Explorarea spațiului 51 CZU: 523 OBIECTELE ÎNGHEȚATE DIN SISTEMUL NOSTRU SOLAR Icy objects in our Solar System Conf. univ. dr. Mirel BIRLAN Institutul de Mecanică Cerească și de Calcul al Efemeridelor, Observatorul din Paris, Centrul național de studii științifice, 77 av Denfert Rochereau, 75014 Paris Cedex, [email protected] Institutul Astronomic al Academiei Române, str. Cuțitul de Argint nr.5, sector 4, București. Rezumat: În ultimele trei decenii observațiile astronomice au permis descoperirea masivă a obiectelor de dincolo de orbita planetei Neptun. Generic, aceste obiecte au fost numite trans- neptuniene. În cadrul acestui articol vom face o trecere în revista a cunoștințelor dobândite, prin prisma elementelor lor dinamice și fizice, dobândite deopotrivă ca urmare a observațiilor de la sol, a modelărilor dinamice și a elementelor științifice aduse de misiunea spațială New Horizons. Cuvinte-cheie: obiecte trans-neptuniene, Sistemul solar, proprietăți dinamice, proprietăți fizice. Abstract: Massive discoveries occur during the last three decades for objects beyond the planet Neptune. The generic name of this population is trans-neptunian objects. This article present a short overview of our knowledge for these objects, obtained from the ground and from the New Horizons space mission. Key words: trans-neptunian objects, Solar System, dynamics, physical properties. Introducere Sistemul solar este zona din Univers ce conține Terra și civilizația noastră. Este o zonă ce continuă să ne fascineze ca tematică științifică și care ne oferă noi idei și descoperiri. Datorită acestor noi descoperiri, înțelegerea noastră despre cosmogonia (nașterea) Sistemului solar a putut avansa. Acest articol succint își propune o trecere în revistă a obiectelor descoperite dincolo de planeta Neptun, ultima planetă mare a Sistemului nostru solar. Până în anii 1930, planeta Neptun era considerată ca fiind ultimul obiect existent din Sistemul solar. Întrebările din categoria: la ce distanță se termină Sistemul solar? ce se găsește după planeta Neptun? de unde vin cometele? au rămas la acea epoca întrebări deschise. Descoperirea, în anul 1930, a unui nou obiect, dincolo de planeta Neptun a fost un eveniment de mare importanță la acea epocă (Figura 1). Noul obiect, denumit Pluto, a fost catalogat drept planetă, cu toate că avea o mulțime de șanse ca să intrige lumea cercetătorilor în dinamica obiectelor celeste și a celor ce studiau mecanica cereasca. Pluto este un obiect care are o orbită înclinată cu 17 grade față de planul ecliptic, o înclinare cu mult diferită față de cea a celor opt planete mari. Orbita lui Pluto este o elipsă cu o excentricitate de 0,25. Această orbită face ca Pluto, în mișcarea sa de revoluție cu perioada de aproape 248 de ani, să se regăsească câteodată în interiorul orbitei lui Neptun (adică mai aproape de Soare decât planeta Neptun). Diametrul obiectului Pluto a fost estimat la două treimi din diametrul Lunii, de departe foarte mic în comparație cu planetele gazoase (Neptun are un diametru de peste zece ori mai mare ca Pluto). Apoi, la scurtă durată de la descoperirea acestui obiect, s-a putut ajunge la concluzia că acel timid punct întunecat de pe placa fotografică erau de fapt fotonii colectați de la două obiecte. Satelitul lui Pluto a fost denumit Charon și diametrul lui a fost estimat la 1200 kilometri. Sistemul Pluto-Charon a intrigat de la început prin dinamica lui, deoarece era singurul obiect complex în care centrul de masă era în afara corpului dominant (un calcul simplu ne arată că centrul de masă al sistemului se afla între Pluto și Charon, dincolo de suprafața lui Pluto). FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 18, nr. 3-4 (71-72), 2020 52 Explorarea spațiului Putem spune, retrospectiv, că descoperirea sistemului Pluto-Charon a adus mai multe întrebări decât rezolvări/răspunsuri legate de structura și compoziția părții îndepărtate de Soare, externe, a Sistemului solar. Întrebările însă au rămas de actualitate, s-au complexificat, iar imaginația și inteligența noastră au permis doar noi ipoteze și modele matematice descrise și dezvoltate pentru soluționarea lor. Planeta Pluto era înscrisă pe o orbită rezonanță cu cea a lui Neptun, influența acestuia din urmă era deci Figura 1. Fotografie a autorului articolului în importantă în dinamica planetei Pluto. Ca urmare, Observatorul din Flagstaff, la ușa domului ce probabilitatea ca să existe situații dinamice adăpostește telescopul cu care astronomul similare cu cea a lui Pluto (obiecte “încuiate”, Clyde Tombaugh a imortalizat pe plăci „capturate” într-o zona de rezonanță în mișcarea fotografice câmpul de stele ce conținea noul medie) era diferită de zero. obiect care a fost denumit Pluto (Copyright Mirel Birlan, Flagstaff, 18 aprilie 2013) Una din aceste idei a fost dezvoltată, matematizată și publicată de doi oameni de știință, Kenneth Edgeworth (în anul 1943) și Gerard Kuiper (în anul 1951). Conform ideilor acestor doi oameni de știință, dincolo de planeta Neptun ar trebui sa existe o centură de obiecte, înghețate (dincolo de planeta Neptun temperaturile sunt mai mici de 55Kelvin, adică mai mici de -218 grade Celsius), care să alimenteze Sistemul solar în comete de scurtă perioadă (cu perioade de revoluție între 3 si 200 de ani). Această centură, ipotetică, a fost denumită centura Edgeworth-Kuiper, sau mai simplu centura lui Kuiper (publicația lui Edgeworth, apărută în timpul celui de-al doilea război mondial a fost mai puțin cunoscută/disponibilă lumii științifice). A trebuit să treacă mai mult de 40 de ani de la emiterea ipotezei existenței centurii lui Kuiper, pentru a se trece la etapa căutării altor corpuri asemănătoare sistemului Pluto-Charon. Detecția unor astfel de corpuri îndepărtate este greoaie din doua motive majore pe care le voi enumera aici: - Dimensiunile corpurilor de dincolo de Neptun, în ipoteza căutării corpurilor de dimensiuni egale sau mai mici decât sistemul Pluto-Charon, implică accesul la telescoape mari. Distanța importantă dintre Soare și obiect, coroborată cu necesitatea colectării fotonilor reflectați de corpurile de dincolo de Neptun impunea utilizarea telescoapelor cu diametrul oglinzii principale superior valorilor de 2-3 metri. Creșterea numărului acestor telescoape pe mapamond, împreună cu construcția de noi telescoape de diametre mult mai mari (4-8 metri în diametru), au permis inițierea unor programe de căutare a obiectelor din ipotetica centură a lui Kuiper. - Detecția unui obiect din Sistemul solar se face prin observarea sistematică a acelui câmp de stele și detectarea unei mișcări a unui obiect printre stelele din fundal. Cu cât obiectele sunt mai îndepărtate de observatorul de pe Pământ, cu atât mișcarea aparentă printre stele este mai mică, imperceptibilă. Deci, detecția și identificarea unui obiect de dincolo de Neptun se face printr-un studiu sistematic în decursul mai multor luni de observație, al aceluiași câmp de stele, pentru a detecta mișcarea aparentă a vreunuia dintre obiectele din câmp. Această istorie fascinantă a descoperirilor obiectelor înghețate, aflate în centura lui Kuiper, a fost demarată la începutul anilor 1990 la Universitatea din Hawaii de profesorul David Jewitt și doctorandul de la acea epocă Jane Luu. În anul 1992 ei anunță descoperirea primului obiect, posibil aparținând centurii lui Kuiper. 1992 QB1 este primul obiect din centura lui Kuiper, descoperit la 30 FIZICA ŞI TEHNOLOGIILE MODERNE, vol. 18, nr. 3-4 (71-72), 2020 Explorarea spațiului 53 august 1992 (Jewitt & Luu, 1993) într-un program de monitorizare a sferei cerești utilizând telescopul de 2,2 metri diametru de la Observatorul din Mauna Kea, Hawaii. Ulterior, această denumire provizorie a fost înlocuită (numele oficial este acordat de Comisia de denumiri a Uniunii Astronomice Internaționale) cu un număr de catalog și un nume. Obiectul trans-neptunian (15670) Albion este noua denumire a lui 1992 QB1. Denumirea provizorie a lui 1992 QB1 a rămas în istoria științei, întrucât, așa cum se va vedea mai departe, o categorie din obiectele trans-neptuniene le vom regăsi în literatură în clasa “Cubewanos”, care nu este altceva decât pronunția în engleză a literelor Q si B la care se adaugă sufixul la acest cuvânt nou inventat. Programul de monitorizare inițiat de Universitatea din Hawaii își produce efectul și la 28 martie 1993 un nou obiect al centurii Kuiper este raportat de Jewitt, Luu si Marsden. Noul obiect, cu denumirea provizorie 1993 FV (Jewitt & Luu, Nature, 1993) a fost estimat ca având o orbită preliminară cu semiaxa mare estimată între 38 și 56 unități astronomice (precizia orbitei crește odată cu mărirea arcului de orbită observată) revelează fără dubiu prezența obiectului dincolo de orbita lui Neptun. Noile obiecte descoperite au creat punctul de debut al căutării obiectelor din centura lui Kuiper. Astfel, cercetătorii de pe întregul mapamond au început să propună programe de monitorizare pentru găsirea de noi obiecte. Echipele din insulele Canare - La Palma, Mauna Kea - Hawaii, Cerro Tololo - Chile, Kitt Peak - USA, Palomar - USA, au fost extrem de active în programele de căutare a obiectelor trans-neptuniene și au raportat sistematic noi descoperiri. În momentul scrierii acestor rânduri, au fost descoperite peste 2760 obiecte având orbite cu semiaxa mare superioară valorii de 30 de unități astronomice. Nu voi enumera toate aceste obiecte, însa aș dori să punctez doar câteva dintre ele, acelea care au permis realizarea unei schițe a distribuției acestor corpuri în ceea ce numim acum populația de obiecte trans-neptuniene. (90377) Sedna. Acest obiect care avea denumirea provizorie 2003 VB12 a fost descoperit de o echipă de cercetători americani. Din analizele observațiilor se calculează o orbită cu semiaxa mare de aproximativ 78 de unități astronomice. Înclinarea obiectului față de planul ecliptic era de 11 grade. Cele doua mărimi erau mult diferite față de ceea ce se descoperise până la acea data. Sedna face o rotație completă în jurul Soarelui în aproximativ 12000 de ani, adică perioada este comensurabilă cu cea a cometelor de lungă perioadă. Sedna este cel mai rece obiect cunoscut din Sistemul solar, temperatura spațiului interplanetar în care obiectul își face mișcarea de revoluție este de 25K (minus 248 grade Celsius).