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.

Umělecká představa sondy DART před kolizí s planetkou Dimorphos.
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.

Projekce obrysu sondy DART na povrch planetky Dimorphos ukazuje, kam sonda dopadla.
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.

Šíření materiálu vyvrženého po nárazu sondy DART do planetky Dimorphos zachycené CubeSatrem LICIACube.
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.

Animace založená na simulaci Bernské univerzity zachycuje možný průběh událostí zhruba dvě minuty po kolizi.
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.“

Porovnání snímku z CubeSatu LICIACube se simulací.
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.“

Stereoskopický pohled na simulaci nárazu sondy DART do planetky Dimorphos.
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.

Umělecká představa planetky Dimorphos při návštěvě sondy Hera.
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.“

Stereoskopický pohled na výsledek simulace kolize sondy DART s planetkou Dimorphos v čase 178 sekund po nárazu.
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