Chariklo – planetoida z pierścieniami

Od wielu lat (dokładnie od 1977 roku, gdy odkryto pierścienie Urana) wiemy, że Saturn nie jest jedynym otoczonym pierścieniami światem w Układzie Słonecznym. Pozostałe gazowe giganty również mogą takimi się pochwalić. W 2014 roku nastąpił kolejny przełom, gdy Europejskie Obserwatorium Południowe poinformowało o bardzo niezwykłym odkryciu: asteroida (10199) Chariklo posiada dwa pierścienie, jako pierwszy znany obiekt tego typu.

Skała o średnicy około 250 km (jej kształt jest prawdopodobnie wydłużony, o wymiarach 287,6 × 270,4 × 198,2 km), czyli około połowy długości Wielkiego Kanionu albo dwóch szerokości kanału La Manche, jest centaurem – jedną z planetoid krążących wokół Słońca między orbitami Jowisza i Neptuna i jednocześnie największym znanym przedstawicielem tej grupy. Obiekt został odkryty przez Jamesa V. Scottiego z programu Spacewatch 15 lutego 1997 roku. Chariklo nosi imię nimfy Chariklo (Χαρικλώ), żony Chirona i córki Apolla. Badanie fotometryczne przeprowadzone w 2001 roku nie było w stanie precyzyjnie określić okresu rotacji, jednak przypuszcza się, że wynosi on około 7 godzin. 

Od momentu odkrycia, wiele grup badawczych prowadziło obserwacje Chariklo na różnych długościach fal, mając na celu poznanie składu jego powierzchni. Pomimo przeprowadzonych badań, nadal istnieją poważne różnice zdań w tej kwestii. Obserwacje centaura w podczerwieni wskazują na obecność lodu wodnego, który w rzeczywistości może znajdować się wyłącznie w jego pierścieniach. Uważa się, że pierścienie składają się z lodu wodnego, krzemianów, tolinów i pewnej ilości węgla amorficznego. Do tej pory nie wykryto żadnej aktywności kometarnej Chariklo, pomimo przejścia przez peryhelium w momencie kiedy był już obserwowany. Nie wyklucza to jednak możliwości, że w przeszłości planetoida mogła wykazywać taką aktywność.

Orbita Chariklo w perspektywie orbit Jowisza (kolor pomarańczowy), Saturna (żółty) i Urana (zielony).

Orbita

Centaury w większości powstały w pasie Kuipera i poruszają się po mocno niestabilnych orbitach (w wyniku oddziaływań z gazowymi olbrzymami), które w końcu doprowadzą je do wyrzucenia z Układu Słonecznego, zderzenia z planetą lub Słońcem lub przekształcenia się w krótkookresową kometę. Uważa się, że czas połowicznego zaniku całej populacji to około 2,7 miliona lat. Orbita Chariklo jest bardziej stabilna niż orbita wielu innych odkrytych centaurów, w tym Nessusa, Chirona czy Pholusa. Planetoida porusza się po orbicie z szacowanym okresem półtrwania wynoszącym około 10,3 miliona lat. Chariklo okrąża Słońce co 22.987 dni (niecałe 63 lata), zbliżając się na minimalną odległość 13,15 j.a. i sięgając w aphelium aż do 18,45 j.a. od Słońca. Orbitalne symulacje sugerują, że Chariklo nie zacznie regularnie zbliżać się do Urana na odległość mniejszą niż 3 j.a. przez około trzydzieści tysięcy lat. Podczas peryhelicznych opozycji w latach 2003-2004 Chariklo miała pozorną wielkość +17,7 mag.

Pierścienie

W 2013 roku obserwacje Chariklo ujawniły nieoczekiwaną obecność dwóch wąskich, oddalonych od siebie o 8.7±0.4 km pierścieni o szerokości 6-7 km i 2-4 km i promieniach odpowiednio 391 i 405 km, co czyni ją jedynym małym ciałem w Układzie Słonecznym, które posiada tego typu znaną i potwierdzoną strukturę. Odkrycia dokonał zespół astronomów przy użyciu kilkunastu teleskopów w różnych miejscach w Argentynie, Brazylii, Chile i Urugwaju w Ameryce Południowej, podczas obserwacji zakrycia przez planetoidę gwiazdy UCAC4 248-108672 o jasności 12,4 magnitudo, znajdującej się w gwiazdozbiorze Skorpiona w dniu 3 czerwca 2013 roku. Zespół astronomów kierowany przez Felipe Braga Ribasa, astronoma ze stopniem doktora w National Observatory (ON) w Rio de Janeiro i 65 innych badaczy z 34 instytucji w 12 krajach był w stanie obserwować zjawisko, podczas którego gwiazda znika za zakrywającym ją ciałem. 1,54-metrowy Duński Teleskop Narodowy w Obserwatorium La Silla, ze względu na znacznie większą szybkość pozyskiwania danych przez swoją kamerę (10Hz), był jedynym teleskopem, zdolnym do rozdzielenia poszczególnych pierścieni.

Wyniki obserwacji ogłoszono 26 marca 2014 roku. Odkrycie pierścieni Chariklo było wielką niespodzianką i wywołało poważną dyskusję na temat ich natury i pochodzenia, jednocześnie otwierając możliwość, że inne małe ciała, takie jak Chiron, również mogą je posiadać. Zaproponowano różnorodne mechanizmy wyjaśniające ich obecność, w tym pozostałości po zderzeniu z innym małym ciałem, szczątki z rozerwania pływowego innego małego ciała, częściowe rozerwanie pływowe samego Chariklo, a nawet obecność cząstek pyłu wysłanych na orbitę w wyniku aktywności kometarnej planetoidy w przeszłości.

Pierścienie Chariklo powinny rozproszyć się w ciągu co najwyżej kilku milionów lat, więc albo są stosunkowo młode, albo są aktywnie powstrzymywane przez „księżyc pasterski” o masie porównywalnej z masą samych pierścieni. Zespół nazwał pierścienie Oiapoque (wewnętrzny, bardziej masywny) i Chuí (zewnętrzny pierścień), na cześć dwóch rzek, które tworzą północną (z Gujaną Francuską) i południową (z Urugwajem) granicę przybrzeżną Brazylii. 

Obserwacje za pomocą Teleskopu Webba

Zespół astronomów kierowany przez Pablo Santosa-Sansa z Instituto de Astrofísica de Andalucía postanowił wykryć pierścienie Chariklo za pomocą Komiscznego Teleskopu Jamesa Webba. Jednak zespół nie wiedział, czy i kiedy gwiazda, bez której nie doszłoby do zakrycia, wpadnie w pole widzenia Webba. To sprawiło, że Chariklo stała się częścią programu Webba, określanego jako Target of Opportunity (ToO), co oznacza, że jeśli zajdzie mocne przypuszczenie, że asteroida znajdzie się przed gwiazdą, program umożliwi astronomom tymczasowe przerwanie harmonogramu teleskopu w celu obserwacji zdarzenia.

18 października 2022 roku Chariklo znalazła się między JWST a odległą gwiazdą Gaia DR3 6873519665992128512. Zespół astronomów użył instrumentu NIRCam aby zarejestrować moment, w którym światło gwiazdy przygasło bardzo nieznacznie, dwa razy w krótkim odstępie czasu, a potem stało się to ponownie. NIRCam w ten sposób zaobserwował cień pierścieni blokujących światło gwiazdy, podobnie jak stało się to w momencie odkrycia. Wykres jasności obiektu w czasie, pokazał, że obserwacje zakończyły się pełnym sukcesem, a pierścienie zostały uchwycone dokładnie tak, jak przewidywano. 

Niedługo później inny zespół astronomów kierowany przez Deana Hinesa z Space Telescope Science Institute użył instrumentu NIRSpec (ang. Near Infrared Spectrometer), aby zmierzyć słabe odbicie światła słonecznego od planetoidy i jej pierścieni. Różne cząsteczki pochłaniają i odbijają różne długości fal światła, więc rozdzielając światło słoneczne odbite od Chariklo na poszczególne długości fal, które je tworzą, Hines i jego współpracownicy mogli odczytać chemiczne „odciski palców” centaura i jego delikatnych pierścienie.

Plany na przyszłość

W czerwcu 2018 roku opublikowano koncjepcję misji „Camilla”, która miałaby wystrzelić zrobotyzowaną sondę w celu wykonania pojedynczego przelotu obok Chariklo i zrzucenia impaktora o masie 100 kg, wykonanego z wolframu. Powstały w ten sposób krater o głębokości około 10 metrów pozwoliłby na przeprowadzenie zdalnej analizy składu planetoidy podczas przelotu sondy. Misja zostałaby zaprojektowana tak, aby mieściła się w pułapie kosztów New Frontiers, chociaż formalnie nie została (jeszcze) zgłoszona do tego programu. Statek kosmiczny miałby zostać wystrzelony we wrześniu 2026 roku, następnie przy wykorzystaniu asysty grawitacyjnej Wenus (luty 2027), dwukrotnie Ziemi (grudzień 2027 i 2029) i Jowisza w (październik 2031) wysłany w kierunku spotkania z Chariklo w styczniu 2039 roku. Statek byłby zasilany wielozadaniowym RTG i napędzany przez silniki hydrazynowe. Ładunek naukowy składałby się z impaktora, wysokiej jakości sprzętu do obrazowania, skanerów spektralnych i radiometru submilimetrowego.

1. https://academic.oup.com/mnras/article/479/4/4770
2. https://www.spacereference.org/10199-chariklo-1997-cu26
3. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aa6981
4. https://solarsystem.nasa.gov/asteroids/10199-chariklo/in-depth/
5. https://www.aanda.org/articles/aa11660-09/aa11660-09.html
6. https://www.space.com/webb-space-telescope-chariklo-water-ice
7. https://www.eso.org/public/news/eso1410/