Nie wszyscy o tym wiedzą, ale to możliwe, aby małe kosmiczne głazy unoszące się w przestrzeni kosmicznej posiadały atmosferę. Różne instytucje podają odmienne granice, ale przyjmuje się, że zakres średnicy ciała umożliwiający nazwanie go planetoidą, rozciąga się już od 1 do 1000 kilometrów. Szacuje się, że takich obiektów w głównym pasie planetoid znajdują się miliony, lecz suma ich masy nie przekracza 5% masy Księżyca. Idealnie pokazuje to, jak mało masywne są te obiekty. Dlatego, jeśli asteroida w ogóle posiada atmosferę, to nazywamy ją egzosferą, która różni się od atmosfery wielkością i trwałością. Zazwyczaj egzosfery są prędko „rozwiewane” i posiadają niskie ciśnienie. Częściej spotykamy planety karłowate i księżyce z takimi atmosferami. Dobrymi przykładami są księżyc Jowisza, Europa, czy Pluton.
Pluton uchwycony przez sondę New Horizons.
Jak i co zaobserwowano?
Japońscy badacze, w opublikowanych niedawno wynikach, obserwowali planetoidę (612533) 2002 XV93 podczas okultacji z 4 różnych japońskich miast. Okultacja to zjawisko, podczas którego jeden obiekt przechodzi na tle innego obiektu, tym samym zasłaniając go. Wykresy otrzymane ze stanowisk obserwacyjnych w Kiso i Fukushimie zaskoczyły badaczy, wskazując na podobne stopniowe osłabienie strumienia na krawędzi cienia zarówno w momentach zanurzenia, jak i wynurzenia podczas zakrycia (patrz zdjęcie).
Kształty krzywych wyraźnie pokazują stopniowy spadek strumienia na krawędzi cienia, trwający około 1,5 sekundy. Obiekty pozbawione atmosfery, przechodzące na tle gwiazdy generują krzywe, w których spadek jasności jest ostry i nagły. Jeśli asteroida posiada choćby niewielką atmosferę, przechodząc przez gwiazdę, tworzy wykres, na którym widoczny jest stopniowy spadek jasności, którego długość i ostrość zależą od grubości atmosfery oraz od tego, jak szybko zmienia się w niej załamanie światła. Długość trwaniu łagodnego spadku na krzywej dla (612533) 2002 XV93 wynosił półtorej sekundy i badacze wykluczyli możliwość wytłumaczenia tego czasu zjawiskiem dyfrakcji. Wynika to z obliczeń, które pokazują, że dla tak odległych obiektów i przy uwzględnieniu kilku innych zmiennych, czas trwania spadku powinien trwać w przybliżeniu 0,05 sekundy.
Krzywa przedstawiająca znormalizowany strumień gwiazdy podczas okultacji (2002) XV93, zarejestrowane w Kiso. Lewa strona („a. Kiso ingress”) pokazuje moment wejścia w cień: jasność gwiazdy utrzymuje się blisko wartości 1,0, następnie stopniowo maleje i nagle spada do zera. Prawa strona („b. Kiso egress”) przedstawia wyjście z cienia: strumień wzrasta od zera do około 1,0 między 69 a 71 sekundą.
Czarne punkty ze słupkami błędów symbolizują dane obserwacyjne, czerwona linia przedstawia syntetyczną krzywą blasku zakładającą obecność atmosfery metanowej, a czarne linie przerywane pokazują model bez atmosfery.
Dodatkowo wykres utworzony w Fukushimie wskazuje na inwersję termiczną. Proces ten ma miejsce, kiedy temperatura atmosfery rośnie wraz z wysokością. Taki proces występuje m.in. na Plutonie. W atmosferze tej planety karłowatej za to zjawisko odpowiada metan (CH4), więc autorzy badań założyli, że atmosfera badanej planetoidy jest podobna. Astronomowie modelowali planetoidę dla dwóch składów chemicznych atmosfery. Jeden obejmował atmosferę zdominowaną przez metan a drugi przez azot wraz z minimalnymi ilościami metanu. Ten drugi zakładał atmosferę prawie identyczną z tą na Plutonie. Najlepsze dopasowania zarówno z pierwszej, jak i drugiej atmosfery dały podobną dokładność szacunków. Z dopasowań można było przypuścić zakres wartości ciśnienia, który rozciąga się w granicach 124–177 nanobarów, a także promień o wartości 244 km. I choć ciśnienie te jest od 50 do 100 razy mniejsze od tego na Plutonie, to ciągle jest to spore osiągnięcie. Dowodem na to jest fakt, że te małe wartości ciśnienia są stukrotnie większe niż innych TNO.
Skala odkrycia
TNO (Trans-Neptunian Object), w tłumaczeniu na język polski, to obiekt trans neptunowy. Wyjaśniając, jest to każdy obiekt Układu Słonecznego, którego orbita znajduje się za orbitą Neptuna. Te ciała niebieskie to pozostałości po formowaniu się naszego układu i są to w głównej mierze zamrożone substancje lotne. Do tej pory żaden TNO poza wyżej wspomnianą planetą karłowatą Pluton, nie wykazywał posiadania globalnej egzosfery. Mowa tutaj o obiektach, których promień wynosi nawet 1000 km (jak np. (136199) Eris).
Porównanie wielkości Plutona, Vesty oraz 2002 XV93.
Prawdopodobne scenariusze
Obliczenia parametru Jeansa (𝜆) oraz wcześniejsze badania powierzchni 2002 XV93 dokonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba udowodniły, że atmosfera nie może być wynikiem sublimacji zamrożonych substancji lotnych. Autorzy badania wymieniają więc dwie prawdopodobne przyczyny gazowej obłoki zaobserwowanej na planetoidzie.
Pierwszym wymienionym możliwym źródłem tego niespodziewanego odkrycia jest odgazowywanie związane z aktywnością krwiowulkaniczną. Ta jest ściśle związana z obecnością wewnętrznych materiałów ulegających topnieniu. Do tej pory udało się zebrać dowody na niedawne lub aktualnie dziejącą się ewolucję geochemiczną na niektórych TNO, które można interpretować jako obecność podpowierzchniowej warstwy stopionego materiału. Niestety dla obiektów o podobnych rozmiarach co 2002 XV93 prawdopodobieństwo długotrwałej aktywności krwiowulkanicznej jest jednak niezmierne niska.
Głównym powodem jest tutaj rozmiar, a co za tym idzie, ograniczona ilość ciepła. Mimo tego autorzy badań mówią o ewentualnościach takich jak występowanie satelity, który za pomocą wymuszania pływowego dostarczałby potrzebną ilość energii lub wchodzące w skład substancje obniżające temperaturę topnienia.
Drugą możliwością jest niedawne zderzenie. W przypadku uderzenia wytworzone podczas niego gazy prawdopodobnie zaczęłyby uciekać, lecz pomimo tego jest to potencjalne wyjaśnienie tego odkrycia. Szacuje się, że ulotna atmosfera w pełni oddaliłaby się do przestrzeni kosmicznej w przeciągu 100 lat. Prawdopodobnym ciałem wlatującym w planetoidę byłby obiekt o kilkusetnym promieniu i bogaty w substancje lotne takie jak CO/CH₄/N₂. Dodatkowo trzeba pamiętać o możliwości uwolnienia uwięzionych lotnych związków znajdujących się pod powierzchnią podczas zderzenia, co również mogło doprowadzić do utworzenia atmosfery.
Korekta – Alex Rymarski
