Evropská sonda Hera, která je součástí snah o zajištění planetární obrany, se připravuje na svou cestu k planetce-měsíčku Dimorphos, který obíhá okolo planetky Didymos. Mezi její první úkoly bude patřit pátrání po kráteru, který na planetce Dimorphos zanechala předešlá návštěva – sonda DART, která záměrně narazila do planetky, aby pozměnila její oběžnou dráhu. Nejnovější studie zveřejněná v časopise Nature Astronomy nyní naznačuje, že se žádný kráter možná nenajde. Ne snad, že by jej někdo ukradl, ale náraz sondy DART pravděpodobně přeměnil celý povrch planetky. To by byl významný poznatek jak pro výzkum planetek, tak pro planetární obranu.
Zdroj: https://www.esa.int/
26. září 2022 se americká zhruba půltunová sonda DART srazila s balvany posetou planetkou Dimorphos při vzájemné rychlosti 6,1 km/s. Historicky první praktická zkouška kinetické impaktní metody změny oběžné dráhy planetky byla úspěšná. Pozorování ze Země ukazují, že se doba oběhu zasaženého měsíčku kolem hlavní planetky zkrátila z 11 hodin a 55 minut o přibližně 33 minut s možnou odchylkou +/- 1 minuta. Dosud však výzkumníci nevědí, jak planetka jako celek reagovala na náraz sondy a jaká byla účinnost přenosu hybnosti. Výpočet této hodnoty (takzvaného beta faktoru) vyžaduje velmi přesné údaje o hmotnosti planetky, které vědcům přinese právě zmíněná mise Hera.
Zdroj: https://www.esa.int/
K odvození faktoru beta je rovněž zapotřebí přesné měření zpětného rázu materiálu vyvrženého do okolního prostoru. Prozatím se objevily vědecky lákavé náznaky. Jedná se o snímky pořízené italským CubeSatem LICIACube, který byl poblíž v době dopadu DART, ale i fotek z kosmických teleskopů Jamese Webba a Hubbla, nebo z pozemních teleskopů. Všechny shodně ukazují obří shluk trosek, který se táhl více než 10 000 km do vesmíru a byl pozorovatelný několik měsíců. Aby bylo možné získat podrobné fotky Dimorphosu po nárazu a zblízka, budeme si muset počkat na přílet sondy Hera. Ta má startovat letos v říjnu a k Dimorphosu dorazí koncem roku 2026. Na své palubě ponese soubor přístrojů a také dva pomocníky ve formě CubeSatů. Společnými silami se poté pokusí zhodnotit složení, strukturu a hmotnost planetky Dimorphos a zjistit, jak planetku proměnil vysokorychlostní náraz sondy DART.
Zdroj: https://www.esa.int/
Mezitím se mezinárodní vědecký tým snažil hlouběji proniknout do fyzikálních procesů spojených s impaktem sondy DART tím, že celou událost nasimuloval v programu SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). Za jeho dvě desetiletí trvajícím vývojem stojí univerzita ve švýcarském Bernu. Výsledkem je kód, který se specializuje na simulace kolizí a rozpadů kamenných těles. Algoritmy programu převedou kolidující tělesa do milionů částic, jejichž chování po nárazu je ovlivněno souhrou rozličných ovlivnitelných veličin. Jde třeba o gravitaci planetky, hustotu, nebo pevnost materiálu. Výstupy ze simulací byly prověřeny laboratorními experimenty a tento program byl využit také při reprodukci prvního nárazu do planetky, když japonská sonda Hayabusa 2 v roce 2019 bombardovala povrch planetky Ryugu měděným impaktorem.
Zdroj: https://www.esa.int/
„Kód běží na souboru počítačů High Performance Computing Cluster tady na univerzitě,“ vysvětluje Sabina Raducan z Fyzikálního institutu kosmického výzkumu a planetologie na Bernské univerzitě, vedoucí týmu a spoluvedoucí pracovní skupiny fyziky impaktu pro misi Hera a dodává: „Jde o výpočetně intenzivní proces, takže každá simulace trvá zhruba týden a půl, přičemž my jsme provedli přibližně 250 takových simulací, abychom reprodukovali první dvě hodiny po nárazu. Zapracovali jsme tam všechny hodnoty, které jsme znali, tedy hmotnost sondy DART, přibližný tvar planetky, změnu oběžné dráhy a velikost proudu vyvrženého materiálu. Hodnoty, které neznáme, jsme měnili. Jde třeba o to, jak blízko sobě se nacházejí balvany, jaká je jejich hustota, jak je materiál porézní a jaká je jeho celková koheze (soudržnost). Na základě fyzikálních vlastností planetek podobných Dimorphosu jsme také učinili některé logické předpoklady. Poté jsme kontrolovali, jak blízce výsledek každé simulace připomíná to, co jsme skutečně pozorovali. Výsledky naznačují, že Dimorphos je tvořen relativně slabě spojenou hromádkou štěrku, kde jednotlivé kamínky drží pospolu spíše extrémně slabou gravitací, než kohezní silou. To také pomáhá vysvětlit mimořádnou účinnou změnu oběžné dráhy po impaktu sondy DART.“
Zdroj: https://www.esa.int/
Abychom si kohezi připodobnili k něčemu z reálného života, nabízí ESA dobrý příklad – představte si, jaký je rozdíl, když sypete z pytlíku mouku a nebo písek. Padající zrnka mouky dokáží díky své vyšší kohezi vytvořit i poměrně strmý kužel, zatímco písek vytvoří mnohem plošší hromádku. „Vznik kráteru a vyvržení materiálu bývají běžně ukončeny silou gravitace, nebo pevností materiálu, v němž kráter vzniká,“ přidává Martin Jutzi z Bernské univerzity, další spoluvedoucí pracovní skupiny fyziky impaktu pro misi Hera a pokračuje: „Na Zemi je síla gravitace taková, že ke vzniku kráterů dochází zřídka, přičemž typicky vzniká kužel vyvrženého materiálu s úhlem okolo 90°. To, co jsme pozorovali po nárazu sondy DART do Dimorphosu, byl mnohem širší kužel vyvrženého materiálu, který dosahoval až ke 160° a byl ovlivněn především zakulaceným tvarem planetky. Kráter se tak stále rozšiřoval – jak kvůli gravitaci, tak i vlivem slabé koheze.“
Zdroj: https://www.esa.int/
Sabina Raducan doplňuje: „Je pravděpodobné, že kráter rostl tak dlouho, až obešel celý povrch tělesa, takže Dimorphos byl kompletně přeformován. Důsledkem toho zřejmě Hera nebude schopna najít žádný kráter zanechaný po nárazu sondy DART. To, co Hera uvidí, bude velmi odlišné těleso. Naše simulace naznačují, že původní tvar létajícího talíře planetky Dimorphos se na straně nárazu „otupil“. Pokud si představíte, že Dimorphos na začátku připomínal čokoládový bonbón M&M, nyní by vypadal, jako kdyby ho někdo nakousnul!“ Tato změna bude mít také vliv na oběžnou dráhu planetky Dimorphos okolo planetky Didymos. Aby bylo možné interpretovat výsledky simulované změny povrchu, rozhodl se tým použít stereoskopické snímky, které připravil astrofyzik (a kytarista kapely Queen) Brian May ve spolupráci s Claudií Manzoni.
Zdroj: https://www.esa.int/
Prodloužená fáze vzniku kráteru významně zvýšila účinnost změny oběžné dráhy. Tým odhaduje, že do prostoru bylo nárazem sondy DART vyvrženo 1 % celkové hmoty, která tvořila planetku Dimorphos. Svou roli hrála také velmi nízká úniková rychlost, která u zasažené planetky činí pouhých 10 cm/s. Zhruba 8 % hmoty planetky bylo posunuto. A pokud je Dimorphos opravdu jen kupkou štěrku, která připomíná spíše trs hroznů než monolitickou skálu, pak by toto zjištění mohlo mít významný vliv na odhalení pravděpodobného původu tohoto tělesa. Potvrzovalo by to teorii, že tento měsíček vznikl, když se v minulosti mateřská planetka roztočila a do okolí vyvrhovala materiál ze svého rovníku. Tento materiál se později gravitačně spojil dohromady.
„Celkový obraz, který jsme získali, ukazuje Dimorphos jako prakticky nesoudržné těleso, které je formované převážně slabou gravitační silou. To se zdá být v souladu s našimi blízkými pozorováními jiných planetek,“ hodnotí Patrick Michel, výzkumný ředitel Národního střediska pro vědecký výzkum (CNRS) na Observatoire de la Côte d’Azur v Nice a hlavní řešitel mise Hera a dodává: „Planetky Ryugu (navštívená sondou Hayabusa 2) a Bennu (navštívená sondou OSIRIS-REx) jsou na uhlík bohaté planetky třídy C. Jsou tedy velmi odlišné od na křemičitany bohatých planetek třídy S, kam patří Didymos a Dimorphos. Všechny však spojuje nedostatek koheze. Stále jsme plně a jasně neporozuměli tomuto chování, protože nemůžeme dělat statistiku ze tří planetek. Ovšem obecný nedostatek koheze u všech malých planetek je zajímavá myšlenka a byla by to dobrá zpráva pro planetární obranu. Pokud bychom už dopředu věděli, jak bude těleso reagovat, usnadnilo by to návrh vhodných nástrojů k jeho odklonu.“
Zdroj: https://www.esa.int/
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/25958109-1-eng-GB/DART_approaching_Dimorphos.jpg
https://www.esa.int/…/DART_approaching_Dimorphos.jpg
https://www.esa.int/…/How_DART_impacted_Dimorphos.jpg
https://www.esa.int/…/LICIACube_image_of_asteroid_ejecta.jpg
https://www.esa.int/…/Simulation_of_DART_s_impact_on_Dimorphos.gif
https://www.esa.int/…/Comparing_observation_with_simulation_of_DART_impact.png
https://www.esa.int/…/Stereoscopic_view_of_DART_impact_simulation.gif
https://www.esa.int/…/Hera_approaches_Dimorphos.png
https://www.esa.int/…/Stereoscopic_view_simulating_approximately_178_seconds_after_DART_impact.gif
Dobrý den, děkuji za zajímavý článek.
Experiment sondy DART posouvá naše vědomosti o malých tělesech sluneční soustavy o pořádný kus vpřed. V návaznosti na nová zjištění si nemůžeme nepoložit otázku: Pokud jsou tělesa tohoto typu takto nesoudržná, jak by vypadal průchod atmosférou naší planety ? Resp. jaké škody by Země utrpěla ?
To je hodně zajímavé. Není to asi žádný obr, jestli tuším správně tak kolem 150 m, ale i tak mi přijde, že pouhý náraz udělal dost významnou změnu. Poměr hmotností bude obrovský a z 12h dráhy změna o půl hodiny se mi zdá hodně. Ale jsem naprostý amatér. Pokud by se taková tělesa zjistila dostatečně daleko, je asi reálné, aby je drobná změna dráhy vychýlila z kolizního kurzu.
Vlastní moment sondy nejspíš nebyl hlavní silou, která změnu dráhy zapříčinila. Ale energie uvolněná při dopadu byla kolem 87 GJ (ekvivalent 21 tun TNT). To stačí na vyvržení poměrně velkého množství materiálu, který zbytkem planetky už pohne. Odhaduje se kolem 580 kg. Jak moc to planetku promíchalo, uvidíme, až dorazí Hera. Gravitační síly, které tu hromadu kamení drží pohromadě, jsou minimální, takže to mohlo být velmi zajímavé.
580kg vyvrženého materiálu se mě zdá málo, jak je to myšeno?
R.
Ou, pardon. To byla hmotnost té sondy při dopadu. Nevím, jak se mi to tam dostalo. Hmotnost vyvrženého materiálu se odhaduje na víc než 10000 tun (kolem jedné tisíciny celkové hmotnosti asteroidu).
„Na Zemi je síla gravitace taková, že ke vzniku kráterů dochází zřídka …
Mám tomu rozumět tak, že vznik kráterů na Zemi je vzácný a například na Měsíci to neplatí?
Je to trochu nešťastný překlad z originálu. Ale už i v původním anglickém článku z těch několika vět přímé řeči, které jsou tam citovány, bude mít asi čtenář problém pochopit, co se tím chtělo říct. Zkusím to trochu rozvést.
Kráter při dopadu tělesa nevznikne okamžitě, proces jeho vzniku vždy nějakou dobu trvá. To, jak dlouho kráter vzniká, závisí buď na pevnosti materiálu, v němž vzniká, nebo na gravitaci tělesa, na němž vzniká. Čím silnější je gravitace, tím dříve se proces vzniku kráteru zastaví. V originálním článku je citována věta „On Earth the force of gravity is such that cratering occurs briefly,“ kterou se chce říct, že gravitace na Zemi je tak velká, že doba, po kterou kráter vzniká, je krátká.
Díky moc za upřesnění a vysvětlení!
Ty Brianovy stereo obrázky jsou super 🙂 Pět minut jsem musel „ladit“ oči a vzdálenost od displeje, než jsem to dokázal zkouknout a pak jsem zase 2 minuty „přelaďoval“ na normální čtení monitoru.
..by ma zaujmalo ako by to bolo keby tam vysadili kozmonauta. Ci by zapadol pokolena, ci po pas alebo sa prepadol par metrov do hlbky a zostal v tej sotoline levitovat..
Tíhové zrychlení na površích planetek této velikosti je zhruba stejně velké, jako zrychlení, které v důsledku různých vnitřních i vnějších vlivů panuje na ISS. Čili něco, čemu se sice odborně říká mikrogravitace, ale pro člověka je to prakticky nerozlišitelné od stavu beztíže. Úniková rychlost z povrchu je v řádu milimetrů až centimetrů za sekundu. Stačí jeden pomalejší neopatrný pohyb a letíte pryč.
Takže už samotné „vysazení“ kosmonauta by byl dost obtížný úkol. Pro něj by to byl stejný pocit jako se vznášet ve stavu beztíže a poblíž něj by se vznášela planetka. Kdyby byl dost trpělivý, postupně by velmi pomaličku klesl na její povrch, a zůstal na něm stát/ležet/sedět, stejně tak jako na jejím povrchu leží ostatní balvany. V momentně, kdyby se ale pokusil o sebemenší pohyb, jednak by do svého okolí zvířil obrovské množství kamenů a prachu, a za druhé by zas odletěl pryč.
Dakujem za vysvetlenie.. unikova rychlost blizka nule..chvilu to trva si toto vsetko uvedomit