Το Ηλιακό Σύστημα μεγαλώνει

Η ανακάλυψη ενός νάνου πλανήτη (του V774104) που αποτελεί το πιο μακρινό γνωστό μέλος του ηλιακού συστήματος ανοίγει τον δρόμο για τον εντοπισμό και άλλων σωμάτων που οι αστρονόμοι θεωρούν ότι περιφέρονται σε άγνωστες περιοχές της κοσμικής γειτονιάς μας.

Η πρόσφατη ανακάλυψη του V774104, ενός νάνου πλανήτη σε απόσταση από τον Ήλιο εκατό φορές μεγαλύτερη από αυτήν της Γης, χαιρετίστηκε ως η ανακάλυψη του πιο μακρινού γνωστού μέλους του Ηλιακού Συστήματος.

Όμως είναι σίγουρο ότι στο μέλλον θα ανακαλυφθούν και άλλα, πιο απομακρυσμένα από αυτό σώματα, ενώ μερικά από τα ήδη γνωστά θα μετακινηθούν, ακολουθώντας την τροχιά τους, σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

Η σημασία της νέας ανακάλυψης έγκειται στο γεγονός ότι αυτός ο νάνος πλανήτης είναι πολύ πιθανό να ανήκει σε έναν πληθυσμό ουράνιων σωμάτων, οι τροχιές των οποίων παρουσιάζουν ένα δυσεξήγητο χαρακτηριστικό: το πλησιέστερο προς τον Ηλιο σημείο της τροχιάς τους, το περιήλιο, βρίσκεται έξω από την τροχιά του Ποσειδώνα. 

Οι κομήτες μεταφέρουν στο εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα πληροφορίες από το εξωτερικό τμήμα του

Μία από τις θεωρίες που προτάθηκαν για την ερμηνεία αυτού του χαρακτηριστικού είναι η ύπαρξη ενός απομακρυσμένου, ένατου πλανήτη του Ηλιακού Συστήματος. Ο υπολογισμός της τροχιάς του V774104, με τη βοήθεια παρατηρήσεων που θα πραγματοποιηθούν τον επόμενο χρόνο, θα βοηθήσει στην αξιολόγηση αυτής της θεωρίας.

Άγνωστες περιοχές

Το Ηλιακό Σύστημα καταλαμβάνει μια σφαίρα με ακτίνα 100.000 φορές την απόσταση Γης – Ηλιου, η οποία ονομάζεται αστρονομική μονάδα (astronomical unit, AU) και ισούται με 150.000.000 χιλιόμετρα. Από όλη αυτή την τεράστια έκταση, σήμερα γνωρίζουμε καλά μόνο την κεντρική περιοχή της, ακτίνας μόλις 30 AU, στην οποία κινούνται οι 8 γνωστοί πλανήτες και μερικά άλλα μικρά σώματα, όπως οι νάνοι πλανήτες Δήμητρα και Πλούτωνας, καθώς και οι αστεροειδείς.

Για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα η μοναδική πληροφορία που είχαμε για την εξωτερική περιοχή του Ηλιακού Συστήματος ήταν οι κομήτες, που σε ένα μικρό τμήμα της τροχιάς τους περνούν από την κεντρική περιοχή του και γίνoνται αντιληπτοί από τη φωτεινή ουρά τους.

Με βάση τα χαρακτηριστικά που έχουν οι τροχιές των κομητών, οι αστρονόμοι είχαν υποθέσει την ύπαρξη δύο – άγνωστων τότε – περιοχών του Ηλιακού Συστήματος, πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα: της ζώνης Ετζγουερθ – Κάιπερ και του νέφους του Οορτ. Η ζώνη Ετζγουερθ – Κάιπερ είναι ένας δακτύλιος μεταξύ 30 και 50 AU και προτάθηκε ως η πηγή των κομητών μικρής περιόδου, οι τροχιές των οποίων βρίσκονται λίγο-πολύ πάνω στο ίδιο επίπεδο, αυτό της τροχιάς του Δία. Το νέφος του Οορτ έχεισφαιρική συμμετρία, εκτείνεται σε μια περιοχή από 1.000 ως 100.000 αστρονομικές μονάδες και προτάθηκε ως η πηγή των κομητών μεγάλης περιόδου, τα επίπεδα της τροχιάς των οποίων έχουν τυχαίο προσανατολισμό.

Η ύπαρξη της ζώνης Ετζγουερθ – Κάιπερ επιβεβαιώθηκε παρατηρησιακά το 1992, όταν ανακαλύφθηκε το δεύτερο σώμα αυτής της ζώνης – το πρώτο ήταν ο Πλούτωνας – και έκτοτε έχουν ανακαλυφθεί πάνω από 200. Θα έλεγε κανείς ότι ήταν μια μεγάλη επιτυχία του επαγωγικού τρόπου σκέψης – μόνο που, όπως αποδείχθηκε εκ των υστέρων, πηγή των κομητών μικρής περιόδου δεν είναι η ζώνη Ετζγουερθ – Κάιπερ αλλά μια τρίτη ομάδα ουράνιων σωμάτων, ο σκεδασμένος δίσκος (scattered disk). Σε αυτή την τελευταία ομάδα ανήκει η Έρις, που κατείχε το ρεκόρ του πιο απομακρυσμένου σώματος προτού ανακαλυφθεί ο νάνος πλανήτης V774104, ο οποίος σήμερα βρίσκεται σε απόσταση 103 AU.

 

Τα περιήλια των μελών της ζώνης Ετζγουερθ – Κάιπερ και του σκεδασμένου δίσκου βρίσκονται κοντά στην τροχιά του Ποσειδώνα. Ως σήμερα είχαν ανακαλυφθεί και δύο σώματα πέρα από τη ζώνη Ετζγουερθ – Κάιπερ, η Σέντνα και το VP113, που ορισμένοι αστρονόμοι θεωρούν ότι ανήκουν στο εσωτερικό νέφος του Οορτ – αλλά άλλοι όχι. Το περιήλιο αυτών των σωμάτων βρίσκεται σημαντικά πέρα από τη ζώνη Ετζγουερθ – Κάιπερ, και έτσι για θεωρητικούς λόγους αποκλείεται να «εκσφενδονίστηκαν» στη σημερινή τροχιά τους από τη βαρυτική έλξη του Ποσειδώνα, λόγω εγγύτατης προσέγγισης σε αυτόν. Αυτό το φαινόμενο είναι η γνωστή βαρυτική υποβοήθηση, που χρησιμοποιούμε για να στείλουμε διαστημόπλοια σε μεγάλες αποστάσεις.

Μια πιθανή ερμηνεία του μεγάλου περιηλίου αυτών των σωμάτων είναι ότι «εκσφενδονίστηκαν» από έναν – άγνωστο ως σήμερα – πλανήτη του Ηλιακού Συστήματος, ο οποίος κινείται σε μεγάλη απόσταση από τον Ηλιο. Το σενάριο αυτό συμφωνεί και με προσομοιώσεις της δημιουργίας του Ηλιακού Συστήματος, σύμφωνα με τις οποίες οι αέριοι γίγαντες του Ηλιακού Συστήματος ήταν αρχικά πέντε, εκ των οποίων ο ένας «εκσφενδονίστηκε» σε μεγάλη απόσταση από τη βαρυτική έλξη των υπόλοιπων τεσσάρων (Δία, Κρόνου, Ουρανού και Ποσειδώνα).

«Κρυμμένος» ένατος πλανήτης;

Αν φαίνεται θαύμα της τεχνολογικής προόδου των τηλεσκοπίων το ότι παρατηρήσαμε ένα ετερόφωτο σώμα με διάμετρο 1.000 χιλιόμετρα σε απόσταση 15 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, τι θα πρέπει να πούμε για τον υπολογισμό της απόστασής του;

Η βασική αρχή αυτής της μέτρησης είναι βέβαια σχετικά απλή, και μπορούμε να την καταλάβουμε με ένα απλό παράδειγμα. Σκεφθείτε ότι ταξιδεύετε με το αυτοκίνητό σας σε έναν αυτοκινητόδρομο που περιβάλλεται από μακρινά βουνά και παρατηρείτε ένα δέντρο σε απόσταση μερικών εκατοντάδων μέτρων από εσάς. Λόγω της κίνησης του αυτοκινήτου το δέντρο φαίνεται να προβάλλεται σε συνεχώς διαφορετικά σημεία της εικόνας των βουνών, ενώ ούτε το δέντρο ούτε τα βουνά κινούνται στην πραγματικότητα.

Από τη φαινόμενη ταχύτητα κίνησης του δέντρου μπορούμε να υπολογίσουμε την απόστασή του. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και με τα μακρινά σώματα του Ηλιακού Συστήματος. Περιφέρονται τόσο αργά γύρω από τον Ήλιο, ώστε για χρονικό διάστημα μερικών ωρών μπορούμε να τα θεωρήσουμε ακίνητα. Έτσι, η θέση τους σε σχέση με τα μακρινά αστέρια φαίνεται να αλλάζει διαρκώς, λόγω της κίνησης της Γης (γύρω από τον άξονά της και περί τον Ήλιο).

Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η «κίνηση» είναι εξαιρετικά αργή. Στην περίπτωση του νάνου πλανήτη V774104 είναι μόλις 1,5 δεύτερα λεπτά της μοίρας ανά ώρα, της ίδιας τάξης μεγέθους με το πιθανό σφάλμα που εισάγουν στην εικόνα οι διαταραχές της ατμόσφαιρας! Μετά τη μέτρηση αυτής της γωνίας και τον υπολογισμό της απόστασης, οι αστρονόμοι της ομάδας παρατήρησης, κάνοντας μια εκτίμηση για την ανακλαστική ικανότητα της επιφάνειας του σώματος, μπόρεσαν να εκτιμήσουν και τις διαστάσεις του.

Ο υπολογισμός της τροχιάς του είναι, όμως, πολύ πιο δύσκολη υπόθεση. Θα πρέπει να έχουμε στη διάθεσή μας τουλάχιστον τρεις παρατηρήσεις για να υπολογίσουμε τα στοιχεία της τροχιάς του, δηλαδή μεγάλο ημιάξονα, εκκεντρότητα και κλίση ως προς την τροχιά του Δία.

Σημειώνω ότι οι παρατηρήσεις θα πρέπει να απέχουν πολλούς μήνες η μία από την άλλη, γεγονός απαραίτητο για να έχουμε μικρό σφάλμα στον υπολογισμό των στοιχείων. Αν προκύψει ότι το περιήλιό του είναι μεγαλύτερο από 35 αστρονομικές μονάδες, τότε θα έχουμε ανακαλύψει και ένα τρίτο σώμα του λεγόμενου εσωτερικού νέφους του Οορτ και, ίσως, μία ακόμη θετική ένδειξη για έναν μακρινό, ένατο πλανήτη του Ηλιακού Συστήματος.

του Χάρη Βάρβογλη, καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ
 physics4u.gr