A Herschel űrtávcső 2010 elején figyelte meg a Naprendszer két törpebolygóját, a Makeamake-t és a Haumea-t, magyar kutatók részvételével.

A sokak által ismert fő kisbolygóövön kívül, amelynek égitestjei jellemzően a Mars és a Jupiter pályája között találhatóak, a Naprendszerben létezik egy másik kisbolygóöv is a Neptunuszon túli vidéken, amire leggyakrabban a Kuiper-öv néven szoktak hivatkozni. Az itt található égitestek valószínűleg a Naprendszer legősibb anyagát hordozzák és annak a korongnak a maradványai, amelyből valaha a Nap és a nagybolygók is kialakultak.

A Neptunuszon túli vidéken több törpebolygó is található. Ezek az égitestek elég nagy tömegűek ahhoz, hogy saját gravitációs terük jelentősen módosítsa alakjukat, nagyjából gömbszerű alakot hozzon létre (ezt pl. a gyors forgás módosíthatja). Tömegük azonban nem elég nagy ahhoz, hogy ezek legyenek a domináns égitestek pályájuk környezetében, azaz gravitácós hatásuk révén nem tisztították meg a pályájukat az egyéb égitestektől (ebben az esetben bolygók, és nem törpebolygók lennének). Elegendően nagy tömegük és méretük miatt a törpebolygók maradhattak meg leginkább abban az ősi formában, amiben a Naprendszer kialakulásakor voltak — a kisebb égitesteket a sorozatos ütközések valószínűleg jelentősen átformálták. Jelen pillanatban öt naprendszerbeli égitestet tekintünk törpebolygónak, ezek a Ceres, Pluto, Eris, Makemake és a Haumea. A törpebolygók gravitációs tere már elég erős ahhoz, hogy felszínükön gyorsan elillanó gázok (metán, víz, szénmonoxid, stb.) tartósabban megmaradjanak, és azokon jégréteget képezzenek, így a törpebolygók felszíne jelentősen különbözhet a hasonló anyagokból felépülő, de kisebb égitestek felszínétől.

A Neptunuszon túli törpebolygók néhány jellegzetes képviselője

A látható fényben végzett megfigyelések nem adnak egyértelmű választ az égitestek legalapvetőbb tulajdonságaira sem, mint pl. a méret és albedo (fényvisszaverő képesség), gyakran azt sem tudjuk, hogy egy kicsi és nagy albedojú (fényes), vagy egy nagy, de sötét (alacsony albedojú) égitesttel állunk szemben. Egyértelmű választ csak akkor kapunk, ha az égitest teljes energiamérlegét figyelembe vesszük — az elnyelt látható fényt (napfényt) az égitestek az infravörös tartományban sugározzák vissza. A Herschel űrtávcső PACS és SPIRE kamerái tökéletes berendezések erre a célra, hiszen éppen a 70...500 mikrométeres hullámhosszak közelében sugároznak intenzíven a Kuiper-öv hideg, 50K-nél alacsonyabb felszíni hőmérsékletű objektumai.

A Herschel űrtávcső a “TNOs are Cool!” program keretében két törpebolygóról, a Makemake-ról és a Haumea-ról is készített méréseket 2009 végen, amelyben részt vett Kiss Csaba, az MTA KTM CSKI tudományos főmunkatársa is.

Makemake

A Makemake (ejtsd: “makemake”, vagy “makimaki”) a klasszikus Kuiper-öv objektumai közé tartozik, a törpebolygót 2005-ben fedezte fel a Palomar Obszervatórium csapata.

A Makemake-t a Herschel űrtávcső 6 fotometriai sávjában figyelték meg, 70 és 500 mikrométeres hullámhosszak között, valamint korábban a Spitzer űrtávcsővel is, 24 mikrométeren. A Makemake a közép infravörösben, a Spitzer űrtávcső mérései alapján, túl fényes ahhoz, hogy a hosszabb hullámhosszakkal együtt (Herschel), egy egyszerű felszíni modellel leírható legyen. Elfogadható egyezést úgy lehetett csak kapni, hogy feltételeztük, hogy a törpebolygó felszínén egyszerre vannak jelen eltérő tulajdonságú sötét és világos területek. A világos területeken az albedo (fényvisszaverő képesség) 80-85%, ami metán jég jelenlétére utal a felszín nagy részén. A felszín kb. 5%-a lehet sötét, amit okozhat a felszínről szublimáló metán alól kilátszó “valódi” felszín (a kb. 7%-os sötét albedo megfelel a legtöbb kisbolygónál megfigyeltnek), vagy akár a metánból képződő, bonyolultabb, “szerves” anyagok megjelenése is.

A sötét terület nem korlátozódik a törpebolygó felszínének egy adott részére, azaz valószínűleg nem egyetlen nagy sötét területről van szó, mert ebben az esetben a vizuális mérésekben a folt miatt periodikus fényesséváltozást látnánk, márpedig a Makemakenak nincsen mérhető fénygörbéje. A sötét területeknek tehát átlagosan egyenletesen kell eloszlaniuk, mint pl. a zebra csíkjai — bármilyen irányból nézzünk, nagyjából mindig ugyanannyi sötét és világos területet látunk egyszerre. Ez a kétféle felszín keverékéből álló modell kb. 1400 km-es átmérőt ad, amivel a Makemake a harmadik legnagyobb ismert törpebolygó a Pluto és az Eris mögött.

Egy alternatív lehetőség, hogy a sötét területek nem a Makemake felszínén vannak. Elképzelhető, hogy a Makemake felszíne egyenletesen fényes, de van egy nagyon sötét, közeli holdja. Bár a kettős TNOk többségénél a felszíni tulajdonságok nagyon hasonlóak, a Makemake elég nagy ahhoz, hogy befoghatott egy “normális”, sötét felszínű Neptunuszon túli égitestet, aminek az átmérője ebben az esetben kb. 170 km lenne.

Haumea

A Haumea a névadója és legnagyobb méretű tagja a külső naprendszer ezidágig egyetlen ismert kisbolygócsaládjának. A család kisebb égitestjei valószínűleg a Haumea-ból szakadtak ki egy gigantikus becsapódás során, amelyben a Haumea tömegének kb. 20%-át elveszítette, és ezek a “törmelékek” most a Haumea-éhoz nagyon közeli pályákon keringenek. Régóta ismert, hogy a Haumea-nak markáns vizuális fénygörbéje van, de az nem volt egyértelmű, hogy ez az égitest elnyúlt alakjából, vagy pedig a felszín egyes részeinek eltérő fényvisszaverő-képességéből adódik. A Herschel elkészítette az égitest termális fénygörbéjét (amely egyben az első teljes termális fénygörbe egy Kuiper-öv égitestről), aminek alapján egyértelmű, hogy a fényváltozások az égitest elnyúlt alakjából adódnak (háromtengelyű ellipszoiddal közelítve a félnagytengelyek 921, 807 és 501 km-nek adódnak). A mérések alapján az is kideríthető volt, hogy a felszínt a Hold felszínéhez hasonló, laza regolit borítja.

A Haumea termális fénygörbéje a 100um-es hullámhosszon (zöld korongok) jó egyezésben van a vizuális fénygörbével (fehér görbe), ami arra utal, hogy mindkét fénygörbe forrása legnagyobb részben az égitest alakja.