Odkrycie 8 miliardów km od Ziemi. Jest tego bardzo dużo

Czy kosmos pomiędzy gwiazdami jest pusty? Z perspektywy laika odpowiedź będzie twierdząca. Gwiazdy, układy planetarne nie tworzą bowiem zlepka materii, ale podobnie jak przestrzeń wewnątrz atomu, są rozdzielone przestrzenią, która nie jest niczym wypełniona. W praktyce istnieje coś takiego jak ośrodek międzygwiazdowy. To obiekty, które tworzą obłoki molekularne, mgławice rozproszonego pyłu i gazu, który kiedyś wyrzuciły w przestrzeń eksplodujące gwiazdy. Są tam też samotne planety i być może inne niepowiązane grawitacyjnie z gwiazdami obiekty. Jednak mimo tej „obfitości” materii, gdybyśmy znaleźli się w dowolnym miejscu między gwiazdami, z naszej perspektywy poczulibyśmy się jak w głębokiej pustce.

Podobne wrażenie można odnieść będąc wewnątrz Układu Słonecznego pomiędzy planetami, asteroidami. Tam też jest „pusto” i tylko blask bardzo jasnej gwiazdy przypomina nam, że jesteśmy w pobliżu Słońca. Jak zatem określić rozmiar Układu Słonecznego? Czy są to orbity najodleglejszych znanych nam planet, czy może miejsce, gdzie wpływ Słońca (grawitacja, ciśnienie wiatru słonecznego) przestaje przeważać nad oddziaływaniem pozostałej materii w Galaktyce. Ta druga odpowiedź wydaje się lepsza, ale wciąż pozostaje pytanie kiedy podróżujący w stronę przestrzeni międzygwiezdnej pojazd może poczuć się jakby był już w kompletnej pustce. Odpowiedź nie jest taka prosta.

Układ Słoneczny nie kończy się na Neptunie. Dalej też jest ciekawie

Obraz Układu Słonecznego i tego jak wyglądają podstawowe tworzące go cegiełki zmienił się w 1950 roku. To wtedy Gerard Kuiper zaproponował istnienie chmury materii, która otacza wewnętrzną część Układu Słonecznego, dziś wyznaczaną przez orbitę Neptuna. To z niej mają pochodzić między innymi krótkookresowe komety.

Ewolucja pasa Kuipera wedle obecnej wiedzy. Pierwszy obrazek, stan obecny, kolejne pokazują coraz wcześniejsze momenty w historii Układu Słonecznego. (fot: NASA/GSFC/Marc Kuchner and Christopher Stark)

Ten obłok materii tworzą niezliczone, ale stosunkowo niewielkie, lodowe i skalno-lodowe asteroidy. To coś takiego jak pas asteroid pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza, ale rozciągające się poza orbitą Neptuna. Dziś wiemy, że taki obiekt istnieje, ma kształt donuta i nazwany jest pasem Kuipera. Głównym jego składnikiem są niewielkie obiekty i powstały w wyniki ich kolizji na przestrzeni miliardów lat pył. Te największe to Pluton z Charonem, a także Eris, Sedna, Makemake, Quaoar, Gonggong.

Najdalszym obiektem pasa Kuipera jaki zobaczyliśmy z bliska jest Arrokoth, który odwiedziła sonda New Horizons w 2019 roku. Ku naszemu zaskoczeniu okazał się on zlepkiem dwóch mniejszych obiektów.

Pas Kuipera jest znacznie większy niż sądziliśmy

Po odwiedzinach Arrokoth sonda New Horizons ruszyła w dalszą podróż. Nie była jednak bezczynna przez te lata. Na jej pokładzie znajduje się instrument analizujący zawartość pyłu w przestrzeni. Sensor wielkości kartki papieru A3 pozwala określić masę i prędkość napotykanych przez sondę cząstek pyłu. I tu zaczyna się prawdziwa zabawa. Nasz obecny model Układu Słonecznego zakłada, ze obłok Kuipera rozciąga się od okolic orbity Neptuna czyli 30 AU (1 AU to jednostka astronomiczna, odległość Ziemia-Słońce) do około 50 AU. Jeśli tak jest, to sonda New Horizons, która dotarła już dalej, bo do około 59 AU powinna zarejestrować stopniowy spadek liczby cząstek pyłu.

Sonda New Horizons dokonuje pierwszych bezpośrednich pomiarów pyłu międzyplanetarnego daleko poza orbitami Neptuna i Plutona, zatem każda obserwacja może oznaczać odkrycie - Alex Doner, szef projektu - Sugestia, że właśnie odkryliśmy rozszerzony pas Kuipera wraz z całą populacją ciał, które się zderzają i tworzą pył, stanowi kolejny ślad na drodze do wyjaśnienia tajemnic granic Układu Słonecznego.

A okazuje się, że na przestrzeni od 45 do 55 AU od Słońca, tego pyłu jest znacznie więcej niż powinno być. Naturalny wniosek - więcej musi być też materii, która ten pył generuje w wyniku zderzeń. A to oznacza, że Pas Kuipera rozciąga się znacznie dalej niż do 50 AU od Słońca. Obserwacje teleskopowe prowadzone z Ziemi sugerują, że pas może rozciągać się nawet do 80 AU. Sonda New Horizons jest dziś jedynym pojazdem, który może to bezpośrednio potwierdzić. Takich możliwości nie miały zarówno sondy Pioneer jak i Voyagery, które są dziś już dużo dalej.

Sonda New Horizons powinna podziałać jeszcze około 20 lat i osiągnąć odległość znacznie powyżej 100 AU od Słońca. Dobrze, gdyby do połowy lat 40. XXI wieku udało się jej wykryć granicę rozszerzonego pasa Kuipera. Jeśli tak się nie stanie, to będziemy mieli kolejna zagadkę.

A co jest dalej? Istnieje ciekawa hipoteza

Warto wiedzieć też, że rozszerzony pas Kuipera to najodleglejszy region Układu Słonecznego, który zdołamy bezpośrednio zbadać w najbliższej przyszłości. Nie stanowi od jednak granic dokąd sięga wpływ grawitacyjny naszej dziennej gwiazdy.

Istnieje hipoteza, na którą niezależnie wpadło dwóch astronomów w 1932 (Ernst Öpik) i 1950 roku (Jan Oort). Zakłada ona, że poza granicą pasa Kuipera, który ma spłaszczoną dyskową budowę, istnieje jeszcze inny sferyczny obłok materii (Obłok Oorta). To jeszcze inne skupisko materii, z którego z kolei biorą się komety długookresowe, ale też miejsce, gdzie może kryć się dziewiąta planeta i inne spore obiekty.

Obłok Oorta sięgać może nawet jednego roku świetlnego od Słońca, czyli jednej czwartej odległości do najbliższej nam gwiazdy - Proxima Centauri. Czy kiedykolwiek dowiemy się, że taka struktura istnieje? Być może odpowiedzią będą nie obserwacje Układu Słonecznego, a podobnych naszemu układów pozasłonecznych.

Źródło: NASA, inf. własna