Výzkumy v AsÚ AV ČR (133): Meteory vypovídají o vlastnostech meziplanetární hmoty

Poznatky o minulosti celé Sluneční soustavy jsou trvale uloženy v meziplanetárním prachu, který pochází z mateřských těles: komet a planetek. Ty jsou z části tvořeny právě zbytky po formování systému před více než čtyřmi a půl miliardami let Jsou dva principiální způsoby, jak tuto informaci využít. Jednak je možné vyslat do kosmu kosmickou družici, která bude zrnka meziplanetárního prachu sbírat a buď na místě analyzovat nebo je dopraví zpět na Zemi k analýze v laboratoři. A nebo si počkáme, až se prachová zrnka na Zemi dopraví sama. Přesněji ne až na povrch zemský, ale do zemské atmosféry. Při jejím průniku se zrnka zpomalují, třením se ohřívají a vypaří. Astronomové mluví o dobře známém jevu meteoru. V záření prolétajícího meteoru pak pozorujeme otisky chemického složení původního tělesa, spektrální čáry prvků, z nichž bylo toto tělísko složeno.

Vlastimil Vojáček z ASU a jeho kolegové si přirozeně vybrali druhou možnost. Ta je jednak finančně mnohem méně náročná a jednak výtěžnost této metody je mnohem vyšší. Navíc umožňuje využít již existující přístrojové vybavení ASU, v tomto případě zejména přímá pozorování průletu meteorů s pomocí videokamer párovaná s pořizováním jejich spekter. Odborníci v ASU mají v této disciplíně velmi dobré zkušenosti z minulých prací. Pro záznam průletu meteoru používají komerční videokamery vybavené zesilovači obrazu, což umožňuje sledování i slabších meteorů a především přímý záznam jejich průletu s vysokou časovou kadencí.

Tentokrát studovali bohatý archív pozorování z let 2004 až 2014, z něhož vybrali pro bližší zkoumání 152 konkrétních meteorů s jasnostmi mezi –5 a +3 magnitudami. Studie byla zaměřena především na tzv. sporadické meteory, tedy takové, které nejsou přímo spojeny s některým ze známých meteorických rojů, ale především z porovnávacích důvodů bylo zahrnuto i 31 rojových meteorů. Pečlivá ruční selekce se soustředila na meteory s velmi dobrou kvalitou záznamu, vyloučeny byly tedy jak meteory podexponované, tak přeexponované, meteory, u nichž nebyla ve spektru přítomna žádná spektrální čára, meteory, jejichž záznam byl neúplný atd.

V prvním kroku byly meteory klasifikovány podle intenzity spektrálních čar neutrálního sodíku, hořčíku a železa. Další analýza se zaměřovala na počáteční výšky. Tento údaj v sobě nese informaci o pevnosti materiálu, neboť při stejné vstupní rychlosti bude pevnější materiál (jako např. v případě železných meteoroidů) podléhat intenzivnímu odpařování až hlouběji v atmosféře. Pro každý z meteorů byly dále vypočteny orbitální dráhy jejich původců a opět rozděleny do několika typů.

Pro každý z meteorů se aplikovalo každé z klasifikačních kritérií. Například hned patnáct meteorů bylo klasifikováno jako železných, všechny takové patřily mezi sporadické. Většina z nich má typické trajektorie svědčící o jejich původu v planetkách. Pět ze železných meteorů ale má trajektorie zcela jiné. Jeden se původně přibližoval Slunci, další dva lze klasifikovat jako meteoroidy Jupiterovy rodiny, tedy výrazně v pohybu ovlivněné největší planetou Sluneční soustavy. Jejich trajektorie jsou podobné krátkoperiodickým kometám Jupiterovy rodiny. Dva železné meteory pak mají oběžné dráhy podobné kometám typu Halley, tedy s aféliem v oblasti dráhy Neptunu.

Detailní světelné křivky pořízené s vysokou kadencí umožnily započítat fragmentační model vyvinutý odborníky Oddělení meziplanetární hmoty ASU. Model fragmentace je popsán několika parametry charakterizujícími vlastnosti tělesa. Jedním z těchto parametrů je i velikost zrníček, které jsou seskupeny v meteoroidu a drženy pohromadě. Z modelování V. Vojáčka vyplývá, že v případě studovaných případů je hmotnost zrníček mezi 10^–10 a 0,03 gramu, což odpovídá velikostem mezi 5 mikrometry a 2,5 milimetry. Během rozpadu každého z meteoroidů se uvolnilo mezi sty a sty miliony zrníček. Statistické rozložení velikostí zrníček vypočítaných z modelu je v dobrém souladu s přímým měřením sondou ROSETTA, která zblízka zkoumala kometu 67/P Čurjumov-Gerasimenko.

Tím mravenčí práce odborníků z ASU nekončila. Věnovali se také morfologii meteorů, tedy jaké mají meteory tvary a zda za sebou zanechávají  stopy. Zde se například ukazuje, že velká část sporadických meteorů není doprovázena stopou, ta je typická spíše pro tělíska kometárního původu.

V průběhu letu meteoru se z tělíska odpařují jednotlivé chemické substance, dobře patrné je zejména odpařování sodíku pro jeho těkavost. Kombinace všech poznatků dohromady ukazuje, že velký vliv na uvolňování sodíku mají procesy v meteoru a jeho struktura. To je ovlivňováno velikostí zrníček, z něhož je tělísko slepeno. Meteoroidy s menšími zrníčky mají tendenci odpařovat sodík dříve, v horní části atmosféry. Vzorek zkoumaných meteorů je každopádně velmi nesourodý, podporující představu velkoprostorového míchání v rané Sluneční soustavě. Budoucí lepší modely budou muset tuto různorodost brát v úvahu.  

REFERENCE

V. Vojáček, J. Borovička, P. Koten, P. Spurný a R. Štork, Properties of small meteoroids studied by meteor video observations, Astronomy&Astrophysics 621 (2019) A68

KONTAKT

Mgr. Vlastimil Vojáček, Ph. D.
vlastimil.vojacek@asu.cas.cz
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení meziplanetární hmoty ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.