Spektroskopie a atmosférické limity Makemake: Metanový led, tholinová syntéza a fotometrie satelitu MK2

Makemake ($M \approx 3-4 \times 10^{21}\text{ kg}$, $R_m = 715 \pm 7\text{ km}$, $\rho \approx 1,700-1,900\text{ kg/m}^3$) představuje největší klasické těleso Kuiperova pásu (dynamicky horké cubewano s $i = 29^\circ$) vykazující absenci globální rovnovážné atmosféry.

---

Dne 23. dubna 2011 zakryla Makemake hvězdu NOMAD 1181-0235723. Prudký pokles světelného toku bez refrakčního ohýbání paprsků v měřítku vzorkování $\Delta t = 0{,}1\text{ s}$ stanovil striktní horní limit na povrchový tlak $P_{\text{surf}}$:

Pro srovnání, tlak na Plutu činí $P_{\text{Pluto}} \approx 1-1{,}3\text{ Pa}$ ($10-13,\mu\text{bar}$).

Tato dramatická absence atmosféry u tělesa srovnatelné velikosti ($R_{\text{Make}} \approx 0{,}6 R_{\text{Pluto}}$) je vysvětlena kombinací:

1. Menší gravitace ($g \approx 0{,}5\text{ m/s}^2$ oproti $0{,}62\text{ m/s}^2$ u Pluta), což urychluje Jeansův atmosférický únik.
2. Vyčerpáním těkavého dusíku ($N_2$) v rané fázi akrece, v důsledku čehož dominuje méně těkavý metanový led ($CH_4$), jehož tlak nasycených par při $T \approx 30-35\text{ K}$ nepřesahuje nanobary.

---

Reflexní spektroskopie v pásmu $0{,}4-2{,}5,\mu\text{m}$ (přístroje VLT ISAAC a Keck NIRC) vykazuje dominantní absorpční pásy $CH_4$ při vlnových délkách $1{,}16, 1{,}33, 1{,}66, 1{,}72\text{ a } 2{,}32,\mu\text{m}$.

Modelování přenosu záření metodou Hapkeho teorie rozptylu určilo rozměr metanových ledových zrn:

Přítomnost centimetrových monokrystalů metanu implikuje dlouhodobou rekrystalizaci bez turbulencí. Vznik tholinových chromoforů je iniciován radiolýzou kosmickým zářením:

---

Objev měsíce MK2 Hubbleovým teleskopem (WFC3, filtr F350LP) v dubnu 2015 vyřešil dlouholetou záhadu infračerveného přebytku v datech družice Spitzer:

• Kontrast magnitud: $\Delta V = 7{,}80 \pm 0{,}05\text{ mag}$
• Geometrické albedo satelitu: $p_V \le 0{,}03$ (extrémně tmavý povrch uhlíkatého původu)
• Efektivní průměr satelitu: $D_{\text{sat}} \approx 175 \pm 25\text{ km}$
• Dráhová poloosa: $a_{\text{sat}} \ge 21,000\text{ km}$, oběžná perioda $P \ge 12\text{ dní}$

Tmavý povrch MK2 je důsledkem neschopnosti malého tělesa gravitačně udržet sublimující metan, který se vypařil do prostoru a zanechal za sebou pouze zčernalou krustu pyrolyzovaných organických látek.

---

[1] Brown, M. E., Trujillo, C. A., & Rabinowitz, D. L. (2005). Discovery of a candidate inner Oort cloud planetoid. ApJ, 617, 645.
[2] Ortiz, J. L., et al. (2012). Albedo and atmospheric constraints on dwarf planet (136472) Makemake from a stellar occultation. Nature, 491(7425), 566–569.
[3] Parker, A. H., et al. (2016). Discovery of a Makemakean Moon. The Astrophysical Journal Letters, 825(1), L9.
[4] Licandro, J., et al. (2006). Visible and near-infrared spectroscopy of (136472) 2005 FY9: A giant Kuiper belt object with a methane-rich surface. A&A, 458(1), L5–L8.