Mesiac (družica)

mesiac Dione nad prstencami svojej materskej planéty Saturn

Slovo mesiac s malým počiatočným písmenom alebo zastarano trabant je prirodzená družica (prirodzený satelit) planéty (príp. aj planétky). Najznámejšie mesiace sú družice planét slnečnej sústavy. Objav mesiacov mimo slnečnej sústavy nie je pri súčasnej úrovni technológií možný. Slnečná sústava obsahuje minimálne 200 mesiacov, tento počet však nie je konečný, pretože sa neustále objavujú nové mesiace. Prvé objavené mesiace, ktoré obiehali inú planétu ako Zem boli Galileove mesiace obiehajúce Jupiter. Za ich objaviteľa sa považuje Galileo Galilei, ktorý ich ďalekohľade spozoroval v roku 1610.

Zem má jeden mesiac, nazýva sa Mesiac. Mars má dva mesiace, veľké (joviálne) planéty majú až niekoľko desiatok mesiacov. Mesiace neobiehajú len okolo planét – aj trpasličie planéty a asteroidy môžu mať vlastné mesiace. Prvý objavený mesiac, ktorý neobiehal okolo planéty bol mesiačik Dactyl obiehajúci planétku 243 Ida.

Všeobecná charakteristika

Mesiace sú telesá rôzneho tvaru a veľkosti, spravidla menšie ako planéty. Existujú však aj výnimky: najväčší mesiac slnečnej sústavy Jupiterov Ganymedes alebo Saturnov mesiac Titan sú väčšie ako planéta Merkúr. Najväčšie mesiace sformovala gravitácia do tvaru blízkemu guli. Menšie môžu mať nepravidelný tvar a podobajú sa asteroidom. Je možné, že mnohé malé mesiace boli skutočne asteroidmi, ktoré pri pohybe slnečnou sústavou zachytila gravitácia nejakej planéty. Mnohé mesiace (vrátane Mesiaca) majú viazanú rotáciu, to znamená, že k svojej planéte sú otočené stále tou istou stranou. Blízko obiehajúce veľké mesiace môžu na svojej planéte spôsobiť zatmenie Slnka.

Obežná dráha

Väčšina mesiacov obieha po veľkých, eliptických dráhach s veľkým sklonom k rovníku materskej planéty. Tento jav je charakteristický najmä pre menšie mesiace nepravidelného tvaru. Väčšina z nich má tiež retrográdny smer obehu (napríklad mesiac Phoebe). Ostatné, spravidla veľké mesiace, akým je napríklad aj náš Mesiac, obiehajú prográdnym smerom po približne kruhových blízkych dráhach s malým sklonom k rovien rovníka. Retrográdny smer obehu malých mesiacov naznačuje, že tieto mesiace nevznikli v blízkosti planéty, okolo ktorej obiehajú, ale táto planéta ich neskôr gravitačne pripútala k sebe. Štandardné teórie však zatiaľ presvedčivo nevysvetlili pôvod a správanie sa týchto mesiacov.

Horné vrstvy atmosféry Titanu, mesiaca s najhustejšou atmosférou spomedzi mesiacov. V pozadí je viditeľná malá časť osvetlenej strany Saturna

Mesiace nemôžu obiehať planétu v ľubovoľnej vzdialenosti, ale len vo vnútri takzvanej Hillovej sféry. Je to oblasť okolo planéty, v ktorej je pohyb častíc viac ovládaný gravitáciou planéty, ako gravitáciou Slnka. Polomer Hillovej sféry závisí od hmotnosti planéty a tiež od jej vzdialenosti od Slnka.

Viaceré mesiace môžu obiehať aj po tej istej obežnej dráhe, napríklad Saturnove mesiace Tethys, Telesto a Calypso obiehajú po rovnakej orbite. Takéto mesiace sa nazývajú koorbitálne. Dva mesiace si svoje obežné dráhy môžu dokonca navzájom vymeniť – príkladom sú opäť Saturnove obežnice, Epimetheus a Janus.

Atmosféra

Vzhľadom na fakt, že sú mesiace pomerne malé, majú aj nízku gravitáciu, a preto nie sú schopné udržať si hustú atmosféru. Výnimku tvorí opäť Titan, mesiac s najhustejšou atmosférou v slnečnej sústave, ktorého atmosférický tlak je až 1600 hPa. Všetky veľké guľaté mesiace plynných obrov sú obklopené aspoň riedkou atmosférou, menšie guľaté a nepravidelné mesiace však už nemajú merateľný atmosférický tlak. Mesiace so sopečnou aktivitou svoju atmosféru neustále dopĺňajú chemickými prvkami zo svojho vnútra, ktoré však postupne unikajú do okolitého priestoru.

Teplota

Vzhľadom na to, že mesiace majú len planéty vzdialenejšie od Slnka, ako je Venuša, ich povrchové teploty bývajú spravidla veľmi nízke. Výnimku tvorí len vulkanický mesiac Io. Na jeho povrchu v blízkosti vulkánov dosahujú teploty 1 230 °C, čo sú najvyššie namerané teploty na povrchu pevného telesa v slnečnej sústave. Na iných častiach mesiaca, ďaleko od vulkánov však povrchové teploty klesajú až na −153 °C. Najvyššiu priemernú povrchovú teplotu, −20 °C má Mesiac a vďačí za to svojej blízkosti k Slnku. Je to však len priemerná teplota – cez deň stúpajú teploty na jeho povrchu až na 110 °C, v noci klesajú na hodnoty −230 °C. Rozdiely medzi dennými a nočnými teplotami mesiacov sú veľké, pretože majú zvyčajne riedku atmosféru, alebo sú bez atmosféry (napríklad Mesiac) a neobsahujú na svojich povrchoch ani kvapalnú vodu, ktorej veľká tepelná kapacita dokáže teplotné rozdiely vyrovnávať.

Sopečný výbuch na Jupiterovom mesiaci Io

Povrch

Mesiace majú veľmi rôznorodý povrch. Zloženie povrchu závisí od jeho minulosti a tiež prípadnej sopečnej aktivity. Povrch väčšiny mesiacov je tvorený horninami a obsahuje veľké množstvo dopadových kráterov. Krátery bývajú pre mesiace charakteristické, pretože na väčšine z nich neexistuje nijaká činnosť (erózia, sopky…) ktorá by ich mohla zahladiť. Ďalej sa na povrchoch mesiacov nachádzajú pohoria, zlomy, ryhy a roviny s väčšími výškovými rozdielmi, aké bývajú na planétach. Existujú však aj zvláštne povrchové útvary, ktoré neboli pozorované na nijakých iných telesách. Mesiac Zeme má napríklad mesačné moria – tmavé plochy tvorené bazaltovou lávou. Povrch Jupiterovho mesiaca Európa je zase pokrytý hrubou vrstvou ľadovej kôry, pod ktorou sa môže nachádzať kvapalná voda. Ľad obsahujú vo svojej kôre aj mesiace Ganymedes a Kallisto a tiež Saturnov mesiac Enceladus.

Sopečná aktivita

Z dôvodu, že mesiace sú pomerne malé telesá, nedokázali si udržať veľké vnútorné teplo od čias svojho vzniku. Všetka sopečná aktivita na mesiacoch je následkom slapových síl ich materských planét. Slapové sily vytvárajú pod kôrou blízko obiehajúcich mesiacov trenie, vďaka čomu sa ich vnútro zahrieva. Medzi najznámejšie vulkanicky aktívne mesiace patrí Io. Na jeho povrchu sa nachádza viac než 80 aktívnych oblastí a viac než 300 sopiek. Jeho povrch neustále pretvárajú sopečné výbuchy. Ďalšie vulkanicky aktívne mesiace sú Saturnov Enceladus a Neptúnov Triton, tieto telesá však nevyvrhujú na svoj povrch lávu, ale vodu. Nie sú výnimočné ani prenosy hmoty z jedného mesiaca na druhý, napríklad Jupiterova Amalthea má na povrchu výrazne červené sfarbenie, čo sa vysvetľuje ako tenká vrstva síry, ktorá bola vyvrhnutá z vulkanického mesiaca Io. Mesiace môžu odovzdávať svoju hmotu aj prstencom. Najvýraznejším príkladom tohto procesu je Saturnov mesiac Enceladus, ktorého častice vyvrhnuté vulkanickou aktivitou vytvárajú prstenec E.

Názvy mesiacov

Pomenovania mesiacov majú väčšinou vzťah k planéte, ktorú obiehajú. Napríklad mesiace Jupitera, okrem Ganymeda a Amalthey sa nazývajú podľa mileniek boha Dia (v rímskej mytológii Jupitera). Mesiace Saturna majú zase mená rôznych titanov a titaniek, keďže aj boh Kronos (v rímskej mytológii Saturn) bol jedným z titanov. Mesiace Neptúna sa zase volajú podľa rôznych morských božstiev, pretože Neptún bol boh mora. Mesiace Marsa sa nazývajú podľa dvoch synov boha Areta (Marsa): Fobosa a Deimosa. Najväčší mesiac Pluta, Cháron dostal meno po prievozníkovi cez rieku Styx, ktorá bola vstupom do podsvetia, ktorému vládol boh Hádes (Pluto). Jeho ďalšie mesiace, Nix a Hydra sa nazývajú podľa neobľúbených temných božstiev, medzi ktoré patril aj sám Hádes. Výnimku v názvosloví tvoria len mesiace planéty Urán, ktoré sa nenazývajú podľa postáv rímskej mytológie, ale podľa postáv z hier Williama Shakespeara.

Vznik mesiacov

Saturnov mesiac Epimetheus, ktorý pravdepodobne vznikol rozpadom väčšieho telesa

Mesiace sú dosť rozmanité, a preto je pravdepodobné, že majú aj rôzny pôvod. Aj mesiace jednej planéty môžu byť rôzneho pôvodu. Teórie o ich vzniku sú však stále neisté, pretože parametre dráh týchto telies sú známe len s malou presnosťou, a preto je možné ich polohy vypočítať nanajvýš 100 miliónov rokov do minulosti, čo je len zlomok veku slnečnej sústavy. U veľkých mesiacov joviálnych planét sa predpokladá, že sa sformovali z pôvodného protoplanetárneho disku podobným procesom ako planéty. Predpokladá sa, že zárodky veľkých planét boli obklopené samostatnými hmlovinami v tvare disku. Z tohto disku sa naberaním hmoty a zmršťovaním utvorili mesiace. Tento scenár vzniku podporuje aj chemické zloženie mesiacov. Jupiter sa počas svojho vzniku na krátku dobu zahrial až na 4 000 °C, čo spôsobilo odparenie vody vo vnútorných častiach jeho zárodočného disku. Preto najbližšie mesiace Jupitera vodu neobsahujú a sú zložené len z látok, ktoré sa ťažko vyparujú. U ostatných troch veľkých planét – Saturna, Urána a Neptúna – však teplota ich diskov nedosahovala už také vysoké hodnoty, a preto sú aj ich najbližšie obiehajúce družice zložené čiastočne z ľadu.

Niektoré mesiace však môžu byť zachytené asteroidy alebo kométy, ktoré vznikli veľmi ďaleko od planéty. Na obežnú dráhu ich zachytila planéta svojou gravitáciou až neskôr po ukončení formovania slnečnej sústavy. Tomu zodpovedá sklon a výstrednosť ich dráh. Je tiež možné, že niektoré malé mesiace sú zvyšky pôvodne väčších telies, ktoré sa zrazili a roztrieštili. Príkladom pravdepodobne zachyteného mesiaca je Neptúnov Triton, ktorý obieha planétu v protismere jej rotácie.

Vznik Mesiaca

Pôvod mesiaca Zeme, dlho nebol známy. Mesiac dosahuje asi 1/81 hmotnosti Zeme, teda tvorí oveľa väčší zlomok hmotnosti svojej planéty, ako mesiace iných planét. Podľa teórie publikovanej v roku 1984 je Mesiac dôsledkom obrovskej zrážky Zeme s telesom s rozmermi Marsu v raných štádiách jej vývoja. Zrážka vymrštila na obežnú dráhu Zeme obrovské množstvo roztavených hornín pochádzajúcich z oboch telies. Horniny utvorili prstenec z horúceho materiálu, z ktorého sa sformoval Mesiac v pôvodnej vzdialenosti asi 20 tisíc kilometrov od Zeme. Odvtedy sa od Zeme pomaly vzďaľoval a jeho vzďaľovanie pokračuje aj v súčasnosti.

Gravitačné vplyvy

Mesiace gravitačne vplývajú na telesá vo svojom okolí: na iné mesiace, prstence aj materskú planétu. Vplyv mesiaca na mesiac sa prejavuje napríklad vo forme utvorenia dráhovej rezonancie, v ktorej sú napríklad dvojice Enceladus a Dione (Saturn), Ganymedes a Európa (Jupiter) a ďalšie. Mesiace Epimetheus a Janus si dokonca vymieňajú svoje obežné dráhy. Často formujú a udržiavajú prstence a medzery v prstencoch (napr. mesiac Pan udržiava Enckeho medzeru v prstencoch Saturna).

Mesiace veľmi hmotné v pomere k materskej planéte (najhmotnejší v pomere k planéte je Mesiac Zeme) majú ťažisko ich vzájomného obehu s planétou blízko povrchu planéty. Tým spôsobujú planéte nezanedbateľné pohyby na ich obežnej dráhe okolo hviezdy. Výrazné sú tiež ich slapové účinky. Ďalším prejavom je nutácia osi planéty.

U Saturnovho mesiaca Rhea existujú dokonca dôkazy o tom, že by mohla mať okolo seba prstenec podobne ako planéty.

Rekordy medzi mesiacmi

• Najväčší mesiac: Ganymedes (planéty Jupiter)
• Najväčší mesiac s nepravidelným tvarom: Hyperion (planéty Saturn)
• Mesiac s najhustejšou atmosférou: Titan (planéty Saturn)
• Mesiac najbližší k Slnku: Mesiac (planéty Zem)
• Najvzdialenejší objavený mesiac od Slnka: Dysnomia (trpasličia planéta Eris)
• Mesiac s najväčšou hustotou: Adrastea (planéty Jupiter)
• Mesiac obiehajúci najbližšie k svojej planéte: Fobos (planéty Mars)
• Mesiac s najväčším albedom: Enceladus (planéty Saturn)
• Planéta s najväčším počtom zatiaľ objavených mesiacov: Jupiter (65)
• Trpasličia planéta s najväčším počtom zatiaľ objavených mesiacov: Pluto (5)
• Jediný mesiac so stacionárnou rotáciou: Cháron (trpasličej planéty Pluto)

• Najjasnejší mesiac (okrem Mesiaca): Európa (planéty Jupiter)
• Prvý mesiac, na ktorom pristála kozmická sonda (okrem Mesiaca): Titan

Pozri aj

Galileove mesiace – Jedny z najväčších a najznámejších mesiacov slnečnej sústavy. Zľava Io, Európa, Ganymedes a Kallisto

• Koorbitálny mesiac
• Mesiac
• Umelá družica
• Mesiace Jupitera
• Mesiace Saturna
• Mesiace Urána
• Mesiace Neptúna
• Prirodzený satelit slnečnej sústavy

Zdroje

• Zdeněk Pokorný: Exoplanety (ACADEMIA, Praha 2007)
• Róbert Čeman, Eduard Pittich: Vesmír 1 Slnečná sústava (MAPA Slovakia, Bratislava 2002)
• Kozmos 4/2007: Najbizarnejšie mesiačiky v našej Slnečnej sústave