Asteroids@home – Úvod do světa asteroidů

Je to jen několik měsíců, kdy jsme měli být dle médií svědky úžasného vesmírného úkazu – průletu asteroidu v těsné blízkosti Země. Toto těleso nese označení 2012 DA14 a prolétlo dne 15. 2. 2013 ve vzdálenosti pouhých 28 000 km od zemského povrchu (což je blíže, než oběžné dráhy některých družic). Jen několik hodin před tímto úkazem zcela neohlášeně dopadlo několik částí původně patnáctimetrového asteroidu do Ruska, v oblasti Čeljabinsk. Asteroid se dle oficiálních zdrojů při vstupu do Zemské atmosféry rozpadl na několik částí a tlaková vlna vzniklá průletem a rozpadem v atmosféře způsobila zranění více než tisíce lidí. Jen díky dopadu částí meteoritu, desítky kilometrů od více než milionového města, nedošlo k žádným ztrátám na životě.

Několik týdnů před touto událostí byl dokonce předpovězen jeden z mnoha konců světa. Scénářů bylo několik a v podstatě se opakují stále ty stejné. Se Zemí se má střetnout jiné vesmírné těleso, které se z ničeho nic vynoří z temných hlubin vesmíru a lidstvo na tuto hrozbu nedokáže zareagovat. Nechť už se jedná o záhadnou planetu X (Nemesis, Nibiru, Eris, Marduk ….), nebo kometu (v případě dne 21. 12. 2012 se mělo jednat o kometu Elenin, která se ale nakonec rozpadla již o rok dříve), předpovídané nečekané vynoření z temných hlubin vesmíru, zní většině lidí děsivě. Opravdu toho v jednadvacátém století víme o vesmírných tělesech kolem nás tak málo, že by se něco podobného mohlo stát? Opravdu jsme tak bezmocní, že se jen držíme obrovské koule, letící vesmírnou střelnicí a vytřeštěnýma očima pozorujeme, zda se dnes - nebo zítra - nesrazíme s jiným vesmírným tělesem?

Naše Sluneční soustava je obrovská a Země je jen jedním z mnoha set tisíc objektů, které v ní kolem Slunce obíhají. Oběžné dráhy mají různé a často dochází k jejich křížení, nebo dokonce srážkám. Okolí naší Země také není tak prázdné, jak si většina lidí možná myslí. Zhruba před 4,5 miliardami let se z oblaku plynu a prachu zrodilo naše Slunce, následně planety, měsíce, planetky a další tělesa. Vlivem dlouhodobého působení gravitace planet naší Sluneční soustavy, se v různých vzdálenostech od Slunce utvořilo několik pásů asteroidů, v nichž se nacházejí miliony těchto „planetek“. Některé z nich mají svůj původ již v počátku utváření naší Sluneční soustavy (skupiny těles), jiné vznikly rozpadem větších objektů (rodiny těles), možná i nyní neznámých planet.

Vlivem gravitačních sil se tyto planetky formují do prstenců v různých vzdálenostech od sebe. Existují oblasti, ve kterých jsou desetitisíce těchto objektů, a potom zase oblasti téměř prázdné:

• Vulkanoidy (Vulkanoids) – hypotetická tělesa pohybující se po drahách menších, než je dráha Merkuru (0,08-0,21 AU od Slunce (AU je astronomická míra, definovaná jako střední vzdálenost Země od Slunce – přesně 149 597 870 700 m). Jejich velikost by neměla přesahovat 60 km, ovšem dosud žádné takové těleso nebylo nalezeno.
• Apohele (známé jako IEO – Inner Earth Objects) – pohybují se po drahách mezi Merkurem a Zemí. Jejich oběžné dráhy jsou menší než 0,983 AU od Slunce. Je známo jen několik málo objektů tohoto pásu asteroidů, ovšem jejich pozorování je kvůli malým úhlovým výchylkám drah od Slunce velmi těžké.
• Blízkozemní planetky (NEA - Near Earth Asteroids) – pohybují se v blízkosti oběžné dráhy Země, nebo ji přímo kříží. Některé z nich jsou přímým potenciálním nebezpečím života na Zemi. Do této kategorie spadají objekty těchto tří skupin asteroidů:

  

  • Amors (Amorova skupina) - asteroidy, které se na své oběžné dráze těsně přibližují k dráze planety Země. V nejvzdálenějším bodě mnohé kříží oběžnou dráhu Marsu, některé dokonce dráhu Jupiteru. Oběžná doba těchto těles je větší než 1 rok. Největší je Ganymed s průměrem 38,5 km.
  • Apollos (Apollónova skupina) - tyto asteroidy kříží oběžnou dráhu Země. Na své dráze se dostávají blíže ke Slunci, než naše planeta a oběžná doba těchto těles je větší než 1 rok. Největším je Sisyphos s průměrem 10 km.
  • Atens (Atenina skupina) - asteroidy, které kříží dráhu Země a jejich dráhy leží z větší části uvnitř její dráhy. Doba oběhu je menší než 1 rok. Největší je Hethos s průměrem 5km.
• Hlavní pás asteroidů (Main asteroid belt) – nachází se mezi planetami Mars a Jupiter (2,1 – 3,3 AU od Slunce). V tomto pásu se nacházejí statisíce známých planetek. I zde najdeme místa, kde se žádná z planetek dlouhodobě nezdržuje (jedná se o takzvané „Kirkwoodovy mezery“ neboli oblasti rezonancí).

Největším objektem je s průměrem 975 km Ceres. V roce 1975 byla vytvořena klasifikace asteroidů hlavního pásu, založená na schopnosti odrážet záření různých oblastí spektra. Tyto vlastnosti pravděpodobně odpovídají složení materiálu na povrchu asteroidů. Vznikly tedy tyto tři třídy:

• Typ C (uhlíkaté) - sem spadá více než 75 % známých asteroidů. Jsou velmi tmavé s albedem (poměr odraženého a dopadajícího světla, tedy světelnou odrazivostí) 0.03 až 0.09. Asteroidy typu C se nacházejí především ve vnějších oblastech hlavního pásu.
• Typ S (křemíkové) - zahrnuje asi 17 % známých asteroidů. Albedo má hodnotu 0.10 až 0.22. Složeny jsou především ze železa, smíšeného se sirníky železa a hořčíku. Asteroidy typu S se nacházejí především ve vnitřních oblastech hlavního pásu.
• Typ M (železné) - zahrnuje zbytek známých asteroidů (tj. asi 8 %). Albedo se pohybuje mezi 0.10 až 0.18. Složeny jsou ve velké většině takřka výhradně ze železa a niklu. Asteroidy typu M se nacházejí ve středních oblastech hlavního pásu.

Jak je patrné, příliš slunečního světla žádný z typů asteroidů neodráží, což komplikuje jejich objevování a pozorování.

• Trojané (Trojans) - pás asteroidů, nacházející se přímo v prostoru oběžné dráhy Jupiteru (5,2 AU). Jupiter je mnohými označován jako strážce Země nebo dokonce její štít. Vzhledem k jeho velikosti (Jupiter je dva a půl krát hmotnější, než všechny ostatních planety naší Sluneční soustavy dohromady) a obrovskému gravitačnímu působení je nejčastějším cílem dopadů asteroidů a komet v naší Sluneční soustavě. Zároveň spoustu vetřelců vychýlil z původního směru ke Slunci a mnohé obíhají v blízkosti jeho oběžné dráhy.
• Kentauři (Centaurs) - za planetou Jupiter už je situace mnohem méně stabilní. Mezi Jupiterem a Neptunem se nachází pás asteroidů (6-30 AU), které se s největší pravděpodobností dříve nacházely až za oběžnou dráhou Neptunu. Díky gravitačním poruchám se dostaly právě do této oblasti, kde byly vlivem působení velkých planet dočasně uvězněny. Dráhy Kentaurů jsou velice nestabilní a neustále ovlivňované planetami Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Díky těmto vlivům nemohou v dané oblasti přečkat dlouhou dobu a jsou buď vtaženy do oblastí blíže ke Slunci (z některých se stávají krátkoperiodické komety), nebo jsou vypuzeny zpět do vzdálenějších oblastí vesmíru (některé až do mezihvězdného prostoru). První z rodiny těchto těles objevil astronom C. T. Kowal v roce 1977 a pojmenoval jej po bájném kentaurovi z řecké mytologie „Chiron“. Kentaurů dnes známe několik desítek, z nichž dosud největším pozorovaným je Chariklo, s průměrem 300 km.
• Kuiperův pás – skupina asteroidů, nacházející se hned za oběžnou dráhou planety Neptun v oblasti 6 – 12 miliard km od Slunce (30-55 AU). Předpokládá se, že se tento pás skládá převážně ze zmrzlých ledových těles. Více než 70 000 je větších než 100 km v průměru a těch menších je mnohem víc. Mají poměrně stabilní oběžnou drahou. Existenci Kuiperova pásu předpokládala v minulosti spousta astronomů, a to už od roku 1930. Důkaz o jeho existenci ovšem přinesl až výzkum Davida Jewitta v roce 1992. Po Gerardu Kuiperovi je sice pojmenován, ale v podstatě jen jako pocta jeho výzkumu v oblasti astronomie. Prozatím známe více než tisíc asteroidů v této oblasti. Většina těles tohoto pásu asteroidů potřebuje k oběhu Slunce více než 250 let. Součástí Kuiperova pásu jsou i trpasličí planety Pluto (průměr 2306 km), Haumea (průměr 1400 km) a Makemake (průměr 1420 km). Svým uskupením a odchylkami drah k rovině ekliptiky (rovina, v níž obíhá Země kolem Slunce – pozůstatek prapůvodního protoplanetárního disku), připomíná spíše než disk nebo prstenec - torus.
• Rozptýlený disk (zkratka SDO - scattered disc objects) – oběžné dráhy těchto planetek jsou vlivem gravitačního působení plynných obrů (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) značně eliptické, s vychýlením často až mezi oblastmi 35 – 100 AU. Jsou to právě tyto asteroidy, které jsou vtahovány do vnitřních částí Sluneční soustavy, kde tvoří Kentaury. Oběžné dráhy jsou značně skloněny i k rovině Ekliptiky a to až o 40°. Největší známý objekt tohoto uskupení byl objeven až v roce 2005 a je jím trpasličí planeta Eris s průměrem okolo 2300km. Tato trpasličí planetka je tedy stejné velikosti jako Pluto, a právě ona jej zbavila výsadního postavení mezi planetami naší Sluneční soustavy. Na konferenci Mezinárodní astronomické unie v Praze roku 2006 byla definována nová skupina „Trpasličí planety“, do které bylo právě Pluto, Eris, Haumea, Makemake a Ceres zařazeny.

• 

  Oddělený disk asteroidů - Dráhy těchto objektů jsou velice eliptické. Jejich perihélium (česky „přísluní“ - nejbližší místo ke Slunci, na které se objekt Sluneční soustavy při svém putování vesmírem přiblíží) je maximálně 40 AU a tyto objekty nejsou tedy nikdy ovlivňovány gravitací vnějších planet Sluneční soustavy (jsou od ní tedy oddělené - Neptun má oběžnou dráhu v prostoru 30 AU). Jejich afélium („odsluní“ - nejvzdálenější místo od Slunce, na které se objekt při svém putování vesmírem dostane) je stovky jednotek AU. Asteroidů tohoto druhu známe zatím jen devět, z nichž nejznámější a největší (s průměrem 1200-1600 km) je Sedna. Ta se na své oběžné dráze momentálně přibližuje ke Slunci, svého perihélia (76 AU) by měla dosáhnout v roce 2076.
• Co se nachází za oblastí Rozptýleného disku, to se pouze domníváme. Mezi astronomy panuje většinová shoda na hypotéze, že se v oblasti mezi 2 000 – 200 000 AU od Slunce nachází obrovská kulová skupina objektů obklopující celou naší Sluneční soustavu. V průměru má mít 1,6 světelného roku a obsahovat má více než miliardu těles. Název nese po velkém evropském astronomovi Janu Hendriku Oorthovi - Oortův oblak. Má zasahovat až do oblastí, kde slábne gravitační působení naší hvězdy (Slunce) a kterou začínají ovlivňovat hvězdy okolních soustav. Poprvé byla tato hypotéza představena v roce 1932. Objekty Oortova oblaku mohou být ovlivňovány různými gravitačními vlivy a mohou mít náhodný sklon k ekliptice. Mohou být tedy zdrojem buď dlouhoperiodických komet, nebo zamíří do oblasti kolem našeho Slunce pouze jednou.

Doporučené a související odkazy:
[1] Důležitá data projektu Asteroids@home
[2] Návod pro instalaci BOINC Managera
[3] Připojte se k Czech National Team
[4] Další důležité odkazy k projektu Czech National Team

Autor: Dušan Vykouřil (forest)

Korektoři:
Mgr. Josef Ďurech, Ph.D.
Mgr. Petr Scheirich, Ph.D.
Jaroslav Mikšovský
Vít Kliber
Radim Vančo
Ondřej Hájek

Všechny díly: