Mezi ohněm a ledem – nejdůležitější hranice ve Sluneční soustavě

Je to hranice, která ve sluneční soustavě obrazně dělí oheň od ledu, asteroidy od komet a malé planety od velkých. 

Položili jste si někdy otázku, proč se v blízkosti Slunce vytvořily jen malé planety, složené z kamenné hmoty, zatímco ve větších vzdálenostech existují jen planetární obři, kteří z velké části vznikly z kondenzovaného plynu?

 Obrázek: Složení Sluneční soustavy. Slunce a jeho planety. Zdroj: https://pixabay.com/de/sonnensystem-planeten¬planetensystem¬11111/

Odpověď je celkem jednoduchá. V protoplanetárním disku, obíhajícím čerstvě vzniklou hvězdu, totiž nejsou podmínky pro vznik planet všude stejné.

V centru planetární soustavy je relativně teplo. Plyn se tu vyskytoval jen do té doby, než se zažehla zdejší hvězda. Díky jejímu větru (částicím, které dané Slunce produkuje a vysílá do okolí), kondenzovaný plyn sublimuje, velké částice se rozpouštějí a malé jsou slunečním větrem odnášeny do vnějších částí soustavy. 

Čím je vzdálenost od centra soustavy vyšší, tím nižší teplota v dané oblasti panuje. Chladná část budoucí planetární soustavy je v porovnání s teplou, vnitřní částí obohacena plynem.

Obě části dělí, tzv. „sněhová čára“. 

Má vliv hlavně na formující se planety. Ty, které vzniknou blízko za sněžnou hranicí, mají k dispozici daleko více materiálu než ty, které vznikají blíže nebo dále od centrální hvězdy. Za sněžnou hranicí proto nacházíme typicky největší plynové planety systému. Před touto hranicí postačí množství materiálu jen k tvorbě malých, kamenných planet. V našem Slunečním systému to byly Merkur, Venuše, Země a Mars. Za sněžnou čarou se zformovaiy obři Jupiter, Saturn, Uran a Neptun.

Sněžná hranice také vysvětluje rozdíly mezi menšími zástupci pevných těles sluneční soustavy – asteroidy a kometami. Oba druhy vznikaly ve stejnou dobu stejným způsobem. Zatímco se asteroidy formovaly na teplejší straně sněžné čáry, takže obsahují relativně málo zamrzlého plynu, pocházejí komety z chladnější části systému. Nacházíme v nich velké množství kondenzovaných plynů a ledu.

Když se Slunci blíží asteroid, nepozorujeme u něj žádné zvláštní chování. U komet je tomu jinak. Jejich hmota začíná tát. Uniká pak do okolí a bere s sebou i prach, který se v kometární hmotě nacházel. Oba materiály pak vytváří dlouhý a efektní ohon.

Konkrétní hranice mezi „ohněm a ledem“ ve Sluneční soustavě

Ve Sluneční soustavě se sněžná čára nachází mezi oběžnými drahami Marsu a Jupiteru. Shodou okolností se v těchto místech nachází tzv. pás asteroidů.

Aktuálně ho zkoumá sonda Dawn, vypuštěná v září 2007 z Cape Canaveral. V roce 2009 prolétla kolem Marsu, aby při swing-by manévru získala vyšší rychlost, která jí dovolila dosáhnout pásu asteroidů. 2011 se sonda přiblížila asteroidu Vesta a přešla na jeho oběžnou dráhu. Více než rok zkoumala, fotografovala a kartografovala tento kamenný objekt. Poté se vydala na další cestu směrem k asteroidu Ceres, který leží na opačné straně sněžné hranice. Svůj cíl dosáhla na jaře letošního roku. Nyní se nachází ve fázi postupného přibližování k povrchu asteroidu. Pořizuje jeho snímky. Momentálně je ve výšce jen několika set kilometrů. Až do června 2016 by jí měly vydržet zásoby hydrazinového paliva,  díky jimž může měnit svou polohu. Po jejich vyčerpání už nebude moci opustit svou oběžnou dráhu kolem Ceres. Promění se v jeho družici. Vydrží na ní pravděpodobně několik dalších set let, než se zřítí na povrch asteroidu, který kdysi zkoumala.

Existuje sněžná hranice i v jiných hvězdných systémech?

Vědci objevili sněžnou hranici i v cizích hvězdných planetárních soustavách.  Nový teleskop ALMA pořídil zajímavé fotografie – a teleskopy, které jsou právě ve fázi výstavby, slibují ještě daleko lepší snímky.

ALMA se nachází v Chile, na náhorní planině Paranal. Pozoruje nebe v pásmu milimetrových a submilimetrových vln, tedy o něco delších, než je viditelné světlo a infračervené záření. Tato část spektra odpovídá vyzařování prachových částic ve tvořících se planetárních soustavách, „nahřátých“ zářením své mladé centrální hvězdy. Způsob, jakým prachové částice přijaté záření znovu vyzařují do svého okolí, je závislý právě na jejich velikosti. Malé částice mají relativně velký spektrální index, velké částice naopak malý.

V oblasti sněhové hranice vznikají obzvláště velké částice, když se spojují částečky prachu s plynem, který byl vytlačen zářením z vnitřních částí soustavy a který zde poprvé nachází možnost existence v pevném skupenství.

V blízkosti hvězdy jsou částice prachu naopak spíše menší, díky vyšším rychlostem a vyšší koncentraci mají tendenci se rozmělňovat při vzájemných kolizích.

Ve vzdálenějších oblastech soustavy jsou částice zase poněkud menší, jejich koncentrace zde není tak vysoká a jejich rychlost je spíše menší, takže je i menší pravděpodobnost, že se spojí do většího objektu.

 Obrázek: Schematické znázornění zastoupení plynu a prachu ve Sluneční soustavě. V oblasti blízké Slunci převládá fragmentace částeček prachu. V oblasti sněžné hranice je to naopak koagulace částic plynu a prachu. Ve vzdálených částech soustavy je koncentrace plynu i prachu už příliš malá na to, aby se z nich vytvořily větší planety.

Pozorováním spektrálního indexu je proto možné přímo identifikovat sněžnou hranici i ve vzdálených, cizích slunečních soustavách.

Mezinárodní tým vědců, vedený A. Banzatti, zkoumal v počítačových simulacích, jak se chovají různé směsi plynu a prachu v průběhu delších časových pásem. Jak se mění jejich vlastnosti a jak odrážejí světlo své centrální hvězdy? Simulace ukázaly, že změny jsou takového charakteru, že mohou být rozhodně registrovány našimi teleskopy. Na nedávno zveřejněném snímku, pořízeném teleskopem ALMA skutečně vidíme několik temných předělů, které se vysvětlují různými sněhovými hranicemi. Každý druh plynu a jeho ledu může totiž vytvořit svou vlastní hranici.

Vědci právě sbírají další údaje, aby mohli výsledky simulací dále prověřit a potvrdit.

Obrázek: soustava, která se tvoří kolem hvězdy HL Tauri. Zdroj:: https://www.eso.org/public/czechrepublic/images/eso1436b/

Četli jste pozorně? Malá hádanka:

Podle čeho lze rozeznat, jestli se u objektu, pozorovaného teleskopem, jedná o asteroid nebo o kometu?