Najdalszego obiektu w Układzie Słonecznym na zdjęciu można prawie nie zauważyć

Niedawno mieliście okazje zapoznać się z pojęciem długości roku na planetach w Układzie Słonecznym. Wspomniałem tam o Eris jako bardzo odległym obiekcie transneptunowym (czyli poruszającym się poza orbitą Neptuna). To jednak nie jedyny, a nawet nie najdalszy z takich obiektów, o których warto wspomnieć. Teraz swoje pięć minut sławy ma odkryta już w 2018 roku planetoida AG73.

Dwa lata czekania by określić orbitę Farfarout, ale się opłaciło

Dlaczego dopiero teraz możemy o niej powiedzieć, że jest najdalsza? Astronomowie są w stanie wyliczyć orbitę nawet na podstawie trzech obserwacji. Lecz Farfarout obiega Słońce tak daleko, że nie tylko trudno go zobaczyć z Ziemi, ale trzeba dwóch lat, by planetoida zakreśliła na niebie wystarczająco długi łuk pozwalający na precyzyjne obliczenia.

Wstępne parametry orbity Farfarout sugerują 1000-letni okres orbitalny i maksymalną odległość nawet 175 razy większą niż odległość Ziemia-Słońce

Obserwacji dokonano przy pomocy kamer CCD i teleskopów. Farfarout odkryto za pomocą teleskopu Subaru o 8.2-metrowym zwierciadle na Hawajach. Ponownie obserwowano planetoidę pobliskim 8.1-metrowym Gemini North oraz 6.5-metrowym teleskopem Magellan w obserwatorium Las Campanas w Chile (to tam, gdzie jest Obserwatorium Południowe Uniwersytetu Warszawskiego).

Teleskop Subaru, za pomocą którego odkryto Farfarout (fot: NAOJ)

Na postawie dostępnych obserwacji wyliczono, że maksymalną odległość od Słońca, około 175 jednostek astronomicznych (1 jednostka astronomiczna to średnia odległość Ziemia-Słońce) Farfarout osiągnie w połowie XXII wieku. Okres orbitalny to około 1000 lat, ale jest to wartość obciążona wciąż bardzo dużym błędem. 

Farfarout jest bardzo trudna do obserwacji nawet przez największe teleskopy

Tak potężne teleskopy były potrzebne, gdyż jasność w filtrze V (odpowiada on długości światła 551 nm, czyli kolorowi żółto-zielonemu), wynosi jedynie około 25 mag (magnitudo, skala logarytmiczna, w której im większa wartość tym ciemniejszy obiekt). Dla porównania Słońce ma jasność -26,74 mag, Księżyc w pełni -12,74 mag, Syriusz już tylko -1,46 mag, a najsłabsze widziane okiem ludzkim gwiazdy 6 mag. Warto pamiętać, że są to jasności obserwowane, czyli niska jasność Syriusza wynika z dużej odległości, bo w praktyce to 25 razy jaśniejsza gwiazda niż Słońce.

Pozycje Farfarout na dwóch różnych obserwacjach (15 i 16 stycznia 2018 roku). Dla ludzkiego oka ten obiekt prawie zlewa się z tłem, jednak astronomowie nie polegają dziś na tak zawodnym instrumencie, a dużo skuteczniejszych sensorach cyfrowych i komputerowej analizie obrazu

Przez lornetkę dostrzeżemy gwiazdy o jasności 10 mag, a potem przyda się teleskop. Im większe zwierciadło zastosujemy, tym lepszy zasięg, ale rolę gra tu też czułość aparatury detektora podłączoneego do układu optycznego i warunki atmosferyczne. Teleskop Hubble’a ma tylko 2,4-metrowe zwierciadło, ale sięga wzrokiem dalej niż teleskopy, którymi obserwowano Farfarout.

Farfarout jest około 73 miliardy razy słabiej widocznym obiektem na niebie niż Słońce

Jasność Farfarout jest podobna jak jasność Fenrira, jednego z księżyców Saturna, który ma rozmiar około 4 kilometrów. Najdalsza znana nam planetoida ma za to, aż 400 km średnicy jest jednak obecnie kilkanaście razy odleglejsza. I kto wie, być może ma też inny skład powierzchniowy, co może przyczyniać się do różnic w pomiarach. Te różnice mogą być też źródłem niepewności w pomiarach odległości, ale z każdą obserwacją znacznie mniejszym.

Odległość Farfarout od Ziemi zmienia się w szerokim zakresie

Farfarout jest obiektem o bardzo mocno wydłużonej orbicie. Została przyłapana bardzo daleko od Słońca. Gdy Farfarout osiąga peryhelium czyli punkt najbliższy Słońcu jest w odległości około 27 jednostek astronomicznych (1 jednostka to średnia odległość Ziemia Słońce), mniej więcej tak daleko jak Neptun.

Orbita Farfarout z zaznaczoną pozycją. Planetoida porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara i jest obecnie znacznie ponad płaszczyzną orbity Ziemi (źrodło: Wikipedia / Tomruen CC BY-SA 4.0)

Jednak tak blisko Farfarout była, gdy na Ziemi dopiero zaczynała się epoka nowożytnej astronomii. Szans by zobaczyć tę planetoidę wtedy nie było. Na kolejne zbliżenie poczekamy kilkaset lat, a teraz Farfarout powoli oddala się od Słońca, od którego dzielą ją już 132 jednostki astronomiczne.

132 jednostki astronomiczne to około 18,5 godziny świetlnej. Gdybyśmy chcieli wysłać sygnał radiowy w kierunku Farfarout, na ewentualną odpowiedź czekalibyśmy ponad 1,5 dnia

Jako najodleglejszy znany nam obecnie obiekt, Farfarout na pewno zapisze się w historii astronomii, czy jednak będzie nam dane je zobaczyć kiedykolwiek z bliska tak jak Plutona i Charona, do których może być podobna? Dziś to pytanie pozostaje bez odpowiedzi, być może wcześniej poznamy bardziej interesujące obiekty transneptunowe, które zechcemy odwiedzić za pomocą sond kosmicznych.

Poprzez Pas Kuipera do dysku rozproszonego - tak daleko dociera Farfarout

Farfarout wedle przypuszczeń Chada Truillo, jednego z astronomów, którzy przyłożyli się do odkrycia, pochodzi z bliższych nam okolic Układu Słonecznego. Jednak w pewnym momencie zbyt silnie zbliżył się do Neptuna. Grawitacja tego gazowego giganta wyrzuciła tę planetoidę na bardzo wydłużoną orbitę, która przechodzi przez pas Kuipera. To struktura o kształcie torusa (przypomina gigantyczny donut) wokół wewnętrznej części Układu Słonecznego w odległości od 30 do około 60 jednostek astronomicznych, która składa się z głównie lodowych obiektów.

W tym pasie skatalogowano już ponad 2 tysiące ciał niebieskich, ale na tym nie kończy się inwentarz, ani rozmiar Układu Słonecznego. Trzeba sięgnąć dużo dalej. Choćby tak daleko jak najdalszy punkt orbity Farfarout. Najodleglejszy znany nam obecnie obiekt znajduje się w tak zwanym dysku rozproszonym z którego pochodzi. Orbity tamtejszych ciał niebieskich, których do dziś poznano ponad 300, są bardzo wydłużone i mają znacznie bardziej nachylone orbity niż obiekty pasa Kuipera. Ten dysk jest obecnie uznawany za rezerwuar komet krótkookresowych.

Odległości w jednostkach astronomicznych (AU) do istotnych miejsc w Układzie Słonecznym

Ponieważ w astronomii zachować tytuł "naj" jest niezwykle trudno, trzeba liczyć się z tym, że Farfarout kiedyś zostanie zdetronizowany jako najodleglejszy znany nam naturalny obiekt związany grawitacyjnie z Układem Słonecznym. Niemniej wiele wskazuje, że może być to jedna z najodleglejszych planetoid.

Granica Układu Słonecznego to kwestia przyjętej definicji

Jeszcze dalej niż dysk rozproszony znajduje się Obłok Oorta, który ma strukturę sferyczną i niczym gruba skorupka otacza to co jest we wnętrzu. To hipotetyczna struktura, składa się ona przede wszystkim z pyłu i gazów, prawdopodobnie pozostałości po powstawaniu układu Słonecznego. Sięga od krańców dysku rozproszonego do nawet 100 tysięcy jednostek astronomicznych. To około 1,5 roku świetlnego, dlatego trudno mówić o tym obłoku jako strukturze silnie związanej grawitacyjnie ze Słońcem.

O zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego wiemy wciąż stosunkowo niewiele, dlatego obszar, w którym grawitacja Słońca przestaje być dominująca to tylko jedna z możliwych definicji rozmiaru Układu Słonecznego. Za jego granicę można uznać także miejsce, gdzie ciśnienie wiatru słonecznego równoważone jest przez ciśnienie ośrodka międzygwiazdowego. To tak zwana heliopauza.

Tak daleko jak znajduje się obecnie Farfarout dotarły Voyagery

Na podstawie danych obserwacyjnych zakładamy, że do heliopauzy dotarły już sondy kosmiczne Voyager. Pierwsza z nich znajduje się w odległości 151 jednostek astronomicznych, druga 126 jednostek astronomicznych. Jak widać Farfarout znajduje się w odległości pośredniej, a to może sugerować, że jej orbita sięga tak daleko jak duży jest Układ Słoneczny wedle jednej z definicji.

Wizualizacja Farfarout na granicach Układu Słonecznego

Jednak heliopauza nie jest ściśle określonym miejscem w przestrzeni kosmicznej, nie ma dokładnie sferycznego kształtu. Dlatego najodleglejszy punkt orbity Farfarout nie musi wyznaczać rozmiaru Układu Słonecznego, ale też można uznać, że leży już całkiem blisko tej granicy. Poza tym, trudno być pewnym tego jaka przyszłość czeka Farfarout. Jeśli, tak jak się przypuszcza, jej obecna orbita jest wynikiem grawitacyjnych zaburzeń on Neptuna w przeszłości, w przyszłości mogą one zmienić ją jeszcze bardziej.

Źródło: MPEC, inf. własna, Carnegie Science

Czytaj więcej na tematy związane z Kosmosem:

• Inwazja ziemskich pojazdów na Marsa w lutym 2021 - orbiter, lądowniki, łaziki
• Elektronika na północnej półkuli Ziemi może być bardziej zagrożona niż ta na południu
• Gwiazdozbiór Oriona - widzieliście go już wiele razy, ale jeszcze ten jeden raz naprawdę warto