Transneptunsko tijelo

Transneptunski objekat (TNO) ili transneptunsko tijelo^[1] je svaka manja planeta u Sunčevom sistemu koja kruži oko Sunca na većoj prosečnoj udaljenosti od Neptuna, čija orbitalna poluosa iznosi 30,1 astronomske jedinice (AJ).

Tipično, TNO se dalje dijele na klasične i rezonantne objekte Kuiperovog pojasa, raspršeni disk i odvojene objekte sa sednoidi^{[nb 1]} Od oktobra 2020, katalog malih planeta sadrži 678 numerisanih i više od 2.000 nenumeriranih TNO-a.^{[3][4][5][6][7]}

Prvi transneptunski objekt koji je otkriven bio je Pluton 1930. Godine 1992. otkriven je drugi transneptunski objekat koji kruži direktno oko Sunca, 15760 Albiona. Najmasovniji poznati TNO je Erida, a slijede Pluton, Haumea, Makemake i Gonggong. Više od 80 satelita otkriveno je u orbiti transneptunskih objekata. TNO se razlikuju po boji i ili su sivoplavi (BB) ili vrlo crveni (RR). Smatra se da se sastoje od mješavine stijena, amorfnog ugljika i isparljivih leda kao što su voda i metan, obložene tolinima i drugim organskim jedinjenjima.

Poznato je dvanaest malih planeta sa velikom poluosom većom od 150 AJ i perihelom većim od 30 AJ, koji se nazivaju ekstremni transneptunski objekti (ETNO).^[8]

Historija

Otkriće Plutona

Pluton slika New Horizons

Na orbitu svake od planeta neznatno utiču gravitacioni uticaji drugih planeta. Nepodudarnosti u ranim 1900-im između posmatranih i očekivanih orbita Urana i Neptuna sugerirale su da postoji jedna ili više dodatnih planeta iza Neptuna. Potraga za njima dovela je do otkrića Plutona u februaru 1930, koji je bio premali da bi objasnio neslaganja. Revidirane procjene Neptunove mase iz preleta Voyagera 2 1989. pokazale su da je problem bio lažan.^[9] Pluton je bilo najlakše pronaći jer ima najveću vidljivu magnitudu od svih poznatih transneptunskih objekata. Takođe ima manji nagib prema ekliptici od većine drugih velikih TNO-a.

Naknadna otkrića

Nakon Plutonovog otkrića, američki astronom Clyde Tombaugh nastavio je nekoliko godina tražiti slične objekte, ali nije našao nijedan. Dugo vremena niko nije tražio druge TNO, jer se općenito vjerovalo da je Pluton, koji je do augusta 2006. bio klasifikovan kao planeta, jedini veći objekat iza Neptuna. Tek 1992, nakon otkrića drugog TNO-a, 15760 Albiona, počela je sistematska potraga za daljnjim takvim objektima. Široka traka neba oko ekliptike je fotografisana i digitalno procijenjena za objekte koji se sporo kreću. Pronađene su stotine TNO-ova, prečnika u rasponu od 50 do 2.500 kilometara. Erida, najmasovniji TNO, otkrivena je 2005, ponovo razmatrajući dugogodišnji spor unutar naučne zajednice oko klasifikacije velikih TNO-a i da li se objekti poput Plutona mogu smatrati planetama. Pluton i Erida su na kraju klasifikovani kao patuljaste planete od strane Međunarodne astronomske unije. U decembru 2018. objavljeno je otkriće 2018 VG₁₈, nazvanog "Farout". Farout je do sada najudaljeniji objekat Sunčevog sistema i udaljen je oko 120 AJ od Sunca. Potrebno je 738 godina da se završi jedna orbita.^[10]

Klasifikacija

Distribucija Trans-neptunskih objekata

Eulerov diagram pokazuje tipove tijela u Sunčevom sistemu.

Prema njihovoj udaljenosti od Sunca i njihovim orbitalnim parametrima, TNO se klasifikuju u dve velike grupe: objekti Kuiperovog pojasa (KBO) i objekti raspršenih diskova (SDO). Transneptunski objekti (do 70 AJ) u odnosu na orbite planeta i kentaura za referencu. Različite klase su predstavljene u različitim bojama. Rezonantni objekti (uključujući Neptunove trojance) su ucrtani crvenom bojom, a klasični objekti Kuiperovog pojasa plavom bojom. Raspršeni disk se proteže udesno, daleko izvan dijagrama, sa poznatim objektima na srednjim udaljenostima većim od 500 AJ (Sedna) i afelijom preko 1000 ((87269) 2000 OO₆₇).

KBO

Edgeworth-Kuiperov pojas sadrži objekte sa prosječnom udaljenosti do Sunca od 30 do oko 55 AJ, obično imaju orbite bliske kružnom s malim nagibom od ekliptike. Objekti Edgeworth-Kuiperovog pojasa dalje se klasificiraju na rezonantne transneptunske objekte, koji su zaključani u orbitalnoj rezonansi s Neptunom, i klasične objekte Kuiperovog pojasa, koji se nazivaju i "cubewanos", koji nemaju takvu rezonansu, krećući se po gotovo kružnim orbitama, neometani od strane Neptuna. Postoji veliki broj rezonantnih podgrupa, a najveće su twotinosi (1:2 rezonancija) i plutinosi (2:3 rezonancija), nazvane po svom najistaknutijem članu, Plutonu. Članovi klasičnog Edgeworth-Kuiperovog pojasa uključuju 15760 Albiona, 50000 Quaoar i Makemake.

Druga podklasa objekata Kuiperovog pojasa su takozvani objekti raspršivanja (SO). To su nerezonantni objekti koji se dovoljno približavaju Neptunu da im se orbite s vremena na vrijeme mijenjaju (kao što je uzrok promjena u velikoj poluosi od najmanje 1,5 AJ u 10 miliona godina), i stoga prolaze kroz gravitacijsko raspršenje. Objekte koji se raspršuju lakše je otkriti nego druge transneptunske objekte iste veličine jer se približavaju Zemlji, a neki imaju periheliju oko 20 AJ. Poznato je nekoliko s apsolutnom magnitudom g-pojasa ispod 9, što znači da je procijenjeni prečnik veći od 100 km. Procjenjuje se da postoji između 240.000 i 830.000 raspršujućih objekata većih od apsolutne magnitude r-pojasa 12, što odgovara prečnicima većim od oko 18 km. Pretpostavlja se da su raspršeni objekti izvor takozvanih kometa Jupiterove porodice (JFC), koje imaju periode kraće od 20 godina.^[11][12][13]

SDO

Raspršeni disk sadrži objekte udaljenije od Sunca, sa vrlo ekscentričnim i nagnutim orbitama. Ove orbite prelaze nerezonantne i ne-planetarne orbite. Tipičan primjer je najmasovniji poznati TNO, Erida. Na osnovu Tisserandovoh parametra u odnosu na Neptun (TN), objekti u raspršenom disku mogu se dalje podijeliti na "tipične" objekte raspršenog diska (SDOs, Scattered-near) sa TN manjim od 3, i na odvojene objekte (ESDOs, raspršeno-prošireno) sa TN većim od 3. Osim toga, odvojeni objekti imaju vremenski prosječni ekscentricitet veći od 0,2^[14] Sednoidi su daljnja ekstremna podgrupa odvojenih objekata sa perihelijom toliko udaljenim da se se njihove orbite ne mogu objasniti perturbacijama divovskih planeta,^[15] niti interakcijom sa galaktičkim plimama.^[16]

Fizičke karakteristike

Pogled na Pluton, najveći posjećeni KBO do sada

S obzirom na prividnu veličinu (>20) svih osim najvećih transneptunskih objekata, fizičke studije su ograničene na sljedeće:

• toplotne emisije za najveće objekte (vidi određivanje veličine)
• indeksi boja, tj. poređenje prividnih veličina pomoću različitih filtera
• analiza spektra, vizuelna i infracrvena

Proučavanje boja i spektra daje uvid u porijeklo objekata i potencijalnu korelaciju sa drugim klasama objekata, odnosno kentaurima i nekim satelitima divovskih planeta (Triton, Feba), za koje se sumnja da potječu iz Kuiperovog pojasa. Međutim, interpretacije su obično dvosmislene jer spektri mogu odgovarati više od jednog modela površinskog sastava i zavise od nepoznate veličine čestica. Što je još važnije, optičke površine malih tijela su podložne modificiranju intenzivnog zračenja, sunčevog vjetra i Mikrometeorita. Posljedično, tanki optički površinski sloj mogao bi se prilično razlikovati od regolita ispod, a ne reprezentativan za ukupni sastav tijela.

Smatra se da su male TNO mješavine kamenja i leda niske gustoće s nekim organskim površinskim materijalom (koji sadrži ugljik), kao što je tolin, koji je otkriven u njihovim spektrima. S druge strane, visoka gustoća Haumeae, 2,6–3,3 g/cm3, sugeriše veoma visok sadržaj bez leda (u poređenju sa Plutonovom gustoćomm: 1,86 g/cm3). Sastav nekih malih TNO mogao bi biti sličan sastavu kometa. Zaista, neki kentauri prolaze kroz sezonske promjene kada se približavaju Suncu, čineći granicu zamućenom (vidi 2060 Chiron i 7968 Elst-Pizarro). Međutim, poređenja populacije između kentaura i TNO-a su još uvijek kontroverzna.^[17]

Indeks boja

Ilustracija relativnih veličina, albedosa i boja nekih velikih TNO-ova

Indeks boja su jednostavne mjere razlika u prividnoj veličini objekta koji se vidi kroz plavi (B), vidljivi (V), tj. zeleno-žuti i crveni (R) filter. Dijagram ilustruje poznate indekse boja za sve osim najvećih objekata (u blago pojačanoj boji).^[18] Za referencu, dva mjeseca, Triton i Feba, kentaur Folus i planeta Mars su ucrtani (žute oznake, veličina nije u mjerilu). Proučavane su korelacije između boja i orbitalnih karakteristika, kako bi se potvrdile teorije različitog porijekla različitih dinamičkih klasa:

• Čini se da se klasični objekt Kuiperovog pojasa (cubewano) sastoji od dvije različite populacije boja: takozvane hladne (nagib <5°) populacije, koja prikazuje samo crvene boje, i takozvane vruće (veći nagib) populacije koja prikazuje cijeli raspon boja od plave do veoma crvene.^[19] Nedavna analiza zasnovana na podacima iz Deep Ecliptic Survey potvrđuje ovu razliku u boji između objekata niskog nagiba (nazvanih Jezgro) i visoko nagnutih (nazvanih Halo). Crvene boje objekata Jezgra zajedno sa njihovim neporemećenim orbitama sugerišu da bi ovi objekti mogli biti relikt prvobitne populacije pojasa.^[20]
• Raspršeni disk objekti pokazuju sličnosti boja sa vrućim klasičnim objektima koji ukazuju na zajedničko porijeklo.

Dok su relativno tamnija tijela, kao i populacija u cjelini, crvenkasta (V−I = 0,3–0,6), veći objekti su često neutralnije boje (infracrveni indeks V−I < 0,2). Ova razlika dovodi do sugestije da je površina najvećih tijela prekrivena ledom, skrivajući crvena, tamnija područja ispod.^[21]

Indeksi srednje boje dinamičkih grupa u vanjskom Sunčevom sistemu ^[22]:35

Boja	Plutinos	Cubewanos	Kentauri	SDOs	Komete	Jupiterovi trojanci
B–V	7002895000000000000♠0,895±0,19	7002973000000000000♠0,973±0,174	7002886000000000000♠0,886±0,213	7002875000000000000♠0,875±0,159	7002795000000000000♠0,795±0,035	7002777000000000000♠0,777±0,091
V–R	7002568000000000000♠0,568±0,106	7002622000000000000♠0,622±0,126	7002573000000000000♠0,573±0,127	7002553000000000000♠0,553±0,132	7002441000000000000♠0,441±0,122	7002445000000000000♠0,445±0,048
V–I	7003109500000000000♠1,095±0,201	7003118100000000000♠1,181±0,237	7003110400000000000♠1,104±0,245	7002107000000000000♠1,07±0,22	7002935000000000000♠0,935±0,141	7002861000000000000♠0,861±0,09
R–I	7002536000000000000♠0,536±0,135	7002586000000000000♠0,586±0,148	7002548000000000000♠0,548±0,15	7002517000000000000♠0,517±0,102	7002451000000000000♠0,451±0,059	7002416000000000000♠0,416±0,057

Spektralni tip

Među TNO-ima, kao i među kentaurima, postoji širok raspon boja od plavo-sive (neutralne) do vrlo crvene, ali za razliku od kentaura, bimodalno grupisanih u sive i crvene kentaure, čini se da je distribucija TNOa ujednačena.^[17] Široki raspon spektra razlikuje se po refleksivnosti u vidljivoj crvenoj i bliskoj infracrvenoj. Neutralni objekti predstavljaju ravan spektar, reflektujući onoliko crvene i infracrvene boje koliko i vidljivi spektar.^[23] Veoma crveni objekti predstavljaju strmu padinu, reflektujući se mnogo više u crvenoj i infracrvenoj boji. Nedavni pokušaj klasifikacije (uobičajen kod kentaura) koristi ukupno četiri klase od BB (plava ili neutralna boja, prosječna B−V = 0,70, V−R = 0,39, npr. Orcus) do RR (veoma crvena, B−V = 1,08, V−R = 0,71, npr. Sedna) sa BR i IR kao srednjim klasama. BR (srednja plavo-crvena) i IR (umjereno crvena) razlikuju se uglavnom u infracrvenim opsezima I, J i H.

Tipični modeli površine uključuju vodeni led, amorfni ugljik, silikate i organske makromolekule, nazvane tolini, nastali intenzivnim zračenjem. Četiri glavna tolina se koriste za prilagođavanje nagiba crvenila:

• Titan tolin, za koji se vjeruje da se proizvodi iz mješavine 90% N2 (dušik) i 10% CH4 (metan)
• Triton tolin, kao gore, ali sa vrlo niskim (0,1%) sadržajem metana
• (etan) Ice tholin I, za koji se vjeruje da se proizvodi iz mješavine 86% H2O i 14% C2H6 (etana)
• (metanol) Ice tholin II, 80% H2O, 16% CH3OH (metanol) i 3% CO2

Kao ilustracija dvije ekstremne klase BB i RR, predložene su sljedeće kompozicije

• za Sedna (RR vrlo crvena): 24% triton tolina, 7% ugljika, 10% N2, 26% metanola i 33% metana
• za Orcus (BB, sivo/plavo): 85% amorfnog ugljika, +4% titan tolina i 11% H2O leda

Određivanje veličine i distribucija

Poređenje veličine između Mjeseca, Neptunovog mjeseca Tritona, Plutona, nekoliko velikih TNO-a i asteroida Cerera. Njihovi odgovarajući oblici nisu predstavljeni.

Karakteristično je da su veliki (svijetli) objekti tipično na nagnutim orbitama, dok nepromenljiva ravan pregrupiše uglavnom male i prigušene objekte.^[21]

Teško je procijeniti prečnik TNO-ova. Za vrlo velike objekte, sa vrlo dobro poznatim orbitalnim elementima (poput Plutona), prečnici se mogu precizno izmjeriti zatamnjivanjem zvijezda. Za druge velike TNO, prečnici se mogu procjeniti termičkim mjerenjima. Intenzitet svjetlosti koja obasjava objekt je poznat (iz udaljenosti do Sunca), a pretpostavlja se da je većina njegove površine u termalnoj ravnoteži (obično nije loša pretpostavka za tijelo bez zraka). Za poznati albedo moguće je procijeniti temperaturu površine, a shodno tome i intenzitet toplinskog zračenja. Dalje, ako je poznata veličina objekta, moguće je predvidjeti i količinu vidljive svjetlosti i emitovanog toplotnog zračenja koje stiže do Zemlje. Pojednostavljujući faktor je to što Sunce emituje gotovo svu svoju energiju u vidljivoj svjetlosti i na obližnjim frekvencijama, dok se na niskim temperaturama TNO-a, toplotno zračenje emituje na potpuno različitim talasnim dužinama (daleko infracrveno).

Dakle, postoje dvije nepoznanice (albedo i veličina), koje se mogu odrediti pomoću dva nezavisna mjerenja (količine reflektirane svjetlosti i emitovanog infracrvenog toplotnog zračenja). TNO su toliko udaljeni od Sunca da su veoma hladni, pa stoga proizvode zračenje crnog tijela talasne dužine oko 60 mikrometara. Ovu talasnu dužinu svetlosti nemoguće je posmatrati na površini Zemlje, već samo iz svemira koristeći npr. svemirski teleskop Spitzer. Za posmatranja sa zemlje, astronomi posmatraju rep zračenja crnog tijela u dalekom infracrvenom spektru. Ovo daleko infracrveno zračenje je toliko slabo da je termalna metoda primjenjiva samo na najveće KBO. Za većinu (malih) objekata, promjer se procjenjuje uz pretpostavku albeda. Međutim, pronađeni albedi se kreću od 0,50 do 0,05, što rezultira rasponom veličine od 1.200 do 3.700 km za objekat veličine 1.0.^[24]

Značajni objekti

Object	Description
134340 Pluton	patuljasta planeta i prvi otkriveni TNO
15760 Albion	prototip cubewanoa, prvi objekt Kuiperovog pojasa otkriven nakon Plutona
(385185) 1993 RO	slijedeći plutino otkriven nakon Plutona
(15874) 1996 TL66	prvi objekat identifikovan kao raspršeni disk
1998 WW31	prvi binarni objekt Kuiperovog pojasa otkriven nakon Plutona
47171 Lempo	plutino i trostruki sistem koji se sastoji od centralnog binarnog para slične veličine i trećeg vanjskog cirkumbinarnog satelita
20000 Varuna	veliki cubewano, poznat po brzoj rotaciji (6,3 h) i izduženom obliku
28978 Ixion	veliki plutino, smatran je jednim od najvećih objekata Kuiperovog pojasa nakon otkrića
50000 Quaoar	veliki cubewano sa satelitom; šesti po veličini poznati objekt Kuiperovog pojasa i smatran je među najvećim objektima Kuiperovog pojasa nakon otkrića
90377 Sedna	udaljeni objekt, predložen za novu kategoriju pod nazivom prošireni rasuti disk (E-SDO),[25] odvojeni objekti,[26] udaljeni odvojeni objekti (DDO)[27] ili raspršeno-prošireni u formalnoj klasifikaciji od strane DES-a.
90482 Orcus	najveći poznati plutino, nakon Plutona. Ima relativno veliki satelit.
136108 Haumea	patuljasta planeta, treći po veličini poznati trans-neptunski objekat. Značajan po dva poznata satelita, prstenovima i neobično kratkom periodu rotacije (3,9 h). To je najmasovniji poznati član kolizione porodice Haumea.[28][29]
136472 Makemake	patuljasta planeta, cubewano i četvrti po veličini poznati transneptunski objekat[30]
136199 Erida	patuljasta planeta, rasuti disk objekat i trenutno najmasovniji poznati trans-neptunski objekat. Ima jedan poznati satelit, Dysnomia
6129112004 XR	raspršeni disk objek koji prati vrlo nagnutu, ali gotovo kružnu orbitu
225088 Gonggong	drugi po veličini objekt raspršenog diska sa satelitom
(528219) 2008 KV42 "Drac"	prvi retrogradni TNO, koji ima orbitalni nagib od i = 104°
(471325) 2011 KT19 "Niku"	TNO koji ima neobično visok orbitalni nagib od 110°[31]
2012 VP113	sednoid sa velikim perihelom od 80 AJ od Sunca (50 au iza Neptuna)
486958 Arrokoth	kontakt binarni cubewano na koji je naišla svemirska letjelica New Horizons 2019
2018 VG18 "Farout"	prvi trans-neptunski objekat otkriven dalje od 100 AJ (15 milijardi km) od Sunca
2018 AG37 "FarFarOut"	najudaljeniji vidljivi trans-neptunski objekat na 132 AJ (19,7 milijardi km) od Sunca

Istraživanje

Objekt Kuiperovog pojasa 486958 Arrokoth, na slikama koje je napravila svemirska letjelica New Horizons

Jedina dosadašnja misija koja je prvenstveno ciljala na transneptunski objekat je NASA-in New Horizons, koji je lansiran u januaru 2006. i proletio pored Plutonovog sistema u julu 2015.^[32] i 486958 Arrokoth u januaru 2019.^[33]

Godine 2011, studija dizajna istražila je misiju svemirske letjelice objekata Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea i Erida.^[34]

U 2019. jedna misija za TNO uključivala je dizajn za orbitalno hvatanje i scenarije sa više ciljeva.^[35][36]

Neki TNO koji su proučavani u studiji dizajna bili su 2002 UX25, 1998 WW31 i Lempo.^[36]

Postojanje planeta dalje od Neptuna, u rasponu od mase manje od Zemljine do smeđeg patuljka, često se postulira^[37][38] iz različitih teorijskih razloga kako bi se objasnilo nekoliko uočenih ili pretpostavljenih karakteristika Kuiperovog pojasa i Oortov oblaka. Nedavno je predloženo korištenje podataka o rasponu iz svemirske letjelice New Horizons kako bi se ograničio položaj takvog hipotetiziranog tijela.^[39]

NASA radi na namjenskom međuzvjezdanoj letjelici Precursor u 21. vijeku, jednom namjerno dizajniranom da dopre do međuzvjezdanog medija, a kao dio toga se razmatra i prelet objekata poput Sedne.^[40] Sve u svemu, ova vrsta studija svemirskih letjelica predložila je lansiranje 2020-ih i pokušala bi ići malo brže od Voyagera koristeći postojeću tehnologiju.^[40] Jedna studija dizajna iz 2018. za međuzvjezdanu letjelicu, uključivala je posjetu maloj planeti 50000 Quaoar, 2030-ih.^[41]

Ekstremni trans-neptunski objekti

Pregled transneptunskih objekata sa ekstremnim TNO grupisanim u tri kategorije na vrhu.

Sednina orbita vodi je daleko iznad čak i Kuiperovog pojasa (30-50 AJ), na skoro 1000 aJ (udaljenost Sunce-Zemlja)

Među ekstremnim transneptunskim objektima su tri objekta visokog perihela klasifikovana kao sednoidi: 90377 Sedna, 2012 VP113 i 541132 Leleākūhonua. To su udaljeni odvojeni objekti sa perihelom većom od 70 AJ. Njihova visoka perihelija ih drži na dovoljnoj udaljenosti da izbjegnu značajne gravitacijske perturbacije od Neptuna. Prethodna objašnjenja za visoku periheliju SEDNA uključuju bliski susret sa nepoznatom planetom na udaljenoj orbiti i udaljenom susretu sa slučajnim zvijezdama ili članom sunčevog rođenog klastera koji je prošao u blizini solarnog sistema.^[42][43][44]

Također pogledajte

• Patuljasta planeta
• Mezoplanet
• Nemesis (zvijezda)
• Deveta planeta
• Sednoid
• Mala tijela Sunčevog sistema
• Triton
• Tihe (planet)

Bilješke

1. Literatura je nedosljedna u korištenju izraza "raspršeni disk" i "Kuiperov pojas". Za neke su to različite populacije; za druge, raspršeni disk je dio Kuiperovog pojasa, u kom slučaju se populacija niskog ekscentričnosti naziva "klasični Kuiperov pojas". Autori se čak mogu prebacivati između ove dvije upotrebe u jednoj publikaciji.^[2]