𝑁𝑒𝑤 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑠 misija į Plutoną, dabar besitraukianti iš Kuiperio juostos, padarė atradimą, galintį apversti aukštyn kojomis mūsų žinias apie Saulės sistemos pakraštį

New Horizons labiausiai pagarsėjo, 2015 metais pirmasis aiškiai parodęs nykštukinės planetos Plutono vaizdą. Pirmiau tematėme jį kaip išgleiziotą dėmę. Be to, jis daug papasakojo apie Saulės sistemos pakraščius ir tenykščius mažus, suledėjusius pasaulius. „Tai iš tiesų buvo Alisos Stebuklų šalyje stiliaus pasakojimas,“ pažymi Alanas Sternas, misijos vyr. tyrėjas. „Tai buvo kaip sapnas ir atradome nuostabių dalykų.“

Kaip bebūtų, sapnas dar nesibaigė, nes New Horizons gali būti nusiteikęs netikėtam paskutiniam veiksmui. 2024 m. pradžioje vienas iš jo detektorių užfiksavo netikėtą dulkių pagausėjimą. Kadangi ši medžiaga galėjo būti rastis, susiduriant uolienų fragmentams, astronomai suka galvas, ar už mūsų planetų sistemos pakraščiu laikomos Kuiperio juostos dar yra daug objektų. Jei taip, reikės perpiešti mūsų sistemos ribas ir suabejoti savo naudojamais sistemos formavimosi modeliais.

Sternui su kolegomis, aišku, knieti pasinaudoti savo zondo unikalia padėtimi ir kol galima, sužinoti apie šiuos neištirtus plotus kuo daugiau. „Tai lyg besitęsiantis detektyvas,“ sako jis.

Kas yra Kuiperio juosta?

Apie didžiulį šaltų uolų ir ledokšnių kupiną riestainio formos regioną, Kuiper juostą, žinoma jau ne vieną dešimtmetį. Artimasis jos kraštas yra vos toliau už Neptūno orbitos, maždaug už 30 astronominių vienetų (a.v.). Manėme, kad tolimasis juostos kraštas yra už maždaug 50 a. v.

Ko gero garsiausias juostos gyventojas yra nykštukinė planeta Plutonas. „Kai buvau vaikas, buvo devynios planetos ir Plutonas buvo viena iš jų,“ prisimena Carly Howett iš Oxfordo universiteto. Bet apie jo išvaizdą žinojome labai mažai. „Visose knygose apie kosmosą tebuvo blanki [Plutono] nuotrauka. Niekas nieko nežinojo.“

NASA New Horizons

New Horizons zondas buvo paleistas 2006-ais, tais pačiais metais, kai Tarptautinė astronomijos draugija pažemino Plutoną iki nykštukinės planetos rango. Kai po devynių metų greta šio pasaulio praskriejo zondas, mūsų įspūdis apie ją transformavosi. Iš neryškios dėmės ji pasikeitė į nuostabią vietą su atmosfera ir vulkaninio aktyvumo ženklais.

Misija atrado kalnus ir lygumas bei suteikė progą iš arti pažvelgti į tokius neįtikėtinus jo palydovus, kaip kanjonų išraižyto paviršiaus Charonas. „Būti su komanda, galiausia pateikusia ryškų Plutono atvaizdą, buvo pribloškiama,“ sako su vienu iš misijos vaizdo instrumentų dirbusi Howett.

Bet atradimų kelionė čia dar nebaigta. Zondui dar net nepasiekus Plutono, New Horizons komanda nukreipė žvilgsnius į į kito tyrimų objekto paieškas. Žinome, kad ten pilna ledinių kūnų, vadinamų Kuiperio juostos objektais (KJO) (žr. „Tolimieji pasauliai“, žemiau). Bet antžeminiai teleskopais jokių zondais pasiekiamų KJO aptikti nepavyko. Kurį laiką atrodė, kad jokių tyrimams tinkamų kandidatų nėra. Tuomet paieškų ėmėsi Hubble kosminis teleskopas ir 2015 rugpjūtį, pagaliau buvo pasirinktas taikinys. 2019 metų sausį, New Horizons praskriejo pro pasirinktą asteroidą, keistą ~35 kilometrų ilgio uolą, pavadintą Arrokoth.

Praskridimo tikslas buvo daugiau sužinoti daugiau apie jo sudėtį ir paviršių, rasti užuominų apie jo formavimąsi. Arrokoth yra kontaktinis dvinaris, tai reiškia, kad jis susideda iš poros sulipusių, kaip senio besmegenio, luitų.

Zondas suteikė ne tik geresnį Arrokoth vaizdą, bet drauge su stebėjimais, kad daugelis kitų objektų irgi dvinariai, nušvietė mūsų sistemos ankstyvojo periodo kūrimosi procesus. Astronomai manė, kad planetoidai – didelės uolinės planetų užuomazgos – augo, susidurdami dideliu greičiu. Bet Arrokotho dvinariškumas rodo, kad dvi dalys turėjo susidurti gan mažu greičiu, tad susiliejimo procesas buvo švelnesnis. „Atradimas, kad daugelis Kuiperio juostos objektų yra dvinariai, visiškai perrašė mūsų supratimą kaip formuojasi apie planetų užuomazgas, vadinami planetoidai,“ sako Sternas.

Pradinė susidūrimų dideliu greičiu prielaida buvo pagrįsta planetų sistemos evoliucijos aprašymu, vadinamuoju Nicos modeliu. Pavadintas Prancūzijos miesto, kuriame jis buvo išvystytas, garbei, modelis teigia, kad planetos milžinės atsirado daug arčiau viena kitos, o paskui migravo į savo dabartines pozicijas. Tokie planetų judėjimai turėjo sumaišyti planetų sistemą, svaidydami į šonus nuolaužas.

Bet švelnus Arrokoth formavimasis, drauge su netikėtai stabiliomis daugelio KJO orbitomis, rodo, kad Neptūno migracija kėlė mažiau trukdžių, nei prognozuoja Nicos modelis. Šis modelis vertingas, nes padeda suprasti kai kurias Saulės sistemos evoliucijos dalis, bet New Horizons suteiktos įžvalgos reiškia, kad jį kai kur reikia paderinti.

New Horizons surinko tiek daug duomenų apie Arrokothą, kad jie tebesiunčiami iš erdvėlaivio į Žemę analizei ir padeda daryti naujus atradimus. Bet prie jokių daugiau KJO artintis ir tyrinėti nebuvo planuojama. Arrokotho praskridimas turėjo būti zondo gulbės giesmė.

Nuo ten New Horizons keliavo hibernacijos veiksena, daugumo jo instrumentų išjungti. Jis kirto Kuiperio juostą ir žengia į naują teritoriją, beveik už 60 a. v. nuo mūsų. Tik NASA Pioneer ir Voyager dvyniai zondai nukeliavo toliau, bet jų trajektorijos nukrypo nuo plokštumos, kurioje yra Kuiperio juosta, tuo tarpu New Horizons liko joje.

Vienintelis likęs veikti instrumentas, dulkių detektorius, neseniai užfiksavo kažką keisto. Tarp 55 ir 60 a. v. jis pradėjo fiksuoti daugiau tokios medžiagos, nei tikėtasi. Tai yra svarbus rodiklis to, kad ten yra didesnių kūnų, kurie gali susidurti. Visos tos dulkės rodo, kad Kuiperio juosta gali būti didesnė, nei manėme.

Kad geriau suprastų, kas vyksta, New Horizons tyrėjai antžemine observatorija, Subaru teleskopu Havajuose žvilgtelėjo į regioną už Kuiperio juostos. Jų rezultatai, pristatyti konferencijoje 2023 metų kovą, rodo stulbinamai daug labai tolimų objektų už numanomo juostos išorinio krašto.

Antroji Kuiperio juosta

„Tikėjomės išvysti Kuiperio skardį, su staiga sumažėjančiu objektų tankumu,“ sako viena iš New Horizons misijos tyrėjų Anne Verbiscer iš Virginijos universiteto. Vietoje to, tarp 50 ir 60 a. v. jie užfiksavo šio rodiklio mažėjimą, bet toliau buvo daug daugiau objektų, nei prognozuota. Verbiscer sako, kad ten gali būti antroji Kuiperio juosta.

Jei taip yra, tai būtų milžiniškas atradimas. „Tai priverstų mus permąstyti daug transneptūninio regiono savybių ir mūsų sistemos formavimosi aspektų,“ sako Pedro Bernardinelli iš Washingtono universiteto Seattle. Pavyzdžiui, Kuiperio juostos krašto poziciją mes aiškiname hipoteze, kad sistemos jaunystėje arti Saulės praskriejo kita žvaigždė, iššlavusi tuo atstumu visus objektus, sako jis. Jei Kuiperio juosta ten nesibaigia, to galbūt niekada ir nebuvo.

Nors antrosios Kuiperio juostos perspektyva Bernardinellį ir jaudina, jis lieka atsargus. Subaru teleskopo rezultatai dar nėra recenzuoti – ir kitų šio regiono už 60 a. v. tyrimų antžeminiais teleskopais, tarkime taip, nėra daug. Be pradinių rezultatų patvirtinimo, reikia daugiau detalių apie šių objektų už 60 a. v. orbitas, kad galėtume užtikrintai sakyti, ar tai vis ta pati Kuiperio juosta, ar jie formuoja antrą.

Vienas iš įmanomų paaiškinimų gali būti, kad Kuiperio juosta „tiesiog labiau ištęsta New Horizons skrydžio kryptimi“, sako Sternas. „Ar gal kiti tiesiog nepastebėjo.“ Vis gi, kiti pastaruosius 10 metų publikuoti tyrimai taip pat aptiko jų komandos rezultatus atitinkančius įrodymus, pažymi jis.

Antrosios Kuiperio juostos egzistavimas iš esmės priklauso nuo jos objektų judėjimo apie Saulę. Kai New Horizons tyrėjai ėmėsi nagrinėti Kuiperio juostą, paaiškėjo, kad KJO pasiskirstymas ir stabilumas gerokai variuoja. Kai kurių orbitos yra nerezonansinės, tai yra, jie skrieja patys sau, neveikiami greta esančio Neptūno gravitacijos. Iš to astronomai gali daryti išvadą, kad šie KJO susiformavo ten, kur dabar jie ir yra.

Bet New Horizons duomenys atskleidė, kad daug daugiau KJO, nei manyta, yra orbitiniame rezonanse su Neptūnu. Tai reiškia, kad šie KJO reguliariais intervalais išsirikiuoja su Neptune vienoje linijoje, panašiai, kaip laikrodžio minutinė ir valandinė rodyklė. Pavyzdžiui, KJO su Neptūnu esantis 2:3 rezonanse, aplink Saulę apskrieja tris kartus, kol Neptūnas apsuka dukart. Tai reiškia, kad KJO orbita yra gan stabili, ir jokie susidūrimai iš esmės jiems negresia. Ir tokiu atveju astronomai gali teigti, kad šie objektai turėjo susiformuoti kažkur kitur, galbūt vidinėje Saulės sistemoje, prieš gravitacijai juos nutempiant tolyn ir paliekant sinchronizuotoje su Neptūnu orbitoje. „Savo jaunystėje Saulės sistema pertvarkė save pati,“ sako Sternas.

New Horizons atliekami Kuiperio juostos tyrimai jau metė iššūkį mūsų idėjoms apie Saulės sistemos formavimąsi, įskaitant ir Nicos modelį. Bet antros Kuiperio juostos objektų atradimas antakius pakeltų nepadoriai aukštai.

Tikslios tokio atradimo pasekmės priklausytų nuo šių objektų rezonanso arba jo nebuvimo, sako Wesas Fraseris iš Herzbergo astronomijos instituto Kanadoje. „Ši detalė svarbi, nes jeigu tolimi objektai visiškai rezonuoja, jie veikiausia būtų perkelti, artimesniuose regionuose susidarę kūnai,“ paaiškina jis. Tokiu atveju turimus Saulės sistemos formavimosi modelius reikėtų paderinti, bet ne perrašyti iš naujo, sako jis.

Antra vertus, jeigu jie nerezonuoja, tai būtų pribloškiamas atradimas. „Medžiagos diskas už 70+ a. v. pastatytų mūsiškę planetų sistemą daug panašesnio dydžio į kitus žinomus senus [kitų žvaigždžių sistemų] nuolaužų diskus,“ sako Fraseris. „Todėl šis atradimas toks svarbus.“

Ar mūsiškė žvaigždės sistema unikali?

Jeigu yra dvi Kuiperio juostos, tai reiškia, kad plyšys tarp dviejų juostų yra ne Kuiperio skardis, o labiau Kuiperio kanjonas. Su šiuo tarpu tarpu, ~50 – 60 a. v. nuo Saulės, mūsų sistema taptų daug panašesnė į kitas sistemas, nei manėme. Tai padėtų nustatyti tikslesnį mūsų sistemos kontekstą. „Nežinome, kiek mūsų žvaigždės sistema unikali,“ sako Sternas. Ir tai galėtų papasakoti apie mūsų praeitį. Kitose, jaunesnėse žvaigždžių sistemose šis tarpas dažnai būna už ~100 a. v., tad, jei paaiškės, kad tarpas yra ir pas mus, tuomet šių jaunesnių sistemų tyrimas galėtų padėti suprasti mūsų sistemos istoriją.

Kodėl tie tarpai turi būti, nėra iki galo aišku. Kitose planetų sistemose tarpai diskuose kartais laikomi susidarančios planetos, siurbiančios dulkes savo orbitoje, ženklu. „Bet tokios sistemos yra gan jaunos, kitaip, nei mūsiškė Saulės sistema,“ sako Verbiscer. Vietoje to ji kelia siūlo idėją, kad Kuiperio juostos tarpą, jei jis egzistuoja, galėjo nulemti gravitacijos jėgos. Apie tokius tarpus mūsų sistemoje jau žinoma. Pavyzdžiui, yra „Kirkwoodo tarpai“ asteroidų juostoje tarp Marso ir Jupiterio, kuriuos sukėlė Jupiterio gravitacijos veikiami asteroidai.

Tad, dar reikia daug ką išsiaiškinti. Ir laimei, New Horizons gali sulaukti biso. Einant į galą 2023-iesiems, NASA pratęsė misiją iki dešimtmečio galo, ir komanda dabar žvalgosi kokių nors KB, pro kuriuos galėtų praskrieti ir ištirti.

„Erdvėlaivio būsena ideali, branduolinių baterijų galios ir komunikacijos galimybių užtenka veikti ik maždaug 2050 m.,“ sako Sternas. Dabar praskridimams tinkamų naujų KBO paieškai planuojama naudoti tokius būsimus teleskopus, kaip Vera C. Rubin Observatory ir Nancy Grace Roman Space Telescope.

Nors naujus tyrimų taikinius reikia surasti prieš New Horizons nuskriejant per toli, kuo ilgiau laukioame, tuo toliau pažengia technologijos. „Mūsų turimo mašininio mokymosi, DI ir skaičiavimo galia dabar auga eksponentiškai,“ sako Howett, pabrėždama, kad šie įrankiai leidžia pažvelgti giliau į Kuiperio juostą.

Galiausiai, zondas keliauja į nežinomybę. „Kuiperio juosta yra dėlionė,“ sako Verbiscer. „Mums tereikia sudėlioti gabalėlius.“

Becca Caddy
www.newscientist.com