Vládci mrazivé periferie: Stále záhadní Uran a Neptun (1)

Obě zmíněné planety se klasifikují jako ledoví obři. Nemají pevný povrch, ale jejich atmosféry z vodíku, helia a metanu obklopují vnitřek bohatý na vodu, obalující snad kamenné jádro. Atmosférický metan pohlcuje červené světlo a rozptyluje modrozelené, díky čemuž získávají Uran i Neptun charakteristické zbarvení.

Od startu sondy Voyager 2 uplynulo již víc než 40 roků. Kromě Jupitera a Saturnu navštívila také ledové obry: Zkoumala je krátce během průletu v roce 1986 a 1989. Od té doby se při studiu Uranu a Neptunu musíme spoléhat pouze na největší pozemní dalekohledy nebo Hubbleův kosmický teleskop. 

Planety pod dohledem

Nejnovější fotografie dvojice ledových obrů vznikly v programu Outer Planet Atmospheres Legacy neboli OPAL, což je dlouhodobý projekt právě Hubbleova dalekohledu. V jeho rámci se každoročně pořizují globální mapy vnějších planet Sluneční soustavy, když se dostávají nejblíž k Zemi. 

Hlavním úkolem programu je dlouhodobě sledovat sezonní změny a také zachytit pomíjející úkazy, jako například tmavé skvrny. Zmíněné bouře mohou mít krátké trvání a v minulosti se některé z nich možná objevily a zanikly během mezery v pozorování planet sondami. OPAL zajišťuje, že astronomové výskyt podobných úkazů nezmeškají.

Získané fotografie tvoří součást obrazového alba Uranu i Neptunu a vědci na nich sledují vyvíjející se povětrnostní útvary na vzdálených, studených světech. Analýza počasí jim také pomáhá lépe pochopit rozmanitost či podobnost atmosfér planet i exoplanet. Podobně jako na Zemi se totiž na Uranu a Neptunu střídají roční období, což může vést ke vzniku zajímavých atmosférických útvarů. Jednotlivé roční doby tam ovšem trvají mnohem déle: Nejde o měsíce, nýbrž o desítky roků.

Obr s kapucí

Momentka Uranu z listopadu 2018 odhalila dominantní útvar – rozsáhlou bílou oblačnou čepičku pokrývající široké okolí severního pólu. Podle astronomů se jedná o důsledek unikátního sklonu rotační osy ledového obra, jenž se na rozdíl od jiných planet naší soustavy pohybuje téměř „na boku“. Během místního současného léta tak Slunce svítí prakticky přímo na okolí severního pólu a nikdy tam nezapadá. Oblast polární čepičky tudíž získává podobu velmi nápadné „kapuce“.

TIP: Jak dlouho trvá jeden den na různých planetách Sluneční soustavy?

V blízkosti jejího okraje setrvává velký kompaktní mrak tvořený zmrzlým metanem, který občas natolik zjasní, že jej mohou vyfotografovat i amatérští astronomové. Úzký pás oblačnosti obklopuje planetu severně od rovníku. Zůstává přitom záhadou, jak mohou být podobné pásy ohraničeny do tak malé šířky, protože na Uranu i Neptunu panuje velmi silné západní proudění.

Jak se Uran naklonil

Uran se od ostatních planet naší soustavy odlišuje především již zmíněným výrazným sklonem rotační osy vůči rovině oběhu kolem centrální hvězdy: Dosahuje 97,8°, a osa rotace tak leží téměř v rovině ekliptiky. Během roku na Uranu tudíž svítí Slunce střídavě na jeho severní a jižní pól. Den na pólu pak trvá 42 let a následuje 42 roků dlouhá noc. Příčina extrémního vychýlení osy není zřejmá. Spekuluje se, že se obr během svého formování srazil s velkou protoplanetou, jež změnu orientace způsobila.

Sklonu rotační osy Uranu se věnuje detailní počítačová simulace z roku 2018. Podle ní do planety před 3–4 miliardami let narazilo těleso zhruba dvakrát rozměrnější než Země. „Uskutečnili jsme přes padesát odlišných scénářů impaktu v rámci počítačových simulací, abychom si připomněli podmínky, které ovlivnily vývoj planet. Naše zjištění potvrdila, že mladý Uran pravděpodobně zažil kataklyzmatickou kolizi s objektem dvakrát větším než Země, což vedlo k naklonění jeho rotační osy,“ vysvětluje Jacob Kegerreis z Durham University.

Závěry simulace nevysvětlují pouze sklon rotační osy Uranu, nýbrž i jeho další vlastnosti: Magnetické pole planety je rovněž nesouměrné a magnetické póly nesouhlasí s těmi rotačními. Vnitřní teplo se zdá být značně nižší než u ostatních plynných obrů a Uran do okolí nevyzařuje téměř žádnou energii. Zřejmě se totiž srazil s tělesem, jež sestávalo z hornin a ledu, přičemž většina tohoto materiálu klesla po kolizi do jádra planety. Ze simulace rovněž vyplývá, že se současné měsíce obra zformovaly až po srážce.

Nebo to bylo jinak?

I naše planeta zažila v minulosti velký impakt: Po nárazu kamenného tělesa o rozměrech Marsu do Protozemě před 4,5 miliardy roků se zformoval Měsíc. V případě Uranu se však výsledek impaktu lišil, a to z prostého důvodu – ledový obr se utvářel mnohem dál od Slunce než Země. Zmíněnou skutečnost nyní objasnil výzkumný tým pod vedením profesora Šigeru Idy z Earth-Life Science Institute (ELSI) v Tokiu. 

Z nové studie vyplývá, že se v rané historii Sluneční soustavy Uran srazil s malou ledovou planetou o 1–3násobku hmotnosti Země. Ledový impaktor jej dokázal naklonit, udělit mu rychlou rotaci (tamní den trvá zhruba 17 hodin) a ze zbylého materiálu po kolizi se zformovaly Uranovy měsíce. Proč je ovšem poměr hmotnosti ledového obra a jeho přirozených satelitů víc než stonásobný v porovnání s naší planetou a jejím souputníkem?

Drobky pro měsíce

Země se zformovala blíž ke Slunci, v teplejším prostředí. Skládá se především z hornin, tedy „málo těkavých prvků“, které za běžných tlaků a teplot nevytvářejí plyny. Avšak vnější planety ve velké míře sestávají z prvků těkavých, jako je voda a čpavek. Za podmínek na povrchu Země se jedná o plyny či kapaliny, ve velkých vzdálenostech od Slunce ovšem mrznou na pevný led. Protože vodní led vzniká za nízkých teplot, úlomky ledového impaktoru a jádra Uranu se většinou po kolizi vypařily.

Při srážce vedoucí ke zrodu Měsíce měl kamenný materiál vysokou kondenzační teplotu, což znamená, že rychle tuhl. Zemský průvodce tudíž dokázal díky přitažlivosti spojit značné množství fragmentů z kolize a narůst do současné velikosti. Materiál zbylý po srážce s Uranem však zůstal déle v plynném stavu, takže většinu hmoty nakonec vstřebala planeta. Satelity, jež se ze zbylých trosek zformovaly, jsou proto relativně malé.

Dokončení: Vládci mrazivé periferie: Stále záhadní Uran a Neptun (2)