Na předměstí Sluneční soustavy: Tajemný Kuiperův pás a Oortův oblak

Až do roku 1992 představovalo nejvzdálenější pozorovaný objekt Sluneční soustavy Pluto, tehdy ještě coby planeta. Již o řadu let dřív se však astronomové, sledující četnost a parametry trajektorií komet, domnívali, že se někde v odlehlejších končinách našeho solárního systému musejí ukrývat zásobárny vlasatic. Názor, že se za dráhou Neptunu mohou vyskytovat komety a velké objekty, poprvé vyslovil astronom Kenneth Edgeworth v roce 1943. O sedm let později předpověděl existenci pásu ledových těles daleko za okrajem Sluneční soustavy jeho kolega Gerard Kuiper (viz Ti, kteří viděli dál). 

Nyní už víme, že na prostor vyplněný planetami skutečně navazuje tzv. Kuiperův nebo také Edgeworthův–Kuiperův pás a ještě dál od Slunce leží Oortův oblak. Navzdory ohromným rozměrům prvního zmíněného se však první tamní objekt podařilo nalézt až v roce 1992: Identifikovali jej astronomové Dave Jewitt a Jane Luuová, dostal označení 1992 QB1 a dnes ho známe jako 15760 Albion. 

V ledovém království

Kuiperův pás se rozprostírá od oběžné dráhy Neptunu, tj. asi 30 astronomických jednotek (AU) od Slunce, až do vzdálenosti přibližně 55 AU. V určitém směru tvoří obdobu hlavního pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem, je však rozsáhlejší a zhruba 20–100krát hmotnější. A zatímco hlavní pás sestává převážně z kamenných a kovových těles, objekty Kuiperova pásu velmi často utvářejí zmrzlé těkavé látky jako voda, metan či amoniak.

Mezi jeho nejznámější představitele patří Pluto a Arrokoth, jež zblízka studovala sonda New Horizons. Vědci nicméně předpokládají, že se v dané části naší soustavy nacházejí stovky milionů ledových těles – souhrnně označovaných jako objekty Kuiperova pásu nebo transneptunická tělesa – včetně stovek tisíc těch, jejichž průměr přesahuje 100 km. K 5. červnu 2019 se podařilo katalogizovat 2 553 transneptunických objektů, jde však jen o nepatrnou část z celkového počtu. 

Souhrnnou hmotnost tamních těles odhadují odborníci na 10 % hmotnosti Země. Podle standardních modelů vývoje Sluneční soustavy původně Kuiperův pás naši planetu v daném ohledu 30krát převyšoval, dnes ovšem zůstává 99 % zmíněné hmoty „nezvěstných“. Dráhy místních objektů leží převážně poblíž roviny ekliptiky: Podobně jako hlavní pás, i ten Kuiperův tvaruje gravitace obřích planet. Za jeho vnějším okrajem pak pokračuje tzv. rozptýlený disk, sahající zhruba do vzdálenosti 1 000 AU.

Velké stěhování

Ledová tělesa Kuiperova pásu považují astronomové za pozůstatky z dob formování Sluneční soustavy. Dnešní materiál v daném regionu přitom může reprezentovat jen zlomek dřívějšího množství. Podle současných teorií se dráhy čtyř obřích planet – Jupitera, Saturnu, Uranu a Neptunu – v minulosti posouvaly. A v důsledku toho se mohla většina původní látky, odpovídající pravděpodobně 7–10 hmotnostem Země, ztratit.

V rané etapě vývoje našeho systému byly planety Uran a Neptun přinuceny obíhat po vzdálenějších dráhách v důsledku posunu trajektorií Jupitera a Saturnu. Jak se první uvedený pár vzdaloval od Slunce, procházel skrz hustý oblak malých ledových těles zbylých po vzniku obřích planet. Gravitace Neptunu pak odklonila bezpočet z nich do centra směrem k dalším gigantickým oběžnicím. Jupiter nakonec většinu těchto objektů vymrštil buď na extrémně vzdálené dráhy, kde vytvořily Oortův oblak, nebo zcela mimo planetární soustavu. Gravitační vliv Neptunu nasměroval zbývající ledová tělesa do oblasti, kterou dnes nazýváme Kuiperův pás. 

Modely vývoje objektů naší soustavy nejlépe odpovídají skutečnosti za předpokladu, že dřív kolem Slunce kroužila ještě jedna obří planeta a vzájemným gravitačním působením byla vymrštěna zcela mimo systém.

Na různých adresách

Jednotlivá tělesa Kuiperova pásu se navzájem poměrně odlišují velikostí, tvarem i barvou. Navíc nejsou rovnoměrně rozložená v prostoru: S objevem prvních z nich na počátku 90. let minulého století se překvapivě ukázalo, že nejrůznějších tvarů a rozměrů nabývají také jejich dráhy. Samostatnou skupinu tvoří objekty na trajektoriích, které je nikdy nepřivádějí blíž než 40 AU ke Slunci. Mohly se tam dostat vlivem gravitace dosud neobjevené vzdálené planety či procházející hvězdy nebo v důsledku gravitačních poruch z dob formování Kuiperova pásu. 

Do zmíněné skupiny se řadí i planetka Sedna, s katalogovým číslem 90 377, jež má zřejmě původ ve vnitřním Oortově oblaku. K centrální hvězdě se přibližuje maximálně na 76 AU, zatímco nejdál se dostává až na 1 200 AU. Na rekordních 2 100 AU se pak od Slunce vzdaluje planetka 541132 Leleākūhonua, takže jej oběhne za dlouhých 35 800 let. Značné množství těles Kuiperova pásu představují dvojplanetky či planetky, kolem nichž krouží menší objekty jako jejich satelity.

Když planety hrají košíkovou

Vedle množství planetek a drobných těles obsahuje Kuiperův pás coby dobře zásobené skladiště i spoustu krátkoperiodických komet, jež naši hvězdu oběhnou za méně než 200 let. Gravitace Neptunu vyšle jejich ledová jádra směrem ke Slunci. Poté je může Jupiter usměrnit na dráhy s dobou oběhu kratší než dvacet let, přičemž nejčastěji se vyskytují periody kolem 6–7 roků. 

Zmíněná tělesa označujeme jako komety Jupiterovy rodiny a patří mezi ně většina krátkoperiodických komet – z celkového počtu známých vlasatic tvoří asi 17 %. Ostatní plynní obři patrně vlastní kometární rodinu nemají: Vzhledem k jednoznačně největší hmotnosti Jupitera je vcelku pochopitelné, že představuje nejvýznamnějšího „rušiče“ drah. Krátkoperiodické vlasatice označované jako komety typu Halley, jež vlivu krále planet unikly, mají oběžnou dobu 20–200 let a reprezentují asi jen 2 % známých vlasatic.

TIP: Velký úlovek: Astronomové objevili 461 nových objektů ve Sluneční soustavě

Astronomové Kuiperův pás dlouho považovali za hlavní zásobárnu krátko­perio­dických komet. Studie z poloviny 90. let však ukázaly, že jde o poměrně stabilní region a vlasatice nejspíš přicházejí ze vzdálenějšího rozptýleného disku: Zmíněná velmi dynamická lokalita se utvořila v počátcích existence naší soustavy, během stěhování Neptunu z bližších částí systému na jeho současnou dráhu.