Kde končí Sluneční soustava?

redakce  |  Vesmír
Sluneční soustava

Až tam, kde sluneční vítr ztrácí svou sílu a je převálcován vlivem samotné Galaxie, se blíží konec vnitřní části Sluneční soustavy. Přesto existuje ještě jedno místo, mnohem dál, než jsou hranice Sluneční soustavy. Tam kdesi tisíckrát dále a trochu stranou zájmu leží obrovské smetiště. Před 4 miliardami let si jej vytvořilo naše Slunce, když uklízelo po svém vzniku. Tam někde můžeme Slunci umístit jeho gravitační dosah.

Slunce se z okraje Sluneční soustavy jeví jen jako velmi jasná hvězda.

Po planetách již pouhým okem nezavadíte. V místě, kde svou vládu přebírá galaxie Mléčná dráha, panuje mrazivých pět kelvinů (-268 °C). Není tady ale rozhodně pusto.

Proud nabitých částic ze Slunce, kterým se říká sluneční vítr, se tady pře s galaktickým prostředím a rozhodně prohrává. V žádném případě nemůže soupeřit s rychlostí 220 km za vteřinu, kterou se žene celá naše Sluneční soustava galaxií.

Rychlost slunečního větru klesá pod rychlost zvuku a vytváří obrovský val, který v tom místě možná vypadá jako lehce světélkující závoj ionizovaného plynu. Ten je Sluneční soustavou tlačen před sebou na cestě při oběhu Mléčnou dráhou.

Co je za Plutem?

V roce 2006 bylo Pluto zbaveno svého výsostného planetárního postavení. Ale jako významný mezník v cestě Sluneční soustavou zůstává – jako trpasličí planeta.

Pluto obíhá kolem Slunce v průměru 39krát dále než naše Země.

Jeho dráha je ale velmi protáhlá a během čtvrtiny tisíciletí, které mu trvá oběh kolem Slunce, se tak dokonce střídavě dostává ke Slunci blíže než nyní poslední planeta v pořadí – Neptun. Tady můžeme najít jakousi první hypotetickou hranici Sluneční soustavy, která je spojená s posledními tělesy, jakými je Pluto nebo Eris patřící do rodin tzv. „transneptunických objektů“.

Souvisí to s naším novým poznáním vzdálených částí Sluneční soustavy. Když v roce 1930 astronom Frederick Leonard poprvé přišel s myšlenkou, že za drahou Neptunu můžou obíhat objekty v jakémsi pásu, byla tato zpráva téměř ztracena v hluku právě kolem objevu planety Pluto.

Tu našel totiž Clyde W. Tombaugh již 18. února 1930 na Lowellově observatoři v americké Arizoně.

O existenci objektů za drahou Neptunu tak již máme dnes jisto.

Na jejich začátek tak položme Pluto a jejich konec hledejme až ve vzdálenosti více než jednoho světelného roku od Slunce.

Kuiperův pás

Myšlenka Fredericka Leonarda z roku 1930 se po dvaceti letech proměnila v oblast těles s názvem Kuiperův pás. Jméno dostala po dánsko-americkém astronomovi Geradu Peterovi Kuiperovi.

Dodnes však tento pás skrývá mnoho tajemství. Není zatím například vysvětleno, proč pás objektů končí jako když utne. Má totiž velmi ostrou hranici a je někdy nazýván trochu krkolomně – Kuiperovův útes. Jedno z možných vysvětlení by mohlo ležet ukryto hluboko mezi balvany Kuiperova pásu. Pokud by tam existovalo těleso velikosti Země, mohlo by mít ten podstatný vliv, že by svou gravitací vnější okraj ohraničilo a smetí v okolí jednoduše „vymetlo“ do nynější ostré podoby. Dnes tedy sahá Kuiperův pás od 30 do 50 AU (AU – „astronomická jednotka“, 1 AU = 150 milionů kilometrů). Z hlediska hranic Sluneční soustavy však stále není Kuiperův pás až tak zajímavý.

Pokořily jej totiž k dnešnímu dni již čtyři lidmi vyrobené stroje: Sondy Pioneer 10 a 11, které se však již odmlčely a nevysílají žádné signály. Došla jim totiž radioaktivní energie. A sondy Voyager I a II, které ještě vysílají data (i když omezeně) a jsou nejvzdálenějšími člověkem vyrobenými sondami vůbec.

Na konci Sluneční soustavy

Za Kuiperovým pásem je obrovská mrazivá pustina dlouhá 50 AU.

Sonda Voyager I, která je nyní ze čtyř zmíněných nejdál, ji zdolávala 13 let, když náhle v prosinci 2004 zaznamenaly magnetometry na palubě Voyageru I prudký nárůst magnetického pole. Lidé z NASA tak mohli s potěšením konstatovat, že po 27 letech od startu dorazil tento lidmi vyrobený stroj na samou hranici dosahu slunečních paprsků. Sonda pronikla na samotný začátek vlivu naší Galaxie, kde se sluneční vítr prudce zpomaluje.

Sluneční tišina

Sluneční vítr je řídký proud elektricky nabitého plynu, vanoucího neustále směrem od Slunce. Jeho složení je v podstatě identické se složením horních vrstev sluneční atmosféry. Obsahuje především ionizovaný vodík a helium, tedy jejich jádra, a další nabité částice.

Největší složka tak čítá vysoce energetické protony, které mají právě podoby jader vodíku. Kolem Země sviští sluneční vítr neuvěřitelnými rychlostmi 200–1000 km/s. Na pokraji tzv. terminačního šoku však ztrácí na rychlosti brzděn především galaktickým plynem. V tomto místě jeho rychlost klesá pod rychlost zvuku. Zde se nachází ona prvotní hraniční obálka nazývaná heliosféra. Díky poklesu rychlosti slunečního větru se stává tato oblast hustší a magnetická intenzita je v ní mnohem vyšší. Dále se již začíná o slovo vehementně hlásit plyn volně se rozprostírající mezi hvězdami.

Tento mezihvězdný plyn se kupodivu také skládá především z vodíku a helia, stopově pak obsahuje těžší prvky včetně kovů. Hustota je však mnohem menší než vakuum, které dokáže vyrobit nejkvalitnější pozemská laboratoř. Prostor jednoho kubíku mezihvězdného větru obsahuje jen několik desítek až stovek částic. Přesto taková hustota stačí na roztodivné úkazy v této oblasti. Poslední dobou se také zdá, že samotné místo tohoto zhuštěného slunečního větru, který se již jen tak loudá směrem od Slunce, není tak jednoduchou oblastí, jak si dříve vědci představovali.

Ze zbytků volné energie které sondě Voyager I zbývají, tak snad ještě vystačí na vyslání dalších dat z terminačního šoku. Ale ani v oblasti za ním nenajdeme konec slunečního dosahu. A to i přesto, že tato kulovitá obálka, kterou si tak vědci smyslili a nazvali heliosféra, znamená právě „dosah Slunce“.

Krok do neznáma

O tom, že další sféra ovlivňovaná Sluncem a jeho oběhem kolem galaxie je velkou neznámou, svědčí fakt, že nemá ani české pojmenování. V anglicky mluvících zemích se říká „heliosheath“, což by se krásně česky a básnicky dalo říct „za slunečními humny“ anebo prostě „sluneční lada“. Jenže tak úplně ladem neleží, a to i přesto, že se o skutečně divokou přírodu jedná. Tedy neskutečně divokou. Podle nejnovějších informací rozluštěných z dat sondy Voyager I víme již to, že tato oblast mezi úředními hranicemi Sluneční soustavy začíná nyní přesně 94 AU od Slunce a podle odhadů by měla být velká zhruba jen 20 AU. Aby nebyl složitostem konec, hranice heliosféry a heliopauzy, mezi nimiž se sluneční lada nacházejí, se posouvají podle sluneční aktivity a nejvýrazněji podle 22letého slunečního cyklu.

V porovnání s kosmickým časem, je posunování slunečních lad takovým nezbedným, pravidelným poskakováním. A nebude mu jen tak konec. Spolu s tím, jak bude Slunce stárnout, bude se měnit i cyklus změn a časem se možná bude vzdálenost slunečních lad přibližovat ke Slunci. Za zhruba miliardu let by mohl sluneční vítr dokonce ochabnout natolik, že bychom nejen přišli o polární záře, ale také by se naše kosmická lada posunula velmi blízko našim planetám.

Slunce hovnivál

Vnější hranice slunečních lad je nazývána heliopauza a i tato hranice se často označuje jako hranice Sluneční soustavy. Nic naplat, není možno jí upřít jednu výsostnou vlastnost. Je nejen nejaktivnější oblastí na hranicích Sluneční soustavy, ale také velmi významně ovlivňuje vzhled naší soustavy z velké vzdálenosti. Heliopauza je hranicí, kde plnou kontrolu nad prostorem přebírá mezihvězdný prach a plyn. Na této hranici dochází k souboji mezi ionizovaným proudem částic slunečního větru a vodíkem a heliem z nitra galaxie.

Protony slunečního větru mají svůj původ ve Slunci, mezihvězdný plyn a prach je však pozůstatkem odumřelých hvězd. V heliopauze se síly obou proudů vyrovnávají.

Ve směru putování galaxií tak Slunce hrne před sebou obrovskou, jemně zářivou vlnu, nahuštěnou směs slunečního větru, která již nedokáže odolat mezihvězdnému materiálu. Val tohoto větru je tedy doslova hovniválsky kutálen před sebou po celé oběžné dráze okolo Mléčné dráhy. Zatímco heliosféra má rozhodě kulovitý tvar, pak heliopauza nikoli. Heliopauza je nejblíže ke Slunci ve směru putování galaxií, naopak se téměř ztrácí v nekonečnu pryč od směru oběhu.

Hřbitov komet

Oortovo mračno by měla být kulovitá skořápka kolem Sluneční soustavy. Měla by obsahovat kometární jádra dlouhoperiodických komet. Jenže nikdo Oortovo mračno dosud nepozoroval. Nikdo nezměřil jeho hustotu a velikost. A nikdo nespočítal množství objektů, které se v něm nacházejí. Dokonce se to nikomu určitě nepovede ani v blízké budoucnosti. Oortovo mračno je příliš daleko a objekty v něm příliš malé a temné, aby je bylo možno detekovat jakýmikoli představitelnými přístroji.

V literatuře existuje mnoho zmínek o této kulovité skořápce kometárních jader. Autoři je často umísťují do nejrůznějších vzdáleností a přisuzují jim nejrůznější vlastnosti. I přes to nevědoucí tajemno jsme dnes přesvědčeni, že Oortovo mračno existuje. V roce 1932 vyslovil estonský astronom Ernst Öpik domněnku, že komety nepřilétají z kosmu, ale že pocházejí z nějakého určitého místa daleko za Plutem.

Obnovena však byla tato myšlenka až v roce 1950 dánským astronomem Janem Hendrickem Oortem a po něm dostala tato oblast i své jméno -Oortovo mračno.

Vše tedy nasvědčuje tomu, že do vzdálenosti až 1000krát větší, než je dosah slunečního větru, opravdu zasahuje jedno obrovské smetiště.

Jakýsi hřbitov komet a ledových balvanů. Přestože je tato myšlenka stará již přes půl století, víme o ní stále jen minimum.

Nejdále ze všech

Dlouhou dobu bylo Oortovo mračno pokládáno za jakýsi sférický obal kolem naší Sluneční soustavy, někde hodně daleko za hranicí dosahu Slunce. Mělo by obsahovat téměř výhradně ledové balvany, které se čas od času vydají ke Slunci, a stanou se tak kometami. Jenže jak určit jeho vlastnosti? Jednu z cest předvedli Weissman a Stern z NASA, když před sedmi lety nasimulovali vznik Sluneční soustavy. Z pohledu toho, co bychom mohli nazvat jako odpadky po vzniku planet, dostali vědci jednu z možných ukázek, jak Oortův hřbitov komet vypadá.

Sluneční soustava ve svých nejranějších fázích vypadala jako rotující mračno prachu a plynu kolem vznikající hvězdy s planetami, které byly ještě rozhodně v plenkách. V místech, kde se dnes planety vyskytují, bylo přecpáno, a svou pozici si tak tělesa musela pracně vydobývat. V těchto raných fázích tak muselo dojít nutně na právo silnějšího a budoucí planety vytáhly gravitační koště a začaly zametat vše menší a slabší. Se směrem se nepáraly, hlavně aby to bylo co nejdále. Téměř 95 % materiálu se jim povedlo zamést opravdu doslova. Opustily Sluneční soustavu a vydaly se, odmrštěny gravitačním urychlením budoucích planet, daleko do mezihvězdného prostoru. Avšak zbylých 5 % materiálu Sluneční soustavu úplně neopustilo. Nedobrovolní cestovatelé, kteří měli to štěstí, že se zastavili na samém pokraji dosahu Slunce, se pak občas jako kouzelní strašáci planet vydávají na cestu ke Slunci v podobě známých vlasatic.

Oortovo mračno tak oproti ostatním útvarům ve Sluneční soustavě drží jednu výsadu. Všechny zmíněné objekty, mračna, pásy a dráhy planetek a planet leží v jedné shodné rovině – ekliptice. Oortovo mračno se tomuto obyčeji vymyká a obklopuje Slunce téměř sféricky.

Existuje ale také teorie, podle které má Oortovo mračno druhou část, která je zhuštěna do disku v rovině ekliptiky; té říkáme Hillův oblak a pokud existuje, byl by diskovitou součástí Oortova mračna.

Podle modelu vzniku Sluneční soustavy se dá předpokládat, že ve vzdálenosti 5 až 100 tisíc astronomických jednotek se nachází na 12 miliard potenciálních kometárních jader.

Kupodivu podobné číslo již předpověděl v padesátých letech minulého století právě Oort.

Pozorování pohybu komet takovým odhadům lehce nasvědčuje. Tajemno však zůstává v otázce, kolik hmoty se v oblasti Oortova mračna nachází doopravdy. Dnešní odhady jsou na čísle 40 hmot Země, rozhodně však ne méně než 10 hmot zemských.

A je vidět, že mračno není žádný suchar. Oblast je neskutečně široká a sahá až na poloviční vzdálenost k nejbližší hvězdě.

Komety jsou jen polomrtvé

Ve skutečnosti tento hřbitov komet není zcela mrtvou oblastí a zřejmě není ani zcela sférický, jak si vědci vždy mysleli. Ukázal na to neúnavný Stern, autor oné simulace vzniku Sluneční soustavy. Kometární jádra jsou v Oortově mračnu podrobována neustálému bombardování zrnky mezihvězdného prachu, znatelně zahřívána během přiblížení okolních hvězd a také vystavována vzájemným srážkám. Dříve předpokládaná starobylost komet je najednou fuč.

Již nejsou mrazáky informací z dob vzniku Sluneční soustavy. Stern navíc ukázal, že je pravděpodobné, že velká část materiálu v Oortově mračnu již nepatří Slunci, ale že byl vyměněn s materiály v „Oortových mračnech“ během přiblížení jiných hvězd. A co víc, Stern také vyslovil hypotézu, že za tu dlouhou dobu kolizí a srážek jsou objekty v mračnu již jakési novotvary slepenců okolních těles a s minulostí Slunce již mnoho společného nemají.

Velká část materiálu v Oortově mračnu již nepatří Slunci. Byl vyměněn s materiály v cizích „Oortových mračnech“ během přiblížení jiných hvězd.


PIONEER 10 A 11

Pioneer 10 odstartoval v březnu 1972, vynesen raketou Atlas-Centaur. Byla to první sonda vyrobená k průzkumu vnějších částí slunečního systému a k opuštění Sluneční soustavy. Jako první také navštívila planetu Jupiter. Její snímky začala pořizovat 3. prosince 1973. Po té navštívila Neptun a vydala se směrem k hranicím Sluneční soustavy. Měla být vůbec první, která také sluneční sféru opustí, každopádně ji později předstihla sonda Voyager I. Rychlost sondy Pioneer 10 je 1,016 AU/ rok. Nyní je již mrtvým artefaktem na cestě směrem ke hvězdě Aldebaran v souhvězdí býka. Bude trvat dva miliony let, než k této hvězdě doletí. Její poslední signál byl zachycen 31. března 1997. Sonda Pioneer 11 vystartovala o rok a měsíc později než její předchůdkyně. V prosinci 1974 minula Jupitera o pouhých 34 000 km a planetu Saturn v roce 1979 ve vzdálenosti pouhých 21 000 km! Její energie jí sloužila po kratší dobu než u sesterské sondy a mise byla ukončena posledním signálem 30. srpna 1995. Nyní míří také jako mrtvá sonda pod úhlem 17,4° k ekliptice rychlostí 2,5 AU/rok směrem nad naše galaktické centrum do souhvězdí Orla. K první z hvězd v této oblasti dorazí za 4 milióny let.


VOYAGER I A II

Jsou to výjimečné sondy v dějinách kosmonautiky. Voyager I je nyní nejvzdálenějším objektem, který lidstvo vyrobilo, a atakuje právě hranice Sluneční soustavy. Voyager I byl vypuštěn v září 1977 a stále funguje a odesílá data. Voyager II je zase unikátní naplánováním svého startu. I když nese číslo dvě, vystartoval o měsíc dříve a jeho let byl připraven tak, aby využil možnosti konjunkce planet Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Ta nastává jednou za 175 let. Voyager II šanci využil a všechny planety navštívil. Jeho obrázky jsou dodnes považovány ze nejcennější a bez něj bychom většinu snímků oněch velkých planet neměli. Díky tomu, že se však zdržel u planety Uran a Neptun, jeho kolega „jednička“ jej na cestě na pokraj známého slunečního světa předstihl.


Jan Hendrik Oort

JAN HENDRIK OORT (1900–1992)

Byl nejvýznamnějším dánským astronomem. Zasloužil se nejen o myšlenku Oortova mračna, ale také jako první dokázal, že galaxie Mléčná dráha rotuje. Spočítal, že střed galaxie se nachází od Země 30 000 světelných let v souhvězdí Střelce. Odhadl na svou dobu velmi přesně hmotu Mléčné dráhy a zjistil, že světlo z Krabí mlhoviny, která leží v Býku, je polarizované a produkuje synchrotronové záření. Jan Oort (vlevo) v rozhovoru s astronomem Van de Hulstem


TAJEMSTVÍ KUIPEROVA PÁSU

Do dnešního dne bylo objeveno přes 800 konkrétních objektů Kuiperova pásu. Téměř všechny po roce 1992. Jedinou výjimkou je snad jen transneptunický objekt Pluto-Charon objevený v roce 1930, dříve označovaný jako devátá planeta Sluneční soustavy. Tajemství Kuiperova pásu se však více a více odhalují. Po roce 2000 byly objeveny další velké objekty velikostí blízké Plutu a Charonu. Například Quaoar objevený v roce 2002 má jen o polovinu menší velikost než Pluto. Ale i další objekty mají relevantní velikost. Ixion, Varuna, CR105 anebo Sedna či trpasličí planeta Eris. Právě tyto objekty velikostí odpovídají Plutu a Sedna je navíc nejvzdálenější objekt tohoto typu obíhající kolem Slunce. Všechna tato tělesa Kuiperova pásu se přitom od klasických planetek či asteroidů liší. Říkáme jim spíše planetoidy a jsou to v podstatě nevyvinuté zárodky planet, pro které nebylo ve sluneční soustavě místo. Svým složením se podobají nejvíce kometám.

Nejčtenější