W 2006 r., podczas odbywającego się w Pradze kongresu Międzynarodowej Unii Astronomicznej, oczekiwano, że zgromadzenie potwierdzi status Plutona jako planety. A może nawet doda do listy planet Charona, księżyc Plutona, a także planetoidy Xenę i Ceres. Jednak astronomowie, zamiast poszerzyć listę planet, skrócili ją. Powstała kategoria znana jako planety karłowate.

Wywołało to zaskoczenie na całym świecie i ogromne spory w środowisku naukowym. Argumentowano, że zgromadzeni na kongresie członkowie unii nie mieli większości (w wydarzeniu wzięło udział mniej niż 500 z 2500 zaproszonych na konferencję naukowców). Nie wzięto też pod uwagę opinii geologów, którzy również powinni móc się wypowiedzieć w tej kwestii.

Planety karłowate – definicja

Jednak to właśnie wówczas wyznaczono trzy główne cechy odróżniające planety od planet karłowatych. Aby mieć status planety, ciało niebieskie musi:

  • orbitować wokół gwiazdy,
  • mieć wystarczającą masę, która własną grawitacją wytworzy możliwie sferyczny kształt,
  • oczyścić z kosmicznego gruzu przestrzeń w pobliżu swojej orbity.

Planety karłowate to takie obiekty, które spełniają dwa pierwsze warunki, ale nie trzeci. Czyli nie oczyściły sąsiedztwa swojej orbity z innych względnie dużych obiektów. Dodatkowo planeta karłowata nie może być księżycem innego obiektu, który nie jest gwiazdą.

Planety karłowate w Układzie Słonecznym

Planety karłowate to pięć ciał Układu Słonecznego. Są to:

  • Ceres,
  • Pluton,
  • Haumea,
  • Makemake,
  • Eris.

Planety karłowate – Ceres

Ceres krąży w wewnętrznym pasie planetoid, w skupisku kosmicznego gruzu rozciągającym się pomiędzy orbitami Marsa a Jowisza. Ma średnicę 939 km i jest największym z ciał krążących wewnątrz tego pasa. Naukowcy uważają, że jej masa może stanowić ponad jedną trzecią łącznej masy wszystkich obiektów głównego pasa planetoid. Zaobserwował ją w 1801 roku włoski astronom i założyciel obserwatorium w Palermo, Giuseppe Piazzi.

Powierzchnię Ceres pokrywa drobnoziarnisty, bogaty w węgiel regolit. Natomiast jej wnętrze składa się z dużego skalnego jądra, ponad którym rozciąga się warstwa lodu wodnego i cienka skorupa zewnętrzna z lekkich minerałów. Szczegółowe obserwacje powierzchni Ceres stały się możliwe dopiero po wyniesieniu na orbitę okołoziemską teleskopu Hubble’a. Na wykonanych przez niego zdjęciach tej planety karłowatej dostrzeżono ciemną plamę (nazwaną „Piazzi” od nazwiska odkrywcy) o średnicy ok. 250 km. Dalsze obserwacje pozwoliły zidentyfikować na niej jasną formację o średnicy początkowo szacowanej na 400 km.

Ceres różni się od typowej planetoidy przede wszystkim kształtem. Jej masa (9,35×1020 kg) jest na tyle duża, że wystarczyła do przybrania przez Ceres w przybliżeniu kulistego kształtu. Obraca się też ona wokół własnej osi ze stałym okresem wynoszącym około dziewięć ziemskich dni.

Dokładniejszych danych na temat Ceres dostarczyła w 2015 roku sonda Dawn. Ujawniła m.in., że w okresie formowania się Układu Słonecznego ciepło wydzielające się z wnętrza Ceres roztapiało lód i kierowało wodę ku górze. Natomiast zawarte w lodzie cięższe minerały, w tym krzem, przemieściły się stronę jądra.

Planety karłowate – Haumea

Bardzo ciekawą przedstawicielką kategorii „planety karłowate” jest należącą do Pasa Kuipera Haumea, odkryta w 2003 roku. To plutoida – tak określa się klasę obiegających Słońce obiektów transneptunowych, które mają na tyle dużą masę, że zdołały dzięki siłom własnej grawitacji uzyskać kształt zbliżony do sferycznego. Haumea ma kształt przypominający piłkę do rugby. Jej pierwotny, bardziej sferyczny kształt „rozciągnął się” w wyniku bardzo szybkiego ruchu obrotowego wokół krótszej osi. Obrót ten trwa niespełna cztery godziny.

Ocenia się, że ten szybki ruch obrotowy może być skutkiem ogromnej kosmicznej kolizji, w jakiej brała udział ta planeta karłowata. Wskazuje na to odkrycie pięciu planetoid mających orbity zbliżone do Haumei. Jeśli ta hipoteza znajdzie potwierdzenie, będzie to pierwsza pochodząca z katastrofy rodzina planetoid zarejestrowana w Pasie Kuipera.

Planety karłowate – Makemake

Trzecim największym obiektem transneptunowym, zaliczanym podobnie jak Haumea do plutoid, jest Makemake. Została odkryta 31 marca 2005 roku, w okresie świąt wielkanocnych, co zainspirowało jej nazwę. Make-make to w wierzeniach ludu Wyspy Wielkanocnej stwórca ludzkości. Inna, nieoficjalna nazwa obiektu to króliczek wielkanocny.

Na Makemake panuje ekstremalnie niska średnia temperatura, wynosząca zaledwie około 30 K. Czyli zaledwie o 30 st. C powyżej tzw. zera bezwzględnego (minus 273 stopnie Celsjusza). To sprawia, że powierzchnię Makemake pokrywają najprawdopodobniej lody: metanowy i etanowy. Obiekt nie posiada atmosfery. Czas obiegu Makemake wokół Słońca, czyli rok, to 305 ziemskich lat.

Planety karłowate – Eris

Kolejną transneptunową planetą karłowatą jest Eris. Została sfotografowana po raz pierwszy 21 października 2003, ale dopiero ponowna analiza komputerowa zebranych danych pozwoliła na stwierdzenie jej wolnego przemieszczania się na tle gwiazd. Dzięki następnym obserwacjom wstępnie określono jej orbitę i rozmiary.

Eris okrąża Słońce mniej więcej trzy razy dalej niż Pluton, a okres jej obiegu wynosi 562 ziemskie lata. Wczesne oszacowania wskazywały, że jest o około jedną czwartą większa od Plutona. Teraz wiadomo, że te planety karłowate mają podobny rozmiar. Średnica Eris wynosi w przybliżeniu trzy tysiące kilometrów. Średnicę Plutona oszacowano natomiast na 2300–2400 km. Warto zauważyć, że Eris jest trudniejsza do zmierzenia, bowiem skutecznie przeszkadza tu obecność atmosfery, która zmniejsza dokładność pomiaru.

Planety karłowate – Pluton

A co z byłą planetą, od której zaczęliśmy opowieść? Dzięki danym zebranym przez sondę New Horizons wiemy, że Pluton składa się głównie z lodu i skał. Jest aktywny geologicznie – zaobserwowano na nim lodowe wulkany, wyrzucające w górę pióropusze lodowej brei. Jego niezbyt gęsta atmosfera składa się głównie z azotu i metanu. Sonda zarejestrowała też na powierzchni tej planety karłowatej nietypowe kształty: lodowe serce i wieloryba.

Charakterystyczne lodowe serce Plutona to morze zamarzniętego azotu. Oficjalna nazwa tego miejsca to dolina Sputnika. Jest to głęboki basen schowany pod lodową powierzchnią. Ciśnienie atmosferyczne na jego dnie jest dużo wyższe niż w wyżej położonych okolicach zbiornika. To oznacza, że azot może skroplić się z atmosfery w wyższych temperaturach. Dzięki temu połacie zimnego azotu zmieszanego z tlenkiem węgla i metanem łatwiej mogą się powiększać na dnie równiny.

A wieloryb? Wydłużona, rdzawa plama na powierzchni Plutona? Cthulhu Macula, bo taką nazwę nadano obszarowi, to równina zbudowana z tholinów. Są to związki organiczne powstające w sposób abiogeniczny (bez udziału organizmów żywych). Tworzą się ze związków zawierających węgiel (np. metanu czy dwutlenku węgla), które są poddawane działaniu promieniowania UV. Nie występują naturalnie na Ziemi, ale są rozpowszechnione w całym zewnętrznym Układzie Słonecznym. Tholiny zwykle mają kolor czerwonawo-brązowy.