Termin „planeta karłowata” zyskał niesłychaną popularność w ciągu ostatnich kilku lat. W ramach trójstronnej kategoryzacji obiektów krążących wokół Słońca termin ten został przyjęty w 2006 roku ze względu na odkrycie obiektów znajdujących się poza orbitą Neptuna, porównywalnych rozmiarami do Plutona. Od tego czasu był używany do opisywania wielu obiektów w Układzie Słonecznym, obalając stary system klasyfikacji, który miał dziewięć planet.
Ponadto termin ten wywołał zamieszanie i kontrowersje, w szczególności związane z jego zastosowaniem do ciał takich jak Pluton. Niemniej jednak Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) uznaje pięć ciał w naszym Układzie Słonecznym za planety karłowate, sześć kolejnych zostanie określonych w nadchodzących latach, a około 200 takich ciał może znajdować się w pasie Kuipera.
Definicja
Planeta karłowata, zgodnie z definicją IAU w 2006 r., To „ciało niebieskie krążące wokół gwiazdy, która jest wystarczająco masywna, aby zaokrąglić ją własna grawitacja, ale nie jest wolna od planetozymali z najbliższego regionu i nie jest satelitą. Ponadto musi mieć wystarczającą masę, aby pokonać wytrzymałość na ściskanie i osiągnąć równowagę hydrostatyczną."
W istocie termin ten odnosi się do dowolnego 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, a nie księżycem wokół innego ciała. Po drugie, musi być dostatecznie masywny, aby pod wpływem własnej grawitacji przybrać kulisty kształt. I w przeciwieństwie do planety nie musi oczyszczać otoczenia wokół swojej orbity.
Rozmiar i waga
Film promocyjny:
Aby ciało się zaokrągliło, musi być wystarczająco masywne, aby grawitacja stała się dominującą siłą wpływającą na kształt ciała. Ciśnienie wewnętrzne generowane przez tę masę doprowadzi do plastyczności powierzchni, wygładzenia wzniesień i wypełnienia zagłębień. Małe ciała o średnicy mniejszej niż kilometr tego nie robią (jak asteroidy), są kontrolowane przez siły spoza ich własnych sił grawitacyjnych, które mają tendencję do utrzymywania nieregularnych kształtów.
Największe znane obiekty trans-Neptunian (TNO)
Tymczasem ciała o średnicy kilku kilometrów - gdy grawitacja jest znaczna, ale nie dominująca - przybierają kształt kuli lub „ziemniaka”. Im większy korpus, tym wyższe jest jego ciśnienie wewnętrzne, aż do pokonania wewnętrznej siły ściskającej i osiągnięcia równowagi hydrostatycznej. W tym momencie ciało staje się tak okrągłe, jak to tylko możliwe, biorąc pod uwagę jego rotację i efekty pływowe. To jest definicja granicy planety karłowatej.
Jednak rotacja może również wpływać na kształt planety karłowatej. Jeśli ciało się nie obraca, będzie to kula. Im szybciej się obraca, tym bardziej będzie wydłużony lub wszechstronny. Ekstremalnym tego przykładem jest Haumea, która jest prawie dwukrotnie dłuższa na osi głównej niż na biegunach. Siły pływowe powodują również, że rotacja ciała jest stopniowo blokowana przez pływy, a ciało pozostaje po jednej stronie towarzysza. Ekstremalnym przykładem takiego systemu jest Pluton - Charon, oba ciała są pływowo połączone między sobą.
IAU nie określa górnych i dolnych limitów wielkości i masy planet karłowatych. Chociaż dolna granica jest określana przez osiągnięcie równowagi hydrostatycznej kształtu, rozmiar lub masa, przy której obiekt osiąga ten kształt, zależy od jego składu i historii termicznej.
Na przykład ciała zbudowane z twardych krzemianów (jak asteroidy skaliste) muszą osiągnąć równowagę hydrostatyczną o średnicy około 600 kilometrów i masie 3,4 x 10 ^ 20 kg. W przypadku mniej sztywnego korpusu wykonanego z lodu wodnego limit ten będzie bliżej 320 km i 10 ^ 19 kg. W rezultacie nie ma obecnie określonego standardu definiowania planety karłowatej na podstawie jej rozmiaru lub masy, ale zamiast tego jest ona zwykle definiowana na podstawie jej kształtu.
Pozycja orbitalna
Oprócz równowagi hydrostatycznej, wielu astronomów nalegało na wytyczenie linii między planetami a planetami karłowatymi na podstawie ich niezdolności do „oczyszczenia otoczenia ich orbity”. Krótko mówiąc, planety mogą usuwać mniejsze ciała w pobliżu ich orbit poprzez zderzenie, przechwytywanie lub zaburzenia grawitacyjne, podczas gdy planety karłowate nie mają niezbędnej masy, aby to osiągnąć.
Aby obliczyć prawdopodobieństwo, że planeta oczyści swoją orbitę, planetolodzy Alan Stern i Harold Levinson wprowadzili parametr oznaczany literą „lambda”.
Ten parametr wyraża prawdopodobieństwo kolizji w zależności od zadanego odchylenia orbity obiektu. Wartość tego parametru w modelu Sterna jest proporcjonalna do kwadratu masy i odwrotnie proporcjonalna do czasu i może być wykorzystana do oszacowania potencjału ciała do oczyszczenia otoczenia z jego orbity.
Astronomowie, tacy jak Stephen Soter, naukowiec z Uniwersytetu Nowojorskiego i pracownik Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej, sugerują użycie tego parametru do narysowania linii między planetami a planetami karłowatymi. Soter zaproponował również parametr, który nazywa dyskryminatorem planetarnym - oznaczonym literą mu - który jest obliczany poprzez podzielenie masy ciała przez całkowitą masę innych obiektów na tej samej orbicie.
Rozpoznane i możliwe planety karłowate
Obecnie istnieje pięć planet karłowatych: Pluton, Eris, Makemake, Haumea i Ceres. Same Ceres i Pluton są wystarczająco obserwowane, aby bezsprzecznie znaleźć się w tej kategorii. IAU orzekło, że nienazwane obiekty trans-Neptunian (TNO) o wielkości absolutnej jaśniejszej niż +1 (i matematycznie ograniczonej do minimalnej średnicy 838 km) należy sklasyfikować jako planety karłowate.
Potencjalni kandydaci obecnie rozważani to Orc, 2002 MS4, Salazia, Kwavar, 2007 OR10 i Sedna. Wszystkie te obiekty znajdują się w pasie Kuipera; z wyjątkiem Sedny, która jest rozpatrywana osobno - odrębna klasa dynamicznych TNO w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Możliwe, że w Układzie Słonecznym jest 40 innych obiektów, które słusznie można nazwać planetami karłowatymi. Szacuje się, że po zbadaniu pasa Kuipera można znaleźć do 200 planet karłowatych, a poza tym pasem ich liczba może przekroczyć 10 000.
Nieporozumienia
Natychmiast po decyzji IAU w sprawie definicji planety wielu naukowców wyraziło swój sprzeciw. Mike Brown (lider grupy Caltech, która odkryła Eris) zgadza się zmniejszyć liczbę planet do ośmiu. Jednak wielu astronomów, takich jak Alan Stern, skrytykowało definicję IAU.
Stern twierdzi, że podobnie jak Pluton, Ziemia, Mars, Jowisz i Neptun również nie oczyszczają całkowicie swoich stref orbitalnych. Ziemia krąży wokół Słońca z 10 000 asteroidami w pobliżu Ziemi, które według szacunków Sterna zaprzeczają oczyszczeniu orbity Ziemi. W międzyczasie Jowiszowi na orbicie towarzyszy 100 000 asteroid trojańskich.
W 2011 roku Stern odniósł się do Plutona jako planety i uważał inne planety karłowate, takie jak Ceres i Eris, a także duże księżyce za planety komplementarne. Jednak inni astronomowie argumentują, że chociaż duże planety nie oczyszczają swoich orbit, mają pełną kontrolę nad orbitami innych ciał w ich strefie orbitalnej.
Kolejne kontrowersyjne zastosowanie nowej definicji planet dotyczy planet poza Układem Słonecznym. Metody wykrywania obiektów pozasłonecznych nie określają bezpośrednio, czy obiekt opuści orbitę, tylko pośrednio. W rezultacie, w 2001 r. IAU zatwierdziło oddzielne „robocze” definicje planet pozasłonecznych, w tym to wątpliwe kryterium: „Minimalna masa / rozmiar wymagana do uznania obiektu pozasłonecznego za planetę musi odpowiadać parametrom przyjętym dla Układu Słonecznego”.
Chociaż nie wszyscy członkowie IAU byli za przyjęciem tej definicji planet i planet karłowatych, NASA niedawno ogłosiła, że będzie stosować nowe wytyczne określone przez IAU. Niemniej jednak debata na temat decyzji z 2006 r. Jeszcze się nie zakończyła i możemy spodziewać się dalszego rozwoju na tym froncie, kiedy odkryje się i zidentyfikuje więcej „planet karłowatych”.
Dość łatwo jest zdefiniować planetę karłowatą według standardów IAU, ale dopasowanie Układu Słonecznego do trójpoziomowego systemu klasyfikacji będzie trudniejsze w miarę rozszerzania się naszego zrozumienia wszechświata.
Ilya Khel