Planetární obrana – to je věc, kterou většina lidí zná jen z dobrodružných filmů. Jejich námět je v podstatě jednoduchý – Zemi hrozí srážka s planetkou či jiným kosmickým objektem, přičemž kolize by představovala riziko pro celou civilizaci. Lidstvo proto spojí síly a vytvoří misi, která má smrtonosný projektil nějakým způsobem zneškodnit či odklonit, přičemž každý film pak pracuje s trochu jinými metodami. Ačkoliv nad kvalitou filmového zpracování různých děl můžeme mít různé názory, jedno je jisté – námět není nereálný. Naše databáze planetek se postupně rozrůstá, zpřesňují se naše znalosti jejich oběžných drah, ale stále existuje pravděpodobnost kolize někdy v budoucnu. Menší objekty budou do naší atmosféry vstupovat samozřejmě i nadále, ale bát bychom se měli těch větších. V současné době nehrozí žádná významnější kolize v nejbližších desítkách let – přesto je potřeba být na pozoru a rozvíjet metody planetární obrany, abychom jednou mohli být připraveni. Ze statistického hlediska totiž nemá smysl ptát se, zda nám bude někdy taková kolize hrozit, správně se máme ptát, kdy to bude.
Zdroj: https://www.nasa.gov
NASA proto již několik let pracuje na misi DART, což je jednak zkratka anglického názvu Double Asteroid Redirection Test (v překladu Zkouška přesměrování dvojplanetky), ale dart v překladu znamená házecí šipka, čímž perfektně ilustruje vlastní podstatu. DART bude první misí v historii, která v kosmickém prostoru prověří techniku planetární obrany. Dostane jedinou šanci zasáhnout malý cíl – menší objekt dvojplanetky Didymos, někdy označovaný také jako Didymoon nebo Didymos B. Tato planetka nepředstavuje pro Zemi žádné riziko – proč tedy byla vybrána za cíl? Důvod je jednoduchý – jelikož Didymoon obíhá kolem hlavní planetky (též označované Didymos A), bude možné změřit vliv dopadu mnohem přesněji, než kdybychom mířili na samotnou planetku, která kolem sebe nic nemá a jen krouží kolem Slunce.
Na projektu pracuje Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ve městě Laurel, stát Maryland, který řídí vývoj celé mise. Nemá však pochopitelně na starosti vše. Tak jako tomu bývá u jiných misí, i tady se na projektu podílí i další firmy a vědecká pracoviště po celých Spojených státech. Cíl je stanoven jasně – připravit DART tak, aby mohla startovat v létě roku 2021. O vynesení z Vandenbergovy základny se postará Falcon 9 – SpaceX uspěla s nabídkou o ceně 69 milionů amerických dolarů.
Aby mohla sonda zamířit na svůj cíl, tedy Didymos B obíhající kolem většího Didymosu A, musí vědci porozumět tomu, jak se celý systém chová. Proto od roku 2015 probíhají snahy o pozemní pozorování a nyní přišel v tomto směru významný pokrok. Cristina Thomas z Northern Arizona University koordinující mezinárodní pozorovací kampaň provádí důležitá pozorování cílového objektu s využitím velkých observatoří po celém světě. Vše má jednoznačný úkol – pochopit, jak Didymos vypadá, než k němu DART přiletí. Aktuální pozorování pomohou výzkumníkům lépe porozumět následkům kolize DART do Didymosu B, ke které by mělo dojít v září 2022.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Zatím nejčerstvější pozorování proběhla na Cerro Paranal v severních Chile, kde si vědci prohlíželi Didymos s využitím teleskopu VLT (Very Large Telescope), který provozuje Evropská jižní observatoř. VLT je tvořen čtveřicí teleskopů, z nichž každý se může chlubit zrcadly o průměru 8,2 metru. Dvě z nich přitom posloužila k aktuálním pozorováním.
„Systém dvojplanetky Didymos je moc malý a navíc i moc daleko na to, abychom z něj viděli cokoliv víc, než jasnou tečku. Ale můžeme díky tomu získat cenná data – stačí měřit jasnost této tečky, která se mění podle toho, jak se Didymos A otáčí a jak kolem něj obíhá Didymos B,“ vysvětluje Andy Rivkin, spoluvedoucí výzkumného týmu DART z APL. Princip měření je v podstatě podobný tomu, jak se hledají exoplanety zákrytovou metodou. Jasnost Dydimosu se může změnit, když se Didymoon schová za hlavní planetku, nebo naopak když před ní přechází. Z měření bude možné určit vzájemnou pozici obou těles a přesně načasovat kolizi sondy DART pro maximální účinek.
Zdroj: http://www.esa.int/
Tým specialistů už má naplánovanou další pozorovací kampaň – ta bude probíhat od konce roku 2020 do jara 2021. Další sledování se připravuje na období, kdy bude už sonda DART v kosmickém prostoru a pochopitelně nebudou chybět sledování v době samotného impaktu. Sledování Didymosu pomocí teleskopů je pro úspěch mise klíčové, ale pro plné porozumění podstaty cíle, tedy Didymoonu samo o sobě nestačí.
„Ačkoliv provádíme pozorování pozemskými teleskopy, o Didymosu B toho víme stále velmi málo z hlediska jeho složení a struktury,“ povzdechla si Angela Stickle, která vede pracovní skupinu pro simulace impaktu sondy DART na APL a dodává: „Musíme pracovat se širokým spektrem možností a předvídat jejich následky – abychom, až DART narazí do Didymosu B věděli, co nám naše měření vlastně říkají.“
Zdroj: http://www.esa.int
V této rovnici je mnoho neznámých, ale struktura Didymoonu hraje kritickou roli. Vědci nejsou schopni zjistit, zda sonda narazí do objektu, který je tvořen kompaktním kamenem, volně spojených úlomků, nebo do něčeho měkčího jako je třeba prach a písek. Náraz do podobně měkkého povrchu by pohltil určité množství energie, takže Didymoon by nebyl postrčen tak razantně jako v případě nárazu do tvrdého povrchu.
Už v roce 2014 proto začala intenzivní fáze modelování a simulací, která je součástí mezinárodní kampaně. Celá akce, která předvídá, co se stane s cílem po nárazu sondy DART, probíhá ve spolupráci s Lawrence Livermore National Laboratory a dalšími institucemi. Odborníci během různých simulací vytipovali tři faktory – společně s kinetickou energií DART a úlomky vyvrženými dopadem ze vzniklého kráteru. S pomocí těchto simulací se postupně daří zpřesňovat očekávání.
Odborníci ale nemusí spoléhat jen na snímky z pozemních teleskopů. Sama DART jim po potřebném přiblížení poskytne snímky svého cíle. Využije k tomu palubní snímkovací přístroj DRACO a svou roli by měl sehrát i malý spolucestující. Italská kosmická agentura totiž pro tuto misi chystá cubesat LICIACube. K jeho uvolnění dojde až před dopadem a LICIACube má za úkol zaznamenat samotnou kolizi i její bezprostřední následky. Projekt cubesatu má za sebou předběžné zhodnocení návrhu a může pokročit do další fáze.
Již zmíněný systém DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Op-nav) bude jediným palubním přístrojem sondy DART. Jeho primárním úkolem bude poskytovat údaje pro optický navigační systém – snímkováním cíle bude možné přesněji zasáhnout Didymoon. Jeho snímky bude využívat algoritmus SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation) vyvinutý na APL. Během posledních hodin sondy DART bude právě tento systém přesně a autonomně navádět sondu k cíli. SMART Nav je momentálně připravován k sérii zkoušek, na simulované avionice sondy. Zkušenosti z těchto testů mají zlepšit důvěryhodnost v celý systém, aby bylo jisté, že bude fungovat správně, až na něm bude celá mise záviset.
Zdroj: http://www.esa.int/
Zatím jsme hovořili o modelování a simulacích, což by mohlo vzbudit mylný dojem, že se na sondě fyzicky nepracuje. A to by byl omyl. Ve skutečnosti totiž už začalo vznikat hned několik dílů. Například plnorozměrová maketa sondy nyní slouží k instalaci kabelů a konektorů a probíhá i výroba několika kusů letového hardwaru. Jde především o solární panely, které prošly fází kritického zhodnocení návrhu, ale i elektronika radiového a energetického systému.
Mise po nedávné změně může zvládnout splnit svůj úkol využitím malých hydrazinových trysek, které mají doplnit hlavní iontový pohon. Tím má být americký motor NEXT-C (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster Commercial). „Pro misi, která má jen jednu šanci, je dobré mít k dispozici více možností, jak zajistit, že dopadne tak, jak má,“ říká Ed Reynolds, projektový manažer z APL. K Didymosu by se měla v roce 2023 vydat i evropská mise Hera i se dvěma cubesaty, která prozkoumá následky impaktu a provede detailní průzkum.
Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/binary_asteroids/16027037-1-eng-GB/Binary_asteroids.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pdco-dart-poster3_0.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Aerial_View_of_the_VLTI_with_Tunnels_Superimposed.jpg
http://www.esa.int/…/didymos_with_its_moon/10255310-2-eng-GB/Didymos_with_its_moon.jpg
http://www.esa.int/…/2015/03/asteroid_collision/15339990-1-eng-GB/Asteroid_collision.jpg
http://www.esa.int/…/04/aftermath_of_collision/15357547-1-eng-GB/Aftermath_of_collision.jpg
Ve srovnání s impaktorem Hayabusy 2 se jedná o 250x vyšší hmotnost a 3x vyšší rychlost nárazu, to je 2250x vyšší energie. Pokud by byl Didymoon podobně sypký jako Ryugu, kde vznikl kráter 20m, pak mi vychází kráter 260m, což je ale větší, než celý Didymoon. Je tedy možné, že se těleso celé rozbije, část úlomků popadá na Didymos, část zůstane „na hromadě“, část vytvoří kolem Didymosu mrak „smetí“ a část zcela unikne z gravitačního pole asteroidu.
Z výše uvedeného plyne, že pro eventuální reálnou akci „planetární obrany“ bude klíčové vědět, jaké jsou mechanické vlastnosti hrozícího asteroidu. Bude-li sypký, bude relativně snadné ho „rozprášit“ termojadernou hlavicí. Energie impaktoru DART je ekvivalentem cca 2 tun TNT, termojaderná hlavice pak může mít 20 megatun TNT, měla by si tedy poradit s řádově 10 km tělesem. Bude-li ovšem asteroid kompaktní, pak nezbude nic jiného, než pokus o jeho odklonění.
Jenže DART předá tělesu celou tuto energii. Jaderný výbuch mu nepředá skoro nic. Na zemi většina energie jde do tlakové vlny, to ve vakuu nemáme. Jaderný výbuch mimo těleso asteroidu bude působit pouze teplem a sprškou částic. Celková předaná energie bude minimální. Obecně rozbití tělesa k ničemu dobrému nevede. Když ho rozbijete, co pak dál s troskami? Jaderný výbuch může zahřátím a odpařením hmoty ovlivnit dráhu tělesa, nic moc víc.
Jadernou bombu lze „poměrně jednoduše“ směrovat, plánované antisatelitní jaderné střely ze studené války takto navrhované byly. A z nich vycházejí plánované antiasteroidní střely. Jde, pokud si pamatuju, o speciální vytvarování odražeče neutronů.
To sice ano, ale pořád předáváte jen velmi malou část energie výbuchu. A navíc jen povrchu asteroidu.
Ano, ve vakuu nemůžeme počítat s tlakovou vlnou, ale částicová a elmag sprcha, kterou asteroid dostane, je s to odpařit část povrchu, čímž dojde k řekněme indukovanému Jarkovského efektu. Je to stále nejefektivnější prostředek k odklánění asteroidů, pokud budeme brát v potaz stav současné techniky a poznání.
Považte, že při průměrné relativní rychlosti 20 km/s asteroid urazí vzdálenost srovnatelnou se zemským průměrem asi tak za 10 minut. A pokud o těch 10 minut prodloužíme orbitální periodu (prosím kumulovaně, od zásahu po očekávaný dopad na Zemi mohou uplynout desítky let), máme vyhráno.
Ano, takhle by to určitě mohlo fungovat. První komentář ovšem zmiňoval „rozprášení“, což je nesmysl.
Jako problém bych tu viděl velkou nepředvídatelnost výsledku.
Také je otázka, zde je to efektivnější, než třeba odklonění gravitačním působením jiného tělesa nebo použití raketového motoru. Případně změna albeda a další způsoby.
Není tu vůbec nesmysl. Největší konvenční bomba při shozu z 10 km penetruje do hloubky 60 m běžného betonu a až tam exploduje. Při několikrát větší rychlosti a sypkém materiálu lze explozi zajistit v hloubce 100 m i více. To není nějaké bliknutí nad povrchem.
Rozmetání asteroidu na kusy je samozřejmě poněkud nečisté řešení a nějaká ta skalka by asi dopadla na Zemi. Ale je to za jistých podmínek (čas, rozměry) jediná možnost.
Gravitační traktor je velmi elegantní, ale časově náročné řešení, spíš bych byl pro to přebarvení PHA 🙂 Ale pokud by se snad objevil nějaký skutečný vyhubitel, který bude mít potvrzenou kolizi se Zemí v jednotkách desítek let, je řešením spíše to jádro. Menší tělesa, schopná zničit město můžeme odklánět právě po vzoru v článku uvedené mise DART, prostým impaktem. Vše je to otázka velikosti a zbývajícího času, méně už konzistence cíle, i když i tak hraje svou roli.
Pokud vím, na fotometrickém pozorování planetky Didymos za účelem přesného navedení sondy DART spolupracují i vědci z Astronomického ústavu AVČR v Ondřejově.
Rozhodující bude navedení na kolizi. Aby to mělo maximální efekt musel by se projektil před dopadem pohybovat po tečně k oběžné dráze kolem hlavního tělesa a současně tato tečna musí procházet těžištěm měsíčku. Při odhození na příletové dráze k soustavě se to dá těžko splnit. Všechny ostatní zásahy budou tím méně efektivní čím více se bude dopadová dráha od ideální lišit. V každém případě dopadová dráha musí alespoň procházet těžištěm měsíčku.
jen pro jistotu “ tečna která musí procházet/prochází těžištěm měsíčku“ ?
Pan Alois myslel (předpokládám) tečnu ke dráze malého objektu a ta tečna má procházet těžištěm malého tělesa (ovšem samotná definice tečny a fakt, že orbita je definována těžištěm satelitu tuto podmínku staví do bezpředmětnosti). Já jsem ovšem toho názoru, že parametry orbity se změní i po obecném zásahu malého tělesa, dokonce mimo jeho těžiště. Nemáme totiž jen apsidy, ale umíme měřit i inklinaci, argument pericentra a délku vzestupného uzlu. A impakt se alespoň na jednom tomto elementu projeví.
díky
Zjednodušeně : Přiletí-li ze směru či ve směru pohybu cíle a zasáhne-li optický střed, bude efekt největší.
Překvapuje mě často uváděné uklidňující tvrzení, že dráhy větších planetek známe docela dobře a tak nám v nejbližších desetiletích nic nehrozí.
Od nich opravdu asi ne, ale kometu z Oortova oblaku bychom zaznamenali s předstihem pár měsíců, v horším případě pár týdnů. A to nemluvím o návštěvnících jako ʻOumuamua, tam by to byly spíš dny.
„V současné době nehrozí žádná významnější kolize v nejbližších desítkách let“
to by asi chtělo přeformulovat – V současné době nevíme, že by hrozila významnější kolize v nejbližších desítkách let
Myslím, že z kontextu je to dostatečně srozumitelné.
kuban:
Ano, máte úplnou pravdu.
Ale jazyk se vyvíjí a po mnoha obdobně rozhodných vyjádřeních, co všechno nám prý nehrozí, to už snad lidi berou s rezervou.