Grupa Vulcana: tajemnica Neith

Niedawno zrobiłem przekład artykułu Michaiła Gersztejna na temat domniemanego satelity Wenus – Neith, zob. https://wszechocean.blogspot.com/2016/10/neith-satelitka-wenus.html, w którym autor opisał obserwacje tajemniczego obiektu kosmicznego, który jakoby obiegał Wenus po orbicie podobnej do naszego Księżyca. Niestety, obiekt ten znikł i więcej już go nie widziano. Obserwacje te z różnym powodzeniem prowadzono od 1645 roku. Ostatnią obserwację zagadkowego obiektu odnotowano w 1768 roku, po czym owe tajemnicze ciało kosmiczne znikło. Nie zaobserwowano go już więcej. Tajemniczy obiekt nazwano Neith – od imienia egipskiej bogini łowów i wojny.

Lokalizacja Wulkanoidów w Układzie Słonecznym

A co ma to wszystko wspólnego z asteroidami z tzw. Grupy Vulcana? Vulcan/Wulkan to hipotetyczna, jeszcze nieodkryta, planeta krążąca wewnątrz orbity Merkurego. Wedle Wikipedii:

Wulkan to hipotetyczna planeta bądź planetoida, która miała krążyć bliżej Słońca niż Merkury. Jego istnienie zasugerował francuski matematyk i astronom Urbain Le Verrier w ogłoszonej w 1859 r. pracy na temat ruchu peryhelium Merkurego, którego zaburzeń nie dało się wytłumaczyć na gruncie mechaniki klasycznej. Zakładana orbita Wulkana miała znajdować się nie bliżej Słońca niż 0,03 AU czyli ok. 4,5 mln km, gdyż poniżej tej granicy orbita byłaby zbyt niestabilna i doprowadziłaby do nieuchronnego zderzenia ze Słońcem. Dokładne obserwacje tych rejonów Układu Słonecznego wykluczyły jednak istnienie planety lub nawet planetoidy tak blisko Słońca, gdyż przy obecnym stanie wiedzy dawno można by je zauważyć (albo są tak małe, że podpadają do kategorii pyłu kosmicznego). Ostatecznie zaburzenia ruchu Merkurego udało się wytłumaczyć oddziaływaniem grawitacyjnym Słońca na podstawie ogłoszonej w 1915 r. ogólnej teorii względności. Do dziś jednak nazwa Wulkan pozostaje nieużywana w oficjalnej nomenklaturze astronomicznej „na wszelki wypadek”.

A jednak powraca się do tej hipotezy, która ma związek z osobliwościami planety Merkury, która jest jedną z najbardziej tajemniczych planet Układu Słonecznego. A chodzi konkretnie o jego dużą gęstość, która wynosi aż 5427 kg/m³ (średnia gęstość Ziemi 5514 kg/m³ - nie uwzględniając kompresji grawitacyjnej, gęstość Merkurego wynosiła by 5300 kg/m³, zaś w przypadku Ziemi tylko 4400 kg/m³), co sugeruje, że planeta ta „pozbyła się” swej skorupy i części płaszcza wskutek kolizji z innym ciałem kosmicznym we wczesnym etapie formowania się Układu Słonecznego. Na podobnej zasadzie powstał nasz Księżyc, który – wedle najnowszej teorii – został „wychlapnięty” z Protoziemi wskutek kolizji z planetą Thea jeszcze w Hadeiku, czyli jakieś 4,5 GA lat temu. Tak więc mogło być także w przypadku Merkurego. Kilka miliardów lat temu jakieś duże ciało kosmiczne uderzyło Merkurego. Uderzenie to nie było centralne, ale poszło rykoszetem tam, gdzie dzisiaj jest ogromny basen uderzeniowy Caloris Basin/Caloris Planitia.

Merkury się ostał, ale jego wierzchnie warstwy poleciały w przestrzeń międzyplanetarną i… no właśnie – nie wiemy, co się z nimi stało. Przypuszcza się, że powstałe w ten sposób asteroidy rozleciały się po Układzie Słonecznym i być może są one odpowiedzialne za Wielkie Bombardowanie Ziemi, Księżyca i innych planet, co miało miejsce pomiędzy 3,8 a 4,1 GA temu. Przyczyna wystąpienia Wielkiego Bombardowania nie jest znana. Być może w tym czasie doszło do dużych zmian orbit planet lub też zaszło nieznane zjawisko w odległych rejonach Układu Słonecznego. Skutkiem tego zjawiska było skierowanie dużej liczby planetoid bądź obiektów pasa Kuipera w stronę Słońca i planet wewnętrznych. Szczególnie silnie z tego powodu bombardowany był Merkury. Okres ten trwał ponad 200 MA.

Myślę, że było właśnie na odwrót – to szczątki skorupy i części płaszcza Merkurego ostrzeliwały planety wewnętrzne przez 200 MA. Oczywiście do tego mogły dojść także kuiperowce, jedno nie wyklucza drugiego.

Część materii ze zmasakrowanego Merkurego mogła pójść w kierunku Słońca i tam utworzyć pas asteroid na wzór Pasa Asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem – i to byłyby te tajemnicze Wulkanoidy. Jak ujmuje to Wikipedia:

Wulkanoidy – hipotetyczne planetoidy, które obiegają Słońce po orbitach przebiegających wewnątrz orbity planety Merkury. Nazwa pochodzi od hipotetycznej planety Wulkan, której istnienie jest obecnie wykluczone. Dotychczas żadne takie planetoidy nie zostały odkryte; nie ma pewności, czy w ogóle istnieją.

Jeśli istnieją, Wulkanoidy mogły uniknąć wykrycia ze względu na bardzo małe rozmiary i położenie na niebie blisko tarczy Słońca. Ze względu na bliskość Słońca, poszukiwania z Ziemi mogą być wykonywane tylko o zmroku lub podczas zaćmienia Słońca. Współczesne obserwacje nakładają ograniczenia na możliwą populację Wulkanoidów: muszą one mieć średnicę nie większą niż 6 km i prawdopodobnie krążą po prawie kołowych orbitach w pobliżu zewnętrznej krawędzi grawitacyjnie stabilnego obszaru.

Wulkanoidy, o ile zostałyby odkryte, mogłyby dostarczyć naukowcom pierwotnego materiału okresu formowania się planet, a także dałyby wgląd w warunki panujące we wczesnym Układzie Słonecznym. Chociaż każdy inny grawitacyjnie stabilny region w Układzie Słonecznym zawiera ciała niebieskie, to efekty niegrawitacyjne (takie jak efekt Jarkowskiego) lub wpływ migracji planet w początkowej fazie rozwoju Układu Słonecznego, mogły wyczyścić ten obszar z wszelkich ewentualnych planetoid.

Historia obserwacji

Przez stulecia postulowano istnienie i poszukiwano ciał niebieskich krążących bliżej Słońca niż Merkury. Niemiecki astronom Christoph Scheiner w 1611 roku sądził, że zaobserwował małe ciała przechodzące przed tarczą Słońca, ale później wykazano, że były to plamy słoneczne. W 1850 r. Urbain Le Verrier przeprowadził szczegółowe obliczenia orbity Merkurego i znalazł niewielkie odchylenie od przewidywanych wartości w precesji peryhelium planety. Postulował on, że możliwym wyjaśnieniem jest oddziaływanie grawitacyjne z planetą lub małym pierścieniem planetoid na bliższej Słońca orbicie. Wkrótce potem astronom amator Edmond Lescarbault ogłosił, że widział tranzyt postulowanej planety przez tarczę Słońca; nowa planeta została nazwana Wulkan, ale nigdy więcej nie była widziana. Anomalne zachowanie orbity Merkurego zostało wyjaśnione przez Einsteina w ramach ogólnej teorii względności w 1915 roku. Nazwa „Wulkanoidy” wywodzi się właśnie od owej hipotetycznej planety. Lescarbault prawdopodobnie widział inną dużą plamę słoneczną.

Całkowite zaćmienie Słońca; takie wydarzenia są okazją do poszukiwania Wulkanoidów z Ziemi

Wulkanoidy, o ile istnieją, są trudne do wykrycia ze względu na silny blask pobliskiego Słońca; obserwacje naziemne mogą być wykonywane tylko o zmierzchu lub w czasie zaćmienia Słońca. W pierwszych latach XX wieku podczas kilku zaćmień przeprowadzono obserwacje, które nie wykazały istnienia żadnych Wulkanoidów; tym niemniej obserwacje w czasie zaćmienia są wciąż wykorzystywaną metodą ich poszukiwania. Konwencjonalne teleskopy nie nadają się do obserwacji takich planetoid, ponieważ Słońce może uszkodzić ich optykę.

W 1998 roku astronomowie przeanalizowali dane z instrumentu LASCO umieszczonego w sondzie SOHO, który jest zestawem trzech koronografów. Dane zebrane od stycznia do maja tego roku nie wykazały żadnych Wulkanoidów o wielkości +7^m. To odpowiada średnicy około 60 km, przy założeniu, że planetoidy te mają albedo podobne do Merkurego. W szczególności zostało wykluczone istnienie dużej planetoidy krążącej w odległości 0,18 AU od gwiazdy, przewidywanej przez teorię względności skal.

W późniejszych próbach wykrycia Wulkanoidów wykorzystywano obserwacje lotnicze, podczas których sprzęt astronomiczny był wynoszony w wyższe warstwy atmosfery, gdzie niebo o zmierzchu jest ciemniejsze i czystsze niż widziane z powierzchni. W 2000 roku planetolog Alan Stern prowadził obserwacje strefy Wulkanoidów za pomocą samolotu rozpoznawczego Lockheed U-2, lecąc o zmierzchu na wysokości 21.300 m. W 2002 roku Stern i Dan Durda przeprowadzili podobne badania z użyciem myśliwca F-18, wykonując trzy loty nad pustynią Mojave na wysokości 15.000 m. Nawet na tych wysokościach atmosfera jest względnie gęsta i może utrudniać obserwacje. 16 stycznia 2004 z White Sands w Nowym Meksyku została wystrzelona rakieta sondażowa Black Brant, wynosząc kamerę VulCam w dziesięciominutowy lot suborbitalny. Rakieta osiągnęła wysokość 274 km, kamera wykonała 50.000 zdjęć. Zdjęcia nie wykazały obecności żadnych Wulkanoidów, ale pojawiły się problemy techniczne.

Dane przesłane przez sondę MESSENGER, krążącą do 2015 roku wokół Merkurego, również mogą być użyteczne w poszukiwaniu Wulkanoidów. Możliwości obserwacyjne sondy były ograniczone, ponieważ instrumenty badawcze muszą być ukryte za osłoną termiczną, aby uniknąć ich uszkodzenia. Sonda wykonała zdjęcia obejmujące fragment zewnętrznej części strefy Wulkanoidów, nie znajdując tych planetoid. Przewiduje się, że byłaby w stanie zaobserwować obiekty o średnicach co najmniej 15 km w zewnętrznej części obszaru ich hipotetycznego występowania. Także europejski orbiter Merkurego BepiColombo jest wyposażony w kamerę, zdolną do wykrycia obiektów jaśniejszych niż +18^m w zewnętrznej części pasa.

Bliźniacze sondy kosmiczne STEREO, obserwujące Słońce i jego bliskie otoczenie z przeciwbieżnych orbit heliocentrycznych, nie zdołały wykryć żadnych planetoid krążących bliżej Słońca niż Merkury. Oznacza to, że najprawdopodobniej nie istnieją Wulkanoidy o średnicy większej niż 5,7 km. Misja Parker Solar Probe, która ma się zbliżyć jeszcze bardziej do Słońca, będzie miała możliwość wykrycia słabszych obiektów, bądź nałożenia silniejszych ograniczeń na ich rozmiary.

Orbity

Wulkanoidy są definiowane jako planetoidy o stabilnej orbicie, której półoś wielka jest mniejsza niż półoś wielka orbity Merkurego (0,387 AU). Ta kategoria nie obejmuje obiektów takich jak komety muskające Słońce czy znane planetoidy przecinające orbitę Merkurego, które mają peryhelium wewnątrz orbity tej planety, ale mają znacznie większe półosie wielkie i oddalają się od Słońca znacznie bardziej niż on.

Strefa w której mogą krążyć Wulkanoidy (pomarańczowa) w porównaniu z orbitami Merkurego, Wenus i Ziemi

Obliczenia wskazują na istnienie grawitacyjnie stabilnego obszaru wewnątrz orbity Merkurego, w odległości od ~0,09 do 0,20 AU od Słońca. Wewnętrzna granica może teoretycznie sięgać aż 0,06 AU; na bliższych orbitach utrata masy na skutek sublimacji doprowadziłaby do zniszczenia obiektów. Orbity w pobliżu 0,15 i 0,18 AU są destabilizowane przez rezonans orbitalny z Merkurym i Wenus, co tworzy przerwy w hipotetycznym pasie Wulkanoidów analogiczne do przerw Kirkwooda w pasie planetoid. Wszystkie inne podobnie stabilne obszary w Układzie Słonecznym okazały się zawierać jakieś ciała niebieskie, choć efekty niegrawitacyjne takie jak ciśnienie promieniowania, efekt Poyntinga-Robertsona i efekt Jarkowskiego mogły zubożyć pierwotną populację Wulkanoidów. Ocenia się, że obecnie nie istnieje więcej niż 300–900 Wulkanoidów o promieniu większym niż 1 km, o ile w ogóle istnieją. Grawitacyjna stabilność strefy Wulkanoidów wynika po części z faktu, że sąsiaduje z nią orbita tylko jednej planety. Pod tym względem można ją porównać do pasa Kuipera.

Zewnętrzna granica strefy Wulkanoidów znajduje się około 0,20 AU od Słońca. Orbity dalsze niż 0,21 AU są niestabilne ze względu na grawitacyjne oddziaływanie Merkurego i jakikolwiek obiekt krążący tam trafiłby na orbitę przecinającą orbitę Merkurego w czasie rzędu 100 milionów lat; ciała krążące pomiędzy 0,18 a 0,21 AU mogą pozostawać na swoich orbitach w dłuższym okresie, lecz nie tak długim jak czas istnienia Układu Słonecznego (4,5 GA). Wewnętrzna krawędź nie jest wyraźnie określona: obiekty krążące bliżej niż 0,06 AU są bardzo podatne na efekt Poyntinga-Robertsona i efekt Jarkowskiego, a planetoida krążąca w odległości nawet 0,09 AU miałaby temperaturę 1000 K lub wyższą, wystarczająco dużą, aby jej czas życia ograniczało odparowanie rozgrzanych skał.

Hipotetyczna strefa Wulkanoidów jest bardzo mała w porównaniu do pasa planetoid. Kolizje ewentualnych obiektów w tym obszarze byłyby częste i wysokoenergetyczne, prawdopodobnie destrukcyjne. Najkorzystniejszą lokalizacją dla planetoidy w tym obszarze jest kołowa orbita przebiegająca w pobliżu zewnętrznej krawędzi grawitacyjnie stabilnego obszaru. Wulkanoidy prawdopodobnie nie mają inklinacji większej niż około 10° do ekliptyki. Możliwe jest również istnienie planetoid trojańskich w pobliżu punktów libracyjnych na orbicie Merkurego.

Charakterystyka fizyczna

Jeśli istnieją jakiekolwiek wulkanoidy, to muszą być stosunkowo niewielkimi planetoidami. Dotychczasowe obserwacje, szczególnie sond kosmicznych STEREO, wykluczają istnienie w tym obszarze planetoid o średnicy większej niż 6 km. Minimalny rozmiar jest rzędu 100 m; cząstki mniejsze niż 0,2 μm są silnie odpychane przez ciśnienie promieniowania, a obiekty mniejsze niż 70 m na skutek efektu Poyntinga-Robertsona nieuchronnie spadną na Słońce. Jednak ze względu na to, że jasność Słońca stopniowo rośnie wraz z jego ewolucją i w przeszłości była mniejsza niż obecnie, mniejsze, kilkudziesięciometrowe obiekty mogłyby przetrwać do chwili obecnej. Bardziej prawdopodobne jest istnienie większych obiektów, których średnice mogą przekraczać 1 km. Byłyby one niemal tak gorące, aby żarzyć się na czerwono.

Uważa się, że Wulkanoidy, o ile istnieją, mogą być bogate w pierwiastki o wysokiej temperaturze topnienia, takie jak żelazo i nikiel. Prawdopodobne nie mają regolitu, ponieważ luźne fragmenty skał ogrzewają się i chłodzą szybciej niż lita skała, i większy wpływ na nie ma efekt Jarkowskiego. Wulkanoidy prawdopodobnie mają kolor i albedo podobne do Merkurego, i mogą zawierać pierwotną materię, pozostałą po wczesnych etapach powstawania Układu Słonecznego.

Istnieją dowody na to, że Merkury został uderzony przez duży obiekt stosunkowo późno w historii planety. Taka kolizja mogłaby zniszczyć dużą część skorupy i płaszcza Merkurego, co wyjaśniałoby dlaczego zewnętrzne warstwy tej planety są tak cienkie w porównaniu z innymi planetami typu ziemskiego. Jeżeli takie uderzenie miało miejsce, wyrzucona w jego wyniku materia może wciąż okrążać Słońce w strefie Wulkanoidów.

Znaczenie

Wulkanoidy, będąc nową klasą małych ciał Układu Słonecznego, byłyby interesujące same w sobie, ale samo zweryfikowanie ich istnienia przyniosłoby informacje na temat powstania i ewolucji Układu Słonecznego. Jeśli istnieją, to mogą zawierać materię pozostałą z najwcześniejszego okresu formowania się planet i pomóc określić warunki, w których powstawały planety skaliste, w szczególności Merkury. Jeśli Wulkanoidy istnieją lub istniały w przeszłości, to stanowiły one dodatkową populację ciał bombardujących powierzchnię Merkurego, ale nie innych planet, przyczyniając się do tego, że powierzchnia ta wydaje się geologicznie starsza, niż jest w rzeczywistości. Jeśli okaże się, że Wulkanoidy nie istnieją, nałoży to inne ograniczenia na warunki powstawania planet i będzie sugestią, że w wewnętrznym Układzie Słonecznym miały miejsce inne procesy, takie jak migracja planet, która „wyczyściła” ten obszar z drobnych ciał.

Strefa Wulkanoidów wewnątrz orbity Merkurego

Tyle Wikipedia. Nasze przyrządy obserwacyjne nie wykryły niczego, ale to wcale nie oznacza, że tam niczego nie ma! Nie będziemy mieli pewności, póki nie przekonamy się o tym sami. I znów wracamy do tajemniczej Neith. Czymże ona była?

Istnieje możliwość, że astronomowie widzieli po prostu asteroidę (524522) 2002 VE₆₈, która porusza się po osobliwej trajektorii pozostając w  rezonansie orbitalnym 1 : 1 z Wenus i dzięki temu, że jej odległość od Słońca wynosi 0,72 AU, czas obiegu Słońca – 226 dni (Wenus – 224,65 doby) nazywana jest quasi-księżycem tej planety. NB, asteroida ta zalicza się do grupy PHA – potencjalnie niebezpiecznych dla Ziemi. Najprawdopodobniej to właśnie ją zaobserwowano w 1647 roku. Wskazywałby na to nieregularny kształt widzianego wtedy obiektu.

Inna możliwość jest taka, jaką opisał Daniel Laskowski w swym opowiadaniu pt. „Pocałunek z Wenus” – zob. - https://daniel-laskowski.blogspot.com/2018/11/opowiadania-wakacyjne-249.html, że była to krótkotrwała satelitka Wenus, która wpadła w jej pole grawitacyjne i po spirali stadła na Złotą Planetę pogłębiając istniejący tam efekt cieplarniany. Jeżeli to prawda, to ślady tego upadku znajdują się na Wenus w postaci potężnej ilości wulkanów, które powstały wskutek impaktu. Wenus ma sztywną skorupę i dlatego uderzenie dużego ciała kosmicznego spowodowało jej spękanie i powstanie wulkanów, których erupcje trwają do dziś dnia. Impakt spowodował wytracenie prędkości i odwrócenie rotacji planety (Wenus obraca się wokół własnej osi raz na 243 dni, w kierunku odwrotnym, niż wszystkie inne planety Układu Słonecznego), dzięki czemu Słońce wstaje tam na zachodzie i zachodzi na wschodzie… 

Trzecia możliwość, to bombardowanie planety resztkami zrujnowanego Merkurego. Część „bomb” mogła załapać się na orbitowanie wokół Złotej Planety – i zostały one zaobserwowane przez dawnych astronomów, na którą potem spadały za każdym razem urządzając tam kataklizm znany nam z granicy K/Pg, kiedy to wybite zostały dinozaury, a Dinozauroidzi musieli uciekać z planety na Księżyc, Marsa albo do … Agharty, albo w inny Czas lub wymiar.

To już jest kompletne sci-fi, ale jeżeli potrzebujemy hipotez szalonych…