Česky
Jeden z nejpřesněji zdokumentovaných pádů meteoritů v historii
Velmi jasný meteor ozářil dne 9. prosince 2014 krátce po čtvrt na šest večer místního času rozsáhlé území střední Evropy, nejvíce však východní polovinu České republiky, a upoutal pozornost velkého počtu obyvatel nejen z Česka, ale i z okolních států. Pro přesný popis, co se na obloze odehrálo, bylo nejdůležitější, že jev velmi dobře zachytily kamery na stanicích české části Evropské bolidové sítě, která pokrývá území střední Evropy a jejíž centrum se nachází v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově.
OBR. 1 – Stav oblačnosti na území střední Evropy v době přeletu bolidu Žďár. Na mapě jsou vyznačeny i polohy všech stanic České bolidové sítě (prázdná kolečka znamenají, že na dané stanici bylo jasno, plná zataženo) a průmět dráhy bolidu Žďár na zemský povrch.
Stanice jsou vybaveny automatickými celooblohovými kamerami, které jsou pro záznam přeletu takových bolidů (jasných meteorů) uzpůsobeny a zaznamenávají je jak fotograficky (digitálně a také na film), tak fotoelektricky velmi přesnými fotometry – a v tomto případě i zvukově. Ne všude v ČR bylo v době přeletu bolidu jasno, protože již několik dní pokrývala většinu našeho území hustá nízká oblačnost, která se však naštěstí zrovna tento den přece jen začala rozpouštět (obr. 1). Proto se kamerám podařilo na více než polovině stanic, z nichž většina byla shodou okolností navíc vhodně položená kolem dráhy bolidu, pořídit kvalitní snímky. Díky tomu jsou všechny parametry jeho průletu atmosférou určeny s vysokou přesností a spolehlivostí. Na obr. 2 je bolid vidět ze severozápadu, jak ho zaznamenala digitální bolidová kamera na stanici Polom v Orlických horách. Přerušování světelné stopy bolidu způsobila elektronická clona, která na jeho stopě udělala 16krát za sekundu časovou značku, a tudíž lze určit rychlost bolidu a jeho brždění po celé dráze v atmo-sféře. Umožní to určit okamžitou hmotnost tělesa, úbytek jeho hmoty během letu a také zjistit, kolik hmoty zůstalo na konci, když bolid pohasl. Kromě 10 fotografických snímků ze sedmi stanic, jejichž pořízení je závislé na počasí, byl na všech 11 stanicích zaznamenán průběh svícení bolidu přesnými fotometry s velmi vysokým časovým rozlišením 5000 vzorků/s (obr. 3) a také jeden unikátní zvukový záznam ze stanice Svratouch na Vysočině, která byla nejblíže ke konci bolidu. Odtud sice nemáme přímý snímek, protože zde bylo zataženo, ale zvukový záznam spolu s fotoelektrickým jsou též velmi hodnotné. Máme tedy komplexní instrumentální data, rozsahem a především kvalitou pro případ pozorovaného pádu meteoritu unikátní. Výborně posloužila k přesnému určení všech nejdůležitějších parametrů týkajících se průletu tohoto asi půl metru velkého přirozeného meziplanetárního tělesa (meteoroidu) atmosférou Země, k určení jeho dráhy ve Sluneční soustavě a rovněž k předpovědi pádové oblasti meteoritů, která vedla k jejich nalezení.
Obr. 2 – Výřez z celooblohového snímku bolidu Žďár pořízeného automatickou digitální bolidovou kamerou na stanici České bolidové sítě Polom v Orlických horách. Bolid letí z východu a prolétá ekliptikálními souhvězdími Berana, Ryb a Vodnáře a končí nízko nad jihojihozápadním obzorem v souhvězdí Kozoroha.
Atmosférická dráha a dráha ve Sluneční soustavě
Co se 9. prosince 2014 nad východní polovinou České republiky odehrálo? Původní těleso, asi 50 cm velký meteoroid o hmotnosti necelých 200 kilogramů vstoupil do zemské atmosféry rychlostí 22 km/s ve výšce 100 km nad obcí Kravaře u Opavy. Světelnou dráhu dlouhou 170 km a skloněnou necelých 25 stupňů k zemskému povrchu uletěl bezmála za devět sekund, během nichž se postupně v atmosféře brzdil a rozpadal. Největší jasnosti přesahující jasnost Měsíce v úplňku dosáhl bolid ve výšce 37 km nad zemí SV od Vírské přehrady a poslední úlomek pohasl ve výšce necelých 25 km vysoko přibližně 6 km JV od Žďáru nad Sázavou. V tu chvíli již bylo těleso zbržděno na rychlost menší než 5 km/s a jeho hmotnost byla mírně přes 1 kg. Je tudíž zřejmé, že došlo k pádu meteoritu. Kromě toho se v závěrečné fázi letu bolid významně rozpadal a oddělovaly se od něho menší úlomky, z nichž velká část také dopadla na zemský povrch. Detailnější průmět atmosférické dráhy je znázorněn na obr. 4. Všechny uvedené hodnoty jsou významně zaokrouhleny. Ve skutečnosti například absolutní přesnost určení polohy jakéhokoli bodu na světelné dráze bolidu je lepší jak 20 metrů.
Před srážkou se Zemí se tento meteoroid pohyboval po typické dráze pro tělesa asteroidálního původu, která byla jen necelé tři stupně skloněna k rovině ekliptiky, tj. rovině zemské dráhy kolem Slunce. V přísluní se meteoroid dostal jen o málo blíž ke Slunci, než je dráha planety Venuše, a nejdále od Slunce se pohyboval v centrální oblasti hlavního pásu planetek. Šlo tedy původem o malou část asteroidu pocházejícího z hlavního pásu planetek (obr. 5).
Temná dráha a pádová oblast
Pro co nejpřesnější popis temné dráhy letu meteoritů a určení jejich pádové oblasti je jedním z klíčových faktorů znalost směru a rychlosti větru v celém profilu atmosféry, kterým meteority po pohasnutí a zbrždění na rychlost volného pádu padají k zemi. Pro tyto účely využíváme balonová měření, která na našem území provádí Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) třikrát za den v Praze a v Prostějově. Bohužel 9. prosince se odpoledne a večer velmi rapidně měnilo proudění ve vysokých vrstvách atmosféry nad naším územím, a to způsobem, že měřená data z balonů z poledne a půlnoci se zcela zásadně lišila – nejen časově, ale i místně. Například pro polohu největšího meteoritu to znamenalo posun o více než 2 km kolmo na směr letu bolidu! Bylo tedy nutné získat informaci o proudění v atmosféře v rozsahu výšek především mezi hladinami od 5 do 12 km, kde se situace nejvíc měnila, a to přesně pro čas přeletu bolidu i pro místo koncové fáze jeho letu. V tom nám pomohli kolegové z Řízení letového provozu v Praze-Ruzyni (ŘLP), kteří poskytli všechna dostupná data v rozsahu potřebných výšek. Zahrnutím těchto dat z palub letadel do modelu založeném na balonových měřeních jsme získali relevantní profil proudění vzduchu v atmosféře přesně pro naše potřeby. Sluší se tedy poděkovat jak kolegům z ČHMÚ v Praze, tak i pracovníkům ŘLP v Praze-Ruzyni, kteří dodali cenné a potřebné informace, bez nichž bychom pádovou oblast meteoritů těžko spolehlivě určovali. Z důvodu relativně velkých výšek fragmentace a malého sklonu dráhy je pádová oblast rozsáhlá a lze si ji představit jako zužující se pás široký až několik kilometrů v oblasti velmi malých meteoritů a dlouhý přes 30 km. Táhne se od Vírské přehrady, kde se mohou nacházet nejmenší (gramové) meteority směrem na ZJZ, až do oblasti obce Bohdalov (stovky gramů). Největší meteorit by měl ležet v lesním porostu ZJZ od obce Rudolec v okrese Jihlava.
Obr. 3 – Průběh svícení bolidu Žďár zaznamenaný citlivým fotometrem s vysokým časovým rozlišením 5000 vzorků/s automatickou bolidovou kamerou na stanici Polom v Orlických horách. Jasnost je zobrazena v intenzitách přepočítaných na jednotkovou vzdálenost 100 km.
Především z důvodu jistého pádu meteoritů jde určitě o velmi vzácný bolid, protože četnost takových jasných bolidů, které provází pád většího počtu meteoritů, se na našem území pohybuje přibližně jednou za 10 let. Nalezení meteoritů nicméně v tomto případě nebylo vůbec jisté, neboť pádová oblast, kde by se mohly nalézt, je – jak jsme již zmínili – velmi rozsáhlá. Díky okamžitě dostupným snímkům z digitálních kamer jsme byli schopni prvotní analýzu dat včetně předběžného určení pádové oblasti udělat za rekordně krátkou dobu, prakticky přes noc. Oblast pádu největšího kusu jsme tudíž začali prohledávat již následující den po přeletu bolidu a postupně jsme hledání rozšířili i na území dopadu menších úlomků, pocházejících především ze dvou největších rozpadů tělesa, které odpovídají nejvýraznějším zjasněním na světelné křivce (obr. 3) a byly ve výškách kolem 40 a 37 km. Pravděpodobnost nálezu menších meteoritů byla paradoxně podstatně větší než jednoho hlavního, maximálně 1,2 kg těžkého kusu, protože z modelů obou rozpadů bylo zřejmé, že jejich počet byl relativně velký (řádově stovky až tisíce gramových až desetigramových meteoritů). Zdánlivě vysoké číslo ovšem při malém sklonu a velké výšce rozpadu meteoroidu vůbec neznamená vyšší koncentraci meteoritů na zemi, nicméně je téměř jisté, že některé mohly dopadnout na plochy, které se daly snáze prohledat, což významně zvyšuje pravděpodobnost nálezu – a také předurčilo strategii hledání; skutečnost tyto předpoklady jasně potvrdila.
Nálezy meteoritů a jejich analýzy
Jak jsme již zmínili, první hledání se zaměřilo jednak na oblast hlavního kusu a dále také na zmapování celé oblasti a vytipování vhodných ploch pro pátrání. Naštěstí v době pádu meteoritů i v následujících dvou týdnech byla pádová oblast, která je v části Vysočiny s nadmořskou výškou kolem 600 m nad mořem, zcela bez sněhu. Navíc byla v této roční době bez vegetace a také po ukončení zemědělských prací, což usnadnilo hledání a zvýšilo šance na nalezení meteoritů. Muselo se ovšem jednat rychle. Již od samého začátku bylo zřejmé, že sami nejsme schopni ani jen ty vhodné plochy v celé pádové oblasti prohledat. Proto jsme informovali vybrané skupiny amatérských astronomů, kteří nabídli svou pomoc. Na základě našich údajů a doporučení byl během první expedice Jihlavské astronomické společnosti a Společnosti pro meziplanetární hmotu nalezen první meteorit o hmotnosti necelých šest gramů. Dne 20. prosince 2014 odpoledne jej našel Ing. Tomáš Holenda, člen Klubu astronomů Pelhřimovska, na poli v lokalitě pro tuto hmotnost přesně předpovězené. Tento zásadní objev korunoval předchozí úsilí a stal se dalším plnohodnotným meteoritem s rodokmenem. Necelé dvě hodiny po nálezu jsem na místě potvrdil pravost meteoritu a za další dva dny provedl dr. Jakub Haloda v laboratořích České geologické služby jeho základní analýzu; klasifikoval ho jako obyčejný chondrit typu L3.9, tedy kamenný meteorit, který obsahuje kulové částečky o velikosti až několika mm, tzv. chondry (obr. 7). Mimo to se vyznačuje velkou porézností a poměrně snadno se drolí. Meteorit prošel jen velmi malou tepelnou proměnou – jde tedy o původní materiál, ze kterého byla utvořena první tělesa ve vnitřní části Sluneční soustavy.
Obr. 4 – Průmět dráhy bolidu Žďár na zemský povrch. Dráha byla skloněna 25 stupňů a její skutečná délka činila 170 km.
Bohužel další rozsáhlejší hledání ve velkém počtu lidí naplánované ihned po Vánocích znemožnil sníh, který druhého svátku vánočního pokryl pádovou oblast. Až 9. ledna 2015 během dvou dnů roztála místy až 20 cm silná vrstva sněhu, čehož jsme okamžitě využili a 12. ledna hledání obnovili. Skupina pěti lidí z Astronomického ústavu AV ČR se tentokrát zaměřila na oblast středně velkých, řádově desetigramových meteoritů – vytipovanou přehlednou louku protínala vypočtená linie největší pravděpodobnosti pádu meteoritů v rozsahu hmotností 30–50 gramů. Zakrátko si dr. Tomáš Henych všiml mezi stébly trávy nápadně černého kamene – a okamžitě mu bylo jasné, že je to hledaný meteorit. O pravosti nálezu nebylo od samého začátku nejmenších pochyb, nalezený fragment měl všechny znaky relativně nově spadlého meteoritu. Jde o celotvar, tedy meteorit kompletně pokrytý tenkou černou kůrou, která vznikla prudkým zchlazením povrchové vrstvy tělesa, jež se roztavila během průletu atmosférou (obr. 6 s oběma dosud nalezenými meteority). Nálezová pozice tohoto necelých 40 gramů vážícího meteoritu byla jen 20 metrů vzdálená od vypočtené linie s největší pravděpodobností a také jeho hmotnost přesně odpovídala předpokládané pro tuto oblast.
Oba nálezy přesvědčivě potvrdily spolehlivost výpočtů a předpovědí. Oba meteority byly nalezeny přesně v lokalitě maximální pravděpodobnosti pro danou hmotnost. Jejich nálezová pozice navíc jednoznačně odpovídá předpokladům, že mají oba původ v největším zjasnění bolidu, ve výšce 37 km nad zemí. V tomto bodě světelné dráhy bolidu se hlavní těleso rozpadlo a oddělil se z něho velký počet menších fragmentů (řádově tisíce), z nichž mnohé se rychle zbrzdily a dopadly na zem po letu dlouhém několik minut (osm minut v případě šestigramového meteoritu při dopadové rychlosti 30 m/s a pět a půl minuty v případě čtyřicetigramového při rychlosti dopadu 40 m/s). Přestože oba meteority mají původ v tom samém bodě rozpadu, kvůli málo skloněné dráze letu tělesa v atmosféře a významně rozdílným hmotnostem se jejich dopadové (tedy i nálezové) pozice nacházely 8,3 km od sebe. Přesně to potvrzuje naše předpoklady – a kromě jiného i to, že pádová oblast je až 30 km dlouhá.
Obr. 5 – Dráha meteoroidu Žďár nad Sázavou ve Sluneční soustavě
Pro ověření klasifikace druhého meteoritu jsme použili novou, nedestruktivní metodu pomocí rentgenové počítačové tomografie. Měření provedli kolegové z laboratoří CEITEC VUT v Brně; jednoznačně se potvrdilo, že jde o stejný typ jako ten první a že meteorit uvnitř obsahuje velmi velké chondry až do velikosti 6 mm. Také se podařilo změřit hustotu meteoritu (3,05 g/cm3) a byla též potvrzena vysoká porozita minimálně 15 % a velký počet puklin znamenající malou soudržnost materiálu; další analýzy vzorků meteoritu se dělají v laboratořích Institutu geochemie a petrologie v Curychu (kromě jiného se zaměřují na určení kosmického stáří meteoritů Žďár).
Krátce po nalezení druhého meteoritu pokryl pádovou oblast sníh a další hledání bylo možné až s příchodem jara. Vegetační klid již netrval dlouho, avšak ani přes poměrně značné úsilí už žádný další žďárský meteorit objeven nebyl (alespoň, o kterém bychom věděli).
Nalezené meteority prošly řádným schvalovacím procesem Nomenklaturní komise Meteoritické společnosti a dostaly oficiální jméno Žďár nad Sázavou (zkráceně Žďár). V současnosti jde o 24. meteorit s rodokmenem na světě a z toho již čtvrtý na území ČR. Meteorit Žďár se tak zařadil mezi významné případy jako meteority Příbram (první meteorit se známou dráhou na světě), Benešov (pád meteoritů s různým složením a navíc nalezenými 20 let po pádu) nebo Morávka (první denní meteorit s rodokmenem). Náš tým navíc znovu prokázal významné postavení v oboru výzkumu bolidů a pádů meteoritů, protože se buď zcela anebo významnou měrou podílel na analýze více než poloviny těchto vědecky ceněných případů.
Obr. 6 – Oba dosud nalezené meteority Žďár nad Sázavou – vpravo první meteorit (6 g), vlevo druhý meteorit (40 g)
Významného úspěchu jsme dosáhli jen zásluhou mimořádné podpory tohoto dlouhodobého projektu ze strany AV ČR. Jde totiž o přímý důsledek zásadní finanční podpory, které se našemu týmu dostalo v podobě udělení Akademické prémie, jíž jsem nositelem. Hlavním záměrem využití tohoto ocenění je modernizace přístrojového vybavení a rozšíření naší bolidové sítě. Díky úsilí nepočetného, ale velmi produktivního týmu se za rekordně krátkou dobu podařilo vyvinout, vyrobit a taktéž rozmístit nové digitální automatické bolidové kamery na všechny stávající stanice, čímž byla završena první etapa modernizace sítě, a to o rok dříve, než jsme plánovali. Kamery jsou mimochodem nejlepšími přístroji svého druhu na světě a ukázaly se jako rozhodující pro dosažení výsledku. Bolid Žďár totiž letěl za soumraku, a původní filmové fotografické kamery, které pracují na téměř všech stanicích paralelně s digitálními, tudíž ještě na většině z nich (kromě těch nejvýchodnějších) neexponovaly. Z podstaty jejich činnosti, tj. pořízení jednoho celooblohového snímku za noc, mohou pracovat jen za dostatečné tmy, a navíc mohou začít expozici pouze, když je jasno. Naopak digitální kamery pracují i během soumraku a za oblačné oblohy. Všechny výhody nového systému fungování naší bolidové sítě se v plné míře projevily právě v případě bolidu Žďár. Vše ještě korunovalo, že nejdůležitější snímek z hlediska určení pádové oblasti meteoritů byl pořízen kamerou nainstalovanou právě 9. prosince, která tedy byla v činnosti teprve půl hodiny! Šlo zároveň o poslední stanici, na níž byla nová digitální kamera nainstalována, přičemž čtyři z pěti nejdůležitějších snímků pořídily kamery, které jsme dostali z výroby se zpožděním až začátkem listopadu 2014 a instalovali na stanicích bolidové sítě během dvou týdnů před průletem bolidu – mnohdy za svízelných podmínek nastupující zimy.
Obr. 7 – Snímek struktury prvního meteoritu pořízený elektronovým mikroskopem (bílá barva reprezentuje niklové železo, světle šedá sulfidy a tmavší odstíny šedé křemičitany) dokumentuje poréznost materiálu. Vlevo je zvětšená kulová chondra z pravé spodní části meteoritu zobrazeného na pravém snímku.
Podařilo se to díky lidem, kteří pracovali s takovým úsilím, jako by tušili, že nesmí ztratit ani den. Z toho je zřejmé, že lepší načasování úkazu jsme si nemohli přát. Nejenže jsme na něj na našem území čekali téměř 24 dlouhých let (vezmeme-li tak významný noční pád meteoritu), ale navíc mi bylo dopřáno jej zahlédnout mezi mraky při návratu z instalace poslední kamery. Potvrdilo se známé přísloví, že štěstí přeje připraveným. Ačkoli byla událost vlastně dílem náhody, výsledek již náhodný není. Jde totiž o důsledek dlouhodobého přístupu, kdy je zaznamenání bolidu za každé situace naším prioritním cílem. Víme totiž, že každý bolid je svým způsobem jedinečný, přitom vůbec nemusí být spojen s pádem meteoritu, a tudíž je samozřejmé, že uděláme maximum, abychom jej našimi přístroji zachytili. Uvědomujeme si, že tyto krátké a stále ještě nepředpověditelné jevy nejde zopakovat a chvilková nepřipravenost může znamenat nenahraditelnou ztrátu dat. Bolid Žďár znamenal dokonalou prověrku připravenosti a schopností našich přístrojů i nás samých a je příjemné vědět, že jsme obstáli. Díky tomu se pro nás tento mimořádný případ stal zaslouženou odměnou, nikoli noční můrou.
Skoro neuvěřitelný, ale přesto skutečný příběh je ukázkou, jak se vyplatí houževnatý a zaujatý přístup a že věda dokáže být neustále tím opravdovým dobrodružstvím, o kterém jsem snil, když jsem se na cestu poznání dění kolem nás vydal.
PAVEL SPURNÝ,
hlavní koordinátor Evropské bolidové sítě
Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.