického dalekohledu Cheops. Tenhle prstenec by ale existovat neměl. Tedy alespoň ne v takové výšce nad Quaoarem, v jaké ho vidíme. Nicméně je tam, takže nezbývá než vylepšit naše představy o dlouhodobé nestabilitě prstenců nad Rocheovou mezí. 

 

     

 

Zdá se, že významnou roli v životě prstenců malých těles hraje orbitální rezonance 1:3 vůči rotační periodě centrálního tělesa. Možná, že je i důvodem udržitelnosti Quaoarova prstence mimo očekávanou zónu stability.. 

 Resonances in non-axisymmetric gravitational potentials 

 Resonance confinement of collisional particle rings - EPSC2021 

 Rings around small bodies: the 1/3 resonance is key - EPSC2021 

 

   více ke Quaoaru: 

   Planetky v kurzu #2 - Kuiperův pás | Quaoar bude proměřen | Další trpasličí prstenec 

 

 

Chiron? 

 

Tady opouštíme rovinu jistoty. První objevený kentaur nám ale rozhodně něco naznačuje. Znám je už od sedmdesátých let dvacátého století a za tu dobu dokonce prosákl do ezo-kultury a hojně se vyskytuje v horoskopech. Na přelomu let osmdesátých a devadesátých začal vykazovat změny jasnosti a kometární aktivitu. Kvůli ní je těžké z hvězdných zákrytů něco vyčíst, ale zejména jeden zákryt v roce 2011 vypadal nápadně podobně tomu, co se svými prstenci předvádí Chariklo. Světelná křivka další okultace z roku 2018 také obsahuje náznaky sekundárních symetrických poklesů jasnosti zakrývané hvězdy, ale je to na hranici šumu a tudíž neprůkazné. 

 Characterization of material around the centaur (2060) Chiron from a visible and near-infrared stellar occultation in 2011 

 The stellar occultation by the Centaur (2060) Chiron on November 28, 2018 and the search for rings 

 

 

Za mě osobně je existence prstence kolem Chironu velmi pravděpodobná, ale chtělo by to, aby vyšel nějaký výhodný zákryt v období Chironova kometárního klidu, ideálně rovnou v cestě nějakého kosmického dalekohledu, abychom měli jednoznačnější důkaz. 

 

   více k Chironovi: 

    Padají na Chiron jeho prstence? | Jak se kentauři stávají kometami? | Prstence malých planet #1 

 

 

další kentauři? 

 

Planetky populace kentaurů jsou obecně dosti zajímavé objekty na hranici mezi trpasličími planetami a obřími kometami. Avšak k pouze dalším dvěma z nich máme k dispozici dobrá okultační data, abychom se o nějakém hledání prstenců vůbec mohli bavit: Hvězdné zákryty kentaurem Bienor ani kentaurem 2002 GZ₃₂ zatím prstence neodhalily, avšak autoři u obou studií dodávají, že pod limitem dosaženého rozlišení se stále nějaké nacházet mohou.. 

 Physical properties of centaur (54598) Bienor from photometry 

 The multichord stellar occultation by the centaur Bienor on January 11, 2019 

 The 2017 May 20th stellar occultation by the elongated centaur (95626) 2002 GZ₃₂ 

 

 

 

trpasličí planety, trojané, asteroidy? 

 

Prstence se intenzivně hledaly zejména u Pluta, kvůli potenciálnímu riziku pro sondu New Horizons. Kromě čtyř obíhajících měsíců ale nebylo spatřeno ani smítko. Stejnětak mi není známo, že by existoval jakýkoli náznak prstenců u některé z dalších trpasličích planet (jako Eris, Makemake, Gonggong, Sedna, Orcus, Salacia, ...) ačkoli většina z nich byla pozorována během několika okultací. 

 

Naprosto skvělé by bylo zavčasu objevit prstenec mezi trojany - konkrétně okolo některého z cílů sondy Lucy. Moci si malý prstencový systém prohlédnout zblízka pomocí kosmické sondy by byl pro planetární vědce vskutku luxusní dáreček. Jelikož ale už nějakou dobu probíhají po celém světě intenzivní pozorovací kampaně hvězdných zákrytů těmito trojany, které dosud žádné prstence neodhalily ani nenaznačují, jedná se asi jen o zbožné přání. 

 

Co se týče asteroidů v Hlavním pásu, tak i u nich bych očekával, že případných prstenců už bychom si dávno všimli. Jimi zakrývaných hvězd už bylo odpozorováno mnoho. A asteroidy blízkozemní jsou asi všechny příliš malé, aby se u nich nějaké prstence mohly udržet. I když vesmír umí vždy něčím překvapit.. 

 

Jak se kentauři stávají kometami?

To je otázka, na kterou by mnoho planetárních vědců rádo znalo odpověď. I proto hlavní představitel sondy New Horizons (která prozkoumala Pluto a Arrokoth), prosazuje mezinárodní kooperaci na nové sondě, která by si během třicátých let na tyto přechodné světy posvítila zblízka. 

 ¤ Astronomy.com: Mission to the Centaurs: Exploring strange asteroid-comet hybrids 

      návštěvníci ledových světů | credit: Roen Kelly / Dan Durda / NASA / JHUAPL / SwRI 

Již jsme zblízka viděli malé aktivní komety, velkou ledovou planetu i primitivní prastarou planetesimálu. Nicméně celá populace kentaurů či velkých čerstvě probuzených komet je zatím velkou neznámou. Než se nějaká mise k nim začne byť jen přibližovat k realizaci, jsme odkázáni na teleskopická pozorování a teoretické modely... 

      oběžné dráhy některých kentaurů a trpasličích planet ve Sluneční soustavě | credit: Roen Kelly / Duncan Steel 

Studie transformace kentaurů na komety: 
 > From Centaurs to comets — 40 years 
 > The Relationship between Centaurs and Jupiter Family Comets with Implications for K-Pg-type Impacts 
 > 29P/Schwassmann–Wachmann 1, A Centaur in the Gateway to the Jupiter-Family Comets 
     ¤ EuroplanetSociety: Gateway into Inner Solar System Discovered, Finding May Alter Fundamental Understanding of Comet Evolution 

Fotometrie kentaurů: 
 > Photometry of Centaurs and trans-Neptunian objects: Chiron, Chariklo, Huya, Ixion and Orcus 
 > Photometry of active Centaurs: Colors of dormant active Centaur nuclei 
 > Trans-Neptunian objects and Centaurs at thermal wavelengths 

Největší z kentaurů jsou zhruba dvousetkilometrové planetky Chariklo a Chiron, obě ověnčené prstenci: 
  Chariklo: Největší z kentaurů | Měření Chariklo | Simulace prstenců Chariklo 
  Prstence malých planet | Padají na Chiron jeho prstence? 

Nejaktivnějším kentaurem je asi planetka Echeclus: 
  Echeclus v outburstu 

Hypotéza o Deváté planetě

K. Batygin a spol. vydali publikaci shrnující poznatky poukazující na existenci vzdálené masivní planety ve Sluneční soustavě:

The Planet Nine Hypothesis

Prvním vodítkem k Deváté planetě jsou takzvané Oddělené objekty (Detached KBOs) jako Sedna, VP113, TG387 a další, které se nikdy nepřibližují ke Slunci natolik, aby je i nejvzdálenější známá planeta (Neptun) mohla ovlivnit, ale přesto mají značně protažené a dlouhodobě stabilní oběžné dráhy:

Výrazným ukazatelem k Planetě 9 je pozorované shlukování orbitálních parametrů Oddělených objektů (fialově) a dalších obzvláště vzdálených planetek (zeleně a šedě). Orbity většiny z nich směřují víceméně stejným směrem a leží zhruba ve stejné rovině, jakoby je gravitace velké vzdálené planety dlouhodobě udržovala:

Masivní Devátá planeta by také vysvětlovala, proč mají některé vzdálené objekty jako třeba 2015 BP519 hodně skloněné dráhy (oranžově a fialově) a také odkud se berou takzvaní retrográdní kentauři (modře), kteří se dostávají i do oblastí čtyř známých plynných planet. ale pohybují se v opačném směru:

Rozmezí možných parametrů Deváté planety na základě současných poznatcích o struktuře vnější Sluneční soustavy:

střední poloosa (v násobcích vzdálenosti Země-Slunce): a₉ ∼ 400 − 800 AU

hmotnost (v hmotnostech Země): m₉ ≈ 5 − 10 M_⊕

sklon dráhy (ve stupních): i₉ ∼ 15° − 25°

excentricita dráhy: e₉ ∼ 0.2 − 0.5

Simulace prstenců Chariklo

Chariklo, 250 kilometrová planetka z populace kentaurů obíhající Slunce mezi dráhami Saturnu a Uranu překvapila astronomickou komunitu, když u ní díky hvězdnému zákrytu v roce 2013 byly objeveny prstence, do té doby vyhrazené jen obřím plynným planetám. Tento nečekaný objev poskytl mimo jiné možnost vytvořit realistický počítačový model celého systému prstenců.

Na vymodelování komplexního prstence kolem obří planety s miliardami jednotlivých částic realistické velikosti totiž nestačily ani ty nejvýkonnější superpočítače, a tak se vždy modelovala buď jen malá část prstence nebo se použil menší počet velkých částic, což zase neodpovídalo realitě. Řádově menší rozměry systému kolem Chariklo však umožnily vytvořit celkový model s 345 milióny částic metrových rozměrů se vzájemnými kolizemi a gravitačními interakcemi. Vzhled samotné Chariklo je samozřejmě jen uměleckou představou v barvách založených na spektroskopických měřeních:

    

Autoři tohoto prvního realistického modelu kompletního systému prstenců Shugo Michikoshi a Eiichiro Kokubo z Japonska díky němu odhalili například vlny tvořící se ve vnitřním prstenci, které však způsobují značnou nestabilitu a urychlují jeho rozpad. Ze simulací vyplývá, že takové prstence by se zcela rozptýlily maximálně během 100 let. Něco je tedy musí udržovat. Uvažuje se o dosud neobjevených pastýřských měsících obíhajících Chariklo udržujících prstence na svém místě (jak to známe od Saturnu). Alternativním řešením by bylo, kdyby jednotlivé částice tvořící prstence byly spíše milimetrových než metrových rozměrů. Bláznivou možností také je, že prstence jsou průběžně doplňovány nějakým procesem uvolňování materiálu z Chariklo (na to jsou ale asi příliš ostře definované). A samozřejmě, ačkoli VELMI nepravděpodobná, zůstává i možnost, že Chariklo pozorujeme zrovna v kratičkém období její existence, kdy se kolem ní vytvořily prstence, které se během pár desítek let rozptýlí.

Image credit: Shugo Michikoshi / Eiichiro Kokubo / University of Tsukuba / National Astronomical Observatory of Japan

(10199) Chariklo

Chariklo's Double Rings

Simulating the Smallest Ring World of Chariklo
First Global Simulation Yields New Insights into Ring System

Prstence malých planet

Teprve roku 2013 jsme ve Sluneční soustavě objevili pátou prstencovou strukturu. Do té doby jsme znali prstence pouze kolem čtyř obřích plynných planet, a tak byl objev tohoto fenoménu u 250 kilometrové planetky Chariklo z populace kentaurů docela překvapením. Ve světle nového objevu pak astronomové znovu analyzovali starší pozorování jiného podivně se chovajícího kentaura jménem Chiron a zdá se, že i on je obkroužen prstenci. Korunu tomu pak nasadil zatím nejčerstvější prstencový objev a to u trpasličí planety Haumea, která svým tvarem, dvěma měsíčky a přidruženou kolizní rodinou mnoha menších planetek byla už tak dostatečně zajímavá.

Zde k prostudování nabízím čtyři vědecké práce. První dvě se zabývají dlouhodobou stabilitou prstenců kolem Chariklo a Chirona. Z pečlivých simulací orbitální dynamiky obou kentaurů v rámci miliónů let vychází dlouhodobější stabilita prstencové ozdoby pro Chariklo.

Třetí a čtvrtá práce pak na základě dostupných napozorovaných dat modelují strukturu a další vlastnosti prstenců kolem kentaura Chariklo respektive velikost a dynamiku jednotlivých zrn tvořících prstence kolem trpaslíka Haumea.

• The Dynamical History of Chariklo and Its Rings ( + rozbor studie: On the stability of Chariklo)
• Rings under close encounters with the giant planets: Chariklo vs Chiron
• The structure of Chariklo’s rings from stellar occultations
• Dynamics of Haumea's dust ring

 

Images credit:
ESO / L. Calçada / M. Kornmesser / Nick Risinger (skysurvey.org)
Snowfall-The-Cat

Rezonují retrográdní kentauři se Saturnem?

Nedávno astronomickou komunitu zaujal asteroid 2015 BZ₅₀₉, který obíhá Slunce v opačném směru než běžné planety (retrográdně) a přesto se nachází v orbitální rezonanci 1:1 s Jupiterem.

Vědci z Univerzity Čching-chua v Pekingu nyní představují studii, ve které identifikovali čtyři retrográdně obíhající planetky z populace kentaurů, které s větší či menší pravděpodobností udržují podobný rezonanční gravitační svazek 1:1 se Saturnem.

Centaurs potentially in retrograde co-orbit resonance with Saturn

Znamená to tedy, že retrográdní rezonance jsou běžnější, než jsme si mysleli?
Jedná se snad o objev nové populace planetek zachycených obřími planetami z mezihvězdného prostoru?
To objasní další studie a analýzy orbitálních parametrů retrográdně se pohybujících těles ve vztahu k velkým planetám.

Padají na Chiron jeho prstence?

   Jedním ze zvláštních objektů Sluneční soustavy je těleso nazvané Chiron. Už jen samotný fakt, že Chiron je klasifikován zároveň jako planetka (2060) Chiron a zároveň jako kometa 95P/Chiron, ho řadí mezi pozoruhodné objekty. Navíc se zdá, že kolem tohoto světa krouží prstenec drobných úlomků.

   Chiron se z hlediska orbitálních parametrů řadí do populace kentaurů. Okupuje tedy prostor mezi oběžnými drahami obřích plynných planet a jeho vlastní orbita je tak poměrně nestabilní. Jedná se o vůbec prvního identifikovaného kentaura, což má na svědomí Charles Kowal, který si neznámého pohybujícího se objektu všiml v roce 1977 na snímcích z dalekohledu Palomar.

   Jedná se o zhruba dvou set kilometrový balvan taxonomické třídy C. Jeho spektrum se podobá uhlíkatým asteroidům ale také spektru jádra Halleyovy komety. Na přelomu osmdesátých a devadesátých let byla lehká kometární aktivita Chironu detekována, když nejdříve výrazně zjasnil a později se kolem něj vytvořila koma a dokonce krátký ohon. Na rozdíl od běžných komet však hlavní uvolňovanou těkavou látkou nebyla voda, jelikož Chiron je od Slunce příliš daleko, aby případný led mohl takto divoce sublimovat. Nejblíže ke Slunci se totiž Chiron dostává jen o trochu blíž než Saturn, zatímco nejvzdálenější bod jeho dráhy zasahuje až k Uranu.

Oběžná dráha Chironu ve Sluneční soustavě

   Pozorování v dalších letech ukazovala na neobvykle symetrické výtrysky materiálu z Chironu, avšak byl to teprve překvapivý objev prstenců okolo jiného o něco většího kentaura jménem Chariklo oznámený v roce 2014, který spustil úvahy o tom, že pozorované jevy kolem Chironu taktéž souvisí se systémem prstenců. Dynamické simulace naznačují, že případné prstence Chironu by měly přežít jeho dosavadní geologicky krátkou historii v regionu kentaurů.

   Nejnovější studie pak přímo dává do souvislosti pozorovanou kometární aktivitu Chironu s přítomností prstenců a tím podporuje důkazy jejich existence. Materiál z prstenců by totiž měl občas padat na Chironův povrch a tyto nárazy vymršťují prach, který za Chironem vytváří kometární ohon. Definitivně přesvědčivý důkaz o Chironových prstencích se možná skrývá v datech z pozorování hvězdného zákrytu ze srpna 2017. Výsledky z něj však zatím nebyly zveřejněny...

Chiron s drobným ohůnkem na snímku ze září 2015
S. Cikota et al. / CAFOS CAHA

Echeclus v outburstu

Jeden z větších kentaurů - asteroid (60558) Echeclus - během jediného dne zjasnil o čtyři magnitudy. Od této zhruba šedesátikilometrové planetky, která stejně jako někteří další kentauři nese zároveň kometární označení (174P/Echeclus), se pravděpodobně oddělil kus ledu, jenž nyní divoce sublimuje. Echeclus se asi postupně drolí, jelikož jeden oddělivší se kus již byl pozorován na přelomu let 2005/2006, další outburst nastal roku 2011 a loni Echeclus opět zjasnil. Po každé události se tento aktivní kentaur zahalil do prachové komy. Uvidíme, zda tomu tak bude i tentokrát.

Last night, astronomers who observed the Centaur Asteroid 174P/Echeclus had a surprise. The asteroid is 4 magnitudes brighter than it was a few days ago. This outburst is probably due to a chuck of the icy asteroid that breaks off from the icy 60 km asteroid. pic.twitter.com/CgcCTG7Ebn

— Franck Marchis (@AllPlanets) December 8, 2017

New Outburst of 174P/Echeclus

Zjasnění kentaura Echeclus z předchozích let:

  

Měření Chariklo

Na základě pozorování hvězdných zákrytů byly upřesněny parametry planetky (10199) Chariklo z populace kentaurů. Chariklo je jediným tělesem Sluneční soustavy kromě obřích plynných planet, u kterého byl potvrzen výskyt systému prstenců.

Autoři studie nabízí čtyři možné varianty v závislosti na konkrétním tvaru planetky:

Pro případ koule vychází průměr 258 km. Maclaurinův sféroid by měl rozměry 286×192 km. Tříosý elipsoid by měřil 296×264×204 km a Jacobiho elipsoid 314×278×172 km. Maximální topografické převýšení činí 6-11 km. Každé variantě odpovídá trochu jiná hustota. Celková hmotnost Chariklo je 6 až 8 triliónů kilogramů. Prstence obíhají Chariklo poblíž orbitální rezonance 3:1 s její rotační periodou.

Size and shape of Chariklo from multi-epoch stellar occultations

Chariklo: Největší z kentaurů

Chariklo: Největší z kentaurů

   Ve Sluneční soustavě máme mnoho typů těles. Kolem centrální hvězdy obíhá osm planet a okolo šesti z nich krouží jejich měsíce. Říši kamenných světů a plynných obrů odděluje Hlavní pás tvořený asteroidy a za Neptunem Sluneční soustavu obepíná Kuiperův pás a další trans-neptunické objekty (TNOs). Největší představitelé obou pásů zároveň spadají do kategorie trpasličích planet. Některé planety (zejména Jupiter) jsou na svých drahách následovány tělesy, kterým říkáme trojané a mezi tím vším navíc poletují komety. Zvláštní skupinou jsou pak tělesa, která se pohybují mezi drahami plynných planet. Nepřísluší však k žádné z nich jako měsíce ani žádnou nenásledují jako trojané a zároveň se nikdy nedostávají ke Slunci blíže než Jupiter, aby se v nich zažehla aktivita a mohla tak být považována za komety. Takovým tělesům říkáme kentauři a dnes si blíže představíme největšího z nich:

(10199) Chariklo [Čárikló]

   Kentauři patří mezi malá tělesa Sluneční soustavy, která se katalogizují jako planetky, proto se před jménem uvádí v závorce jejich číslo. Chariklo známe zhruba dvacet let. Objevena byla 15. února 1997 v rámci přehlídky Spacewatch. Žádná kosmická sonda ji dosud nenavštívila a žádná se prozatím ani neplánuje, a proto jsme ve věci jejího studia odkázáni na teleskopická pozorování. 

   Dobře známe oběžnou dráhu Chariklo. Kolem Slunce oběhne jednou za bezmála 63 let na dráze s hlavní poloosou necelých 16 AU. To ji umísťuje akorát mezi dráhy Saturnu a Uranu, nicméně od oběžné roviny planet se odklání více než 23°. 

JPL / Small Body Database Browser

   Fotometrická analýza na přelomu milénia nedokázala jednoznačně určit rotační periodu Chariklo, jasnost planetky se však v průběhu let drobně měnila a infračervená pozorování ukazovala na přítomnost vodního ledu. Měření na milimetrových vlnách a v infračerveném oboru spektra naznačují velikost planetky mezi 200 až 300 kilometry, což z Chariklo činí jednoznačně největší těleso samostatně se pohybující mezi obřími planetami. V této rozměrové kategorii máme blíže prozkoumané dva objekty a oba se nacházejí v podobné oblasti jako Chariklo. Jedná se o dvě oběžnice Saturnu, které dost možná samy byly dříve kentaury a Saturn je později svou gravitací zachytil a udělal si z nich měsíce - Hyperion a Phoebe. Díky družici Cassini máme Hyperiona i Phoebe zblízka vyfoceny a jejich obrázky jsou tak možná nejlepší inspirací pro představy o možném vzhledu Chariklo:

NASA / JPL / Space Science Institute                                       NASA / JPL / SSI / UA / Daniel Macháček

   Pořádné překvapení nám Chariklo přinesla v roce 2013. Astronomové tehdy pozorovali zákryt vzdálené hvězdy planetkou Chariklo, čímž chtěli dále upřesnit její rozměry a tvar. Samotná planetka je na obloze příliš slabá, takže běžnými dalekohledy jí nevidíme. Z délky trvání hvězdného zákrytu však lze její rozměry odvodit. Místo toho ale astronomové učinili jiný nečekaný objev. Hvězda totiž těsně před zákrytem samotnou planetkou dvakrát blikla a stejné zamrkání předvedla i poté, co se zpoza planetky vynořila. Takový charakter zákrytu nenechal nikoho na pochybách: Jediné možné vysvětlení je, že Chariklo má prstence!

F. Braga-Ribas (Observatorio Nacional, Brazil), B. Sicardy, J. L. Ortiz et al.

The Outer Sanctum

   Prstence byly dříve objeveny pouze u obřích plynných planet - všichni čtyři obři v naší Soustavě nějakou formu prstenců mají. Nikdo však neočekával, že by bylo možné, aby taková struktura existovala kolem malých těles. Chariklo se ale evidentně u obřích planet něčemu přiučila : )

   Systém prstenců kolem Chariklo sestává ze dvou vláken širokých přibližně 7 respektive 3 kilometry. Mezi nimi je zhruba čtrnáctikilometrová mezera. Průměr prstýnků je okolo 800 km, přičemž Chariklo samotná má zhruba 250 km. Přítomnost systému prstenců navíc vysvětluje dva fenomény zmiňované výše: Měnící se jasnost Chariklo a náznaky vodního ledu v jejím spektru. Chariklo totiž až do roku 2008 mírně slábla, a pak začala zase zjasňovat. Analýza pozice prstenců ukázala, že právě kolem roku 2008 k nám byly natočeny svou hranou a nepřispívaly tak svojí plochou k celkové jasnosti Chariklo. Tou dobou navíc vymizely signatury vodního ledu ze spektra planetky. Tehdy se uvažovalo o kometární aktivitě, ale nyní mnohem větší smysl dává, že led se nachází právě v prstencích, které při čelním pohledu nebyly vidět.

   Následuje několik vizualizací kentaura Chariklo se systémem prstenců. Jednotlivá vlákna byla dokonce pojmenována: Oiapoque (vnitřní výraznější prstenec) a Chuí (vnější užší prstýnek)

ESO / L. Calçada / M. Kornmesser / Nick Risinger

 

European Southern Observatory (ESO)

Představu o měřítku navodí následující obrázek, který srovnává model Chariklo se skutečnými snímky několika asteroidů a měsíců.

Daniele Bianchino

   Objev prstenců kolem Chariklo obrátil zraky i k dalším planetkám. Dokonce hned druhý největší kentaur - Chiron - již dlouho vykazuje natolik podivné změny jasnosti, že ho klasifikujeme nejen jako planetku (2060) Chiron, ale také jako kometu 95P/Chiron. Vědci znovu analyzovali průběh několika dřívějších hvězdných zákrytů Chironem a zejména jeden z roku 2011 se nápadně podobá tomu, co předvedla Chariklo. Výsledky sice nejsou tak jednoznačné, ale když se přidají i data ze spektrálního rozboru a z fotometrické analýzy, vypadá to, že oba největší kentauři jsou nejspíš ozdobeni prstenci! Pro definitivní potvrzení bude ale potřeba pečlivě sledovat další zákryty hvězd. K nejbližší vhodné okultaci má dojít zanedlouho, konkrétně 15. srpna. Následující obrázek ukazuje, odkud bude zákryt pozorovatelný. Nechme se překvapit, co astronomové vysledují.

RECON / LESIA

   Nicméně zpátky k Chariklo. Vědci provedli mnoho simulací, ze kterých pro prstence i pro Chariklo samotnou vyplývá několik věcí. Není až tak překvapivé, že Chariklo by určitě měla mít vyšší průměrnou hustotu než tělíska v prstencích. Systém prstenců buď musí být velmi mladý (což není příliš pravděpodobné), nebo musí být prstýnky tvořeny velmi drobnými částečkami (možná). Nejuspokojivější však je varianta, že dlouhodobou stabilitu systému udržují tzv. pastýřské měsíce - satelity, které svým gravitačním působením 'hlídají' částečky prstenců a nedovolují jim unikat pryč. Bez pastýřů by se totiž v geologicky krátkém čase prstence rozptýlily kvuli vzájemným interakcím jednotlivých zrn. Detekovat takové měsíčky přímo však bude nesmírně obtížné. Vždyť i o prstencích víme jen díky hvězdným zákrytům.

   O původu prstenců kolem Chariklo existuje také několik možných scénářů. Možná měla Chariklo dříve vlastní satelit, který se k ní ovšem postupem času moc přiblížil, překročil Rocheovu mez a byl gravitací rozdrolen. Ze vzniklé suti se pak vytvořily prstence. Možná ten satelit roztrhalo blízké setkání s některou z obřích planet. Možná byl satelit zasažen cizím meteoroidem, rozsypal se a prstence vznikly z jeho zbytků. Možná Chariklo žádný satelit neměla, ale byla sama zasažena cizím tělesem a prstence se zformovaly z vyrženého materiálu. Možná se Chariklo potkala s jinou menší planetkou, ta měla svůj satelit a vzájemné gravitační interakce tří těles vyústily ve vznik prstenců. Nebo si snad Chariklo svou ozdobu půjčila od Saturnu? No dobře, tahle varianta se ve studii neuvažuje, ale co bych si nemohl představovat : ) Každopádně seriózní možnosti pěkně rozebírá článek na blogu Planetary Mechanics.

   Jsou opravdu prstence čtyř obřích planet, planetky Chariklo a možná Chironu jedinými známými případy prstencových struktur kolem planetárních těles ve Vesmíru? Pochopitelně nikoli. Již víme, že i exoplanety mohou mít prstence a některé náznaky dřívějších nebo budoucích prstenců známe i ze Sluneční soustavy. Na toto téma doporučuji pojednání Rings beyond the giant planets.

   Další studie se zabývá dynamickou historií planetky Chariklo. Ze simulací vychází, že Chariklo se z trans-neptunického regionu přesunula do populace kentaurů někdy v posledních dvaceti milionech let. Oproti ostatním kentaurům však obývá relativně stabilní dráhu a simulace naznačují, že setkání s obřími planetami mají na systém prstenců jen pramalý vliv. Je tedy možné, že si Chariklo udržela prstence z dávnějších dob, kdy obývala ještě vzdálenější oblasti Soustavy? Proč potom ale nenacházíme prstence při okultacích vzdálenými objekty Kuiperova pásu? Například tým New Horizons se vážně obával prstenců kolem Pluta, kvuli riziku pro jejich prolétající sondu. Ta naštěstí do žádných prstenců nenarazila a pokračuje k dalšímu tělesu, kolem kterého jsme taktéž hledali prstence. Zatím to ale ani tam na žádné nevypadá... Pěkný rozbor studie nabízí opět blog Planetary Mechanics.

Následující graf ukazuje parametry kentauří populace planetek. Vidíme vzájemnou velikost jednotlivých kentaurů, jejich střední vzdálenost od Slunce a úhel, který jejich oběžná dráha svírá s rovinou velkých planet. Čevené úsečky značí rozsah mezi periheliem a afeliem a na zelené stupnici se dá odečíst i oběžná perioda.

CC BY-SA 3.0

   Od objevu prstenců kolem Chariklo se nám je podařilo poměrně zevrubně prostudovat. Astronomové mezi roky 2014-2016 odpozorovali dvanáct dalších okultací a na jejich základě vznikl mnohem přesnější obrázek o struktuře prstenců, rozměrech Chariklo a dalších parametrech celého systému. Konkrétní postupy a výsledná čísla rozebírá studie The structure of Chariklo’s rings from stellar occultations.

   Mezi tím probíhají další okultace. Měření astrometrické družice Gaia zpřesnila pozice hvězd, a tak se dají sledování zákrytů lépe plánovat. Přelom loňského a letošního roku přinesl další tři úspěšná pozorovaní založená právě na datech od Gaii, která potvrzují předchozí závěry. Čtvrtý letošní zákryt jsem již zmiňoval na konci článku Odhalující okultace. Sekvenci snímků pořízených 22. června si tady ale ukážeme znova, protože je na ní krásně vidět, jak je hvězda nejprve na chviličku zakryta prstenci, poté na delší dobu planetkou a nakonec znova blikne, když projde za prstenci na druhé straně.

Mike Kretlow / IOTA-ES

   Informace o výše ukázaném zákrytu z 22. června shrnuje článek Chariklo Stellar Occultation Follow-up. Poprvé se podařilo odpozorovat zákryt samotnou planetkou ze čtyřech míst zároveň, což konečně pomůže přesněji určit tvar Chariklo. Bude spíše kulatá podobně jako Phoebe a tím pádem si nárokovat titul trpasličí planety? Bude to pravidelný elipsoid protažený rychlým otáčením (perioda rotace se dnes udává 7 hodin)? Nebo půjde o neforemnou 'bramboru' ve stylu Hyperiona? Další otázka, na kterou tento zákryt možná poskytne odpověď, je, zda-li se střed prstenců shoduje se středem planetky, či jestli se jedná o vychýlený systém. Zákryt prstenci byl totiž pozorován dokonce z pěti různých míst současně. Tento bezprecedentní úspěch byl umožněn předběžným uvolněním dat o zakrývané hvězdě z katalogu, který vytváří tým již zmiňované sondy Gaia a celý ho hodlá zveřejnit až v dubnu 2018.

   Zároveň byla uvolněna přesnější pozice další hvězdy pro zákryt, který nastane na novoluní 23. července. Chariklo přejde před hvězdou čtrnácté magnitudy a událost bude pozorovatelná z Jižní Ameriky. Podaří se překonat počet úspěšných pozorování z minulého zákrytu? Velmi precizně vypočtené parametry této okultace mají potenciál umožnit o největším z kentaurů odkrýt další zajímavé informace. Přeji astronomům jasnou oblohu a těším se na výsledky : )

LESIA / NIMA / GAIA / F. Braga-Ribas

Seznam odkazů na vědecké publikace a články o Chariklo

Odhalující okultace

   Astronomické výpravy za lovením stínů planetky 2014 MU69 si mezi lidmi získaly nemalou pozornost. V dnešním shrnutí se podíváme, jak se pozorovatelská kampaň #MU69occ vyvíjí, ale zmíníme i další zajímavé okultace. Před vzdálenými hvězdami totiž projde největší z kentaurů a také jediný velký retrográdní měsíc. 

O mezikontinentálních snahách zachytit stín planetky MU69 se dočtete také v článcích:

Nejvzdálenější místo v mapách a Mapování Kuiperova pásu

   Ačkoli hvězdné zákryty menšími tělesy Sluneční soustavy jsou prchavé okamžiky trvající vždy jen několik sekund, často je při nich mnohem více odhaleno než zakryto. A to i v případě, že se žádný zákryt pozorovat nepovede. Přesně to je totiž případ události ze 3. června. Dle dosavadních informací sice všichni připravení pozorovatelé dobře zaměřili hvězdu, kterou měla planetka MU69 zakrýt, ale žádné pohasnutí ani pokles jasnosti v datech vidět není. I negativní výsledek je ale výsledkem. Co to tedy znamená?

Tým, který 3. června z Jižní Afriky (ne)pozoroval první z okultací.
zdroj: The Outer Sanctum - The Case of the Dog that Didn’t Bark in the Night

   Možná je planetka menší, než jsme si mysleli. Spodní hranice odhadu její velikosti činila 20 km, a proto byli členové pozorovacího týmu rozmístěni s dalekohledy 10 km od sebe. Jestliže mezi nimi stín nepozorovaně proklouzl a planetka je tedy menší, znamená to, že jsme v odhadech značně podcenili odrazivost jejího povrchu. Aby totiž dosáhla jasnosti, se kterou jí Hubbleův teleskop pozoroval (26,8 mag), musí být buď větší (~40 km) ale s tmavým povrchem, nebo klidně menší (~20 km) ale zato také světlejší. Pokud by měla být ještě menší než oněch 20 km, znamená to, že patří mezi vůbec nejsvětlejší tělesa v celé Sluneční soustavě. A v tom je právě ten háček. Povrch dlouhodobě vystavený slunečnímu a kosmickému záření totiž brzo ztmavne a odráží jen málo světla. Jakmile vidíme ve Sluneční soustavě něco světlého, znamená to většinou současnou nebo alespoň nedávnou aktivitu. Buď atmosférickou jako v případě Země či Venuše; nebo geologickou jako u srdíčka na Plutu či Saturnova měsíce Enceladus. Jaký proces by ale udržoval povrch světlý u osamocené malé planetky daleko od Slunce, je záhadou.

   Řešení je možná v tom, že planetka nemusí být osamocená. Mohlo by se jednat o binární těleso, které má obě složky relativně velké a tmavé - tak, že Hubble je na dálku rozliší pořád jenom jako jeden bod, ale při zákrytu hvězdy projdou po zemském povrchu dva stíny, oba akorát vedle trasy předpovězené pro jediné těleso. Nebo dokonce k zákrytu z našeho pohledu vůbec nedojde, protože hvězda se prosmýkne mezi oběma složkami binární planetky. Členové týmu New Horizons, jejichž sonda k planetce MU69 letí, dokonce zmiňují i variantu, že by se mohlo jednat o shluk mnoha malých tělísek. Tak či onak, všechny varianty jsou zajímavé a faktem zůstává, že letíme prozkoumat druh tělesa, jemuž podobné jsme dosud neměli možnost spatřit. Planetka MU69 totiž patří do staré populace malých chladných těles, která v podstatě nejsou nijak ovlivňována planetami. O překvapení jistě nouze nebude.

I když se složí několik fotek z Hubbleova teleskopu a odstraní se okolní hvězdy i 
zásahy částicemi kosmického záření, zůstává MU69 stále jen nezřetelnou šmouhou.
zdroj: Successful Search for Post-Pluto KBO Flyby Target for New Horizons Using Hubble Space Telescope

   Některým překvapením se ale přecijen snažíme vyhnout. Vědci hlavně nechtějí, aby jejich sonda během průletu kolem planetky narazila do nějakého měsíčku nebo jiného 'smetí' v jejím okolí, a proto se prostředí okolo planetky MU69 snažili proskenovat pomocí létající observatoře SOFIA a dalších dalekohledů během druhého zákrytu, jenž proběhl 10. července. Trasa stínu tentokrát vedla hlavně nad oceánem a Amazonskou džunglí, což nejsou moc vhodná místa k rozmístění desítek pozorovatelů s těžkými dalekohledy. Na zakrývanou hvězdu se tedy dívaly dalekohledy Gemini South a Danish 1,54-metre Telescope nacházející se na stálých observatořích v Chile. Samotný stín sice přímo nad nimi procházet neměl, ale jelikož záměrem bylo studium okolí planetky, a také vzhledem k negativnímu pozorování prvního zákrytu, to za pokus určitě stálo. Hlavním nástrojem v tomto případě ovšem byl speciálně stabilizovaný dalekohled na palubě upraveného Boeingu 747. 

Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii
zdroj: Take a look inside SOFIA, NASA’s flying telescope

   Observatoř známá jako SOFIA má několik výhod. Letadlo jí vynese nad mraky, takže její pozorovací možnosti takřka nezávisí na rozmarech počasí ani na konkrétním místě - může pozorovat téměř odkudkoli je to zrovna zapotřebí. Navíc nad nejhustšími vrstvami zemské atmosféry má dobrý rozhled v infračerveném oboru spektra, což také bývá její hlavní zaměření. Pro pozorování zákrytu se ale využila běžná optická naváděcí kamera, protože v případě sledování poklesu jasu hvězdy by infračervený snímač ničemu nepomohl. Aby bylo možné letadlo navést co nejpřesněji, pozoroval planetku MU69 Hubbleův teleskop kvuli co nejdokonalejšímu určení její dráhy (a tím i trasy jejího stínu po zemském povrchu) ještě 4. července. Astronomové pak celou noc prováděli výpočty, aby mohl být na poslední chvíli aktualizován letový plán observatoře SOFIA. Přesnou pozici zakrývané hvězdy zase operátoři získali z katalogu evropské astrometrické družice Gaia. Na palubu Boeingu se spolu s posádkou a operátory dalekohledu nalodili i někteří členové týmu New Horizons, zejména výzkumník Simon Porter (@AscendingNode) a vedoucí celého projektu Alan Stern (@AlanStern). 

Znázornění létající observatoře ve stínu planetky
zdroj: SOFIA In The Right Place At The Right Time to Study Next New Horizons Flyby Object

   Dle dostupných informací vše proběhlo v pořádku a SOFIA byla přesně tam, kde měla být - tedy přesně ve středu předpovězené trasy stínu. Pozorování i snímkování se podařila, ale jestli se povedlo zachytit i poklesy jasnosti hvězdy, jejichž délka a charakter mohou odhalit kýžené informace o planetce a jejím okolí, to se dozvíme v průběhu následujících týdnů, až vědci zpracují a vyhodnotí získaná data. Mezi tím se tým přesouvá do Argentiny, kde hodlá opět rozmístit 'rojnici' přenosných dalekohledů na lov dalšího stínu. 17. července totiž planetka MU69 zakryje již třetí hvězdu. Ta bude jasnější, než hvězdy zakrývané při předchozích dvou okultacích, a tým se pokusí i lépe se připravit (ideálně zmenšit rozestupy mezi dalekohledy pro případ jednoho malého světlého tělesa a zároveň rozšířit rojnici oběma směry pro případ binární planetky). Jelikož do pozorování se zapojí i Hubbleův teleskop na orbitě, vkládají astronomové i nadšenci do této třetí události asi největší naděje. Dozvíme se o planetce 2014 MU69 více informací dříve, než New Horizons přiletí na dohled? Pak už bude na případné úhybné manévry nebo přeprogramování přístrojů pozdě.

Zásilka sbalených 'přenosných' dalekohledů s průměry zrcadel 40 cm
zdroj: La NASA ya despliega sus 25 equipos en Ruta 3

Odkazy na zdroje informací a články o planetce 2014 MU69

---

Na následujícím videu si ukážeme, jak takový zákryt hvězdy planetkou vypadá, a zároveň se tím přesuneme k dalším zajímavým okultacím, na které se astronomové velmi těší:

Zákryt hvězdy kentaurem Chariklo
credit: Mike Kretlow / IOTA-ES
zdroj: Chariklo Stellar Occultation follow-up

   Na záznamu je vidět, jak hvězda nejdříve blikne předtím, než se za planetku schová úplně, a pak znovu zabliká chvilku poté, co se ze stínu planetky vynoří. Zakrývající planetkou totiž v tomto případě byla Chariklo, 250-ti kilometrový svět obíhající kolem Slunce mezi drahou Saturnu a Uranu. Planetky pohybující se ve Sluneční soustavě mezi orbitami plynných obrů nazýváme kentaury a Chariklo je největším z nich. Chariklo se asi trochu inspirovala u Saturnu, protože z průběhu okultace bylo prakticky okamžitě jasné, že takovéhle zablikání musejí mít na svědomí prstence z drobných úlomků, které planetku Chariklo obepínají. Po čtyřech velkých plynných planetách se tedy oproti nim drobná Chariklo stala pátým držitelem prstenců a jediným takto ověnčeným zástupcem planet(ek) malých. Výše zobrazený zákryt proběhl letos 22. června a k dalšímu má dojít 23. července. Jejich analýza pomůže upřesnit tvar Chariklo i strukturu a další charakteristiky jejích prstenců.

Trasa stínu planetky Chariklo 23. července 2017
zdroj: Occultation by Chariklo (2017-07-23)

   Přesné hvězdné pozice pro tento zákryt dodal tým družice Gaia, který se chystá vydat ucelený katalog parametrů mnoha hvězd v dubnu 2018. Z důvodu atraktivity a možného přínosu z pozorování ale předběžně zpracoval data o hvězdách pro MU69 i pro Chariklo a také o jedné další hvězdě, která se pro změnu schová za Neptunův měsíc Triton. Ten jako jediný z velkých měsíců Sluneční soustavy obíhá svou mateřskou planetu proti směru její rotace a navíc patří mezi několik málo světů s atmosférou. Vhodné zákryty Tritonem, použitelné pro jinak prakticky nemožný výzkum jeho atmosféry, jsou extrémně vzácné, a tak se 5. října do pozorování jistě zapojí mnoho astronomů i observatoří. 

Trasa Tritonova stínu 5. října 2017
zdroj: Occultation by Triton (2017-10-05)