Osud našeho vesmírného domova (1): Jak jednou skončí Sluneční soustava?

Nejsnáz pochopitelná je změna nejhmotnějšího objektu v celé soustavě – Slunce. Jeho proměny se odehrávají pod viditelným povrchem a souvisejí s tzv. hvězdným vývojem, tedy především se spalováním vodíku v jádře na helium při termojaderných reakcích. Zmíněný vývoj probíhá na hlavní posloupnosti ve škálách miliard let. Ve Sluneční soustavě však mohou výrazné změny nastat i v bližší budoucnosti.

Dočká se Mars prstence?

Prstence známe jen kolem plynných či ledových obrů, zatímco Mars je kamennou planetou zemského typu – jak by tedy mohl mít prstenec? Mezi stávající ozdobou Saturnu a tou budoucí kolem rudé planety však existuje spojitost: slapové působení.

Slapy jsou druhotným efektem gravitační síly, jenž souvisí s tím, že se gravitační působení na vnitřním a vnějším okraji rozlehlého tělesa liší. Vznikají tak dvě protilehlé slapové výdutě, které se v objektu stěhují, pokud rotuje kolem své osy. Stěhování slapové výdutě vyvolává slapové pnutí a tření, při němž se účinně snižuje rotační energie tělesa. Současně se mnohdy mění vzdálenost tělesa od gravitačního centra, a to v případě, že objekt obíhá pomaleji, než se gravitační centrum otáčí. Měsíc se tak od Země vzdaluje přibližně o 3 cm za rok a zpětným působením navíc zpomaluje její rotaci asi o dvě milisekundy za 100 let. Že jde o zanedbatelné hodnoty? Z pohledu lidského života jistě ano. Jenže slapové působení má dost času…

Pokud těleso obíhá rychleji, než se otáčí objekt v gravitačním středu, předává se energie opačně: Rotace centrálního objektu se zrychluje a oběžná dráha satelitu se v důsledku toho zkracuje. Jedná se i o případ marsovského měsíce Phobos. Rudá planeta se kolem své osy otočí jednou za 24,5 hodiny, ale Phobos ji za tu dobu obkrouží víc než třikrát, a po utahující se spirále se tak pomalu přibližuje k jejímu povrchu. Za 20–40 milionů let nastane kritický bod, kdy začne záviset na soudržnosti měsíce.

Pokud by byl pevný, dopadl by za několik dalších milionů let přímo na povrch Marsu a vytvořil by na něm obří kráter. Všechna pozorování však naznačují, že Phobos příliš pevný není. Za pár desítek milionů let tudíž slapová deformace překročí odhadovanou pevnost jeho materiálu: Marsovský souputník bude rozdrcen na kousíčky, postupně rozprášen podél své oběžné dráhy – a rudá planeta získá prstenec. Jak dlouho nový útvar přetrvá, není jasné: Odhady se pohybují od jednoho do sta milionů let, během nichž prstenec postupně zeslábne a nakonec zanikne.

Meziplanetární houpačka

Dalším druhotným jevem gravitačního pole je výskyt tzv. rezonancí. Pro názornost si představte dítě na houpačce: Nejúčinněji ho rozhoupete, jestliže synchronizujete pohybové impulzy s pohybem houpačky – tedy pokud dítě postrčíte kupředu v okamžiku, kdy směřuje vpřed. Budete tudíž v rezonanci s houpačkou. Je jedno, zda se do ní opřete pokaždé, nebo jednou za dva, tři či čtyři kmity; efekt však bude největší, pokud tak budete činit častěji, tj. v rezonanci nižšího řádu. A stejně fungují i rezonance ve Sluneční soustavě. Po milio­ny a miliony oběhů si mohou dvě tělesa udělovat opakované malé gravitační impulzy, až se dlouhodobým působením dráha jednoho z nich dramaticky změní. V našem systému by mohlo jít o případ Merkuru a Jupitera.

Dráha Merkuru je na poměry velkých planet hodně výstředná a poměrně rychle se stáčí – asi o 1,5° za tisíciletí. Trajektorie Jupitera je sice výrazně méně excentrická, ale stáčí se podobnou rychlostí. Za tři až čtyři miliardy let by se tak dráhy obou planet mohly zarovnat a dostat se do rezonance. Výstřednost trajektorie Merkuru by pak prudce narostla, načež by se mohl ocitnout na kolizním kurzu se Sluncem, Venuší, či dokonce se Zemí!

Z počítačových simulací vyplývá, že k popsané situaci dojde asi s 1% pravděpodobností. Proč to nevíme určitěji? Parametry drah vesmírných těles ve vícenásobném systému známe jen s konečnou přesností, a tedy s jistou chybou. S postupujícím časem numerické řešení pohybových rovnic zesílí původní chybu natolik, že se předpověď pozice objektu stane naprosto bezcennou. Ve Sluneční soustavě platí uvedené predikce nejvýš pro příštích 200 milionů let. Všechno ostatní v delších časových intervalech musíme interpretovat statisticky – to znamená provést výpočet mnohokrát za sebou s různými realizacemi v rámci měřených chyb a výsledek opět vyhodnocovat se stanovením chyby a statistické pravděpodobnosti.

Ukradené planety

Do pohybů těles ve Sluneční soustavě mohou zasáhnout i okolní hvězdy. V současné době se nacházejí v bezpečné vzdálenosti, ale v budoucnu může některá z nich proletět dost blízko, aby gravitačně narušila trajektorie členů našeho systému. Máme ostatně indicie, že už k tomu v minulosti došlo. V roce 2013 se podařilo objevit velmi rychle se vzdalující stálici – červeného trpaslíka o hmotnosti odpovídající asi 8 % hmotnosti Slunce. Tzv. Scholzova hvězda prolétla zhruba před 70 tisíci lety okrajem Oortova oblaku přibližně ve vzdálenosti půl světelného roku. Měla přitom dokonce vlastní oběžnici – hnědého trpaslíka dosahujícího asi 6 % hmotnosti Slunce.

Statistické studie naznačují, že nějaká stálice proletí Oortovým oblakem v průměru jednou za 100 tisíc let a ve vzdálenosti menší než 52 000 AU (astronomických jednotek) pak jednou za devět milionů let. Je nepravděpodobné, že by se hmotná hvězda dostala do našeho systému hlouběji, ale zcela vyloučit to nemůžeme. Ještě méně pravděpodobné je, že by se na ni při tom gravitačně navázaly některé planety. Těsný průlet by však každopádně narušil rovnováhu v našem systému, přičemž důsledky se těžko odhadují. Vědci nevylučují například přechod i velkých těles na hyperbolické dráhy, tedy jejich vypuzení z naší soustavy do volného mezihvězdného prostoru.

TIP: Sluneční soustava: Devět podivných úkazů, které bychom nečekali

Hvězdy, které nejčastěji prolétají těsným okolím Slunce, se řadí do skupiny červených trpaslíků – malých, chladných a málo svítivých stálic. Poněkud to komplikuje jejich sledování, neboť mohou kvůli nízké svítivosti snadno uniknout naší pozornosti. Co se týče známých těles, očekávají astronomové relativně těsný průlet hvězdy Gliese 710 ve vzdálenosti asi jednoho světelného roku od Slunce přibližně za 1,36 milionu let (vzhledem k nepřesným znalostem vektorů polohy a rychlosti tělesa trpí však předpověď velkou chybou).

V důsledku průletu budou zřejmě některá tělesa Oortova oblaku vržena do nitra solárního systému. Na druhou stranu, střízlivé odhady vylučují katastrofu podobnou pozdnímu bombardování přibližně před čtyřmi miliardami let a hovoří asi jen o 5% nárůstu kráterování ve středových oblastech Sluneční soustavy.

Dokončení: Osud našeho vesmírného domova (2): Jak jednou skončí Sluneční soustava?