Orbit@home - skončíme ako dinosaury?

Projekt Orbit@home je novým projektom, ktorý si vytýčil za cieľ veľmi zaujímavú a užitočnú úlohu – predpovedať pravdepodobnosť zrážky Zeme s asteroidom. Projekt získal financovanie od NASA, ktorá tým ocenila jeho prínos vedeckej komunite a ľudstvu ako takému. Rozprávanie o veciach súvisiacich s projektom, jeho vedeckom pozadí, motivácií a úžitku, ktorý môže predstavovať, začneme na počiatku – pri vzniku slnečnej sústavy, keďže je to užitočné pre pochopenie problematiky medziplanetárnej hmoty, ktorou sa Orbit@home zaoberá.

Zrod a vývoj našej domovskej sústavy je zložitým procesom, ktorému ani astronómovia ešte dokonale nerozumejú, a o ktorom sa veľa učíme najmä v ostatnom období, keď je objavovaných čoraz viac extrasolárnych planét. Nebudeme zachádzať do podrobností, načrtneme si len základné fázy tohto zložitého procesu.

Zrod slnečnej sústavy

Slnečná sústava vznikla pred približne 4,6 miliardami rokov gravitačným zmršťovaním medzihviezdneho plynovoprachového mračna. Impulzom na jeho vznik bol pravdepodobne výbuch blízkej supernovy, ktorý svojou tlakovou vlnou spôsobil nerovnováhu mračna a jeho následnú kontrakciu. V strede mračna sa onedlho nato vytvoril zárodok budúceho Slnka. Keď teplota a tlak dosiahli kritickú hodnotu, zapálili sa v jeho strede termonukleárne reakcie (zlučovanie dvoch jadier vodíka na jadro hélia).

Tento okamih bol zásadným prerodom – vznikla plnohodnotná hviezda. Tlak žiarenia produkovaného termojadrovými reakciami zastavil ďalšie gravitačné zmršťovanie mračna, a navyše začal ďalší dôležitý proces – čistenie vznikajúcej slnečnej sústavy od prachu a plynu. Začínajúce Slnko (ProtoSlnko) totiž okrem žiarenia (ktoré samo o sebe vytvára tlak – keby ste vo vákuu umiestnili klasickú vrtuľku/”veterný mlyn”, tak ak by mala dostatočne malé trenie okolo svojej osi, tak by sa pod vplyvom dopadajúcich fotónov roztočila) produkuje aj slnečný vietor – tvoria ho predovšetkým jadrá vodíka, v menšej miere aj jadrá hélia a iných prvkov. Častice slnečného vetra narážajú na prachové a plynové čiastočky obsiahnuté v protoplanetárnom disku a začínajú ho vytláčať preč od Slnka.

Zároveň postupuje aj ďalší dôležitý proces – samotné protoplanetárne mračno je formované gravitačnými silami, ktoré ho vymodelujú do tvaru úzkeho disku obiehajúceho okolo hviezdy. Začnú v ňom vznikať zhusteniny, “hrudky”, presne tak ako keď miesite cesto. Tieto hrudky na seba gravitáciou priťahujú ďalšiu a ďalšiu hmotu z disku, čím ho ďalej čistia. Máme tu teda dva v podstate konkurenčné procesy – na jednej strane Slnko svojím slnečným vetrom prerieďuje 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 natoľko riedky, že rast planét je v podstate ukončený.

Akumulácia materiálu na vznikajúce planéty spolu so slnečným vetrom a žiarením spôsobí zriedenie a vyčistenie protoplanetárneho disku, pričom v jeho vonkajších častiach zostáva značná časť pôvodného materiálu (v slnečnej sústave je to tzv. Oortov oblak). Zdroj: NASA. Animácia procesu (MPEG 1,19 MB, zdroj Hubblesite.org).

Nekonečný príbeh

Avšak, "ukončený" je predsa len silné slovo. Vďaka rýchlo sa prerieďujúcemu disku intenzita rastu planét prudko klesá, avšak nedá sa nikdy povedať, že akumulácia materiálu na planétu sa skončila. Je prirodzené, že v tak obrovskom objeme priestoru akým slnečná sústava je, nikdy nedôjde k jeho úplnému vyčisteniu od malých čiastočiek, asteroidov a planétok, ktoré vznikli podobným "hrudkovaním" ako planéty, avšak v oveľa menších rozmeroch.

V tejto fáze už ďalší osud výrazne závisí od konkrétnej hviezdnej sústavy, od veľkosti hviezdy, hmotnosti pôvodného protoplanetárneho mračna, chemického zloženia pôvodného medzihviezdneho mračna a ďalších faktorov. V prípade našej slnečnej sústavy došlo k sformovaniu ôsmych planét (štyri terestriálne “pozemského typu”, a štyria plynní obri zložený prevažne z vodíka a hélia). Keďže slnečný vietor bol najintenzívnejší vo vnútorných častiach slnečnej sústavy, veľmi rýchlo z neho odvial najľahšie prvky (vodík a hélium), a zostali tam prevažne ťažšie prvky (kremík, kyslík, nikel, železo…), preto majú terestriálne planéty vysokú hustotu a veľký podiel ťažkých prvkov (starovekí roľníci v Chetitskej ríší iste na výrobu svojich v histórii prvých pluhov ocenili ľahko prístupnú železnú rudu nachádzajúcu sa v zemskej kôre, rovnako ako hľadači zlata ocenili "povaľujúce" sa nugety zlata v riekach, či pán Oppenheimer urán pri konštrukcii atómovej bomby), zatiaľčo planéty vzdialenejšie od Slnka sú plynné (odtiaľ už slnečný vietor nestihol odviať 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 sformovať sa do planéty, pretože tomu bránila (a bráni) gravitácia Jupitera (mimochodom, celková hmotnosť pásu asteroidov je menšia než tisícina hmotnosti Zeme). Rovnako aj v najvzdialenejších častiach slnečnej sústavy (za Neptúnom) vznikol ďalší tzv. Kuiperov pás asteroidov/planétok, avšak tie sú vďaka veľkej vzdialenosti od Slnka zložené prevažne z ľadu a prachu. Najväčším známym predstaviteľom týchto telies je Eris, druhým najväčším je Pluto (donedávna nesprávne zaraďované medzi planéty). Poznáme ďalších niekoľko stoviek týchto telies, zväčša o priemere niekoľko stoviek kilometrov, avšak vďaka rozvoju pozorovateľskej techniky ich počet rýchlo rastie, pričom nie je vylúčená existencia ani telies ešte väčších ako Eris.

Eris – fotografia najväčšej trpasličej planéty Eris spolu s jej mesiacom Dysmoniou. Zdroj: NASA.

Predstava umelca založená na vedeckých faktoch – trplasličia planéta Eris a Slnko tak ako ho vidieť z jej vzdialenosti. Zdroj: NASA.

Výber niektorých telies z Kuiperovho pásu asteroidov ,
v porovnaní s veľkosťou Zeme. Sploštený objekt 2003 EL61 nie je grafickou chybou na obrázku, teleso je skutočne extrémne deformované jeho rýchlou rotáciou (okolo svojej osi sa otočí za púhe 4 hodiny, pričom rozmery telesa sú cca 1000 x 2000 km!), čo 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 väčšej vzdialenosti od Slnka sa nachádza tzv. Oortovo mračno, ktoré obsahujeniekoľko MILIÁRD kometárnych jadier. Toto mračno je na hranici gravitačného vplyvu Slnka. V prípade prechodu Slnečnej sústavy cez hustejšie oblasti galaktickej medzihviezdnej hmoty, prípadne pri blízkom výbuchu supernovy či blízkom prelete inej hviezdy sa z tohto mračna uvoľnia tisícky či milióny komét, z ktorých mnohé zamieria do vnútornej časti slnečnej sústavy a môžu eventuálne dopadnúť 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 článku “Hviezdna a galaktická obývateľná zóna”, ktorý onedlho zverejníme na našom webe. Takže toľko stručne k súčasnej predstave o štruktúre slnečnej sústavy. A ako to súvisí s projektom Orbit@home?

Pre milovníkov katastrof

Ako sme už spomenuli, slnečná sústava nikdy nebude úplne vyčistená od malých “hrudiek”, ktoré v nej poletujú od dôb jej vzniku. Na Zem v súčasnosti 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, zatiaľčo “meteorit” je teleso, ktoré už na povrch Zeme dopadlo a ktoré môžeme vystaviť napr. v múzeu). Ako však logika hovorí, občas sa Zemi pripletie do cesty aj o niečo väčší balvan. Príkladom je rok 1908, keď na Sibíri v blízkosti rieky Tunguzky dopadol asteroid (pravdepodobnejšie však kometárne jadro), ktorého výbuch zrovnal so Zemou lesy v okruhu stoviek kilometrov bolo ho počuť tisícky kilometrov ďaleko. Ak by takéto teleso dopadlo nad obývané oblasti, mohlo z povrchu Zeme vymazať celé mestá. Ďalšou ukážkou nekonečného príbehu bol dopad kométy Shoemaker-Levy 9 na Jupiter v roku 1994 – stopy obrovských explózií bolo možné pozorovať zo Zeme (kométa sa tesne pred dopadom na Jupiter vplyvom jeho silnej gravitácie rozpadla na niekoľko kusov veľkosti do 2 km, ktoré dopadli rýchlosťou cca 60 km/s) niekoľko mesiacov, a boli viditeľnejšie ako známa Veľká červená škvrna. Sledovanie celej tejto drámy prakticky v priamom prenose bolo zaujímavé aj z toho dôvodu, že bolo názornou ukážkou toho ako Jupiter chráni Zem – vďaka Jupiteru totiž na Zem dopadalo (a bude dopadať) výrazne menej asteroidov a komét, Jupiter totiž veľkú časť z nich zlikviduje či už priamo (dopadom na Jupiter) alebo zmení ich dráhy natoľko, že opustia slnečnú sústavu. Vďaka tej malej bodke na nočnej oblohe, ktorú si mnohí ani nevšimnú, tu máme na Zemi väčší pokoj od drvivých impaktov…

Zo zaujímavých udalostí posledného obdobia spomeňme aj ďalšiu - pravdepodobne neviete, že v roku 1972 preletela nad štátom Utah (USA) a Albertou (Kanada) ohnivá guľa, ktorá za sto sekúnd preletela cca 1500 km, a jej najnižšia výška nad povrchom Zeme bola 58 km. Táto guľa bola asteroidom o veľkosti cca 10 metrov, ktorý len tesne minul Zem, presnejšie sa vnoril do atmosféry a po 100-sekundovom lete sa odrazil späť 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 hľadiska vesmírnych vzdialeností to bolo “tesne vedľa” – stačí si napr. uvedomiť, že túto vzdialenosť preletí Zem pri svojom obehu okolo Slnka za cca šesť minút. NASA toto teleso objavila až tri dni po jeho najväčšom priblížení k Zemi.

Keďže rozprávame o impaktoch, nezaškodí pozrieť sa na zúbok aj ešte väčším exemplárom. Na to sa stačí presunúť viac do minulosti – máme tu pekný príklad dinosaurov, ktoré najpravdepodobnejšie vyhynuli vďaka dopadu asi desaťkilometrového 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 sopečnej činnosti, čím na niekoľko desaťročí drasticky znížil množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na povrch Zeme, čím sa obmedzila fotosyntéza. Dôsledkom bol drastický úbytok rastlín a takisto planktónu v moriach, a teda narušenie potravinového reťazca. Mimochodom, najnovšie počítačové simulácie naznačujú, 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 väčších než 10 km a 140 tisíc väčších než 1 km. Jedno z tých väčších dopadlo na Zem (a spôsobilo vyhynutie dinosaurov), zatiaľčo ďalšie s veľkou pravdepodobnosťou vytvorilo 85 km kráter Tycho na Mesiaci (známy kráter s bledými “lúčmi”, ktoré vytvorila hmota vyrazená z miesta dopadu). Našťastie však, odstránením dinosaurov, ktoré vládli Zemi extrémne dlho (cca 150 miliónov rokov – pre porovnanie, cicavce “vládnu” Zemi len cca 65 miliónov rokov), sa uvoľnila cesta pre vývoj iných druhov, konkrétne práve spomenutých cicavcov.

Nič však nie je čiernobiele, a aby nevznikol dojem, že dopady asteroidov musia byť zákonite škodlivé či deštruktívne, spomeňme jeden dôležitý fakt - dopad asteroidov môže paradoxne aj prispieť k šíreniu života! Existuje niekoľko asteroidov, ktoré preukázateľne pochádzajú z Marsu (dôkazom je predovšetkým mineralogické a nukleotidové zloženie asteroidu), a ktoré niekoľko miliónov rokov po vyrazení z povrchu Marsu väčším 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 preťaženia (pokusy sa uskutočnili vystrelením projektilu s baktériami špeciálnymi delami schopnými vystreliť projektil rýchlosťou až 5.1 km/s, čo je úniková rýchlosť z povrchu Marsu). Keďže proces je obojstranný, podobne musia aj na Marse existovať meteority, ktoré pôvodne boli na Zemi (vrátane baktérií), dostatočne veľký impakt ich z nej vyrazil na obežnú dráhu okolo Slnka a neskôr dopadli na povrch Marsu. Na základe experimentálnych dôkazov sa teda môžme domnievať, že planéty zďaleka nie sú natoľko izolované ako sa doposiaľ myslelo, a že baktérie sa môžu medzi nimi v priebehu miliónov rokov vďaka asteroidom presúvať.

Meteorit ALH84001, ktorý pochádza z Marsu.
Tento meterorit sa stal predmetom horúcej debaty, pretože niektoré analýzy naznačovali, že sa v ňom môžu nachádzať fosílie baktérii z Marsu. Nič také sa však nakoniec nepotvrdilo.

Druhým a ešte pozitívnejším dôsledkom dopadu asteroidov je skutočnosť, že väčšina vody nachádzajúcej sa na Zemi bola na ňu dopravená kométami z Oortovho oblaku na počiatku vzniku našej planetárnej sústavy (po ukončení Veľkého bombardovani). Podobným spôsobom dostali vesmírne dodávky vody aj Mars a Venuša, avšak neskôr obe takmer všetku vodu stratili (aj keď podľa najnovších zistení v podzemí Marsu stále ostalo pomerne veľké množstvo vody, ktorá ak by pokryla celý povrch Marsu, vytvorila by celoplanetárny oceán o hĺbke možno až niekoľko sto metrov). No nie je človeku po uvedomení si tohoto faktu tá voda hneď vzácnejšia? :-)

Význam vody pre vznik a vývoj života nie je nutné nikomu pripomínať, možno menej triviálnou je však dôležitosť prítomnosti uhlíka pre život. Uhlík je najľahším prvkom, ktorý je štvormocný - to znamená, že je schopný vytvoriť chemickú väzbu až s ďalšími štyrmi atómami. Táto zdanlivo nepodstatná vec je z biochemického hľadiska nesmierne dôležitá - umožňuje totiž vytvoriť nesmierne pestrú a bohatú škálu najrôznejších kombinácii uhlíka s inými atómami, pričom uhlík vždy slúži ako "kostra", na ktorú sa napájajú ďalšie a ďalšie atómy. To je príčinou, prečo je základom všetkých aminokyselín, a teda aj bielkovín a DNA molekuly práve uhlík a nie iný prvok.
Žiaden iný ľahký prvok nie je štvormocný, žiaden iný ľahký (dôležitosť slova "ľahký" je v tom, že ťažších prvkov vytvorili hviezdy podstatne menej ako ľahkých) prvok by nemohol vytvoriť také veľké množstvo biomolekúl, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie ohromne zložitého reťazca biochemických reakcií (pri malom počte molekúl by nebolo možné vytvoriť zložité biochemické procesy). Moderná technika sa začína inšpirovať touto fascinujúcou vlastnosťou uhlíka, a napr. uhlíkové nanotrubičky, fulerény a ďalšie umelo vytvorené molekuly z uhlíka vykazujú priam zázračné vlastnosti, ktoré v budúcnosti majú potenciál umožniť boom technológií - nenadarmo sa hovorí o "uhlíkovom" veku, ktorý bude nasledovať po dnešnom "atómovom". Štvormocnosť skrátka hýbe svetom. A - čuduj sa svete - práve asteroidy a kométy sú nesmierne bohaté na uhlík a organické zlučeniny. Veľa 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 ďalší rozvoj.

Takže keď najbližšie budete vymýšľať darček pre svojich blízkych, darujte im napr. jablko - veď jeho molekuly sú dovozom z miliardy kilometrov vzdialených končín slnečnej sústavy. No nie je to vzácnosť? (autor tohoto článku 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 veľké množstvo. Odhaduje sa, že celková cena nerastov a hornín v asteroidoch je cca 100 miliárd USD na každého dnešného obyvateľa planéty Zem. Samozrejme je to odhad a teoretická hodnota, avšak ak sa prístup do vesmíru stane dostatočne ekonomickým, je len otázkou času kedy ľudstvo bude môcť využiť ťažbu z asteroidov na svoj ďalší rozvoj - vďaka ich nízkej gravitácii totiž odvoz vyťaženého materiálu nepredstavuje technický problém. Ten by mohol výrazne pomôcť pri budovaní sond, kozmických lodí a kolonizačných staníc. Kométy by naopak vďaka vysokému podielu vodného ľadu slúžili ako "čerpacie stanice s osviežením", kde by medziplanetárne lode mohli čerpať palivo (keďže voda sa skladá z atómov kyslíka a vodíka, základných zložiek chemického paliva) a doplňovať zásoby vody pre posádku.

Skočme však z úvah o blízkej budúcnosti do reality veľmi ďalekej minulosti. Nemôžme nespomenúť udalosť vzniku nášho Mesiaca - podľa najnovších výskumov totiž s najväčšou pravdepodobnosťou vznikol zrážkou ProtoZeme s planetezimálou veľkosti Marsu len niekoľko miliónov rokov po vzniku slnečnej sústavy. Táto zrážka roztavila väčšiu časť oboch telies, pričom množstvo materiálu sa dostalo na obežnú dráhu okolo novovzniknutého telesa. Najhustejší materiál (železo a nikel) sa prirodzene dostal predovšetkým do jadra Zeme, zatiaľčo na obežnej dráhe mal väčšie zastúpenie menej hustý materiál – to je dôvod prečo má Mesiac tak malú hustotu a malé jadro v porovnaní so Zemou, a naopak Zem jadro pomerne veľké (práve veľkému rotujúcemu zemskému jadru vďačíme za existenciu magnetického poľa Zeme, ktoré nás chráni pred kozmickou radiáciou).

Z obdobia počiatkov slnečnej sústavy pochádza aj ďalšia perlička – rotačná os planéty Urán je sklonená o viac ako 90 stupňov voči jeho rotačnej rovine. Ľudskejšími slovami povedané, kedysi musel Urán prežiť obrovský impakt, ktorý ho “zrazil” a posunul os jeho rotácie, takže dnes je jedinou planétou, ktorá sa v podstate po svojej obežnej dráhe “váľa”. Veľkosť impaktu si môžete lepšie predstaviť, ak si uvedomíme, že hmotnosť Uránu je až 14.5 násobne väčšia ako hmotnosť Zeme…

Podobným spôsobom prišla Venuša k svojej zvláštnej rotácii - je to jediná planéta, ktorá okolo svojej osi obieha v opačnom smere. Jediná logická udalosť, ktorá mohla spôsobiť takúto anomáliu, je zásah masívnym impaktom (alebo sériou impaktov), ktoré zmenili smer jej rotácie...

Neodbočujme však príliš do popisu dávno minulých udalostí, pretože prvopočiatky slnečnej sústavy boli prirodzene sprevádzané mohutnými impaktami, keďže sa ešte len formovala. Tak masívne impakty ako boli tie posledne spomenuté sú však v dnešnej “vyčistenej” sústave už prakticky vylúčené, reálne hroziace sú “len” asteroidy “dinosaurieho kalibru” a menšie. Vráťme sa teda späť do súčasnosti.

NASA spustila prednedávnom program na vyhľadávanie NEO – Near Earth Objects (blízkozemné objekty). Princípom sú automatické ďalekohľady, ktoré scanujú oblohu v rôznych časových intervaloch, a software automaticky porovnáva snímky – asteroidy sa prejavia zmenou polohy na snímkach. Na základe zmeny (minimálne z troch fotografií) sa vypočíta 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 niekoľko tisíc takýchto objektov! Ich veľkosť kolíše od niekoľkých metrov až po niekoľko kilometrov, pričom najmä tých menších je zmapovaných len menšia časť. Cieľom NASA je najbližšie roky zmapovať 90% všetkých blízkozemných objektov väčších ako jeden kilometer. Slúžia na to viaceré ďalekohľady a teamy, ako napr. LINEAR, NEAT, Space Watch, LONEOS, Catalina a iné.

Počet známych blízkozemných asteroidov od roku 1980 do súčasnosti.
Červenou farbou sú označené veľké objekty s priemerom väčším ako jeden kilometer (poznáme ich už cca 750!), modrou farbou sú znázornené objekty všetkých veľkostí. Ako vidieť, Zem ešte zďaleka pred vlastným prahom upratané nemá, a mapovať tieto objekty nie je zbytočné úsilie. Prudký nárast objavov od roku 2000 spôsobilo nasadenie automatických ďalekohľadov.

Poviete si – čože je pár sto metrov či kilometer oproti desiatim kilometrom, ktoré mal asteroid majúci na svedomí dinosaurov. Avšak už aj asteroid o veľkosti niekoľko desiatok metrov, ak by dopadol nad obývanú oblasť, by spôsobil katastrofu – mal by ničivú silu porovnateľnú s jadrovou náložou (samozrejme však bez sprievodnej rádioaktivity). Navyše, atmosféra by tiež utrpela množstvom vyvrhnutého prachu (stačí spomenúť “obyčajný” výbuch sopky Tambora v roku 1815, vďaka ktorému sa niekoľko rokov vznášal prach v stratosfére, a nasledujúce roky sa nazývali “roky bez leta”, kvôli zníženej celosvetovej teplote a nižšej úrode pšenice). Asteroid o veľkosti 50 metrov už spôsobí kontinentálnu katastrofu.

Jeden z robotických teleskopov slúžiacich na vyhľadávanie NEO – štyri tubusy umožňujú zosnímať súčasne väčšiu plochu na oblohe, čo je nevyhnutnosť ak chceme rýchlo prehľadávať celú oblohu. Zdroj: Los Alamos National Laboratory.

Avšak, realizovateľná. Automatické ďalekohľady nám posledné roky poskytujú obdivuhodné množstvo údajov o dráhach asteroidov križujúcich dráhu Zeme. Tieto údaje sú však bezcenné, ak sa nepoužije dostatočná výpočtová sila, ktorá ich zanalyzuje, a vypočíta do budúcnosti dráhy podľa napozorovaných parametrov.

Orbit@home

Pasquale Tricarico, vedecký výskumník na Planetary Science Institute.

Pasquale Tricarico prišiel predčasom s výborným nápadom – veď je to úloha ako stvorená pre distribuované výpočty, pre BOINC! Po niekoľkých 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 slnečnej sústave (ORSA).

Každé PC vypočíta dráhu asteroidu na mnoho rokov dopredu na základe doposiaľ známych parametrov dráhy. Výpočet nie je nijak jednoduchý, riešiť zložité parciálne diferenciálne rovnice je numericky extrémne náročné, navyše, pre požadovanú vysokú presnosť je nutné zahrňovať aj efekty teórie relativity (najdôležitejším z nich je tzv. stáčanie periastra - skutočnosť, že miesto, kde obežnica dosiahne bod najbližší k obiehanému telesu, sa v priebehu času v priestore pomaličky posúva okolo obiehaného telesa. Pozorovali ho už v devätnástom storočí pri planéte Merkúr, a zostávalo veľkou záhadou, že je výrazne vyššie ako predpovedá newtonova gravitačná teória. Záhadu vyriešila až teória relativity, ktorá ju dokázala vysvetliť a vypočítať stáčanie s vynikajúcou presnosťou. Z historického hľadiska to bol jeden zo silných argumentov, ktorý napomohol inak s rezervou prijímanej teórii relativity získať reputáciu vo vedeckých kruhoch). Výsledky sa odošlú späť na centrálny server, kde sa vyselektujú tie, ktorých pravdepodobnosť zrážky bude nad kritickým prahom. Tie sa budú analyzovať ďalej, prípadne sa na dané asteroidy sústredia pozorovatelia a spresnia ich dráhu.

Projekt je momentálne v prealfa štádiu. Bližšie informácie o aktuálnom stave nájdete na stránkach projektu alebo aj na našom fóre.
 

Tento postup “preventívneho výpočtu” je veľmi dôležitý – čím skôr totiž odhalíme prípadnú zrážku so Zemou, tým ľahšie, lacnejšie a úspešnejšie sa môžme brániť. Poviete si – ako sa predsa dá brániť dopadu niekoľkomiliardtonového telesa, ktoré sa na nás bude rútiť rýchlosťou niekoľko kilometrov za sekundu? Nezúfajte, dá sa to, a to dokonca niekoľkými spôsobmi.

Kto do teba kameňom, ty doňho sondou

Možností ako sa vyhnúť asteroidu je viacero. Prirodzene, všetky sú založené na nevyhnutnosti zmeny jeho dráhy. Zabudnime na naivné predstavy o hrdinskom navŕtaní a odpálení jadrovej nálože, ktorá rozmetá asteroid na kusy. Situácia by sa takýmto riešením totiž s najväčšou pravdepodobnosťou len zhoršila. Asteroid by sa síce rozdelil, avšak mnohé jeho časti by napriek tomu dopadli na Zem, pričom by zasiahli ešte väčšie územie ako jednoliaty asteroid. Navyše, od istej veľkosti (zhruba od 35 metrov – závisiac od konzistencie a zloženia dopadajúceho telesa) už atmosféra Zeme nepredstavuje ochranu pred dopadajúcimi telesami, a teda desať stometrových asteroidov je rovnako ničivých (a vďaka spomínanému rozmiestneniu na väčšom území azda ešte ničivejších) ako jeden asteroid, ktorý by mal hmotnosť rovnú súčtu ich hmotností.

My sa sústreďme nie na hollywoodske, ale na racionálnejšie možnosti riešenia. Použitie termonukleárnej nálože má význam, ak by spôsobila odparenie (nielen rozbitie) väčšej časti asteroidu. Výsledok tohto spôsobu je však ťažko predpovedateľný a riskantný – je totiž extrémne závislý na presnej znalosti štruktúry, konzistencie a zloženia asteroidu, čo je prakticky nemožné získať bez celej svorky sond, vrtov a dostatku času na hĺbkový prieskum asteroidu, a aj tak by tu vždy bola veľká neistota. Podobne je na tom aj spôsob využívajúci odpálenie väčšieho počtu menších povrchových jadrových náloží, ktoré by asteroid nepoškodili, ale by vplyvom zákona akcie a reakcie spôsobili jeho posun. Nanešťastie veľa asteroidov je značne poréznych a nesúdržných a je tu veľmi veľké riziko rozpadu asteroidu na fragmenty, ktoré môžu byť, ako sme spomínali, ešte nebezpečnejšie – aj vďaka tomu, že proces roztrieštenia asteroidu už je nevratný. Skrátka, riziko je neakceptovateľne veľké.

Priamy kinetický zásah je ďalšou možnosťou, ktorá však taktiež hrozí rozpadom asteroidu na fragmenty. Jeho princíp je jednoduchý – zasiahnuť cieľový asteroid telesom, pričom kinetická energia dopadu spôsobí vychýlenie jeho dráhy. Európska kozmická agentúra ESA pripravuje dokonca misiu s cieľom testovať 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. Cieľom teda nebolo zmeniť dráhu kométy, ale skúmať jej vnútornú štruktúru, v každom prípade však je to pekná ukážka, že technológia a navigácia je schopná naviesť projektil aj na tak malý a rýchlo sa pohybujúci cieľ akým kométa či asteroid sú. Mimochodom, zjasnenie kométy spôsobené vyvrhnutým materiálom bolo pozorovateľné aj zo Zeme. Podobne bola úspešná aj sonda Star Dust, ktorá v roku 2006 priviezla vzorku z kómy kométy (čiže z jej "chvosta" - sonda na kométe nepristála) na Zem, a bolo možné zapojiť sa do jej analázy aj pomocou DC projektu Stardust@home. No a keď už spomíname sondy doposiaľ vyslané k asteroidom či kométam, nemôžme vynechať európsku sondu Rosetta, ktorá má namierené ku kométe Churymov-Gerasimenko s plánovaným rande v roku 2014, či americkú sondu Dawn, ktorá po viacerých odkladoch a dokonca úplnom zrušení nakoniec v sepetembri 2007 odštartovala k trpasličej planéte Ceres (najväčšie teleso v páse medzi Marsom a Jupiterom s priemerom takmer 1000 km), a Vesta (druhé najväčšie teleso v páse asteroidov s priemerom takmer 600 km). O týchto dvoch telesách máme len veľmi málo informácii, pritom môžu výrazne pomôcť nášmu pochopeniu štruktúry, minulosti a zloženiu asteroidov. Len pre zaujímavosť - štyri najväčšie asteroidy (Ceres, Juno, Palas a Vesta) boli od svojho objavu (Ceres bol objavený v roku 1801) až do roku 1845 považované za planéty (keďže všetci očakávali, že medzi Marsom a Jupiterom by mala byť ešte jedna planéta), takže slnečná sústava mala niekoľko desaťročí až dvanásť oficiálnych planét. Až keď 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 ľudstva o stretnutia s asteroidmi ukončime zmienkou o sonde NEAR, ktorá v roku 2000 strávila neikoľko týždňov na orbite okolo asteroidu Eros (320 x 366 km) a japonskej sonde Hayabusa (ku ktorej sa ešte v tomto článku 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 spočíva v tom, že slnečné žiarenie (ako už bolo spomenuté) vytvára tlak. Je známe, že biely povrch odráža takmer všetko dopadajúce žiarenie, zatiaľčo tmavý povrch ho takmer všetko pohlcuje (vlastnosť odrazivosti sa nazýva albedo). Táto skutočnosť spôsobí, že ak je časť povrchu asteroidu výraznejšie bledšej farby ako iná, slnečné žiarenie bude vytvárať na rôzne časti asteroidu rôzny tlak. Z dlhodobého hľadiska 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 odrazivosťou, inými slovami biely prášok, zatiaľčo zvyšok povrchu by zostal tmavý (prirodzená odrazivosť asteroidov je menšia než 10%), za niekoľko rokov az desaťročí by sa dráha asteroidu mierne zmenila. Na niekoľkostometrov veľký asteroid by postačilo len niekoľko ton materiálu, čo už je v technických možnostiach aj súčasných družíc (napr. sonda Cassini vyslaná ešte v roku 1995 až k Saturnu má hmotnosť niekoľko ton).

Gravitačný traktor je ďalšou dôvtipnou metódou ako už so súčasnou technikou spôsobiť posun dráhy asteroidu. Princíp je tiež veľmi jednoduchý – k asteroidu sa vyšle sonda, ktorá “zaparkuje” v tesnej blízkosti hroziaceho votrelca. Pomocou iónových motorov (ktoré už boli úspešne otestované na niekoľkých medziplanetárnych sondách, a ktoré sú narozdiel od chemických motorov schopné pracovať nepretržite niekoľko mesiacov až rokov) so slabým ťahom by sa udržiavala neustále v požadovanej pozícii voči asteroidu (vo vzdialenosti niekoľko desiatok metrov), pričom svojou hmotnosťou a vlastnou mikrogravitáciou by spôsobila v priebehu niekoľkých rokov zmenu dráhy asteroidu. Na niekoľkostometrový asteroid by postačila sonda s hmotnosťou rádovo desiatich ton.

Gravitačný traktor, ktorý svojou mikrogravitáciou v priebehu dostastočne dlhého času spôsobí malé vychýlenie dráhy asteroidu. Svoju polohu by udržiaval pomocou iónových motorov schopných pracovať nepretržite po dobu mnohých mesiacov až rokov. Zdroj: NASA.

Existujú aj ďalšie návrhy, ako napr. umiestnenie solárnych plachiet na asteroid, ktoré využijú (už niekoľkokrát zmieňovaný) vplyv tlaku slnečného žiarenia; ďalej sústredenie slnečného žiarenia na povrch asteroidu pomocou zrkadiel, a niekoľko ďalších… Aj keď žiaden z nich nebol priamo odskúšaný, predstavujú racionálne podložený arzenál spôsobov, ktoré v prípade dostatočne skorého odhalenia rizika zrážky môžu zrážke predísť.

Ako však vidíte, všetky (spoľahlivé) metódy vyžadujú práve ten dostatočný predstih, s ktorým je potrebné zrážku predpovedať. Preto je tak dôležité venovať veľkú pozornosť mapovaniu zemského okolia a jeho analýze. Takže – NASA pozoruj a deteguj, a Orbit@home – analyzuj, počítaj a predpovedaj! Máme výhodu, že narozdiel od dinosaurov o riziku už vieme…

Juraj Kotulic Bunta, Ph.D

Príloha: Zaujímavé krátery a asteroidy v slnečnej sústave:

Reťaz 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 – najväčší doposiaľ odhalený kráter v slnečnej sústave. Nachádza sa na našom Mesiaci, má priemer 2100 km (!), a vznikol v dobách tzv. Veľkého bombardovania. Kvôli jeho ozrutným rozmerom (dopad takmer spôsobil rozpad Mesiaca) bolo kráter možné odhaliť až vďaka presným meraniam povrchových nerovností na Mesiaci pomocou obiehajúcich sond. Zaujímavosťou je, že Veľké bombardovanie nastalo až cca 700 miliónov rokov po vzniku slnečnej sústavy, keď 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 podľa počítačových simulácii postupne vzďaľovali od Slnka – v istej fáze sa Neptún ako najvzdialenejšia planéta vďaka tomuto vzďaľovaniu dostal tak ďaleko, že narušil dráhy objektov Kuiperovho pásu asteroidov, pričom viacero z nich sa dostalo aj do vnútornej slnečnej sústavy a keďže 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 možnosť 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 usvedčuje aj to, že rotujú okolo Neptúnu proti smeru jeho rotácie (nemohli teda vzniknúť spoločne s ním). Najväčším takýmto jeho zachyteným mesiacom je Tritón, siedmy najväčší mesiac v slnečnej 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 slnečnej sústavy. Odhaľovanie týchto katakliziem je ako vzrušujúca historická detektívka – dôkazy máme pekne naservírované, len si ich treba správne vyložiť a pospájať dohromady… Zdroj: NASA.

Saturnov mesiac Mimas sa takmer rozpadol,
keď dostal zásah od asteroidu, ktorý vytvoril vzhľadom na jeho rozmery obrovský 130 km kráter pomenovaný Herschel. Zdroj: NASA.

Manicouagan kráter v kanadskom Quebecu,
jeden z najväčších 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 (čože je to 200 miliónov rokov, keď Zem vznikla pred 4,6 miliardami rokmi, a navyše posledné stámilióny rokov sú z hľadiska intenzity bombardovania relatívne pokojné), pretože staré a naozaj veľké už dávno vymazala erózia a drift kontinentov. Zdroj: NASA.

Asteroid Itokawa,
ktorý bol cieľom návštevy japonskej sondy Hayabusa, ktorá ako prvá sonda odobrala a má priniesť vzorky materiálu priamo z asteroidu na Zem (bohužiaľ sa vyskytli technické problémy, vďaka ktorým nie je isté, či odber vzorky prebehol úspešne - dozvieme sa to až pro príchode sondy naspäť na Zem a otvorení kontajneru na vzorky v júni 2010). Tento asteroid sa skladá z dvoch menších asteroidov, ktoré pôvodne okole seba obiehali, ale časom sa k sebe priblížili a splynuli, spojené suťou, malými balvanmi a prachom. Preto má tvar "nepodareného zemiaku" či "burského oriešku", a takisto už aj na prvý pohľad nedostatok kráterov. Nie je to nič výnimočné - vedci boli posledné roky prekvapení, keď zistili, že množstvo asteroidov je dvojitých, dokonca aj trojitých či viacnásobných. Vysvetlil sa tým aj fakt, že na telesách slnečnej sústavy je podozrivo veľa dvojitých kráterov, ktoré vznikli práve dopadom dvojitých planétok. Je to krásna ukážka nami spomínaného nekonečného príbehu - zlučovanie či zrážky a rozbíjanie asteroidov neustále pokračuje, aj keď 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 slnečnej sústave výnimočný. 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 diaľke je jeho súputník Dactyl s priemerom 1,4 km, ktorý okolo neho obieha v priemernej vzdialenosti 108 km raz za 1,54 dňa. Aj keď tento asteroid nekríži dráhu Zeme, spomedzi tých čo ju pretínajú sú známe štyri dvojité, dokonca začiatkom roku 2008 bol objavený prvýtrojitý asteroid 2001 SN263 krížiaci dráhu našej materskej planéty - mimochodom, bol objavený starým známym "seťáckym" rádiotelesoppom v Arecibo. Trojitých asteroidov v páse planétok je však znýmych veľa. Koniec koncov, v Kuiperovom páse nie sú zriedkavé dokonca ani štvorité systémy - poznaáme zatiaľ dva, jedným z nich je známe Pluto so svojim mesiacom Charónom (objaveným v roku 1979) a ďalšími dvoma malými satelitmi Nix a Hydra, objavenými v roku 2005. Zdroj: NASA.