Planeta – czym jest?

Planety fascynują nas od wieków. Pytanie „Co to jest planeta?” wydaje się proste, jednak odpowiedź kryje w sobie wiele niuansów. Planeta to nie tylko duży okrągły obiekt na tle nieba, ale pojęcie zdefiniowane przez astronomów przy użyciu konkretnych kryteriów. W tym przewodniku rozwiejemy wszelkie wątpliwości: wyjaśnimy, jakie cechy musi spełniać ciało niebieskie, żeby zostać uznane za planetę, przedstawimy rodzaje i klasyfikacje planet w naszym Układzie Słonecznym oraz poza nim, opowiemy o planetach karłowatych i innych ciałach niebędących planetami. Dowiesz się też, jak planety powstają oraz jakie odkrycia i misje kosmiczne poszerzają naszą wiedzę o tych niezwykłych obiektach.

Definicja planety

W astronomii planetę definiuje się jako ciało niebieskie spełniające kilka istotnych kryteriów. W uproszczeniu, planeta to obiekt krążący wokół gwiazdy, nie świecący własnym światłem oraz osiągający odpowiednio duże rozmiary. Najczęściej wyróżniane cechy planety to:

Okrążanie gwiazdy – planeta musi krążyć wokół gwiazdy (np. Słońca) lub pozostałości po gwieździe (np. biały karzeł, brązowy karzeł). Oznacza to, że sama nie jest źródłem światła (nie zachodzą w niej reakcje termojądrowe, jak w gwieździe), lecz odbija promieniowanie swojej gwiazdy.
Masa i kształt – obiekt musi być wystarczająco masywny, aby siły grawitacji nadały mu niemal kulisty kształt (mówimy tu o równowadze hydrostatycznej). Duża masa sprawia, że grawitacja „ściska” obiekt do postaci zbliżonej do sferycznej. Przykładowo planety skaliste (Ziemia, Mars) i gazowe olbrzymy (Jowisz, Saturn) mają kształt kulisty dzięki swojej masie.
Dominacja orbity – planeta powinna dominować swoją orbitę. Oznacza to, że jej grawitacja przyciąga lub usuwa inne ciała o podobnych rozmiarach z najbliższego otoczenia orbity. W praktyce oznacza to, że w pobliżu orbity planety nie krążą inne obiekty porównywalne wielkością (np. duże planetoidy). To kryterium wykluczyło ze zliczeń takich planetę ciała jak Pluton – ponieważ Pluton dzieli swą strefę orbitalną z wieloma obiektami pasa Kuipera, nie spełnił warunku „oczyszczenia orbity”.
Odbicie światła – w odróżnieniu od gwiazd, planety nie emitują własnego światła, lecz oświecają się światłem odbitym. Jeżeli obiekt świeci własnym światłem (jak Słońce), nie jest planetą.

Powyższe kryteria są ujęte w definicji Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) z 2006 roku. Według niej planeta to ciało niebieskie krążące wokół Słońca (lub innej gwiazdy), mające wystarczającą masę, by przybrać kształt kulisty, a jednocześnie dominujące na swojej orbicie. W Polsce powszechnie przyjmuje się tę właśnie definicję.

Kryteria i cechy charakterystyczne

Astronomowie podkreślają, że definicja planety opiera się właśnie na połączeniu powyższych cech. Można je podsumować krótką formułą: planeta krąży wokół gwiazdy, jest wystarczająco masywna, by być kulista, oraz oczyszcza swoją orbitę. W praktyce te warunki można przedstawić jako listę najważniejszych cech planety:

Orbita wokół gwiazdy – planeta musi krążyć wokół gwiazdy (np. Ziemia wokół Słońca). Jeśli obiekt nie krąży wokół gwiazdy (np. kometa oderwana od Układu Słonecznego), nie jest traktowany jako planeta.
Masa i kształt kulisty – dzięki własnej grawitacji planeta przybiera niemal idealny, prawie kulisty kształt. To dlatego bardzo małe obiekty (np. małe asteroidy) nie są planetami – ich grawitacja nie jest wystarczająca, by zniwelować nieregularności kształtu.
Dominacja orbitalna – planeta przewyższa masą wszystkie inne ciała w swojej strefie orbitalnej. Na przykład Ziemia „oczyściła” swoją orbitę z większości planetoid, podczas gdy Pluton takiego dominującego efektu nie uzyskał – dlatego Pluton stał się planetą karłowatą.
Brak reakcji termojądrowych – wewnątrz planety nie zachodzą reakcje fuzji jądrowej (nie produkuje własnego światła). Jeśli obiekt ma tak dużą masę, że zapala się jak gwiazda (choćby przejściowo), nie jest planetą.

Definicja ta uwzględnia znane nam planety, ale jednocześnie jest na tyle ogólna, że można zastosować ją do planet krążących wokół innych gwiazd. W praktyce liczbę planet w Układzie Słonecznym ograniczyliśmy do ośmiu właśnie dzięki trzeciemu warunkowi.

Planety karłowate i inne ciała

Nie wszystkie duże ciała niebieskie spełniają wszystkie powyższe kryteria. W 2006 roku IAU wprowadziła kategorię planety karłowate (np. Pluton, Eris, Ceres). Są to obiekty mające niemal kulisty kształt, krążące wokół Słońca (lub innej gwiazdy), lecz nie spełniające jednego z warunków – zazwyczaj tego związanego z oczyszczeniem orbity. Planety karłowate nie dominuje swojej orbity tak, jak pełnoprawne planety.

Przykłady planet karłowatych w naszym Układzie Słonecznym to m.in.:

Pluton – kiedyś uważany za dziewiątą planetę, dziś planeta karłowata w Pasie Kuipera.
Eris – obiekt w Pasie Kuipera nieco mniejszy od Plutona.
Ceres – największy obiekt w Pasie planetoid między Marsem a Jowiszem (nieco mniejszy od Plutona). Ceres jest jedyną planetą karłowatą znajdującą się w pasie planetoid.
Makemake, Haumea – kolejne planety karłowate w odległej części Układu Słonecznego.

Obiekty niższego rzędu niż planety karłowate zaliczamy do klas takich jak planetoidy, meteoroidy czy komety. To znacznie mniejsze ciała (zwykle nieregularne), które nie spełniają warunku kulistości albo dominacji orbity. Przykładem jest większość asteroid (planetoid) z pasa między Marsem a Jowiszem – choć Ceres jest kulisty i duży, setki mniejszych asteroid są nieregularne i nie mają statusu planety.

Trzeba też podkreślić, że duży księżyc (naturalny satelita) sam w sobie nie jest planetą, ponieważ nie krąży wokół gwiazdy, lecz wokół planety. Na przykład Ganimedes (księżyc Jowisza) jest większy niż Merkury, ale ponieważ okrąża Jowisza, nie jest planetą. Innymi słowy – planety to ciała orbitujące bezpośrednio wokół gwiazdy.

Planety Układu Słonecznego

W naszym Układzie Słonecznym znamy osiem planet, podzielonych tradycyjnie na cztery mniejsze planety wewnętrzne oraz cztery większe zewnętrzne. Są to:

Merkury – najmniejsza i najbliższa Słońcu planeta. Skałowata, niemal pozbawiona atmosfery, okrąża Słońce w zaledwie 88 dni. Ze względu na swoją małą masę ma bardzo cienką atmosferę (składającą się głównie z tlenu, sodu i potasu) i nie posiada księżyców.
Wenus – planeta podobna rozmiarem i budową do Ziemi, ale z ekstremalnie gęstą atmosferą złożoną głównie z dwutlenku węgla. Skutek? Efekt cieplarniany powoduje, że powierzchnia Wenus jest najgorętsza spośród wszystkich planet (ponad 450 °C). Wenus także nie ma naturalnych satelitów.
Ziemia – jedyna znana planeta, na której występuje życie. Ma umiarkowaną atmosferę z tlenem, powierzchnię w ponad 70% pokrytą wodą oraz pojedynczy duży naturalny satelita – Księżyc. Doba na Ziemi trwa 24 godziny, a rok – 365 dni.
Mars – czerwona, skalista planeta z cienką atmosferą głównie z dwutlenku węgla. Ma dwa niewielkie księżyce (Fobos i Deimos). Na Marsie znajdują się olbrzymie wulkany (np. Olympus Mons – największy wulkan i góra w Układzie Słonecznym) oraz doliny (Valles Marineris). Istnieją dowody, że kiedyś na powierzchni Marsa płynęła woda.
Jowisz – największa planeta Układu Słonecznego, olbrzym gazowy zbudowany głównie z wodoru i helu. Ma masę ponad 300 razy większą niż Ziemia. Charakteryzuje go słynna Wielka Czerwona Plama – gigantyczny wir burzowy większy od Ziemi – oraz system słabych pierścieni. Jowisz ma dziesiątki księżyców, w tym największe z nich: Ganimedes (większy od Merkurego), Io, Europa i Callisto.
Saturn – drugi co do wielkości gazowy olbrzym. Najbardziej znany z rozbudowanych i jasnych pierścieni tworzących płaski dysk wokół planety. Również zbudowany głównie z wodoru i helu. Saturn ma wiele księżyców – największy to Tytan, posiadający własną gęstą atmosferę.
Uran – gazowo-lodowy olbrzym o zielonkawo-niebieskim kolorze (barwa pochodzi od metanu w atmosferze). Ciekawostką jest jego oś obrotu – nachylona prawie o 98°, co oznacza, że praktycznie „leży na boku” względem orbity. Posiada pierścienie i 27 znanych księżyców (m.in. tytani Oberon i Tytania).
Neptun – najbardziej oddalona od Słońca planeta (poza Plutonem, teraz sklasyfikowanym jako karłowata). To kolejny gazowo-lodowy olbrzym o intensywnym błękitnym kolorze. Uwagę przykuwa najsilniejszy wiatr i dynamiczna atmosfera, w tym duża ciemna burza przypominająca Wielką Plamę Jowisza. Ma co najmniej 14 księżyców (największy to Tryton).

Planety wewnętrzne (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars) są zbudowane głównie ze skał i metali (dlatego często nazywamy je planetami skalistymi). Natomiast planety zewnętrzne (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun) to olbrzymy gazowe (ew. lodowe) – zbudowane z lekkich pierwiastków, przede wszystkim wodoru, helu i metanu. Ich gęstość jest znacznie mniejsza niż planet skalistych.

W naszym Układzie Słonecznym każda planeta porusza się po prawie płaskiej płaszczyźnie orbitalnej (tzw. ekliptyce) i potrzebuje określonego czasu na jedno okrążenie Słońca (rok). Przykładowo Merkury okrąża Słońce w 88 dni, Mars – w 687 dni, a Neptun – w około 165 ziemskich lat!

Księżyce i pierścienie

Większość planet posiada swoje naturalne satelity, czyli księżyce. Bardzo duże planety olbrzymy mają ich dziesiątki. Na przykład Jowisz ma około 79 znanych księżyców (w tym Ganimedes, największy, większy niż planeta Merkury), a Saturn – około 82 (największy Tytan). Uran i Neptun mają kilkanaście księżyców. Natomiast Merkury i Wenus są wyjątkowe – nie mają żadnych naturalnych satelitów. Ziemia ma jednego – naszego Księżyc, a Mars dwa malutkie (Fobos i Deimos).

Niektóre planety, jak Saturn i Jowisz, są także otoczone układami pierścieni – cienkimi płaszczami kawałków lodu i skał krążącymi blisko równika planety. Najbardziej spektakularne pierścienie ma Saturn, ale słabe pierścienie posiadają też Jowisz, Uran i Neptun.

Planety pozasłoneczne (egzoplanety)

W ostatnich dekadach wiemy już, że planety nie występują wyłącznie w naszym Układzie Słonecznym. Odkryto tysiące egzoplanet – ciał krążących wokół innych gwiazd Drogi Mlecznej. Szacunki sugerują, że każda gwiazda może mieć swoje planety, co oznacza prawdopodobnie miliardy planet w samej tylko naszej Galaktyce!

Egzoplanety wykrywamy różnymi metodami: dzięki obserwacjom przelotów (gdy planeta przesłania fragment światła swojej gwiazdy) czy pomiarom „kichnięć” (zmian prędkości gwiazdy pod wpływem grawitacji krążącej wokół niej planety). Dzięki misji kosmicznej Kepler i teleskopowi TESS odkryto największą liczbę egzoplanet – każde kolejne obserwacje zwiększają katalog planet.

Wśród odkrytych egzoplanet wyróżniamy różne typy:

Gorące Jowisze – wielkie gazowe planety bardzo blisko swoich gwiazd. Ich okres obiegu może być liczony w dniach (dla porównania: Merkury potrzebuje 88 dni), co sprawia, że są bardzo rozgrzane.
Super-Ziemie – skaliste planety o masie większej niż Ziemia, ale mniejsze od gazowych olbrzymów. Niektóre z nich mogą mieć grube atmosfery.
Planety w strefie życia – planety krążące w odległości od gwiazdy pozwalającej na istnienie ciekłej wody (ani za blisko, ani za daleko). Uważa się, że planety w takiej strefie to najlepsze kandydatki do poszukiwania życia pozaziemskiego.
Egzotyczne egzoplanety – zdarzają się także obiekty nietypowe, np. planety o orbicie mocno wydłużonej czy planety o budowie gazowej z niezwykłą atmosferą.

Przykładami egzoplanet są m.in. Proxima b (skalista planeta krążąca wokół najbliższej gwiazdy Proxima Centauri), układ Trappist-1 (siedem podobnych do Ziemi planet krążących wokół małej gwiazdy, z co najmniej trzema w strefie życia) czy Kepler-452b (często nazywany „bliźniaczym” Ziemi).

Coraz więcej misji (najnowsze teleskopy kosmiczne, takie jak James Webb, czy kolejne sondy) pozwala badać atmosfery egzoplanet i szukać śladów życia. Dzięki nim zyskujemy globalny obraz planet poza naszym systemem – i stopniowo przekonujemy się, że planety są wszędzie tam, gdzie są gwiazdy.

Historia pojęcia

Pojęcie planety zmieniało się na przestrzeni dziejów. Słowo „planeta” pochodzi od greckiego πλανήτης (planétés) oznaczającego „wędrowca” – starożytni Grecy tak nazywali obiekty ruchome na tle gwiazd. W starożytności do planet zaliczano siedem jasnych ciał: Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza, Saturna oraz Słońce i Księżyc (wszystkie one widoczne gołym okiem „błąkały się” po niebie). Wówczas Ziemi nie traktowano jako planety – uważano, że to ona jest nieruchomym centrum wszystkiego, a nie że wokół Słońca krąży.

Dopiero w epoce heliocentryzmu (Kopernik, Galileusz) Ziemię uznano za planetę krążącą wokół Słońca, a Słońce wyłączono z grona planet (zaczęto je traktować jako gwiazdę). Wtedy lista planet wynosiła sześć (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn). W 1781 roku dodano Urana – pierwszą planetę odkrytą teleskopowo (do tego czasu widomo było tylko pięć).

W XIX wieku odkrywano między Marsem a Jowiszem liczne małe ciała (Ceres, Pallas, Juno, Westa i inne). Początkowo uważano je za planety, ale gdy lista urosła do kilkunastu obiektów, postanowiono wyodrębnić planetoidy (obecnie jako planety karłowate uznajemy tylko największe – np. Ceres). Na tym etapie liczba planet wróciła do ośmiu (Ziemia wliczona).

W 1930 roku odkryto Plutona – przez prawie 75 lat nosił on tytuł dziewiątej planety. Jednak pod koniec XX wieku zaczęto znajdować inne obiekty poza orbitą Neptuna o zbliżonych rozmiarach (np. Eris, Makemake, Haumea). Z tego powodu w 2006 roku IAU przyjęła definicję planet, która pozostawiła osiem planet w Układzie Słonecznym, a Pluton oraz podobne do niego ciała z Pasu Kuipera sklasyfikowała jako planety karłowate.

Współczesne badania i technologie stale przekształcają nasze rozumienie planet. Co chwilę pojawiają się nowe odkrycia egzoplanet, a astronomowie debatują nad udoskonaleniem definicji (np. proponuje się definicję ogólną, nieograniczoną do Układu Słonecznego). Dzięki postępom nauki pojęcie „planeta” – choć z pozoru oczywiste – nadal ewoluuje.

Proces powstawania planet

Planety powstają zazwyczaj w wielkich wirujących dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd (tzw. dysk protoplanetarny). Najpopularniejsza teoria akrecyjna opisuje ten proces w kilku etapach:

Formowanie dysku protoplanetarnego – narodzona gwiazda jest często otoczona płaszczyzną złożoną z kurzu, lodu i gazu. Materiał ten zaczyna się obracać wokół gwiazdy.
Akrecja pyłu – drobne cząsteczki pyłu zlepiają się ze sobą z czasem, tworząc coraz większe grudki. Pod wpływem grawitacji powstają ciała rozmiaru setek metrów do kilometrów, zwane planetesymalami.
Wzrost planetezymali – planetezymy zderzają się i łączą, tworząc dużo większe obiekty – protoplanety. Proces ten stopniowo buduje planety o masie znacznie przekraczającej początkowe grudki.
Ukształtowanie planety – gdy protoplaneta osiąga dużą masę, siły grawitacji ustawiają jej materiały wewnętrzne: cięższe pierwiastki (żelazo, nikiel) opadają do środka, tworząc jądro, lżejsze tworzą płaszcz i atmosferę. Ostatecznie ciało przybiera kształt kulisty.
Czyszczenie orbity – aktywna planeta może nadal przyciągać okoliczne drobne ciała lub wyrzucać je z orbity, co doprowadza do dominacji orbitalnej zgodnie z definicją planety.

W efekcie tego procesu powstają zarówno skaliste planety (które zgazowały większość lotnych składników i zachowały głównie cięższe elementy) oraz gazowe olbrzymy (które przyciągnęły ogromne ilości gazu w młodej dysku, tworząc grube, gazowe powłoki). To dlatego np. Ziemia i Mars mają twardą powierzchnię, a Jowisz i Saturn – składają się głównie z wodoru i helu.

Oczywiście powstawanie planet to proces złożony i zależny od wielu czynników (masa dysku, odległość od gwiazdy, dynamika zderzeń). Naukowcy badają różne modele formowania, w tym nowe teorie tłumaczące różnicę między planetami skalistymi a gazowymi. Każda kolejna obserwacja młodych systemów planetarnych pomaga potwierdzać lub modyfikować teorie powstawania planet.

Cechy charakterystyczne planet

Planety różnią się między sobą wieloma cechami, ale mają też wspólne właściwości:

Skład chemiczny i budowa: Planety skaliste (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars) zbudowane są głównie ze skał i metali; posiadają zwykle warstwową budowę (ciężkie jądro, płaszcz, cienka skorupa). Planety olbrzymy (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun) składają się z wodoru, helu i lodu, często z niewielkim stałym jądrem. Mają gęste, wielowarstwowe atmosfery, a ich powierzchnia (jeśli istnieje stała warstwa) jest przykryta potężnymi chmurami i cieczami.
Orbity: Orbity planet wokół gwiazdy są zazwyczaj eliptyczne (wyjątkowo bliskie kołowym) i leżą w niemal tej samej płaszczyźnie (tzw. ekliptyce). Każda planeta potrzebuje swojego czasu na pełny obieg – czas ten zależy od odległości od gwiazdy (im dalej, tym dłużej). Merkury okrąża Słońce bardzo szybko (88 dni), podczas gdy Neptun robi to przez około 165 lat.
Rotation i dzień planetarny: Każda planeta obraca się wokół własnej osi z własną prędkością. Tylko Wenus i Uran obracają się „do tyłu” względem innych (tzw. rotacja wsteczna). Doba na każdej planecie różni się: Jowisz ma bardzo krótką dobę (~10 godzin), a Wenus obraca się bardzo wolno.
Atmosfera: Większość planet ma atmosferę (lub jej pozostałości). Atmosfera wpływa na warunki na planecie: np. Wenus ma gęstą, gorącą atmosferę CO₂, co tworzy ekstremalny efekt cieplarniany. Ziemia ma atmosferę z tlenem, co pozwala na życie. Mars ma bardzo cienki i rzadki płaszcz atmosferyczny. Planety olbrzymy mają bezkresne warstwy gazu.
Pole magnetyczne: Niektóre planety wytwarzają silne pole magnetyczne (np. Ziemia, Jowisz), które chroni je przed promieniowaniem kosmicznym i cząstkami słonecznymi, tworząc magnetosferę.
Księżyce i pierścienie: Jak wspomniano, planety mogą mieć swoje satelity i pierścienie. Liczba księżyców jest zróżnicowana – Merkury i Wenus nie mają ich wcale, Ziemia ma 1, Mars 2, olbrzymy mają ich dziesiątki. Pierścienie (jak u Saturna) składają się z milionów drobnych cząstek lodu i skał, krążących w równiku planety.

W skrócie – każda planeta to duży obiekt o określonej orbicie, masie i składzie, który wyróżnia się na tle swego otoczenia grawitacyjnie i spełnia astronomiczne kryteria. Te różnice (rozmiar, budowa, atmosfera, orbita) sprawiają, że planety mogą się od siebie znacznie różnić.

Planety w kulturze i badaniach naukowych

Planety od zawsze przyciągały uwagę ludzi. Już starożytni przypisywali im znaczenie astrologiczne, a ich liczba i układ fascynowały cywilizacje. Obecnie planety są intensywnie badane przez naukę: wysyłamy sondy międzyplanetarne, łaziki, teleskopy kosmiczne – aby lepiej poznać ich powierzchnie, atmosfery i historię. Misje takie jak lądownik na Marsie, sondy Voyager czy nowe obserwatoria (np. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba) stale dostarczają nowych danych.

Z planet czerpiemy wiedzę o procesach w kosmosie: o tworzeniu się układów planetarnych, o warunkach sprzyjających życiu, o powszechności lub wyjątkowości Ziemi. Każda nowa planeta, którą badamy, daje nam kolejne ciekawostki i inspiruje do naukowej eksploracji.

Mówiąc najprościej, planety to nieustannie odkrywane światy – od najmniejszych, skalistych globów po ogromne gazowe olbrzymy – które wspólnie tworzą bogactwo Wszechświata. Poznając je, poznajemy nas samych i nasze miejsce w ogromnej rodzinie planet krążących wokół gwiazd.