Venuše, Země, Mars – sousedé, kteří vznikli ve stejnou dobu. Proč si však nejsou podobní? Proč je Mars o polovinu menší než Země? A jak je možné, že váží sotva desetinu její hmotnosti? Dosud nikdo neznal odpověď.

Nyní vědci přicházejí se šokujícím vysvětlením: Za vším stojí „prachsprostá“ krádež.

Terestrické neboli pozemské planety se tvořily zhruba ve stejnou dobu. Země poblíž Venuše a o kus dál na svém vzniku pracoval Mars. Protože ten se tvořil jinde a sám, měl mít ke svému vývoji dostatek hmoty.

Podle předpokládané hojnosti materiálu v oblasti vzniku by měl být Mars dokonce větší než Země s Venuší. Jenže není. „Planetárním vědcům to nikdy nedávalo smysl,“ kroutí hlavou Avi Mandell, badatel z NASA a spoluautor výzkumu.

Prastaré divadlo

Zjistit, proč Mars není podobný ostatním terestrickým planetám, tedy Zemi či Venuši, se rozhodl Kevin Walsh a jeho tým fyziků z Výzkumného institutu Southwest v americkém Coloradu. Pro odpověď se vědci museli vydat hluboko do minulosti, ještě před samotný vznik Marsu. Vytvořili hydrodynamickou simulaci oběžných drah právě vzniklých plynných obrů.

Před planetárními fyziky se díky simulaci rozehrálo fascinující divadlo. Píše se začátek formování naší sluneční soustavy a za takzvanou sněžnou čárou (hranicí oblasti bohaté na těkavé látky a led) se v průběhu milionů let z prachoplynového disku právě zformovaly do svých gigantických rozměrů Jupiter se Saturnem. Náhle Jupiter „nabírá“ vítr, který planetu vyšle na cestu přímo ke Slunci.

Velký tulák Jupiter

Počítačová simulace ukázala, že Jupiter, dobře známý na svém pátém místě od Slunce, byl ve svém mládí velký cestovatel. Věky putoval napříč budoucí sluneční soustavou až k mateřské hvězdě, kde se zastavil. Poté se zprudka obrátil a vydal se na cestu zpět.

„Pro popis této Jupiterovy cesty používáme termín ,velký rejd´ (Grand Tack, pozn. red.), protože nám tahle náhlá změna ve směru nejvíce připomíná rejd plachetnice otáčející se kolem bójky,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Kevin Walsh.

Podle coloradských fyziků se Jupiter tvořil v místech 3,5x dále od Slunce, než je Země (tj. 3,5 AU, astronomických jednotek – viz box). Kolem Slunce tehdy proudilo velké množství plynu, do jehož proudu se obří planeta dostala.

V proudu se Jupiter pomalu přibližoval ke Slunci, až se zastavil na vzdálenosti 1,5 AU, tedy na místě, kde se nyní nachází Mars.

Posviťme si na Mars

Jestli je model „velkého rejdu“ správný, tak Mars obral o stavební materiál právě putující Jupiter. Ten při svém „velkém rejdu“ „vyklidil“ malé planetky a menší pevná tělesa do vnější části sluneční soustavy.

Tím limitoval množství materiálu pro vznik vnitřních planet. Mnoho protoplanetárního materiálu (materiál, z něhož se utvářejí planety), který se původně nacházel v okolí 1 AU, se po Jupiterově manévru rozptýlilo a Mars, který se zrodil v okolí 1,5 AU, tedy najednou neměl z čeho brát.

Země a Venuše se vyvinuly o kousek dál – a tady už byl materiálu pro obě budoucí planety dostatek.

Soustavou zamíchal plynný obr

Důsledky těchto přesunů trvajících stovky tisíc až miliony let byly mimořádné. „Jupiterova migrace může také vysvětlit dlouhodobou záhadu, proč je pás asteroidů tvořený částečně suchými skalnatými objekty a částečné ledovými objekty,“ konstatuje Mandell.

Hlavní pás asteroidů (neboli planetek) je oblast sluneční soustavy, která leží v oblasti mezi drahami Marsu a Jupiteru. Skládá se z tzv. S a C typu asteroidů. Asteroidy typu S jsou křemičité a bezvodé a nacházejí se ve vnitřní sluneční soustavě, asteroidy typu C obsahující uhlík jsou součástí chladnější vnější části sluneční soustavy.

Už dříve se ve vědeckých kruzích zvažovala možnost, že se Jupiter během svého vývoje přiblížil ke Slunci. Astronomové se domnívali, že pás asteroidů existuje právě kvůli Jupiterově gravitaci, kdy jeho přitažlivost zabránila skalnatým objektům zformovat se do podoby nějaké planety.

Asteroidy přežijí všechno

To vyvolalo otázku: Mohl pás asteroidů přežít (tento dosud domnělý) průjezd Jupiteru? Očekávalo se, že ne! Vždyť by gigant planetky rozmetal! Až teprve model „velkého rejdu“ představil jasnou odpověď: Pás asteroidů průjezd Jupiteru přežil, neboť Jupiter je svou gravitací odchýlil a celou zónu vytlačil na odlehlejší místo.

„Proces Jupiterovy migrace byl pomalý,“ vysvětluje Mandell. „Takže když proplouval poblíž asteroidů, nenastala žádná mohutná kolize. Jupiter planetky spíše vytlačil a v podstatě si s pásem asteroidů vyměnil místo.“.

Jenže tím působení Jupiteru na zmíněné planetky nekončí. Po obratu, tedy když už se posouval zase od Slunce, asteroidy svým působením zase vtlačil zpět do vnitřní části sluneční soustavy, do míst, kde je známe i my.  Tam už však na sebe „přivázaly“ asteroidy z okrajového regionu.

Jupiter je jednoduše promíchal a přivlekl ledové typy asteroidů do vnitřní sluneční soustavy.

Spirála smrti

Vraťme se však k Jupiterově pouti. Proč se vlastně před Sluncem zastavil? „Domníváme se, že Jupiter přestal migrovat ke Slunci kvůli Saturnu,“ říká Avi Mandell. Saturn se totiž (stejně jako Jupiter) krátce po svém vzniku dostal rovněž do zmíněného slunečního proudu a putoval ke Slunci.

Nová simulace ukázala, že se tyto dvě obrovské planety dostaly před Sluncem velmi blízko k sobě. Díky sblížení se pak prolnuly i jejich osudy.

Tím, jak se obři k sobě přibližovali, pozvolna vytlačovali meziplanetární plyn. Vytlačený plyn pak zapůsobil proti slunečnímu proudu, čímž „spirálu smrti“ táhnoucí planety ke Slunci prakticky zastavil.

Pak už obě planety cestovaly spolu. Otočily se do protisměru a pluly směrem ze sluneční soustavy ven. Saturn migroval rychleji než Jupiter, a tak sám pokračoval až někam k 7 AU (mnohem později byl vytlačen na současnou vzdálenost 9,5 AU), kdežto Jupiteru došla rychlost dříve a zůstal na své nynější pozici (tj. 5,2 AU).

Bonusy výzkumu

Sečteno a podtrženo: Jupiter ochudil Mars o stavební materiál a zamíchal složením pásu asteroidů. Přinesla však teorie „velkého rejdu“ vědcům ještě něco dalšího?

„Velkým rejdem jsme chtěli původně jen vysvětlit vývoj malého Marsu. Přitom jsme prostě museli rozebrat minulost pásu asteroidů,“ popisuje úspěchy výzkumu Kevin Walsh. „Výsledky byly fantastické. Naše simulace nejen ukázala, jaký měl migrující Jupiter vztah k existenci pásu asteroidů, ale také vysvětluje věci, kterým jsme nikdy před tím nerozuměli.

K našemu překvapení se náš modelový výklad o asteroidech stal jedním z nejhezčích výsledků výzkumu,“ dodal Walsh.

Za bonus teorie „velkého rejdu“ lze považovat přiblížení sluneční soustavy dalším planetárním systémům, které byly nedávno objeveny. Chování našich migrujících planet je nyní mnohem podobnější pohybům extrasolárních (obíhajících jinou hvězdu než Slunce) planet, než se původně myslelo.

V nově objevených galaxiích se často objevuje obří planeta, vědci zvaná Horký Jupiter, sedící extrémně blízko místní hostitelské hvězdě. Dokonce mnohem blíže než Mars u Slunce.

„Už nejsme outsidery,“ říká o naší galaxii Walsh, pro kterého je odhalení migrujících planet uklidňujícím zjištěním. „Objev cestujících planet ukázal, že náš planetární systém je podobnější sousedním galaxiím víc, než jsme si kdy dovedli představit.“.

I sousedé kradou

Gravitační krádež zřejmě není ve vesmíru nic překvapivého. Krade se nejen v naší galaxii, ale i u sousedů. Loupež srovnatelná s Jupiterovým rejdem se stala hned „ve vedlejší čtvrti“, ve dvou malých trpasličích galaxiích nepravidelného tvaru, které obíhají Mléčnou dráhu – ve známých Magellanových mračnech.

Velké Magellanovo mračno je od Země vzdálené 160 000 světelných let, Malé je od Země vzdálené ještě o 40 000 světelných let dále. Obě jsou na noční obloze pozorovatelná pouhým okem.

I když obě mračna od sebe dělí 75 000 světelných let (tj. 7x 1017kilometrů), gravitačně se ovlivňují. A velké mračno malého příbuzného okrádá. Počítačové simulace naznačily, že se někdy před 2,5 miliardy let galaxie těsně minuly, a tak můžeme i zde aplikovat lidové rčení „příležitost dělá zloděje“. Při této zlodějně vzala zasvé stovka hvězd.

Kam se podělo 376 hvězd?

Vědci doložili 376 ukradených hvězd, které původně byly součástí Malého mračna, a jedním dechem dodávají, že jich bude zřejmě víc. Mohlo by jít dokonce až o 5 % celkového počtu hvězd Velkého mračna.

Astronomové analyzovali spektra 5900 hvězdných obrů a červených veleobrů (hvězd v závěrečném stádiu) ve Velkém Magellanově mračnu a odhalili zmíněných 376 hvězd, které se pohybovaly podivně – v opačném směru, případně měly v porovnání s ostatními hvězdami zvláštní sklon.

Hned se na ně zaměřili a ukázalo se, že tyto protichůdné hvězdy mají zároveň i jiné chemické složení, než ostatní  výrazný je zvláště nižší obsah železa a vápníku. Což je obdobné složení, jakým se vykazují hvězdy Malého mračna.

Vesmír potřebuje měřítko

Astronomická jednotka (AU) je jednotka vzdálenosti, která se běžně užívá v astronomii. Původně byla definována jako střední vzdálenost Země od Slunce. Dnes poskytuje měřítko pro vzdálenosti jednotlivých vesmírných objektů.

1AU = 149 597 870 691 +/- 6 km. Přibližně jde tedy o vzdálenost rovnající se 150 milionům kilometrů.

Asteroidy v číslech a datech

*Název asteroid doslovně znamená hvězdám podobný. Pojmenování vychází tedy ze zdání – tyto objekty v dalekohledu vypadaly jako malé body, stejně jako hvězdy. Od hvězd se lišily rychlým pohybem.

*Hlavní pás asteroidů je oblast sluneční soustavy, která se nachází v oblasti mezi drahami Marsu a Jupitera.

*Řada planetek však obíhá i na drahách blízko Země nebo naopak za drahou Neptunu (tzv. TNO – transneptunian objects).

* K 1. lednu 2011 bylo zaznamenáno celkem 540 573 planetek, z toho bylo 257 455 planetek očíslováno, 167 954 pozorováno ve více než jedné opozici a 115 164 planetek sledováno pouze v jedné opozici.

*Pojmenováno bylo k 1. lednu 2011 celkem 16 216 planetek.

*648 je pojmenováno, nebo se jejich název vztahuje k Čechám či Slovensku.

*Ceres byl první asteroid. Objeven byl 1. 1. 1801.

*Ceres je současně svým rovníkovým průměrem 975 km největším objektem obíhajícím mezi drahami Marsu a Jupiteru, tedy v oblasti hlavního pásu planetek. Svojí hmotností představuje asi 30 % hmotnosti všech malých těles ve vnitřní části sluneční soustavy.

Pozor, vyletí ptáček!

*První snímek asteroidu na světě pořídila sonda Galileo v roce 1991.

*Na podobence je asteroid 951 Gaspra, planetka typu S, jejíž orbit se nachází poblíž vnitřního okraje hlavního pásu asteroidů.

*Naopak poslední snímky se podařily v září 2011 sondě Dawn, kterou vyslala NASA v roce 2007 na misi k planetce Vesta a Ceres.

*Sonda Vestu nafotila z velmi důvěrné blízkosti asi 16 000 km.

*Snímek ukazuje planetku ve větším detailu, než jsme ji mohli vidět kdykoliv předtím.

*Vesta má průměr asi 530 kilometrů a je to druhý největší objekt v tomto pásu asteroidů.