Wielobarwne światy z pasa Kuipera

0

Światło obiektów leżących w Pasie Kuipera jest dla kosmicznego teleskopu Hubble niewielką, pojedynczą plamką na jego detektorach. Choć może się wydawać, że nie jest to dużo, to jednak dzięki takim badaniom udało się zaobserwować ogromną różnorodność w kolorze powierzchni tych odległych ciał Układu Słonecznego. Okazuje się, że mogą one występować w kolorze czerwonym, niebieskim lub białym.

Aby zrozumieć zaistniałe różnice, naukowcy zwrócili się w stronę zaawansowanego modelowania komputerowego, które byłoby w stanie wyjaśnić zarówno zaobserwowane kolory, jak i mechanizmy powstawania tak zróżnicowanych światów. Okazuje się, że obiekty te mają najwyraźniej budowę warstwową, a barwa powierzchni uzależniona jest tego, która z warstw jest odkryta. Czynnikiem odpowiedzialnym za ekspozycję określonej warstwy prawdopodobnie jest promieniowanie słoneczne, którego energia wpływa na materiał powierzchniowy w różnym stopniu, zależnie od odległości obiektu od Słońca.

Warstwy mogą także być źródłem aktywności wpływającej na barwę obiektów. Jeśli warstwa znajdująca się pod powierzchnią będzie zawierać lód wodny stosunkowo wolny od zanieczyszczeń i jeśli jest to ciało aktywne, wtedy erupcja może wyrzucić ten materiał i w konsekwencji utworzyć nową, zewnętrzną warstwę. Zjawisko to może tłumaczyć niektóre jasne, białe obiekty znajdujące się w Pasie Kuipera – na przykład największy z obecnie znanych – 2003 UB313 lub Eris.

Ciała kosmiczne znajdujące się poza orbitą Plutona, od momentu odkrycia pierwszego przedstawiciela tej klasy w 1992 roku budzą zaciekawienie naukowców. Ciekawość ta jeszcze wzrosła, gdy okazało się jak bardzo zróżnicowane są to obiekty – spowodowało to lawinę pytań o ich budowę i pochodzenie. Co więcej, obiekty te są także niezwykle zróżnicowane pod względem swoich rozmiarów i poruszają się po bardzo różnych orbitach. Wspomniany pierwszy odkryty obiekt – 1992 QB1 – należy do grupy tzw. Zimnych Klasyków (Cold Classicals), obdarzonych czerwoną powierzchnią, prawdopodobnie złożoną z substancji organicznych.

Częściową odpowiedzią na zaobserwowane różnice w barwach może być sam ruch orbitalny obiektów. Okazuje się, że obiekty posiadające czerwoną barwę poruszają się po orbitach o stosunkowo niewielkim mimośrodzie i inklinacji. Pozostałe, poruszające się po bardziej wydłużonych orbitach eliptycznych, przyjmują jednak zarówno kolor czerwony, jak i niebieski czy biały. Ich orbity są także bardziej nachylone w stosunku do płaszczyzny ekliptyki. Może to oznaczać, że uformowały się w innej części Układu Słonecznego. W przeciwieństwie do nich czerwone, Zimne Klasyki, mogą być przedstawicielami obiektów, które nadal znajdują się w miejscu swojego powstania.

Pojawiła się jednak pewna zagadka. Materiały, z których składają się ciała Pasa Kuipera to głownie lód wodny oraz węglowodory – składniki występujące między innymi w kometach. Jednak powierzchnia komet jest ciemna, niemal czarna, co udało się wytłumaczyć dzięki przeprowadzonym badaniom laboratoryjnym. Okazało się, że po poddaniu mieszaniny takich składników działaniu promieniowania, otrzymuje się nowy, smolisty materiał o bardzo ciemnej barwie. Dlaczego zatem w przypadku zaobserwowanych obiektów nie rejestrujemy takiej powierzchni?

Według autora nowego modelu – Johna Coopera, heliofizyka z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda (Goddard Space Flight Center) – w grę może wchodzić zjawisko interakcji plazmy słonecznej (jonów) z powierzchnią obiektów z Pasa Kuipera. Jony te mają akurat taką energię, by uderzając w powierzchnię nie spowodować zmian w materiale i dzięki temu nie są w stanie wytworzyć ciemnej, powierzchniowej skorupy.

Co więcej, ta sama plazma może stale odkrywać wierzchnią, cienką część materiału i jednocześnie odkrywać spodnią, czerwoną warstwę substancji organicznych. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na proces erozji wierzchniego materiału może być także bombardowanie powierzchni drobinami pyłu, wyrzuconego w wyniku kolizji obiektów w samym Pasie Kuipera. Oznacza to, że rejestrowana przez teleskop Hubble czerwona barwa obiektów może być w istocie odkrytą warstwą podpowierzchniową.

Skąd jednak bierze się obserwowana czerwień? Okazuje się, że za ten proces może być z kolei odpowiedzialne promieniowanie pochodzące z poza Układu Słonecznego. Co prawda nie jest ono zbyt silne, ponieważ Słońce chroni nas przed nim swoim potężnym polem magnetycznym, to jednak może przedostawać się pod skorupę obiektów z Pasa Kuipera. Penetrując ich warstwy może wpływać na przebieg zachodzących tam reakcji chemicznych, zmieniając lód wodny, węgiel, metan, azot i amoniak – czyli podstawowe składniki o których uważa się, że występują na tych ciałach – w cząsteczki organiczne zawierające tlen i węgiel, takie jak formaldehyd, acetylen i etan. Poddane działaniu promieniowania, cząstki te wydają się nam czerwone.

Gdyby promieniowanie było słabsze, wtedy nie doszłoby do powstania wspomnianych cząsteczek, a więc materiał zachowałby swój pierwotny, biały kolor lodu. Z drugiej strony jednak, gdyby promieniowanie było silniejsze, wtedy doszłoby do powstania czarnej skorupy zewnętrznej. Zamiast tego, obserwowane czerwone zabarwienie oznacza, iż obserwowane obiekty znajdują się mniej więcej pośrodku tej skali – promieniowanie które na nie działa nie jest ani zbyt silne, ani zbyt słabe.

Model jest w stanie również udzielić odpowiedzi na pytanie dlaczego niektóre z obserwowanych obiektów wydają się nam białe. Jeśli założyć, że ciała te przejawiają pewną aktywność kriowulkaniczną na głębokości będącej poza zasięgiem promieniowania, wtedy wyrzucony na ich powierzchnię materiał byłby pierwotną mieszaniną lodu, która odpowiadałaby za białą barwę. Obiekty tego rodzaju mogą zatem stanowić klasę ciał kosmicznych, które wciąż są aktywne.

Niestety, model opiera się na dość fragmentarycznych danych na temat energii promieniowania poza orbitą Neptuna, uzyskanych z pojazdów Voyager. Sytuacja ta może się jednak zmienić już wkrótce za sprawą kolejnej odległej misji – New Horizons – która minie orbitę tej planety w 2014 roku. Jej celem jest przelot w pobliżu Plutona, a później prawdopodobnie dwóch kolejnych ciał z Pasa Kuipera, co pozwoli na lepsze poznanie charakteru tych obiektów, a w szczególności da odpowiedź na pytanie jakie związki chemiczne na nich występują. Zweryfikuje także sam model pod względem rozkładu promieniowania i cząsteczek w tym rejonie Układu Słonecznego.

Dane te rzucą również światło na samo występowanie materii organicznej, co pozwoli prawdopodobnie zweryfikować także teorie dotyczące jej istnienia we Wszechświecie.

Według Johna Coopera, poprzez poddanie mieszaniny wspomnianych materiałów promieniowaniu w konsekwencji pozwala uzyskać nawet bardzo złożone molekuły, wliczając w to aminokwasy – podstawowe cegiełki znanego nam życia. Oczywiście nie oznacza to, że życie jest w jakimś sensie produkowane w Pasie Kuipera. Może jednak być miejscem, gdzie rodzi się podstawowa chemia, która jest punktem wyjścia do jego powstania – mechanizmem, który może występować również w innych układach planetarnych. Mogłoby to oznaczać, że podstawowy aparat chemiczny życia występuje pospolicie we Wszechświecie.

(NASA)

Model warstwowy obiektu z pasa Kuipera; niebiesko-biała mieszanina lodu wodnego otacza niewielkie skaliste jądro; na zewnątrz znajduje się natomiast czerwona warstwa przekształconego materiału; w wyniku procesów kriowulkanicznych na powierzchnię przebija się także strumień jasnego materiału (NASA/Conceptual Image Lab/Tyler Chase NASA/Conceptual Image Lab/Tyler Chase)

Share.

Comments are closed.