Novinky

Na čem pracujeme: Detekce dopadů zemských miniměsíců

Zemi trvale obíhá pouze jedno přirozené těleso – náš Měsíc. Před více než sto lety však vědci poukázali na hypotetickou možnost dočasných oběžnic Země, v gravitační pasti zachycených těles z meziplanetárního prostoru, jež se v jejím okolí zdrží jen několik oběhů planety a pak systém pod vlivem poruch opět opustí. Hypotéza se dočkala potvrzení až před deseti lety. Nyní Pavel Spurný z ASU se svým týmem v široké mezinárodní spolupráci vyhodnocovali data od čtyř bolidů a testovali, zda jejich původcem byly dočasně zachycené objekty. 

Když byla v roce 2006 objevena prostřednictvím Catalina Sky Survey planetka dnes označovaná jako 2006 RH₁₂₀, již z prvních výpočtů oběžné trajektorie bylo patrné, že nejde o objekt obíhající Slunce, ale že gravitačním centrem pro toto těleso je Země. V přesvědčení, že tedy musí jít o zbytek rakety po nějakém letu do kosmu, bylo těleso ze seznamu planetek odstraněno, aby se na něj vrátilo v únoru 2008 s definitivní označením. Přibližně pětimetrová planetka vykonala kolem Země čtyři oběhy, setrvala v jejím okolí necelý rok a po průletu perigeem v červenci 2007 se dostala zpět na heliocentrickou dráhu.

Sofistikované modely ukazují, že záchyt těles se nejspíše koná průchodem přes librační body L1 a L2, přičemž statisticky jedno procento těchto dočasných měsíců se srazí se Zemí a odhaduje se, že 0,1 % meteoroidů srážejících se se Zemí jsou ve skutečnosti dočasně zachycenými tělesy. Tím více je záhadné, že doposud se nepodařilo spolehlivě prokázat, že by původce nějakého meteoru byl dočasně zachyceným tělesem. Přitom by tato tělesa měla být relativně snadno identifikovatelná, a to především svojí velmi nízkou vstupní rychlostí (kolem 10 km/s, zatímco typická vstupní rychlost meteoroidů je 30 km/s).

Zde se v plné míře ukázala síla rekonstrukce české části Evropské bolidové sítě, kdy se z analogového záznamu (plochý film) přešlo na plně digitální záznam kamerami s vysokým rozlišením. 13. ledna 2014 byl kolem třetí hodiny ranní světového času zaznamenán na dvou stanicích, v Kunžaku a v Ondřejově, kde byly již v činnosti digitální kamery, průlet jasného mimořádně pomalého meteoru. Přestože bylo jasno téměř na všech stanicích, tak protože se jednalo o úplňkovou noc a analogové kamery pořizují jeden snímek za celou noc, tak na těchto snímcích byl bolid zcela přezářen světlem Měsíce a tudíž zde nebyl nalezen a to i přesto, že například na Churáňově letěl velmi blízko stanice. Odtud byl ale aspoň detekován velmi přesným fotometrem, díky kterému měli autoři jednak velmi přesnou informaci o čase přeletu, což bylo podstatné pro zpětnou integraci dráhy, a také přesný průběh svícení, což bylo zase podstatné pro modelování dynamiky určené ze snímků z Kunžaku a tím se lépe podařilo určit i vstupní rychlost. Velmi důležitý byl i náhodný záznam spektra tohoto bolidu, který jednoznačně potvrdil přirozený původ tělesa. Rekonstrukce atmosférické trajektorie odhalila, že se jednalo o asi patnácticentimetrové těleso, jež vstoupilo do atmosféry rychlostí 11 km/s nad Šumavou, přeletělo nejvýchodnější část Bavorska a přestalo zářit nad hranicí s Rakouskem poblíž Pasova. Jeho extrémně malá rychlost jej učinila podezřelým z dočasného zachycení a tudíž to byl dobrý důvod k detailnímu průzkumu orbitálního původu tělesa.

K rekonstrukci myslitelné vně-atmosférické trajektorie použili metodu zpětné integrace naklonovaných částic. Místo zpětné rekonstrukce pohybu jednoho tělesa nechali vygenerovat počítačem klony tohoto tělesa, jejichž parametry (poloha radiantu, rychlost, polohu vstupního bodu nad zemským tělesem) byly náhodně vybrány v rámci chybových intervalů příslušných veličin, stanovených (vč. chybového intervalu) z pozorování. Zpětné integrace, započítávající vliv gravitace Země, Měsíce, Slunce a hlavních planet byly statisticky zpracovány. Výsledkem je, že s největší pravděpodobností se v případě meteoru s označením EN130114 jedná o dočasně zachycené těleso, jež v gravitačním vlivu Země strávilo nejspíše kolem jednoho roku. Těleso se do sféry zemské gravitace dostalo nejspíše po protáhlé skloněné dráze s apogeem poblíž dráhy Měsíce, který sehrál důležitou úlohu ve změně dráhy nutné pro ustavení trajektorie dočasně zachyceného tělesa.

Autoři použili stejnou metodologii na další tři podezřelé meteory zaznamenané v jednom případě americkou Prérijní bolidovou sítí a ve zbývajících dvou případech americkými satelity se značně neurčitými výsledky, kdy snad jeden meteor by s malou pravděpodobností mohl mít svůj původ v dočasně zachyceném tělese. V práci poukazují na kritický požadavek na přesné určení vstupní rychlosti, jež je rozhodující pro interpretaci zpětné integrace. Modernizované české stanice Evropské bolidové sítě nyní potřebnou přesností disponují. Modely ukazují, že nejistoty v ostatních parametrech nemají podstatný vliv na rozhodnutí, zda se jednalo o zachycený objekt.

Studium dočasných „měsíců“ Země má i praktické dopady. Statistika je neúprosná a říká, že dlouhodobě zachycená tělesa mají asi dvacetiprocentní šanci srážky se Zemí. Malé vzájemné rychlosti také z takových těles činí optimální objekty pro průzkum na místě, což je jedním z blízkých cílů pro pilotovanou kosmonautiku.

Michal Švanda

Citace práce

Clark, D. L., Spurný, P. a kol., Impact detections of temporarily captured natural satellites, Astrophysical Journal (2016) v tisku, preprint ArXiv:1602.03123.

Kontakt: RNDr. Pavel Spurný, CSc., spurny@asu.cas.cz