Gdyby astronomowie innych cywilizacji skierowali na Układ Słoneczny swoje odpowiedniki Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, nie dostrzegliby Ziemi lecz mogliby dostrzec przesłanki świadczące o naszym istnieniu – uważa astronom Markus Landgraf.

Używając aparatu fotograficznego rejestrującego promieniowanie podczerwone mogliby dostrzec olbrzymi obłok pyłowy w kształcie torusa, z klasyczną dziurą wewnątrz, otaczający żółtą gwiazdę. Wykonując obliczenia matematyczne mogliby dojść do wniosku, że wokół gwiazdy krąży wielka planeta (Jowisz), która spowodowała powstanie dziury wewnątrz torusa. Mogliby też dostrzec mniejszą dziurę wywołaną oddziaływaniem Neptuna.

Spaceflight Now

Na tym wykonanym przez COBE zdjęciu widac ślady dysku pyłowego otaczającego Układ Słoneczny. Są to niebieskie łuki widoczne po bokach zdjęcia.

Landgraf, astronom z Darmstadt w Niemczech, przeanalizował dane zebrane przez dwie sondy Pionieer 10 i Pionieer 11 wystrzelone z Ziemi trzydzieści lat temu. Jego wnioski mogą nam wiele powiedzieć o przesłankach mogących świadczyć o istnieniu planet krążących wokół innych gwiazd.

Obłok pyłu w naszym Układzie Słonecznym jest zbudowany z ziaren różnych rozmiarów. Aby dostrzec ślady istnienia planet, astronomowie powinni skupić się na dostrzeganiu obecności jak najmniejszych ziaren o rozmiarach rzędu setnej części milimetra (kilkanaście razy mniej niż zwykłe ziarnko piasku).

W okolicach orbity ziemskiej w każdym kilometrze sześciennym przestrzeni znajduje się średnio jedno takie ziarno. Gdyby wokół Słońca nie krążyły planety, ich gęstość byłaby przynajmniej dwa razy większa.

Najbardziej gęsta część obłoku znajduje się poza orbitą Saturna. Jej odległość od Słońca jest około piętnastu razy większa od odległości Ziemia-Słońce. W takiej odległości duże znaczenia mają również większe ziarna pyłu.

To wysokie stężenie pyłu zostało na przełomie lat 70-tych i 80-tych odkryte przez sondy Pioneer 10 i 11. Wcześniej uczeni przypuszczali, że gęstość pyłu maleje z odległością, gdyż jest ściągany w kierunku Słońca.

Od czasu odkryć Pionierów astronomowie zastanawiali się nad pochodzeniem tych ziaren. Po postawieniu hipotezy, że pył przybył do Układu Słonecznego z zewnątrz pojawiła się konieczność znalezienia jego źródeł, które musiały znajdować się na obrzeżach Układu Słonecznego. Landgraf i jego współpracownicy ocenili, że pył musi być produkowany i dostarczany w tempie około 50 ton na sekundę.

Na podstawie danych uzyskanych dzieki sondzie Ulysses udało im się też stwierdzić, że cząstki pyłu międzygwiazdnego sa znacznie mniejsze, niż cząstki powstałe wewnątrz Układu Słonecznego. Cząstki pochodzenia gwiezdnego są w rzeczywistości tak małe, że nie mogły być obserwowane przez sondy Pionieer. To ostatecznie wyklucza możliwość, aby obserwowane przez nie cząstki pyłu pochodziły spoza Układu Słonecznego.

Na podstawie danych z Pionierów i posługując się symulacjami komputerowymi postawiono hipotezę, że poszukiwanym źródłem są obiekty kometo podobne znajdujące się poza orbitą Neptuna.

„Zderzają się one ze sobą” – wyjaśnia Landgraf. „Podobnie jak cegła spadająca z dachu, w wyniku takich zderzeń rozpryskują się one na miliony kawałków”.

Rozwiązanie zdaje się być oczywiste. Jednak takie obiekty okryto dopiero na początku lat 90-tych (tworzą one tak zwany Pas Kuiper’a). Dopiero w ostatnich latach skojarzono je z pyłem w Układzie Słonecznym.

Pojawiły się również hipotezy, że nasz system planetarny ściąga pył znajdujący się w naszej Galaktyce, który wpadając w obszar występowania komet niczym papier ścierny ściera je, przyczyniając się do pojawienia się jeszcze większej ilości pyłu.

W tym wyjaśnieniu jest jednak pewna niejasność. Jeśli pył dryfuje w kierunku Słońca, dlaczego nie jest równomiernie rozłożony? Dlaczego wewnątrz jest dziura?

Odpowiedź na to pytanie płynie z wcześniejszych prac grupy współpracującej z Landgraf’em, w skład której wchodził Jer-Chyi Liou z Lockheed Martin Space Operations w Centrum Kosmicznym Johnsona. Liou wyjaśnia, że grawitacja Neptuna działa niczym zapora i powoduje odkładanie się pyłu.

„Większość tego pyłu zostaje uwięziona na miliony lat, zanim uda jej się uciec i kontynuować swoją podróż w kierunku Słońca” – wyjaśnia Liou.

Kiedy ziarna przedostaną się przez tę zaporę, silniejsze pola grawitacyjne Jowisza i Saturna kierują większość pyłu z powrotem w zewnętrzne części Układu Słonecznego. Tylko 20 procent pyłu przedostaje się przez orbitę Jowisza, przez co wewnątrz niej pojawia się wspomniana dziura.

Liou stwierdził, że nowe badania są pierwszym krokiem w kierunku potwierdzenia istnienia odległego dysku pyłowego, nazywanego Pasem Edgeworth’a-Kuiper’a, rozciągającego się począwszy od okolic Saturna, aż za orbitę Plutona. Aby dokładnie zbadać strukturę tego Pasa potrzebne będą dalsze badania.

Badania te niosą ze sobą możliwość wykrywania w przyszłości, na podstawie kształtu obłoku pyłowego, planet o rozmiarach Jowisza, które nie mogą być dostrzeżone za pomocą innych współczesnych metod.

Liou twierdzi, że pył wokół gwiazdy pozbawionej wielkich planet jest równomiernie rozłożony. Jednak planeta wielkości Neptuna spowoduje powstanie obszarów gromadzenia się pyłu. Obszary te będą swoim kształtem przypominały łuki. Powinny być one dostrzegalne za pomocą współczesnych teleskopów podczerwonych.

W 1998 roku odkryto tego typu dysk wokół gwiazdy espilon w gwiazdozbiorze Erydana. Znajduje się ona około 10 lat świetlnych od nas i jest w mało zaawansowanym stadium ewolucji w porównaniu ze Słońcem. Dotychczas nie potwierdzono istnienia planet wokół tej gwiazdy. Astronomowie zgadzają się jednak, że może ona być oknem w przeszłość, umożliwiającym ujrzenie naszego Układu Słonecznego takim, jakim był około 4 miliardów lat temu, krótko po powstaniu planet. Komputerowe symulacje przeprowadzone przez Liou potwierdzają podobieństwo epsilon Erydana i Słońca. „Cechy dysku pyłowego są bardzo podobne do wyników naszych symulacji dotyczących Pasa Edgeworth’a-Kuiper’a.„

Wyniki prac Landgraf’a i Liou otwierają innym uczonym okno na poszukiwania planet wokół wielu podobnych, stosunkowo bliskich gwiazd. Rzucą one nowe światło na badania procesów powstawania planet. Mogą również pomóc uczonym w poszukiwaniu planet typu ziemskiego.

„Jeśli wokół niezbyt młodej gwiazdy zosatanie odkryty dysk pyłowy, oznaczać to będzie, że musi też istnieć źródło pochodzenia tego pyłu. Jedynym wytłumaczeniem jest, że giazda ta posiada system planet, komet, asteroidów i innych ciał, które sa odpowiedzialne za powstawanie pyłu” – mówi Malcolm Fridlund, naukowiec zajmujący się poszukiwaniem planet krążących wokół gwiazd.

Przyszłe misje teleskopów kosmicznych będą poszukiwać światów, wewnątrz których znajdują się dziury pozbawione pyłu.