Historie astronomie: Jak byl nalezen Uran, Neptun a Pluto?

Prvních pět členek Sluneční soustavy pozorovali lidé již ve starověku. Merkur se na obloze vzdaluje od Slunce jen málo, přesto ho zmiňují zápisy klínovým písmem na hliněných tabulkách Sumerů už k roku 3000 př. n. l. Thomas Harriott a Galileo Galilei na něj v roce 1631 namířili nově vynalezený dalekohled a Pierre Gassendi přístrojem v tomtéž roce sledoval přechod Merkuru přes sluneční kotouč.

Venuše představuje po Slunci a Měsíci nejjasnější objekt na nebi. Vidět ji můžeme buď večer nad západem jako večernici, nebo naopak ráno na východě coby jitřenku. Její pohyby zaznamenali již starověcí řečtí, egyptští, babylonští i čínští hvězdáři. Staří Řekové však její večerní, respektive ranní východy ztotožňovali se dvěma různými tělesy. Roku 1610 zahájil Galileo novou éru jejího pozorování vlastnoručně vyrobeným dalekohledem, a poprvé tak zjistil, že Venuše střídá fáze podobně jako Měsíc.

O Marsu věděli Egypťané, Babyloňané i Řekové již 4 000–3 000 let př. n. l. a dávali mu různá jména. Roku 356 př. n. l. zaznamenal Aristoteles jeho zákryt Měsícem, z čehož plynulo, že se rudá planeta musí nacházet dál než zemský souputník. Na základě jejího pozorování pak Mikuláš Koperník publikoval v roce 1543 revoluční myšlenku heliocentrické soustavy.

Jupiter sledovali v 7. a 8. století př. n. l. hvězdáři v Babylonii. V roce 1610 objevil Galileo čtyři jeho velké měsíce, později pojmenované Io, Europa, Ganymed a Kallisto. Robert Hooke a Giovanni Cassini v letech 1664 a 1665 poprvé rozeznali Velkou rudou skvrnu. Přibližně z roku 700 př. n. l. pak pochází z Mezopotámie prvotní doložené pozorování Saturnu, přičemž se text zmiňuje o jeho zákrytu Měsícem. Roku 1610 zacílil na plynného obra svůj dalekohled Galileo a jako první spatřil jeho prstence.

Nalezený jen náhodou

Uran objevil německý astronom William Herschel, který žil od roku 1757 v Anglii. Vynikající optik a konstruktér dalekohledů byl zároveň velmi dobrým pozorovatelem, nicméně další planetu Sluneční soustavy nalezl náhodou. Při přehlídce oblohy v březnu 1781 si všiml relativně jasného objektu, dosud nezakresleného v mapách, a pokládal jej za mlhovinu či kometu bez vyvinutého chvostu. V létě téhož roku se však podařilo poměrně přesně vypočítat dráhu tělesa kolem Slunce a zjistilo se, že krouží 19krát dál než Země s periodou 84 let – a že jde tedy o planetu.

Ačkoliv lidé sedmou oběžnici při mnoha příležitostech sledovali na nebi již dřív, vždy ji mylně považovali za stálici. Pro první zaznamenaný případ její polohy vůči hvězdám se musíme vrátit až do antiky, kdy ji řecký astronom, matematik a zakladatel trigonometrie Hipparchos podle všeho zanesl do svého katalogu stálic, dokončeného roku 129 př. n. l.

Angličan John Flamsteed pozoroval Uran v roce 1690 v šesti případech, ale katalogizoval ho jako hvězdu v Býkovi, s označením 34 Tauri. V polovině 18. století pořídil Francouz Pierre Lemonnier dvanáct záznamů pozorování a rovněž Uran pokládal za stálici. Herschel jej pak 13. března 1781 sledoval ze svého zahradního domu v Bathu, přičemž poprvé odhalil jeho povahu a určil, že jde o planetu. Pojmenoval ji Georgium Sidus neboli Hvězda krále Jiřího, na počest anglického panovníka Jiřího III. Mimo Británii se však jméno neujalo a ve Francii začali oběžnici nazývat Herschel, zatímco Němec Johann Bode prosadil jméno Uran podle řeckého boha nebes.

Neptun podle výpočtů

Počátkem 19. století zveřejnil Alexis Bouvard astronomické tabulky, v nichž mimo jiné předpověděl další polohy tehdy již známého Uranu. Jenže místa, kde byl poté ledový obr pozorován, se od predikcí francouzského hvězdáře značně lišila. Po nalezení oběžnice se ukázalo, že se nepohybuje po teoreticky přesně propočítané trajektorii, přestože rovnice zahrnovaly i rušení Jupitera a Saturnu. Rozdíly mezi výpočty a pozorováním neustále narůstaly, a začal proto převládat názor, že za dráhou Uranu musí kroužit další velká planeta.

Ředitel pařížské hvězdárny vyzval v létě roku 1845 k řešení astronoma a matematika Urbaina Le Verriera, jenž pak na základě výpočtů formuloval hypotézu o existenci neznámé oběžnice a stanovil její dráhové elementy i předpokládanou polohu na nebi. V září následujícího roku zaslal žádost o pozorování kolegovi Johannovi Gallemu na berlínskou hvězdárnu, neboť tam měli k dispozici nové hvězdné mapy vytvořené německým matematikem a astronomem Carlem Bremikerem. 

Společně s Heinrichem Louisem d’Arrestem pak Galle v noci z 23. na 24. září 1846 nalezl ve Vodnáři novou planetu o hvězdné velikosti 8 mag, jejíž skutečná poloha se od predikce lišila o 52′: Astronom zacílil dalekohled do předpovězené pozice a narazil na „stálici“, která v mapě zakreslena nebyla. Objevil tak vypočítanou planetu Neptun.

Nezávisle na Le Verrierovi prováděl již od roku 1845 podobné výpočty Angličan John Adams. Podle Titiova–Bodeova pravidla předpokládal, že se hledané těleso nachází přibližně dvakrát dál od Slunce než Uran. Jako první přitom Neptun svým nově zkonstruovaným dalekohledem opakovaně pozoroval Galileo už na přelomu let 1612 a 1613. Nicméně oběžnici, jež se tehdy při pohledu ze Země nacházela v blízkosti Jupitera, mylně považoval za hvězdu.

Neznámá planeta X

Tak jako Le Verrier předpověděl pozici Neptunu na základě nepravidelností v oběžné dráze Uranu, zjistili astronomové na konci 19. století drobné odchylky od vypočítané dráhy také u nově odhalené planety. Následně se proto spekulovalo, že ji musí na jejím oběhu rušit ještě další, zatím neznámé těleso.

Percival Lowell, zakladatel observatoře v arizonském Flagstaffu, začal v roce 1906 pracovat na rozsáhlém projektu s cílem najít případnou devátou členku naší soustavy. Nazýval ji planeta X a roku 1909 už měli s kolegou Williamem Pickeringem vytipováno na obloze několik souřadnic, kde by se mohla nacházet.

Přestože hledání nepřinášelo žádné výsledky, pokračoval v něm Lowell až do své smrti roku 1916 – aniž by věděl, že 19. března 1915 pořídila jeho observatoř dva matné snímky s Plutem, ale těleso na nich zůstalo nerozpoznáno. Celkem přitom známe 16 předobjevových fotografií Pluta, z nichž nejstarší vznikla na wisconsinské Yerkes Observatory již 20. srpna 1909. Vyšlo to ovšem najevo až o mnoho let později.

Od ledna 1929 se do pátrání zapojil i Clyde Tombaugh, který nastoupil na hvězdárnu ve Flagstaffu jako mladý pozorovatel. Už 18. února 1930 pak poblíž vypočteného místa identifikoval nové těleso: Bylo považováno za další planetu a dostalo jméno Pluto. Ze zjištěných odchylek drah Uranu a Neptunu astronomové vypočítali, že musí dosahovat šestinásobku hmotnosti Země a průměru 25 000 km – což odpovídá parametrům poměrně velké oběžnice.

Hledá se číslo deset

Objev nicméně zdaleka nevysvětloval sledované odlišnosti v polohách planet, a navíc se podařilo zjistit také odchylky v pohybu samotného Pluta. Opět se tak zrodila myšlenka na existenci další členky planetární soustavy, nazývané Transpluto. Tombaugh se ji pokoušel odhalit až do roku 1943, kdy svou snahu uzavřel konstatováním, že se v dosahu jeho dalekohledu žádná další oběžnice nevyskytuje.

Nutno dodat, že k objevu Pluta došlo zcela náhodně. Hmotnost tělesa je prakticky zanedbatelná a v žádném případě nemohlo způsobovat sledované odchylky v pozicích ledových obrů. Navíc se astronomům od roku 1992 daří za dráhou Neptunu nalézat další objekty patřící do předpokládaného Kuiperova pásu, tedy jakési obdoby hlavního pásu asteroidů. Dosud se tam povedlo detekovat téměř čtyři tisíce těles, z nichž některá se Plutu průměrem blíží, nebo ho i překonávají.

Až jich zbylo osm

V roce 1948 uváděl Gerard Kuiper průměr Pluta v hodnotě 10 000 km a hmotnost odpovídající 0,7 Země. Podle dnešních měření má těleso v průměru 2 367 km a jeho hmotnost dosahuje pouze 0,002 naší planety. Šlo o jeden z důvodů, proč vědci pochybovali, zda se skutečně jedná o právoplatnou oběžnici. Vše vyvrcholilo v roce 2006 na pražském kongresu Mezinárodní astronomické unie, kde bylo Pluto přeřazeno do nově vytvořené kategorie trpasličích planet, spolu s Ceres, Eris, Makemake a Haumeou.

Planet tedy rozlišujeme pouze osm. Podle stávající definice musí jít o těleso obíhající kolem Slunce, které má dostatečnou hmotnost, aby vlivem vlastní gravitace dosáhlo kulového tvaru. Zároveň se nesmí jednat o satelit jiného objektu. Všechny uvedené podmínky Pluto splňuje, což ovšem neplatí o té poslední: Planeta musí být ve svém prostoru tak dominantní, aby vlivem gravitace vyčistila okolí od ostatních těles.

Hypotetická Devítka

Nejnovější členku naší soustavy „objevili“ Konstantin Batygin a Mike Brown z California Institute of Technology, a to na základě matematického modelování a počítačových simulací. Její existenci odvozují od specifického shlukování šesti objektů kroužících za dráhou Neptunu, na hranici Kuiperova pásu. Podle výpočtů těleso planetárních rozměrů udržuje zmíněné asteroidy na zvláštních eliptických trajektoriích, skloněných vůči rovině soustavy. Pokud planeta Devět skutečně existuje, měly by se případné další nalezené objekty pohybovat na podobných drahách jako uvedená šestice.

Podle odhadů může hypotetická „Devítka“ dosahovat 5–10násobku hmotnosti Země a měla by kroužit 400–800 au od Slunce, s periodou 10–20 tisíc let. Po vyhodnocení dat z družice WISE alias Wide-field Infrared Survey Explorer, pracující v oboru infračerveného záření, však astronomové nenarazili na sebemenší důkaz o podobném tělese. Nedávná studie vede k závěru, že žádný další objekt o rozměrech Saturnu či větší neexistuje do vzdálenosti 10 000 au od Slunce, a žádné těleso překonávající svou velikostí Jupiter nelze hledat dokonce do vzdálenosti 26 000 au. Pro srovnání, Pluto obíhá průměrně 40 au od naší hvězdy.