VEDA NA DOSAH – váš zdroj informácií o slovenskej vede

Ako kozmická zrážka kométy Shoemaker-Levy 9 s Jupiterom ovplyvnila Zem

Ján Svoreň

Zrážka v roku 1992 priniesla pozemšťanom okrem obrovského množstva nových poznatkov aj čosi, na čo neboli pripravení.  

Záber Jupitera z Hubbleovho teleskopu odhaľuje miesta dopadu fragmentov „D“ a „G“ z kométy Shoemaker-Levy 9. Zdroj: NASA

Záber Jupitera z Hubblovho teleskopu odhaľuje miesta dopadu fragmentov D a G z kométy Shoemaker-Levy 9. Zdroj: NASA

V dnešnom svete plnom senzácií nie je veľa astronomických úkazov, ktoré vyvolajú pozornosť verejnosti. Oznámenie o objave, že kométa Shoemaker-Levy 9 sa stala dočasnou obežnicou planéty Jupiter a narazí do Jupitera, k nim však rozhodne patrilo. Dôkazom boli správy všetkých významných svetových agentúr i vzrušená reakcia verejnosti.

Kométa bola objavená 24. marca 1993 známou trojicou amerických objaviteľov – manželmi Shoemakerovcami a Davidom Levym. Dostala predbežné označenie 1993e. Objekt jasnosti 13,5 magnitúdy mal zaujímavý, pretiahnutý vzhľad, neskôr bolo v kome zaznamenaných niekoľko kondenzácií.

Najzaujímavejšie zistenie sa však objavilo až po vypočítaní predbežnej dráhy objektu, keď sa zistilo, že kométa sa pohybuje vo sfére príťažlivosti Jupitera a je dočasne jeho obežnicou. Ihneď sa ozvali pochybovači, i z radov astronómov špecialistov na iné objekty, špekulujúci o reálnosti týchto výpočtov. Odborníkov na pohyb medziplanetárnych telies záležitosť neprekvapila. Podľa nich bolo len otázkou času, kedy takýto objekt zaznamenáme.

Už v roku 1967 publikovala ruská astronómka Kazimirčak-Polonskaya (Ústav teoretickej astronómie v Leningrade, dnes Petrohrad) dlhodobé integrácie pohybu komét. Na ich základe zistila prípad zachytenia kométy Jupiterom a jej dočasný prechod na dráhu s Jupiterom v ohnisku. Vedci sa zhodujú v závere, že tento jav je časovo ohraničený a nie je možné trvalé zachytenie na základe čisto gravitačného vývoja pohybu 3 telies (Slnko, Jupiter, kométa).

Začiatkom 80. rokov sa problematike venovali ďalší vedci, ktorí na základe bohatšieho pozorovacieho materiálu, než mala k dispozícii Kazimirčak-Polonskaya, dospeli k šokujúcemu záveru. Zistili, že zachytenie je nielen dynamicky možné, ale vôbec nejde o zriedkavý jav.

Dočasne zachytených bolo dovtedy už minimálne 22 krátkoperiodických komét, pričom kométa 82P/Gehrels 3 až 3-krát v rokoch 1783 – 1786, 1833 – 1835 a tesne pred objavom v rokoch 1967 – 1974.

Astronómi teda svoj šok prežili už v roku 1981, 12 rokov pred verejnosťou. Jediná výnimočnosť kométy D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9 (jej definitívne označenie) bola v tom, že kométu sme mohli počas zachytenia skutočne pozorovať, kým o všetkých vyššie uvedených prípadoch sme sa dozvedeli až dodatočne po opustení sféry Jupitera.

Kométa Shoemaker-Levy 9 po rozpade jadra na 21 veľkých úlomkov. Zdroj: NASA, Hubblov teleskop

Kométa Shoemaker-Levy 9 po rozpade jadra na 21 veľkých úlomkov. Zdroj: NASA, Hubblov teleskop

Slapový rozpad jadra

Po vypočítaní definitívnej dráhy vedci zistili, že kométa bola zachytená na dráhu okolo Jupitera v roku 1971, pričom pri každom obehu sa zmenšovala minimálna vzdialenosť od planéty (perijovum). Kométa sa priblížila k Jupiteru 7. júla 1992 na vzdialenosť len 116-tisíc kilometrov a silné slapové pôsobenie najväčšej planéty v slnečnej sústave ju roztrhalo na množstvo častí (rozpad nastáva, ak slapové sily prevýšia sily súdržnosti telesa).

Z extrapolácie vzájomného vzďaľovania sa jadier vyšlo, že k rozpadu došlo 1,5 hodiny po najväčšom priblížení. Odhady polomeru pôvodného materského telesa sa líšia od 2,3 km do 4,5 km. V prospech menšieho jadra hovorí skutočnosť, že napriek absolvovanému desiatemu obehu nebola pred marcom 1993 kométa pozorovaná – vzhľadom na takmer konštantnú heliocentrickú vzdialenosť sa zdanlivá jasnosť mení len zanedbateľne.

Môže však ísť o prípad jadra pokrytého kôrou minerálnych látok, ktoré až vďaka rozpadu obnažilo svoje vnútorné vrstvy obsahujúce prchavé látky a chytilo druhý dych. V prospech väčšieho jadra svedčia pozorovania úlomkov pomocou Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu.

Zmerané únikové rýchlosti neboli veľké. Jadrá sa navzájom vzďaľovali rýchlosťami 1-2 m/s. Pravidelne bolo možné pozorovať 21 väčších úlomkov, pričom zrejme existovali aj ďalšie menšie, zo Zeme neviditeľné. Väčšie úlomky si zachovali pôvodný charakter – prejavovali sa ako malé kométy.

Po rozpade sa dostali na dráhu okolo Jupitera s obežnou dobou 2,05 roka. Jednotlivé jadrá neboli rozptýlené pozdĺž dráhy, ale boli na priamke zvierajúcej s jovicentrickou dráhou rôzne uhly v závislosti od okamžitej polohy na dráhe. Zem bola prakticky v rovine dráhy kométy, preto sa nám jednotlivé fragmenty premietali do radu.

Mimoriadne zaujímavá je hypotéza, ktorá naznačuje, že nejde o prvú zrážku kométy s Jupiterovou sústavou. Na mesiacoch Jupitera, Ganymede a Calliste, zistili kozmické sondy série kráterov usporiadaných do priamok, čo bolo veľmi ťažko vysvetliteľné tektonikou. Je možné, že sú to stopy predchádzajúcich zrážok rozpadnutých komét s týmito mesiacmi. Na Calliste poznáme 13 línií a na Ganymede 3.

emisný pás metánu. Zdroj: NASA, Hubblov teleskop

Miesto rozpadu úlomku G v atmosfére Jupitera v zelenom svetle a vo filtri umožňujúcom sledovať emisný pás metánu. Zdroj: NASA, Hubblov teleskop

Zánik rozlámaného jadra

Pri ďalšom priblížení k Jupiteru v júli 1994 bola vzdialenosť od stredu Jupitera len 37-tisíc kilometrov, čo znamenalo, že došlo ku kontaktu jadier s hustým plynným obalom Jupitera.

Planéty Jupiter, Saturn, Urán a Neptún nemajú pevný povrch ako naša Zem – sú to obrovské plynné gule. „Povrch“ je definovaný rovnakou úrovňou atmosférického tlaku, ako je tlak atmosféry na zemskom povrchu. V prípade planéty Jupiter to nastáva vo vzdialenosti 71 500 km od stredu Jupitera.

Vzhľadom na obrovský nepomer rozmerov a hmotností (polomer úlomkov len 1-2 km) nemala zrážka globálny vplyv na planétu, znamenala však zánik kométy. Fragmenty sa pohybovali tak, že sa všetky stretli s Jupiterom prakticky v rovnakom mieste vzhľadom na terminátor.

Miesta dopadu boli približne 7º jovigrafickej dĺžky za východným okrajom Jupitera. Rýchla rotácia najväčšej planéty ich vyniesla na okraj viditeľnej pologule po pol hodine a po 3 hodinách boli na centrálnom poludníku viditeľnej pologule. Vzhľadom na extrémne excentrickú dráhu sa úlomky zrazili s planétou takmer parabolickou rýchlosťou 58 km/s.

K zániku jednotlivých jadier došlo v intervale od 16. do 23. júla 1994. Najväčším úlomkom bolo jadro Q. Sprievodné úkazy poskytli možnosť študovať atmosféru Jupitera. Pri modelovaní letu cez atmosféru Jupitera bolo možné využiť poznatky meteorickej astronómie.

Išlo predovšetkým o prudké zbrzdenie a abláciu kometárneho materiálu (odtekanie materiálu roztaveného trením z prednej časti telies). Pri vstupe do atmosféry sa jadro zohrialo zbrzdením rovnako ako meteoroid v zemskej atmosfére. Analogicky k stope meteoru, kde žiari predovšetkým ionizované okolie a nie vlastné teliesko, spôsobili jadrá pri dopade vznik stôp v atmosfére Jupitera.

Dopad hneď prvého jadra A bol zaznamenaný aj zo Zeme. Nad horizontom v predpokladanej polohe bola na observatóriu Calar Alto (Španielsko) zaznamenaná žiara, ktorej jasnosť bola väčšia než jasnosť mesiaca Io na opačnej strane Jupitera.

Sonda Galileo, letiaca zo Zeme k Jupiteru, na rozdiel od všetkých ďalekohľadov na Zemi alebo na obežnej dráhe okolo Zeme, mala jediná priamy výhľad na miesta zrážky úlomkov s Jupiterom. Počas kritického týždňa bola sonda vo vzdialenosti 240 miliónov km.

Z meraní vidno, že tesne po dopade G-úlomku vznikla ohnivá guľa s priemerom 7 km, horúcejšia ako povrch Slnka (teplota minimálne 8 000 K). Po expanzii horúcej bubliny na priemer 30 km poklesla jej teplota na 2 400 K. Pomocou infračerveného spektrometra vedci sledovali jej expanziu a schladzovanie až do rozmerov stoviek km a teploty 400 K.

Vľavo: Miesta dopadu vyznačených úlomkov viditeľné v ultafialovej oblasti spektra. Vpravo: úlomky kométy Shoemaker-Levy 9 sa blížia k Jupiteru. Zdroj: Hubblov teleskop, NASA

Vľavo: Miesta dopadu vyznačených úlomkov viditeľné v ultrafialovej oblasti spektra. Vpravo: Úlomky kométy Shoemaker-Levy 9 sa blížia k Jupiteru. Zdroj: Hubblov teleskop, NASA

Zrážka priniesla vedomosti. A strach

Vplyv zrážky na Zem bol väčší, ako sme pôvodne očakávali. Zrážka bola síce zaznamenaná len vďaka superdokonalej prístrojovej technike a žiadne seizmografy nezaznamenali ani náznak jej vplyvu na zemské teleso, a predsa zasiahla to najcitlivejšie, čo na Zemi máme.

Zrážka totiž neobyčajne ovplyvnila ľudské myslenie. Jav, ktorý sme zaznamenali v júli 1994, mal kolosálny dopad.

Ľudia síce dovtedy počuli o meteorických rojoch a veľkých meteoritoch, o asteroidoch blížiacich sa k Zemi i o vzdialených zrážkach galaxií. Zrazu však, celkom za humnami, len 5-krát ďalej ako k dôverne blízkemu Slnku, prebehol dej, ktorý vystrašil i vzbudil záujem.

Vystrašil preto, že ak by sa javisko prenieslo do hľadiska, už by sme tu asi neboli. Záujem vzbudil tým, že sa chladný, pomaly blikajúci vesmír ukázal ako dynamicky živý organizmus.

Podľa existujúcich modelov atmosféry Jupitera sú najvrchnejšou vrstvou mraky amoniaku, pod ňou je oblačná vrstva zlúčenín síry a pod ňou vodné oblaky. Hubblov vesmírny ďalekohľad detegoval veľké množstvo amoniaku a síry vo vyvrhnutom materiáli, oveľa viac, ako mohla priniesť kométa. Z toho možno usúdiť, že jadrá boli malé a neprenikli dostatočne hlboko do atmosféry.

Škvrny po dopade jednotlivých jadier vydržali v atmosfére Jupitera až niekoľko mesiacov. Dôvodom je jemnosť čiastočiek, ktoré ich tvorili. Tieto čiastočky s rozmermi niekoľko mikrometrov mohli teoreticky plávať v atmosfére Jupitera až jeden rok. To, že škvrny ostali v atmosfére Jupitera tak dlho, ponúklo nečakanú príležitosť planetológom. Podľa pohybu škvŕn mohli študovať prúdenie v atmosfére Jupitera.

O autorovi

Ján Svoreň

Ján Svoreň | externý autor

doc. RNDr. Ján Svoreň, DrSc.

  • V rokoch 1967 až 1972 vyštudoval astronómiu a geofyziku na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave.
  • Od roku 1981 je vedeckým pracovníkom Astronomického ústavu Slovenskej akadémie vied v Tatranskej Lomnici. Venuje sa výskumu medziplanetárnej hmoty, predovšetkým komét a meteorov.
  • V roku 2016 získal Cenu ministra školstva, vedy, výskumu a športu SR za vedu a techniku v kategórii Popularizátor vedy.
  • V roku 2002 pomenovala Medzinárodná astronomická únia asteroid 1999 TE6 jeho menom – Svoreň.
  • Doposiaľ publikoval vyše 280 vedeckých a odborných publikácií.
  • Od roku 2002 je predsedom Vedeckého kolégia Slovenskej akadémie vied pre vedy o Zemi a vesmíre.
  • Je členom Medzinárodnej astronomickej únie aj Slovenskej astronomickej spoločnosti pri SAV.

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.