Projekt Orbit@home je novým projektom, ktorý si vytýèil za cie¾ ve¾mi zaujímavú a užitoènú úlohu – predpoveda pravdepodobnos zrážky Zeme s asteroidom. Projekt získal financovanie od NASA, ktorá tým ocenila jeho prínos vedeckej komunite a ¾udstvu ako takému. Rozprávanie o veciach súvisiacich s projektom, jeho vedeckom pozadí, motivácií a úžitku, ktorý môže predstavova, zaèneme na poèiatku – pri vzniku slneènej sústavy, keïže je to užitoèné pre pochopenie problematiky medziplanetárnej hmoty, ktorou sa Orbit@home zaoberá.
Zrod slneènej sústavyZrod a vývoj našej domovskej sústavy je zložitým procesom, ktorému ani astronómovia ešte dokonale nerozumejú, a o ktorom sa ve¾a uèíme najmä v ostatnom období, keï je objavovaných èoraz viac extrasolárnych planét. Nebudeme zachádza do podrobností, naèrtneme si len základné fázy tohto zložitého procesu.
Slneèná sústava vznikla pred približne 4,6 miliardami rokov gravitaèným zmršovaním medzihviezdneho plynovoprachového mraèna. Impulzom na jeho vznik bol pravdepodobne výbuch blízkej supernovy, ktorý svojou tlakovou vlnou spôsobil nerovnováhu mraèna a jeho následnú kontrakciu. V strede mraèna sa onedlho nato vytvoril zárodok budúceho Slnka. Keï teplota a tlak dosiahli kritickú hodnotu, zapálili sa v jeho strede termonukleárne reakcie (zluèovanie dvoch jadier vodíka na jadro hélia).
Tento okamih bol zásadným prerodom – vznikla plnohodnotná hviezda. Tlak žiarenia produkovaného termojadrovými reakciami zastavil ïalšie gravitaèné zmršovanie mraèna, a navyše zaèal ïalší dôležitý proces – èistenie vznikajúcej slneènej sústavy od prachu a plynu. Zaèínajúce Slnko (ProtoSlnko) totiž okrem žiarenia (ktoré samo o sebe vytvára tlak – keby ste vo vákuu umiestnili klasickú vrtu¾ku/”veterný mlyn”, tak ak by mala dostatoène malé trenie okolo svojej osi, tak by sa pod vplyvom dopadajúcich fotónov roztoèila) produkuje aj slneèný vietor – tvoria ho predovšetkým jadrá vodíka, v menšej miere aj jadrá hélia a iných prvkov. Èastice slneèného vetra narážajú na prachové a plynové èiastoèky obsiahnuté v protoplanetárnom disku a zaèínajú ho vytláèa preè od Slnka.
Zároveò postupuje aj ïalší dôležitý proces – samotné protoplanetárne mraèno je formované gravitaènými silami, ktoré ho vymodelujú do tvaru úzkeho disku obiehajúceho okolo hviezdy. Zaènú v òom vznika zhusteniny, “hrudky”, presne tak ako keï miesite cesto. Tieto hrudky na seba gravitáciou priahujú ïalšiu a ïalšiu hmotu z disku, èím ho ïalej èistia. Máme tu teda dva v podstate konkurenèné procesy – na jednej strane Slnko svojím slneèným vetrom prerieïuje protoplanetárny disk, na strane druhej vznikajúce zárodky planét (nazývané v tejto fáze planetezimály) taktiež spotrebovávajú materiál z disku na svoju tvorbu. V istej fáze sa stane, že disk je už nato¾ko riedky, že rast planét je v podstate ukonèený.
 Akumulácia materiálu na vznikajúce planéty spolu so slneèným vetrom a žiarením spôsobí zriedenie a vyèistenie protoplanetárneho disku, prièom v jeho vonkajších èastiach zostáva znaèná èas pôvodného materiálu (v slneènej sústave je to tzv. Oortov oblak). Zdroj: NASA.
Nekoneèný príbehAvšak, "ukonèený" je predsa len silné slovo. Vïaka rýchlo sa prerieïujúcemu disku intenzita rastu planét prudko klesá, avšak nedá sa nikdy poveda, že akumulácia materiálu na planétu sa skonèila. Je prirodzené, že v tak obrovskom objeme priestoru akým slneèná sústava je, nikdy nedôjde k jeho úplnému vyèisteniu od malých èiastoèiek, asteroidov a planétok, ktoré vznikli podobným "hrudkovaním" ako planéty, avšak v ove¾a menších rozmeroch.
V tejto fáze už ïalší osud výrazne závisí od konkrétnej hviezdnej sústavy, od ve¾kosti hviezdy, hmotnosti pôvodného protoplanetárneho mraèna, chemického zloženia pôvodného medzihviezdneho mraèna a ïalších faktorov. V prípade našej slneènej sústavy došlo k sformovaniu ôsmych planét (štyri terestriálne “pozemského typu”, a štyria plynní obri zložený prevažne z vodíka a hélia). Keïže slneèný vietor bol najintenzívnejší vo vnútorných èastiach slneènej sústavy, ve¾mi rýchlo z neho odvial naj¾ahšie prvky (vodík a hélium), a zostali tam prevažne ažšie prvky (kremík, kyslík, nikel, železo…), preto majú terestriálne planéty vysokú hustotu a ve¾ký podiel ažkých prvkov (starovekí ro¾níci v Chetitskej ríší iste na výrobu svojich v histórii prvých pluhov ocenili ¾ahko prístupnú železnú rudu nachádzajúcu sa v zemskej kôre, rovnako ako h¾adaèi zlata ocenili "pova¾ujúce" sa nugety zlata v riekach, èi pán Oppenheimer urán pri konštrukcii atómovej bomby), zatia¾èo planéty vzdialenejšie od Slnka sú plynné (odtia¾ už slneèný vietor nestihol odvia všetok vodík a hélium predtým, než ho na seba naakumulovali planéty). Vznikli však aj isté špecifiká – napr. medzi Marsom a Jupiterom vznikol pás asteroidov, ktorému nebolo nikdy dopriate sformova sa do planéty, pretože tomu bránila (a bráni) gravitácia Jupitera (mimochodom, celková hmotnos pásu asteroidov je menšia než tisícina hmotnosti Zeme). Rovnako aj v najvzdialenejších èastiach slneènej sústavy (za Neptúnom) vznikol ïalší tzv. Kuiperov pás asteroidov/planétok, avšak tie sú vïaka ve¾kej vzdialenosti od Slnka zložené prevažne z ¾adu a prachu. Najväèším známym predstavite¾om týchto telies je Eris, druhým najväèším je Pluto (donedávna nesprávne zaraïované medzi planéty). Poznáme ïalších nieko¾ko stoviek týchto telies, zväèša o priemere nieko¾ko stoviek kilometrov, avšak vïaka rozvoju pozorovate¾skej techniky ich poèet rýchlo rastie, prièom nie je vylúèená existencia ani telies ešte väèších ako Eris.
Eris –
fotografia najväèšej trpaslièej planéty Eris spolu s jej mesiacom Dysmoniou. Zdroj: NASA.
|
Predstava umelca založená na vedeckých faktoch –
trplaslièia planéta Eris a Slnko tak ako ho vidie z jej vzdialenosti. Zdroj: NASA.
|
Výber niektorých telies z Kuiperovho pásu asteroidov , v porovnaní s ve¾kosou Zeme. Sploštený objekt 2003 EL61 nie je grafickou chybou na obrázku, teleso je skutoène extrémne deformované jeho rýchlou rotáciou (okolo svojej osi sa otoèí za púhe 4 hodiny, prièom rozmery telesa sú cca 1000 x 2000 km!), èo je následkom zrážok s inými objektami Kuiperovho pásu v minulosti. Zdroj: California Institute of Technology.
Na základe teórií a aj pozorovaní iných planetárnych sústav sa predpokladá, že v ešte väèšej vzdialenosti od Slnka sa nachádza tzv. Oortovo mraèno, ktoré obsahujenieko¾ko MILIÁRD kometárnych jadier. Toto mraèno je na hranici gravitaèného vplyvu Slnka. V prípade prechodu Slneènej sústavy cez hustejšie oblasti galaktickej medzihviezdnej hmoty, prípadne pri blízkom výbuchu supernovy èi blízkom prelete inej hviezdy sa z tohto mraèna uvo¾nia tisícky èi milióny komét, z ktorých mnohé zamieria do vnútornej èasti slneènej sústavy a môžu eventuálne dopadnú na Zem. Predpokladá sa, že práve tento princíp má na svedomí pomerne pravidelné bombardovanie našej planéty vesmírnymi votrelcami. Viac informácií o tomto procese a o vplyve púte Slnka v Galaxii na život na našej planéte nájdete v èlánku “Hviezdna a galaktická obývate¾ná zóna”, ktorý onedlho zverejníme na našom webe. Takže to¾ko struène k súèasnej predstave o štruktúre slneènej sústavy. A ako to súvisí s projektom Orbit@home?
Pre milovníkov katastrofAko sme už spomenuli, slneèná sústava nikdy nebude úplne vyèistená od malých “hrudiek”, ktoré v nej poletujú od dôb jej vzniku. Na Zem v súèasnosti dopadá priemerneokolo 100 TON materiálu denne v podobe prachu a drobných meteoroidov (pozor na terminológiu – “meteoroid” je malé teleso pohybujúce sa v medziplanetárnom priestore, “meteor” je úkaz na oblohe spôsobený preletom meteoroidu atmosférou Zeme, zatia¾èo “meteorit” je teleso, ktoré už na povrch Zeme dopadlo a ktoré môžeme vystavi napr. v múzeu). Ako však logika hovorí, obèas sa Zemi pripletie do cesty aj o nieèo väèší balvan. Príkladom je rok 1908, keï na Sibíri v blízkosti rieky Tunguzky dopadol asteroid (pravdepodobnejšie však kometárne jadro), ktorého výbuch zrovnal so Zemou lesy v okruhu stoviek kilometrov bolo ho poèu tisícky kilometrov ïaleko. Ak by takéto teleso dopadlo nad obývané oblasti, mohlo z povrchu Zeme vymaza celé mestá. Ïalšou ukážkou nekoneèného príbehu bol dopad kométy Shoemaker-Levy 9 na Jupiter v roku 1994 – stopy obrovských explózií bolo možné pozorova zo Zeme (kométa sa tesne pred dopadom na Jupiter vplyvom jeho silnej gravitácie rozpadla na nieko¾ko kusov ve¾kosti do 2 km, ktoré dopadli rýchlosou cca 60 km/s) nieko¾ko mesiacov, a boli vidite¾nejšie ako známa Ve¾ká èervená škvrna. Sledovanie celej tejto drámy prakticky v priamom prenose bolo zaujímavé aj z toho dôvodu, že bolo názornou ukážkou toho ako Jupiter chráni Zem – vïaka Jupiteru totiž na Zem dopadalo (a bude dopada) výrazne menej asteroidov a komét, Jupiter totiž ve¾kú èas z nich zlikviduje èi už priamo (dopadom na Jupiter) alebo zmení ich dráhy nato¾ko, že opustia slneènú sústavu. Vïaka tej malej bodke na noènej oblohe, ktorú si mnohí ani nevšimnú, tu máme na Zemi väèší pokoj od drvivých impaktov…
Zo zaujímavých udalostí posledného obdobia spomeòme aj ïalšiu - pravdepodobne neviete, že v roku 1972 preletela nad štátom Utah (USA) a Albertou (Kanada) ohnivá gu¾a, ktorá za sto sekúnd preletela cca 1500 km, a jej najnižšia výška nad povrchom Zeme bola 58 km. Táto gu¾a bola asteroidom o ve¾kosti cca 10 metrov, ktorý len tesne minul Zem, presnejšie sa vnoril do atmosféry a po 100-sekundovom lete sa odrazil spä do kozmu. Ak by dopadol na Zem, energia výbuchu by bola ekvivalentná energii atómovej bomby zvrhnutej na Hirošimu.
V roku 2002 NASA objavila teleso o priemere 50 až 120 metrov, ktoré minulo Zem vo vzdialenosti len 120 tisíc km – tretina vzdialenosti Mesiaca od Zeme! Z h¾adiska vesmírnych vzdialeností to bolo “tesne ved¾a” – staèí si napr. uvedomi, že túto vzdialenos preletí Zem pri svojom obehu okolo Slnka za cca šes minút. NASA toto teleso objavila až tri dni po jeho najväèšom priblížení k Zemi.
Keïže rozprávame o impaktoch, nezaškodí pozrie sa na zúbok aj ešte väèším exemplárom. Na to sa staèí presunú viac do minulosti – máme tu pekný príklad dinosaurov, ktoré najpravdepodobnejšie vyhynuli vïaka dopadu asi desakilometrového asteroidu do oblasti dnešného mexického polostrovu Yucatan (pozostatok dvojitého krátera Chicxulub s priemerom vonkajšieho valu cca 300 km bol objavený pod nánosmi sedimentov). Ten spôsobil celosvetové požiare, vyvrhol množstvo prachu do atmosféry Zeme, pravdepodobne prispel aj k narušeniu zemskej kôry a zvýšeniu sopeènej èinnosti, èím na nieko¾ko desaroèí drasticky znížil množstvo slneèného žiarenia dopadajúceho na povrch Zeme, èím sa obmedzila fotosyntéza. Dôsledkom bol drastický úbytok rastlín a takisto planktónu v moriach, a teda narušenie potravinového reazca. Mimochodom, najnovšie poèítaèové simulácie naznaèujú, že tento asteroid bol úlomkom zo zrážky dvoch asteroidov, ktorá nastala pred cca 160 miliónmi rokmi v páse asteroidov medzi dvoma telesami s rozmermi cca 170 a 60 km, a ktoré sa roztrieštili na cca 300 telies väèších než 10 km a 140 tisíc väèších než 1 km. Jedno z tých väèších dopadlo na Zem (a spôsobilo vyhynutie dinosaurov), zatia¾èo ïalšie s ve¾kou pravdepodobnosou vytvorilo 85 km kráter Tycho na Mesiaci (známy kráter s bledými “lúèmi”, ktoré vytvorila hmota vyrazená z miesta dopadu). Našastie však, odstránením dinosaurov, ktoré vládli Zemi extrémne dlho (cca 150 miliónov rokov – pre porovnanie, cicavce “vládnu” Zemi len cca 65 miliónov rokov), sa uvo¾nila cesta pre vývoj iných druhov, konkrétne práve spomenutých cicavcov.
Niè však nie je èiernobiele, a aby nevznikol dojem, že dopady asteroidov musia by zákonite škodlivé èi deštruktívne, spomeòme jeden dôležitý fakt - dopad asteroidov môže paradoxne aj prispie k šíreniu života! Existuje nieko¾ko asteroidov, ktoré preukázate¾ne pochádzajú z Marsu (dôkazom je predovšetkým mineralogické a nukleotidové zloženie asteroidu), a ktoré nieko¾ko miliónov rokov po vyrazení z povrchu Marsu väèším impaktom krúžili okolo Slnka až kým nedopadli na Zem. Vedci robili experimentálne výskumy, pri ktorých pozemské baktérie prežili vymrštenie, medziplanetárnu radiáciu (simulovanú ožarovaním) a aj následný dopad, vrátane extrémneho preaženia (pokusy sa uskutoènili vystrelením projektilu s baktériami špeciálnymi delami schopnými vystreli projektil rýchlosou až 5.1 km/s, èo je úniková rýchlos z povrchu Marsu). Keïže proces je obojstranný, podobne musia aj na Marse existova meteority, ktoré pôvodne boli na Zemi (vrátane baktérií), dostatoène ve¾ký impakt ich z nej vyrazil na obežnú dráhu okolo Slnka a neskôr dopadli na povrch Marsu. Na základe experimentálnych dôkazov sa teda môžme domnieva, že planéty zïaleka nie sú nato¾ko izolované ako sa doposia¾ myslelo, a že baktérie sa môžu medzi nimi v priebehu miliónov rokov vïaka asteroidom presúva.
Meteorit ALH84001, ktorý pochádza z Marsu.
Tento meterorit sa stal predmetom horúcej debaty, pretože niektoré analýzy naznaèovali, že sa v òom môžu nachádza fosílie baktérii z Marsu. Niè také sa však nakoniec nepotvrdilo.
Druhým a ešte pozitívnejším dôsledkom dopadu asteroidov je skutoènos, že väèšina vody nachádzajúcej sa na Zemi bola na òu dopravená kométami z Oortovho oblaku na poèiatku vzniku našej planetárnej sústavy (po ukonèení Ve¾kého bombardovani). Podobným spôsobom dostali vesmírne dodávky vody aj Mars a Venuša, avšak neskôr obe takmer všetku vodu stratili (aj keï pod¾a najnovších zistení v podzemí Marsu stále ostalo pomerne ve¾ké množstvo vody, ktorá ak by pokryla celý povrch Marsu, vytvorila by celoplanetárny oceán o håbke možno až nieko¾ko sto metrov). No nie je èloveku po uvedomení si tohoto faktu tá voda hneï vzácnejšia? :-) Význam vody pre vznik a vývoj života nie je nutné nikomu pripomína, možno menej triviálnou je však dôležitos prítomnosti uhlíka pre život. Uhlík je naj¾ahším prvkom, ktorý je štvormocný - to znamená, že je schopný vytvori chemickú väzbu až s ïalšími štyrmi atómami. Táto zdanlivo nepodstatná vec je z biochemického h¾adiska nesmierne dôležitá - umožòuje totiž vytvori nesmierne pestrú a bohatú škálu najrôznejších kombinácii uhlíka s inými atómami, prièom uhlík vždy slúži ako "kostra", na ktorú sa napájajú ïalšie a ïalšie atómy. To je príèinou, preèo je základom všetkých aminokyselín, a teda aj bielkovín a DNA molekuly práve uhlík a nie iný prvok.
Žiaden iný ¾ahký prvok nie je štvormocný, žiaden iný ¾ahký (dôležitos slova "¾ahký" je v tom, že ažších prvkov vytvorili hviezdy podstatne menej ako ¾ahkých) prvok by nemohol vytvori také ve¾ké množstvo biomolekúl, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie ohromne zložitého reazca biochemických reakcií (pri malom poète molekúl by nebolo možné vytvori zložité biochemické procesy). Moderná technika sa zaèína inšpirova touto fascinujúcou vlastnosou uhlíka, a napr. uhlíkové nanotrubièky, fulerény a ïalšie umelo vytvorené molekuly z uhlíka vykazujú priam zázraèné vlastnosti, ktoré v budúcnosti majú potenciál umožni boom technológií - nenadarmo sa hovorí o "uhlíkovom" veku, ktorý bude nasledova po dnešnom "atómovom". Štvormocnos skrátka hýbe svetom. A - èuduj sa svete - práve asteroidy a kométy sú nesmierne bohaté na uhlík a organické zluèeniny. Ve¾a z nich je doslovne "konzervou" prísad na výrobu života. Dopady asteroidov a komét teda zohrali významnú úlohu pri zarobení "prvotnej polievky", v ktorej sa "uvaril" prvý život, a kde našiel vhodnú živnú pôdu na ïalší rozvoj.
Takže keï najbližšie budete vymýš¾a darèek pre svojich blízkych, darujte im napr. jablko - veï jeho molekuly sú dovozom z miliardy kilometrov vzdialených konèín slneènej sústavy. No nie je to vzácnos? (autor tohoto èlánku nezodpovedá za škody spôsobené realizáciou tohoto návrhu :-) )
Tretí pozitívny efekt prítomnosti asteroidov a komét v našej sústave sa prejaví až v budúcnosti. Asteroidy sú totiž výborným zdrojom nerastných surovín a kovov, ktorých obsahujú ve¾ké množstvo. Odhaduje sa, že celková cena nerastov a hornín v asteroidoch je cca 100 miliárd USD na každého dnešného obyvate¾a planéty Zem. Samozrejme je to odhad a teoretická hodnota, avšak ak sa prístup do vesmíru stane dostatoène ekonomickým, je len otázkou èasu kedy ¾udstvo bude môc využi ažbu z asteroidov na svoj ïalší rozvoj - vïaka ich nízkej gravitácii totiž odvoz vyaženého materiálu nepredstavuje technický problém. Ten by mohol výrazne pomôc pri budovaní sond, kozmických lodí a kolonizaèných staníc. Kométy by naopak vïaka vysokému podielu vodného ¾adu slúžili ako "èerpacie stanice s osviežením", kde by medziplanetárne lode mohli èerpa palivo (keïže voda sa skladá z atómov kyslíka a vodíka, základných zložiek chemického paliva) a doplòova zásoby vody pre posádku.
Skoème však z úvah o blízkej budúcnosti do reality ve¾mi ïalekej minulosti. Nemôžme nespomenú udalos vzniku nášho Mesiaca - pod¾a najnovších výskumov totiž s najväèšou pravdepodobnosou vznikol zrážkou ProtoZeme s planetezimálou ve¾kosti Marsu len nieko¾ko miliónov rokov po vzniku slneènej sústavy. Táto zrážka roztavila väèšiu èas oboch telies, prièom množstvo materiálu sa dostalo na obežnú dráhu okolo novovzniknutého telesa. Najhustejší materiál (železo a nikel) sa prirodzene dostal predovšetkým do jadra Zeme, zatia¾èo na obežnej dráhe mal väèšie zastúpenie menej hustý materiál – to je dôvod preèo má Mesiac tak malú hustotu a malé jadro v porovnaní so Zemou, a naopak Zem jadro pomerne ve¾ké (práve ve¾kému rotujúcemu zemskému jadru vïaèíme za existenciu magnetického po¾a Zeme, ktoré nás chráni pred kozmickou radiáciou).
Z obdobia poèiatkov slneènej sústavy pochádza aj ïalšia perlièka – rotaèná os planéty Urán je sklonená o viac ako 90 stupòov voèi jeho rotaènej rovine. ¼udskejšími slovami povedané, kedysi musel Urán preži obrovský impakt, ktorý ho “zrazil” a posunul os jeho rotácie, takže dnes je jedinou planétou, ktorá sa v podstate po svojej obežnej dráhe “vá¾a”. Ve¾kos impaktu si môžete lepšie predstavi, ak si uvedomíme, že hmotnos Uránu je až 14.5 násobne väèšia ako hmotnos Zeme…
Podobným spôsobom prišla Venuša k svojej zvláštnej rotácii - je to jediná planéta, ktorá okolo svojej osi obieha v opaènom smere. Jediná logická udalos, ktorá mohla spôsobi takúto anomáliu, je zásah masívnym impaktom (alebo sériou impaktov), ktoré zmenili smer jej rotácie...
Neodboèujme však príliš do popisu dávno minulých udalostí, pretože prvopoèiatky slneènej sústavy boli prirodzene sprevádzané mohutnými impaktami, keïže sa ešte len formovala. Tak masívne impakty ako boli tie posledne spomenuté sú však v dnešnej “vyèistenej” sústave už prakticky vylúèené, reálne hroziace sú “len” asteroidy “dinosaurieho kalibru” a menšie. Vráme sa teda spä do súèasnosti.
NASA spustila prednedávnom program na vyh¾adávanie NEO – Near Earth Objects (blízkozemné objekty). Princípom sú automatické ïalekoh¾ady, ktoré scanujú oblohu v rôznych èasových intervaloch, a software automaticky porovnáva snímky – asteroidy sa prejavia zmenou polohy na snímkach. Na základe zmeny (minimálne z troch fotografií) sa vypoèíta ich dráha. Zaujímavé sú samozrejme objekty, ktoré potenciálne hrozia zrážkou so Zemou, a teda logicky ktorých dráha sa kríži s dráhou Zeme. Doteraz bolo objavených nieko¾ko tisíc takýchto objektov! Ich ve¾kos kolíše od nieko¾kých metrov až po nieko¾ko kilometrov, prièom najmä tých menších je zmapovaných len menšia èas. Cie¾om NASA je najbližšie roky zmapova 90% všetkých blízkozemných objektov väèších ako jeden kilometer. Slúžia na to viaceré ïalekoh¾ady a teamy, ako napr. LINEAR, NEAT, Space Watch, LONEOS, Catalina a iné.
 Poèet známych blízkozemných asteroidov od roku 1980 do súèasnosti.Èervenou farbou sú oznaèené ve¾ké objekty s priemerom väèším ako jeden kilometer (poznáme ich už cca 750!), modrou farbou sú znázornené objekty všetkých ve¾kostí. Ako vidie, Zem ešte zïaleka pred vlastným prahom upratané nemá, a mapova tieto objekty nie je zbytoèné úsilie. Prudký nárast objavov od roku 2000 spôsobilo nasadenie automatických ïalekoh¾adov.
Poviete si – èože je pár sto metrov èi kilometer oproti desiatim kilometrom, ktoré mal asteroid majúci na svedomí dinosaurov. Avšak už aj asteroid o ve¾kosti nieko¾ko desiatok metrov, ak by dopadol nad obývanú oblas, by spôsobil katastrofu – mal by nièivú silu porovnate¾nú s jadrovou náložou (samozrejme však bez sprievodnej rádioaktivity). Navyše, atmosféra by tiež utrpela množstvom vyvrhnutého prachu (staèí spomenú “obyèajný” výbuch sopky Tambora v roku 1815, vïaka ktorému sa nieko¾ko rokov vznášal prach v stratosfére, a nasledujúce roky sa nazývali “roky bez leta”, kvôli zníženej celosvetovej teplote a nižšej úrode pšenice). Asteroid o ve¾kosti 50 metrov už spôsobí kontinentálnu katastrofu.
 Jeden z robotických teleskopov slúžiacich na vyh¾adávanie NEO – štyri tubusy umožòujú zosníma súèasne väèšiu plochu na oblohe, èo je nevyhnutnos ak chceme rýchlo preh¾adáva celú oblohu. Zdroj: Los Alamos National Laboratory.
Komplikáciou je skutoènos, že vypoèíta dráhu telesa v slneènej sústave nie je jednoduché. Pritom vysoká presnos je nevyhnutná pre presnú predpoveï rizika zrážky – staèí si uvedomi, že Zem je v porovnaní s ve¾kosou priestoru mizivo malá – asteroid s dráhou podobnou zemskej preletí za rok cca jednu miliardu kilometrov. Ak by sme spozorovali asteroid, ktorý by sa mal zrazi so Zemou (ktorej priemer je zhruba 12 700 km) povedzme za desa rokov, je nutné vypoèíta jeho dráhu s presnosou 1:100 000 a väèšou. To je nesmierne ažké, a to predovšetkým z dvoch dôvodov: presnos merania dráhy závisí na poète meraní polohy na oblohe (èím viac meraní a èím sú èasovo vzdialenejšie od seba, tým je presnos urèenia dráhy lepšia), a druhým dôvodom je, že dráha telesa sa èasom mení. Spôsobuje to gravitácia ostatných telies slneènej sústavy, ktoré sa neustále pohybujú (planéty, ve¾ké asteroidy…) a ktoré menia dráhu svojich menších kolegov. Suma sumárum, vypoèíta pravdepodobnos zrážky asteroidu so Zemou je porovnate¾né so snahou urèi pravdepodobnos zásahu terèa o priemere 10 cm ak na neho strie¾ate zo vzdialenosti 10 kilometrov. ažká to úloha.
Avšak, realizovate¾ná. Automatické ïalekoh¾ady nám posledné roky poskytujú obdivuhodné množstvo údajov o dráhach asteroidov križujúcich dráhu Zeme. Tieto údaje sú však bezcenné, ak sa nepoužije dostatoèná výpoètová sila, ktorá ich zanalyzuje, a vypoèíta do budúcnosti dráhy pod¾a napozorovaných parametrov.
Orbit@home
Pasquale Tricarico, vedecký výzkumník na Planetary Science Institute.
Pasquale Tricarico prišiel predèasom s výborným nápadom – veï je to úloha ako stvorená pre distribuované výpoèty, pre BOINC! Po nieko¾kých rokoch tento nápad ocenila aj NASA, ktorá mu udelila grant, a to aj na základe toho, že Pasquale má bohaté skúsenosti s vývojom softwareu slúžiaceho na simulácie pohybu telies v slneènej sústave (ORSA).
Každé PC vypoèíta dráhu asteroidu na mnoho rokov dopredu na základe doposia¾ známych parametrov dráhy. Výpoèet nie je nijak jednoduchý, rieši zložité parciálne diferenciálne rovnice je numericky extrémne nároèné, navyše, pre požadovanú vysokú presnos je nutné zahròova aj efekty teórie relativity (najdôležitejším z nich je tzv. stáèanie periastra - skutoènos, že miesto, kde obežnica dosiahne bod najbližší k obiehanému telesu, sa v priebehu èasu v priestore pomalièky posúva okolo obiehaného telesa. Pozorovali ho už v devätnástom storoèí pri planéte Merkúr, a zostávalo ve¾kou záhadou, že je výrazne vyššie ako predpovedá newtonova gravitaèná teória. Záhadu vyriešila až teória relativity, ktorá ju dokázala vysvetli a vypoèíta stáèanie s vynikajúcou presnosou. Z historického h¾adiska to bol jeden zo silných argumentov, ktorý napomohol inak s rezervou prijímanej teórii relativity získa reputáciu vo vedeckých kruhoch). Výsledky sa odošlú spä na centrálny server, kde sa vyselektujú tie, ktorých pravdepodobnos zrážky bude nad kritickým prahom. Tie sa budú analyzova ïalej, prípadne sa na dané asteroidy sústredia pozorovatelia a spresnia ich dráhu.
Tento postup “preventívneho výpoètu” je ve¾mi dôležitý – èím skôr totiž odhalíme prípadnú zrážku so Zemou, tým ¾ahšie, lacnejšie a úspešnejšie sa môžme bráni. Poviete si – ako sa predsa dá bráni dopadu nieko¾komiliardtonového telesa, ktoré sa na nás bude rúti rýchlosou nieko¾ko kilometrov za sekundu? Nezúfajte, dá sa to, a to dokonca nieko¾kými spôsobmi.
Kto do teba kameòom, ty doòho sondouMožností ako sa vyhnú asteroidu je viacero. Prirodzene, všetky sú založené na nevyhnutnosti zmeny jeho dráhy. Zabudnime na naivné predstavy o hrdinskom navàtaní a odpálení jadrovej nálože, ktorá rozmetá asteroid na kusy. Situácia by sa takýmto riešením totiž s najväèšou pravdepodobnosou len zhoršila. Asteroid by sa síce rozdelil, avšak mnohé jeho èasti by napriek tomu dopadli na Zem, prièom by zasiahli ešte väèšie územie ako jednoliaty asteroid. Navyše, od istej ve¾kosti (zhruba od 35 metrov – závisiac od konzistencie a zloženia dopadajúceho telesa) už atmosféra Zeme nepredstavuje ochranu pred dopadajúcimi telesami, a teda desa stometrových asteroidov je rovnako nièivých (a vïaka spomínanému rozmiestneniu na väèšom území azda ešte nièivejších) ako jeden asteroid, ktorý by mal hmotnos rovnú súètu ich hmotností.
My sa sústreïme nie na hollywoodske, ale na racionálnejšie možnosti riešenia. Použitie termonukleárnej nálože má význam, ak by spôsobila odparenie (nielen rozbitie) väèšej èasti asteroidu. Výsledok tohto spôsobu je však ažko predpovedate¾ný a riskantný – je totiž extrémne závislý na presnej znalosti štruktúry, konzistencie a zloženia asteroidu, èo je prakticky nemožné získa bez celej svorky sond, vrtov a dostatku èasu na håbkový prieskum asteroidu, a aj tak by tu vždy bola ve¾ká neistota. Podobne je na tom aj spôsob využívajúci odpálenie väèšieho poètu menších povrchových jadrových náloží, ktoré by asteroid nepoškodili, ale by vplyvom zákona akcie a reakcie spôsobili jeho posun. Nanešastie ve¾a asteroidov je znaène poréznych a nesúdržných a je tu ve¾mi ve¾ké riziko rozpadu asteroidu na fragmenty, ktoré môžu by, ako sme spomínali, ešte nebezpeènejšie – aj vïaka tomu, že proces roztrieštenia asteroidu už je nevratný. Skrátka, riziko je neakceptovate¾ne ve¾ké.
Priamy kinetický zásah je ïalšou možnosou, ktorá však taktiež hrozí rozpadom asteroidu na fragmenty. Jeho princíp je jednoduchý – zasiahnu cie¾ový asteroid telesom, prièom kinetická energia dopadu spôsobí vychýlenie jeho dráhy. Európska kozmická agentúra ESA pripravuje dokonca misiu s cie¾om testova tento spôsob, pod názvom Don Quijote. Úspešná však už bola aj sonda Deep Impact, ktorá v roku 2005 zasiahla medeným projektilom o hmotnosti 370 kg jadro kométy 9P/Tempel. Projektil vyvrhol do priestoru množstvo hmoty z jadra kométy, ktorý okololetiaca sonda analyzovala. Cie¾om teda nebolo zmeni dráhu kométy, ale skúma jej vnútornú štruktúru, v každom prípade však je to pekná ukážka, že technológia a navigácia je schopná navies projektil aj na tak malý a rýchlo sa pohybujúci cie¾ akým kométa èi asteroid sú. Mimochodom, zjasnenie kométy spôsobené vyvrhnutým materiálom bolo pozorovate¾né aj zo Zeme. Podobne bola úspešná aj sonda Star Dust, ktorá v roku 2006 priviezla vzorku z kómy kométy (èiže z jej "chvosta" - sonda na kométe nepristála) na Zem, a bolo možné zapoji sa do jej analázy aj pomocou DC projektu Stardust@home. No a keï už spomíname sondy doposia¾ vyslané k asteroidom èi kométam, nemôžme vynecha európsku sondu Rosetta, ktorá má namierené ku kométe Churymov-Gerasimenko s plánovaným rande v roku 2014, èi americkú sondu Dawn, ktorá po viacerých odkladoch a dokonca úplnom zrušení nakoniec v sepetembri 2007 odštartovala k trpaslièej planéte Ceres (najväèšie teleso v páse medzi Marsom a Jupiterom s priemerom takmer 1000 km), a Vesta (druhé najväèšie teleso v páse asteroidov s priemerom takmer 600 km). O týchto dvoch telesách máme len ve¾mi málo informácii, pritom môžu výrazne pomôc nášmu pochopeniu štruktúry, minulosti a zloženiu asteroidov. Len pre zaujímavos - štyri najväèšie asteroidy (Ceres, Juno, Palas a Vesta) boli od svojho objavu (Ceres bol objavený v roku 1801) až do roku 1845 považované za planéty (keïže všetci oèakávali, že medzi Marsom a Jupiterom by mala by ešte jedna planéta), takže slneèná sústava mala nieko¾ko desaroèí až dvanás oficiálnych planét. Až keï sa zistilo, že nejde o planéty, ale len asteroidy, boli zo zoznamu vypustené - takže prípad Pluta, ktoré bolo nedávno Medzinárodnou astronomickou úniou vyradené zo zoznamu planét, nie je vôbec prvý a ojedinelý. Astronómia je zjavne jednou z mála oblastí, ktorá si jednoducho svoje chyby otvorene prizná a napraví ich :-) . Vymenovanie doterajšieho úsilia ¾udstva o stretnutia s asteroidmi ukonèime zmienkou o sonde NEAR, ktorá v roku 2000 strávila neiko¾ko týždòov na orbite okolo asteroidu Eros (320 x 366 km) a japonskej sonde Hayabusa (ku ktorej sa ešte v tomto èlánku vrátime).
 Zásah kompéty 9P/Tempel projektilom zo sondy Deep Impact v roku 2005. Snímku získala sonda prelietavajúca okolo zasiahnutej kométy.
Inou dôvtipnou a prekvapujúco jednoduchou metódou je využitie tzv. Jarkowskeho efektu. Ten spoèíva v tom, že slneèné žiarenie (ako už bolo spomenuté) vytvára tlak. Je známe, že biely povrch odráža takmer všetko dopadajúce žiarenie, zatia¾èo tmavý povrch ho takmer všetko pohlcuje (vlastnos odrazivosti sa nazýva albedo). Táto skutoènos spôsobí, že ak je èas povrchu asteroidu výraznejšie bledšej farby ako iná, slneèné žiarenie bude vytvára na rôzne èasti asteroidu rôzny tlak. Z dlhodobého h¾adiska dochádza potom k zmene rotácie asteroidu a dokonca k miernej zmene jeho dráhy. Tento jav už bol v praxi pozorovaný a potvrdený. Ak by sme teda vyslali sondu, ktorá by rozprášila na polovici povrchu asteroidu (presné rozdelenie by záviselo od jeho geometrického tvaru) materiál s vysokou odrazivosou, inými slovami biely prášok, zatia¾èo zvyšok povrchu by zostal tmavý (prirodzená odrazivos asteroidov je menšia než 10%), za nieko¾ko rokov az desaroèí by sa dráha asteroidu mierne zmenila. Na nieko¾kostometrov ve¾ký asteroid by postaèilo len nieko¾ko ton materiálu, èo už je v technických možnostiach aj súèasných družíc (napr. sonda Cassini vyslaná ešte v roku 1995 až k Saturnu má hmotnos nieko¾ko ton).
Gravitaèný traktor je ïalšou dôvtipnou metódou ako už so súèasnou technikou spôsobi posun dráhy asteroidu. Princíp je tiež ve¾mi jednoduchý – k asteroidu sa vyšle sonda, ktorá “zaparkuje” v tesnej blízkosti hroziaceho votrelca. Pomocou iónových motorov (ktoré už boli úspešne otestované na nieko¾kých medziplanetárnych sondách, a ktoré sú narozdiel od chemických motorov schopné pracova nepretržite nieko¾ko mesiacov až rokov) so slabým ahom by sa udržiavala neustále v požadovanej pozícii voèi asteroidu (vo vzdialenosti nieko¾ko desiatok metrov), prièom svojou hmotnosou a vlastnou mikrogravitáciou by spôsobila v priebehu nieko¾kých rokov zmenu dráhy asteroidu. Na nieko¾kostometrový asteroid by postaèila sonda s hmotnosou rádovo desiatich ton.
 Gravitaèný traktor, ktorý svojou mikrogravitáciou v priebehu dostastoène dlhého èasu spôsobí malé vychýlenie dráhy asteroidu. Svoju polohu by udržiaval pomocou iónových motorov schopných pracova nepretržite po dobu mnohých mesiacov až rokov. Zdroj: NASA.
Existujú aj ïalšie návrhy, ako napr. umiestnenie solárnych plachiet na asteroid, ktoré využijú (už nieko¾kokrát zmieòovaný) vplyv tlaku slneèného žiarenia; ïalej sústredenie slneèného žiarenia na povrch asteroidu pomocou zrkadiel, a nieko¾ko ïalších… Aj keï žiaden z nich nebol priamo odskúšaný, predstavujú racionálne podložený arzenál spôsobov, ktoré v prípade dostatoène skorého odhalenia rizika zrážky môžu zrážke predís.
Ako však vidíte, všetky (spo¾ahlivé) metódy vyžadujú práve ten dostatoèný predstih, s ktorým je potrebné zrážku predpoveda. Preto je tak dôležité venova ve¾kú pozornos mapovaniu zemského okolia a jeho analýze. Takže – NASA pozoruj a deteguj, a Orbit@home – analyzuj, poèítaj a predpovedaj! Máme výhodu, že narozdiel od dinosaurov o riziku už vieme…
Juraj Kotulic Bunta, Ph.D
Príloha: Zaujímavé krátery a asteroidy v slneènej sústave:
 Reaz kráterov na Jupiterovom mesiaci Ganymedes, spôsobená dopadom kométy, ktorá sa pred dopadom rozpadla vplyvom gravitácie Jupitera (podobne ako kométa Shomekaer-Levy 9 v roku 1994). Zdroj: NASA.
 South-Pole Aitken Basin – najväèší doposia¾ odhalený kráter v slneènej sústave. Nachádza sa na našom Mesiaci, má priemer 2100 km (!), a vznikol v dobách tzv. Ve¾kého bombardovania. Kvôli jeho ozrutným rozmerom (dopad takmer spôsobil rozpad Mesiaca) bolo kráter možné odhali až vïaka presným meraniam povrchových nerovností na Mesiaci pomocou obiehajúcich sond. Zaujímavosou je, že Ve¾ké bombardovanie nastalo až cca 700 miliónov rokov po vzniku slneènej sústavy, keï už bola situácia pomerne pokojná a naša sústava už pomerne “uprataná”. Predpokladá sa, že táto fáza bola spôsobená zmenami v dráhach vonkajších planét, ktoré sa pod¾a poèítaèových simulácii postupne vzïa¾ovali od Slnka – v istej fáze sa Neptún ako najvzdialenejšia planéta vïaka tomuto vzïa¾ovaniu dostal tak ïaleko, že narušil dráhy objektov Kuiperovho pásu asteroidov, prièom viacero z nich sa dostalo aj do vnútornej slneènej sústavy a keïže sa jednalo o telesá s priemermi stoviek kilometrov, spôsobili ozrutné impaktné krátery (okrem South-Pole Aitken je známy aj Caloris Basin na Merkúre. Najnovšie fotografie sondy Messenger z januára 2008 ukazujú, že tento kráter má priemer úctyhodných cca 1600 km). Podporou pre túto možnos je aj fakt, že Neptúnove mesiace vykazujú mnohé anomálie, poukazujúce na to, že sú to vlastne zachytené telesá Kuiperovho pásu - okrem ich zloženia podobného zloženiu Pluta ich usvedèuje aj to, že rotujú okolo Neptúnu proti smeru jeho rotácie (nemohli teda vzniknú spoloène s ním). Najväèším takýmto jeho zachyteným mesiacom je Tritón, siedmy najväèší mesiac v slneènej sústave s priemerom až 2700 km. Iné Neptúnove mesiace zas vykazujú znaky kompletného roztrieštenia a opätovného zloženia. Takto sú pekne logicky poprepájané udalosti vonkajšej aj vnútornej slneènej sústavy. Odha¾ovanie týchto katakliziem je ako vzrušujúca historická detektívka – dôkazy máme pekne naservírované, len si ich treba správne vyloži a pospája dohromady… Zdroj: NASA.
 Saturnov mesiac Mimas sa takmer rozpadol, keï dostal zásah od asteroidu, ktorý vytvoril vzh¾adom na jeho rozmery obrovský 130 km kráter pomenovaný Herschel. Zdroj: NASA.
 Manicouagan kráter v kanadskom Quebecu, jeden z najväèších zachovaných impaktných kráterov na Zemi. Dnes je naplnený vodou jazera o priemere 70 km, je to však len jeho vnútorný val. Vonkajší val, ktorý za 210 miliónov rokov vymazala erózia, a odhalili ho geológovia, mal priemer 100 km. Všetky zachované krátery na Zemi sú však pomerne mladé (èože je to 200 miliónov rokov, keï Zem vznikla pred 4,6 miliardami rokmi, a navyše posledné stámilióny rokov sú z h¾adiska intenzity bombardovania relatívne pokojné), pretože staré a naozaj ve¾ké už dávno vymazala erózia a drift kontinentov. Zdroj: NASA.
 Asteroid Itokawa, ktorý bol cie¾om návštevy japonskej sondy Hayabusa, ktorá ako prvá sonda odobrala a má prinies vzorky materiálu priamo z asteroidu na Zem (bohužia¾ sa vyskytli technické problémy, vïaka ktorým nie je isté, èi odber vzorky prebehol úspešne - dozvieme sa to až pro príchode sondy naspä na Zem a otvorení kontajneru na vzorky v júni 2010). Tento asteroid sa skladá z dvoch menších asteroidov, ktoré pôvodne okole seba obiehali, ale èasom sa k sebe priblížili a splynuli, spojené suou, malými balvanmi a prachom. Preto má tvar "nepodareného zemiaku" èi "burského oriešku", a takisto už aj na prvý poh¾ad nedostatok kráterov. Nie je to niè výnimoèné - vedci boli posledné roky prekvapení, keï zistili, že množstvo asteroidov je dvojitých, dokonca aj trojitých èi viacnásobných. Vysvetlil sa tým aj fakt, že na telesách slneènej sústavy je podozrivo ve¾a dvojitých kráterov, ktoré vznikli práve dopadom dvojitých planétok. Je to krásna ukážka nami spomínaného nekoneèného príbehu - zluèovanie èi zrážky a rozbíjanie asteroidov neustále pokraèuje, aj keï so znižujúcou sa intenzitou... Zdroj: JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency.)
 Jazerá East Clearwater v Kanade, ktoré vznikli dopadom dvojitého asteroidu. Zásah dvojitým projektilom nie je v slneènej sústave výnimoèný. Zoznam všetkých objavených kráterov na tvári našej Zeme vrátane presných údajov a fotografií nájdete na tejto stránke. Zdroj: NASA.
 Prvý objavený dvojitý asteroid - Ida a Dactyl.Fotografiu zosnímala sonda Galileo v roku 1993 pri tesnom prelete popri asteroide. V propredí vidíte hlavný asteroid Ida s rozmermi cca 60x25x20 km, vpravo v dia¾ke je jeho súputník Dactyl s priemerom 1,4 km, ktorý okolo neho obieha v priemernej vzdialenosti 108 km raz za 1,54 dòa. Aj keï tento asteroid nekríži dráhu Zeme, spomedzi tých èo ju pretínajú sú známe štyri dvojité, dokonca zaèiatkom roku 2008 bol objavený prvý trojitý asteroid 2001 SN263 krížiaci dráhu našej materskej planéty - mimochodom, bol objavený starým známym "seáckym" rádiotelesoppom v Arecibo. Trojitých asteroidov v páse planétok je však znýmych ve¾a. Koniec koncov, v Kuiperovom páse nie sú zriedkavé dokonca ani štvorité systémy - poznaáme zatia¾ dva, jedným z nich je známe Pluto so svojim mesiacom Charónom (objaveným v roku 1979) a ïalšími dvoma malými satelitmi Nix a Hydra, objavenými v roku 2005. Zdroj: NASA.
Medzi zaujímavé objekty patria aj mesiaèiky planét (ktoré èastokrát len zachytenými asteroidmi).
Na obrázkoch vidíme mesiaèik Saturnu zvaný Atlas [a) poh¾ad zboku. b) poh¾ad zhora, c) poèítaèový model], ktorý svoj pôvodne "klasický asteroidný" tvar zmenil akumulovaním hmoty zo Saturnovho prstenca, v ktorom obieha okolo svojej materskej planéty. Výsledkom je vzh¾ad rozhodne netradièný, a síce nieèo, èo sa podobá na lietajúci tanier. :-) Zdroj: NASA.
Pripomienky a komentáre k èlánku
Vytvoril: Duro Kotulic Bunta [20. február 2008 16:18:22] / Upraven: [21. február 2008 10:30:42] / Poet zobrazen: [10252] |
