O planetu méně - budoucnost Sluneční soustavy

Nic netrvá věčně. Naše soustava bude mít v budoucnosti o jednu planetu méně. O kterou z planet Slunce přijde a proč? (délka blogu 8 min.)

Už dávno nejsme v situaci, kdy jsme se museli ptát, jestli vůbec někde ve vesmíru existují další planety. Zdá se, že planetární soustavy jsou logickým následkem stejných jevů, které způsobují vznik hvězd. Pozorování cizích planetárních soustav nám dokonce dovoluje porovnání naší vlastní soustavy se všemi ostatními. Dovoluje dokonce tvorbu předpovědi daleké budoucnosti Sluneční soustavy.

Naši vesmírní sousedé

Ve vesmíru byly nalezeny nejen soustavy podobné naší, ale samozřejmě také takové, ve kterých jsou planety uspořádány jinak, než v naší vlastní.  Hrubé dělení mezi kamenné planety, které se zformovaly blízko centrální hvězdy a plynné obry, kteří jsou vzdálenější, sice zůstává – ukázalo se ale například, že ve vnitřní části soustavy může existovat daleko více planet, než je tomu ve Sluneční soustavě.

Podobné systémy se označují zkratkou STIP - systems of tightly-packed inner planets. Jejich vnitřní planety krouží mimo jiné daleko blíže své hvězdě, než je tomu u Merkuru, nejvnitřnější planety Sluneční soustavy. STIP systémy se podílí na celkovém pozorovaném množství jen asi 5 % - nabízí se tedy otázka, nakolik jsou podobné stavy stabilní. U jedné otázky ale nezůstává, následuje ji hned další. Nakolik je vlastně stabilní Sluneční soustava?

Zvláštní prázdno

Nejbližší planetou, která obíhá kolem Slunce, je Merkur. Jeho vzdálenost činí jen 2/5 vzdálenosti Země-Slunce. V téměř polovině pozorovaných cizích systémů krouží uvnitř dráhy, která odpovídá dráze Merkuru, velká kamenná planeta podobná Zemi.

Z počítačových simulací je zřejmé, že v naší soustavě bylo v minulosti uvnitř dráhy Merkuru dost hmoty na to, aby se tam vytvořily planety. Koncentrace plynu a prachu v protoplanetárním disku je v jeho středu logicky nejvyšší. Kam se tato hmota poděla?

Vědci dnes vycházejí z hypotézy, že všechny Slunci podobné hvězdy vytvářejí ve svém okolí planetární systémy typu STIP. V nejtěsnější blízkosti hvězdy se pak nachází několik relativně velkých kamenných planet. Většina z těchto systémů ale není stabilní. Jejich kamenné planety se nacházejí na tzv. metastabilních drahách.

Ani Sluneční soustava není výjimkou.

Osud Merkuru, Venuše a Země

Stav planet v naší soustavě nejlépe vystihuje slovo „metastabilní“. Už v devadesátých letech zveřejnili vědci studii, která dokazuje, že Merkur, Venuše a Země mohou navzájem kolidovat – pokud se jim dá dostatečné množství času. Planety jsou hmotné objekty a působí na sebe navzájem jednou ze základních vesmírných sil, gravitací. Její vliv se sice s narůstající vzdáleností objektu snižuje, nedá se ale nijak odstínit. Malé a neznatelné odchylky kursu, které jednotlivé planety zažívají, se pak mohou v průběhu miliónů nebo miliard let kumulovat. Výsledkem je to, že je ta nejméně stabilní planeta ze systému vypuzena, ve výjimečných případech může dokonce kolidovat s jednou ze zbylých planet.

U naprosté většiny STIP systémů se něco podobného odehraje už v časné existenci systému – „dospělého“ věku se tedy nedočká většina hvězdě blízkých kamenných planet.

Vědecký tým, který zastupují vědci Volk a Gladman prováděla v roce 2015 počítačové simulace planetárních systémů. Vybrali si 13 konkrétních příkladů STIP, pozorovaných vesmírným teleskopem Kepler. Všechny měly ve vnitřní části více než 4 kamenné planety. Sledovali chování planet s přihlédnutí k malým variacím původního stavu. Ty vedly k velkému množství kolizí mezi jednotlivými planetami. Zároveň si všimli, že také systémy, které vypadají jako stabilní, ve skutečnosti dlouhodobě stabilní nejsou. Z vesmírného hlediska se dají odchylky pozorovat teprve „krátce“ předtím, než skutečně dojde k vyhození planety ze systému.

A co Sluneční soustava?

Ani naše soustava se nevyhne podobnému osudu. Počítačové simulace naznačují, že se uvnitř dráhy Merkuru původně nacházely tři další planety se souhrnnou hmotností několika násobně vyšší než hmotnost Země. Měly ale nestabilní dráhy a postupně kolidovaly, přičemž všechny dávné kolize přežil pouze Merkur. I ten má ale na mále.

Většina z nás se už jistě smířila se „ztrátou“ planety Pluto. Ta sice nebyla vyloženě zničena, ztratila ale svůj planetární status změnou definice slova planeta. V daleké budoucnosti se budeme muset rozloučit s další planetou – Merkurem.

Merkur je nejen Slunci nejbližší, ale zároveň také nejmenší z planet. Pohrávají si s ní jak gravitační vlivy Slunce, tak vlivy ostatních planet. Nejdůležitější a nejzřetelnější je samozřejmě vliv Jupiteru, nevětší planety naší soustavy. Gravitace Jupiteru vychyluje Merkur směrem od Slunce, zatímco Slunce samo Merkur přitahuje. Výsledkem gravitačního souboje je zřetelně protáhlá dráha Merkuru.

Astrofyzik Gregory Laughlin (z Kalifornské Univerzity) předpověděl, že se obě planety časem dostanou do rezonance, tedy že jejich oběžné dráhy budou navzájem odpovídat zlomku nebo násobku své hodnoty. U dvojice Jupiter-Merkur to pak bude znamenat, že větší planeta postupně vychýlí svým vlivem menší planetu z její oběžné dráhy. Dráha Merkuru bude stále protáhlejší. Merkur by jednoho dne mohl dokonce obíhat po tak protáhlé dráze, že dosáhne za oběžnou dráhu Venuše. Právě vliv Venuše pak bude tou poslední pomyslnou kapkou, která dovrší katastrofu.

Vědci provedli více než 1000 simulací a došli k závěru, že Merkur může kolidovat jak s Venuší, tak se Zemí. Nejpravděpodobnější je ale únik ze Slunečního systému. Zbylé planety se pak zase na nějakou dobu „uklidní“ a budou vychutnávat další stabilní fázi.

Slovy astronoma Konstantina Batygina z Lickovy observatoře se odchodem Merkuru sníží nebezpečí, že se do podobně chaotického stavu dostane Země nebo Venuše. Pokud tedy obě planety přežijí období vysoce protáhlé dráhy Merkuru beze ztrát, je velká pravděpodobnost, že je samotné už žádný takový osud nečeká.

Zatím si ale se stavem Merkuru nemusíme dělat starosti. Počátek gravitační krize nastane nejdříve za 40 miliónů roků.

Zdroje: NATURE|Vol 435|26 May 2005, spektrum.de, astronomie.de