Konstatování, že obrázek dokáže ukázat více, než mnoho slov a vět, které danou situaci popisují je známý a každý ho jistě bere jako výrok odpovídající skutečnosti. Ještě více, než v běžných pozemských situacích je toto konstatování platné při výzkumu cizích planet. O tom, jak pomocí studia kráterů a jejich okolí získáváme nečekaně podrobné informace o tělesech sluneční soustavy, vám dnes přinášíme článek. Tento článek je vlastně volným přepisem blogu Veroniky Bray, která se zabývá právě studiem impaktů na planetách. Její povídání nám přibližuje, kolik se toho dá poznat z pouhých fotografií.

Veronica Bray je planetární vědec a pracuje v Lunar and Planetary Laboratory v Tucsonu. Její specializací je porovnávání povrchů jednotlivých těles sluneční soustavy a zejména studium impaktních kráterů a jejich okolí. Nechme nyní promluvit přímo planetoložku.

Když sledujete, jak nám ze sondy, která prolétla kolem Pluta, začínají přicházet překrásné obrázky jejího povrchu, jste dozajista fascinováni. Mnohem více vás pak jistě překvapí, kolik toho vědci dokáží z těchto fotografií vyčíst a kolik zajímavých a překvapivých informací se pak objevuje. Jak je ale možné, že jsme z fotografií schopni říci, že některá část kůry Pluta je tenčí, než jiná nebo jedna část je starší, než oblast ležící o kousek dál?

Částečnou odpovědí je to, že fotografii samozřejmě doplňujeme výsledky různých měření vědeckých přístrojů na palubě sondy. Ale tímto se nyní zabývat nebudeme. Mojí specializací je schopnost rozpoznat různé věci pomocí vzhledu kráterů. Pomůžeme si nyní příkladem, který vám přiblíží, jak vyhodnocování fotografií z mise New Horizons probíhá.

Když se kometa nebo jiné těleso srazí s povrchem Pluta, je jeho rychlost zpravidla mnohem vyšší, než rychlost vystřelené kulky. V důsledku tohoto faktu dojde po srážce k silné explozi, která vytvoří velký otvor na povrchu tělesa – impaktní kráter. V závislosti na velikosti, hustotě a rychlosti nárazového tělesa, jakož i vlastností povrchu samotného Pluta, vypadají vzniklé krátery vždy trochu jinak. V rámci mé práce pro tým New Horizons jsem se ve svém studiu kráterů na povrchu trpasličí planety věnovala zejména studiu vlastností kůry a povrchu Pluta. První, co dělám je měření rozměrů jednotlivých kráterů z digitálního modelu povrchu (DTM), který vytvořili ostatní skvělí členové týmu. Pomůžeme si níže přiloženým obrázkem, který ukazuje topografický profil kráteru neformálně pojmenovaného Elliot, jehož jmenovec Jim Elliot je vzdálený spolupracovník našeho týmu z MIT.

Obrázek A je kráter Elliot vyfotografovaný sondou New Horizons na Plutu. Jeho průměr je 90 kilometrů. Nachází se v neformálně pojmenované oblasti Cthulhu. Žlutá spojnice ukazuje topografický řez, který byl na této spojnici z dat vytvořen od bodu X do X.

Obrázek B je topografický profil, který vznikl z předběžného digitálního modelu terénu. Jednotlivé body v kráteru označují tyto údaje: D označuje průměr kráteru s hranicemi na jeho valu. Dále d označuje výšku od nejvyššího bodu valu k nejnižšímu bodu uvnitř kráteru. Písmenka Dp nám vyznačují základnu centrálního vrcholu, Hp zase výšku centrálního vrcholu. Průměrný sklon stěn kráteru se pak počítá jako d/W.

Z tohoto profilu mohu již měřit všechny důležité údaje včetně:

Hloubky (d) a průměru (D). Při měření nového kráteru, zejména pak poměru jeho hloubky a velikosti můžeme zjistit, zda vznikl dopadem na slabší a teplejší podloží. Hodnota hloubky/průměru (a ostatních rozměrů uvedených níže) je také dokladem o váze a gravitačním zrychlení při impaktu dopadového tělesa. Stejný poměr nám také prozrazuje data o stáří kráteru, protože starší krátery jsou více mělké, než ty čerstvé.

Výška centrálního vrcholu (Hp) a průměr jeho základny (Dp) nám zase může leccos říct, o kolik se zvedl materiál při dopadu v centrální oblasti. Když tento poměr srovnáme s krátery na jiných tělesech sluneční soustavy, jsme poté schopni říct, zda je kůra Pluta slabší nebo silnější. Také můžeme porovnávat centrální vrcholy podobně velkých kráterů na celém povrchu Pluta. Rozdíl v jejich výšce nám prozradí, že ten s vyšším centrálním vrcholem může být vytvořen dopadem tělesa o vyšší dopadové rychlosti. Nebo, a to je zajímavější, že povrch Pluta zde byl slabší nebo teplejší (informace o tom, že byl buďto slabší nebo teplejší nám říká, že byl materiál méně homogenní).

Výška valu kráteru (měřeno od úrovně okolního terénu) nám nabízí nepřímé důkazy o rozsahu destrukce valu. Pokud porovnáme dva krátery o stejném průměru a jeden z nich má nižší val, naznačuje nám to to, že v místě dopadu byla buďto povrchová vrstva více hrubozrnná, nebo byla kůra slabší. Krátery s vyšším valem ukazují na silnější kůru v místě dopadu.

Průměrný úhel sklonu (d/W). Přestože vývoj stěny kráteru může být složitý a zahrnující například druhotné kolapsy jeho stěny (z nichž každý tento údaj může poskytovat další údaje o vlastnostech materiálu v daném místě a jeho složení), můžeme také po více měřeních zjistit, jaký byl koeficient tření v průběhu tvorby stěny v okamžiku dopadu. To nám napoví více o složení materiálu v dopadové oblasti.

Průměr dalších valů v kráteru. Jednotlivé další menší valy uvnitř kráteru nám prozrazují, jaké vrstvy se nacházejí v místě dopadu. Tyto vrstvy odhalil impakt a dobře jsou viditelné právě na snímku kráteru Elliot, což je vzrušující, protože tloušťka horní vrstvy vede k otázce, proč je takto mocná a proč jsou ostatní vrstvy vrstvené, tak jak jsou. Dále mohou jednotlivé vrstvy být tvořeny i jinak než geologicky. Například zde se hodí i otázky typu: Je rozdílná depozice vrstev způsobena sněžením na povrchu? Jsou vytvořeny ostřelováním nabitými částicemi slunečního větru, což vede k narušení horní vrstvy kůry a vytvoří se zde regolit, jak ho známe z Měsíce?

Pojďme k dalšímu obrázku, který nám vysvětlí, jak vzhled kráteru ovlivňuje mocnost horních méně homogenních vrstev a podloží. Podíváme se na takzvaný Vnořený kráter

Obrázek A nám ukazuje kráter o průměru 1,2 kilometru, který leží na Měsíci. Široká lavice na dně kráteru nám říká, že vrchní vrstva o síle asi 100 metrů je tvořena sypkým a nepevným materiálem (regolitem), který překrývá pevnější skalní podloží (do něhož impakt vytvořil menší kráter než do méně homogenní horní vrstvy). Obrázek B je kráter vyfotografovaný sondou New Horizons na Plutu. Tento obrázek byl otočen tak, aby stíny uvnitř kráteru byly stejné jako na tom z Měsíce. Šipka ukazuje směr k severnímu pólu Pluta. Dolní část obrázku pak ukazuje skici jednotlivých morfologií kráterů a tloušťky horních méně homogenních vrstev a podloží.

V současné době mám plné ruce práce s měřením kráterů na Plutu a na dalších ledových tělesech sluneční soustavy. Díky tomu můžeme porovnávat stávající měření různých kráterů a skalních útvarů, které třeba dobře známe z Měsíce. Jakmile se mi do ruky dostane většina dostupných topografických profilů, mohu začít s porovnáváním výsledků a počítačovým modelováním, ve kterém se dají simulovat dopady různě velkých těles na různé povrchy. Na Plutu mě čeká ještě tisíce kráterů ke změření, a proto bych už raději měla zase začít!

Zdroje informací:
https://blogs.nasa.gov/pluto/2016/05/06/a-picture-of-pluto-is-worth-a-thousand-words/

Zdroje obrázků:
https://blogs.nasa.gov/pluto/wp-content/uploads/sites/253/2015/07/cropped-pluto_blog_bn.jpg
http://blogs.nasa.gov/pluto/wp-content/uploads/sites/253/2016/05/Veronica_Bray.jpg
http://blogs.nasa.gov/pluto/wp-content/uploads/sites/253/2016/05/Elliot_crater.jpg
http://blogs.nasa.gov/pluto/wp-content/uploads/sites/253/2016/05/possible_nested_crater_on_Pluto.jpg