Haumea – wielkie jajo w kosmosie

Dropkick Murphys - Rose Tattoo


Daleko w kosmosie wiruje wielkie jajo. Zanim skończycie czytać ten tekst przemierzy ono około1620 kilometrów. Jakieś 7 479 893 500 km od Słońca (50 razy dalej niż Ziemia, trochę dalej niż Pluton w najodleglejszym punkcie swojej orbity) krąży karłowata planeta o dziwacznym kształcie. Haumea, nazwana tak na cześć hawajskiej bogini płodności i urodzaju, na najdłuższej osi mierzy 1960 km a na najkrótszej zaledwie 996 km. Wiruje tak szybko, że w ciągu pięciu minut, jakie zajmie wam przeczytanie tej notki, punkt na jej powierzchni, najdalszy od jej centrum, pokona jakieś 130 kilometrów. Gdyby nie była kawałkiem litej skały rozpadłaby się pod wpływem siły odśrodkowej. To kamienne jajo jest jednakże pokryte cieniutką warstwą lodu.

Dziwne? Ciekawe? Bardzo. Ale nie mniej ciekawy od suchych faktów jest proces który pozwolił astronomom widzącym rozmytą plamkę powiedzieć o niej tak dużo. Grafika po lewej to wyobrażenie artysty na temat Haumei. Po prawej stronie możecie zobaczyć jak wygląda dla nas naprawdę. Jak więc można było wyciągnąć te wszystkie wnioski? Jak zawsze, trzeba było wspiąć się na ramiona gigantów, czyli skorzystać z szeregu zdobyczy nauki i techniki.

Pierwsze co można zauważyć, to częste i regularne zmiany jasności. W niemal dwugodzinnych cyklach jasność odkrytego pod koniec 2004 roku obiektu malała i rosła o dwadzieścia pięć procent. Można by sądzić, że Haumea ma jasną i ciemną stronę i jej obrót trwa dwie godziny. Jest to jednak mało prawdopodobne. Wśród kilkudziesięciu dużych obiektów w układzie słonecznym jedynie Japet, księżyc Saturna (o którym chętnie kiedyś napiszę notkę) ma bardzo wyraźnie zróżnicowane półkule pod względem jasności. Ponadto dwugodzinny okres obrotu rozszarpałby obiekt na kawałki jeśli tylko nie byłby zbudowany z bardzo, bardzo ciężkich metali. Jest jednak inne rozwiązanie, które pasuje do obserwacji i późniejszych ustaleń. Haumea ma podłużny kształt i wykonuje obrót w ciągu czterech godzin. Gdy ustawiona jest dłuższą osią w naszą stronę jej jasność jest mniejsza, niż gdy długa oś jest prostopadle do naszej linii wzroku.

(uproszczona grafika pokazująca jasność Haumei zależnie od jej ułożenia

względem obserwatora, znajdującego się gdzieś daleko po lewej stronie)

Znając prędkość obrotową i kształt (jak bardzo jest rozciągnięta) naukowcy mogli określić jej gęstość. Gdyby miała mniejszą gęstość rozpadłaby się na kawałki, gdyby miała większą gęstość rozciągnięcie byłoby inne. Poszczęściło się nam i wokół Haumei krążą dwa księżyce. Trzecie prawo Keplera pokazuje, że stosunek wielkości orbity i okresu obiegu są ze sobą ściśle powiązane i zależne od masy układu. Tak więc można było obliczyć kształt, gęstość i masę obiektu. Mając te dane dało się obliczyć, że długa oś ma długość 1960 kilometrów. To jakieś 17% mniej niż średnica Plutona.

To nie koniec ciekawostek. Gęstość wskazywała, że ta planeta karłowata jest niemal litą skałą. Tymczasem spektrum odbitego światła pasuje jednak idealnie do lodu. Jedyne wyjaśnienie to jajowaty kamień pokryty cienką skorupką lodu. Ale jak coś takiego mogło powstać? Obiekty takiego typu mogą powstać w wyniku zderzenia pod dużym kątem. Po takiej kolizji zostają wirujące kawałki, od których odpada niemal cały lód. Hipoteza dobrze pasuje do tego co zaobserwowano. Był jeden haczyk. W tym miejscu, na takiej orbicie, szanse na takie zdarzenie wynoszą jakieś 1 na 10 milionów.

Zatem Haumea musiała przywędrować z innej orbity. I rzeczywiście – w pasie Kuipera odnaleziono sporą grupę planetoid podobnych do niej, zgromadzonych na podobnych orbitach. Pozostało tylko pytanie – czemu ten jeden obiekt zawędrował tak daleko? Symulacje zderzenia na takiej orbicie przyniosły odpowiedź. Choć większość okruchów po kolizji w tamtym miejscu trafiało na stabilną orbitę, była jedna, szczególna odległość od Słońca, gdzie na przestrzeni milionów lat obiekty nie mogły zagrzać miejsca.

Jak wspominałem, trzecie prawo Keplera wiąże okres orbity z odległością od centralnego obiektu (np. Słońca). To znaczy, że czasami na jedno okrążenie jednego obiektu przypadają dwa drugiego. Nazywamy to rezonansem orbitalnym 1:2. Wspomina się o rezonansach 2:3, 3:5, 4:7 i kilku innych. Na tych orbitach większy obiekt wpływa w regularnych okresach na mniejszy, odpychając go na większą orbitę.

(Tu na przykład możemy zobaczyć jak Jowisz „oczyścił” niektóre orbity w pasie asteroid)

Jaki to ma związek z Haumeą? Symulacje pozwoliły astronomom zauważyć „mało popularny”, słaby rezonans 7:12 z tysiące razy cięższym Neptunem. Konsekwentnie, kroczek po kroczku, raz na jakieś 281 lat Haumea była „popychana” przez gazowego giganta, aż w końcu znalazła swoje miejsce daleko na rubieżach układu słonecznego, skąd z trudem dostrzegliśmy jej migoczące, lodowe odbicie.