Ako vyzerá medziplanetárne prostredie, v ktorom Zem obieha okolo Slnka?

Medziplanetárny priestor sa nám môže na prvý pohľad javiť ako prázdny. O tom, že to tak nie je a čo všetko ho formuje, sa dočítate v článku.

Medziplanetárnym prostredím nazývame priestor v našej slnečnej sústave, v ktorom obieha okolo Slnka 8 planét so svojimi mesiacmi a s množstvo menších telies, ako sú trpasličie planéty, asteroidy, kométy a meteoroidy, ktoré sú čiastočne zoradené do prúdov častíc sledujúcich dráhy komét, z ktorých v minulosti unikli. To, čo môže na prvý pohľad vyzerať ako takmer prázdny priestor, je v skutočnosti vyplnené neutrálnymi i elektricky nabitými časticami pochádzajúcimi zo Slnka a vzdialených hviezd, žiarením Slnka, hviezd a galaxií, prachovými časticami aj magnetickým a gravitačným poľom.

Prvé poznatky o stave medziplanetárneho prostredia sme sa dozvedeli až v druhej polovici 20. storočia, keď sa do medziplanetárneho priestoru dostali družice a medziplanetárne sondy a začali merať charakteristiky okolitého prostredia. Veľká väčšina vypustených kozmických aparatúr obieha v rôznych výškach okolo Zeme a pomáha dopĺňať skladačku o zložení a fyzikálnych vlastnostiach zemskej atmosféry, resp. vyhodnocuje rôzne procesy na zemskom povrchu. Len malá časť kozmických lodí vyletela do otvoreného priestoru neovplyvneného blízkosťou zemského telesa. Boli to medziplanetárne sondy mieriace k vzdialeným planétam, asteroidom a kométam. Keďže všetkých 8 planét slnečnej sústavy a väčšina asteroidov i komét obieha okolo Slnka s malými odchýlkami v jednej rovine, ktorú voláme rovina ekliptiky, sondy skúmali hlavne túto oblasť. A tak rozsiahle priestory nad a pod ekliptikou v medziplanetárnom prostredí ostávajú viac-menej nepoznané. Sčasti nám tento nedostatok pomáhajú odstraňovať neperiodické kométy, ktoré sa pohybujú okolo Slnka po dráhach s rôznymi sklonmi k rovine ekliptiky. Z ich reakcií môžeme usudzovať na stav okolitého prostredia.

Povedzme si teraz, ktoré deje môžu ovplyvniť správanie komét v medziplanetárnom priestore. Kľúčové je gravitačné pole Slnka. Vďaka nemu sa kométy pohybujú po kužeľosečkách, v ohnisku ktorých je Slnko. Ďalším dôležitým faktorom je slnečné žiarenie, ktoré po priblížení sa kométy k Slnku spôsobí sublimáciu (zmenu skupenstva z pevnej fázy priamo na plynnú fázu) povrchových ľadov kométy a je zodpovedné za väčšinu kometárnej aktivity.

Okrem slnečného žiarenia v širokom pásme vlnových dĺžok formuje medziplanetárne prostredie tzv. slnečný vietor. Slnečný vietor je prúd nabitých častíc, hlavne protónov a elektrónov, ktoré spojite unikajú zo slnečnej atmosféry. Častice slnečného vetra sa pohybujú obrovskou rýchlosťou od 300 do 800 km/s. Častice slnečného vetra prúdiace do medziplanetárneho priestoru sú sprevádzané magnetickým poľom. Toto magnetické pole interaguje s nabitými časticami v plazmových chvostoch komét. Výsledkom sú nespojitosti v chvostoch alebo aj úplné odtrhnutie plazmového chvosta.

Ďalšou zložkou medziplanetárneho prostredia je medziplanetárny prach. Mikroskopické častice prachu pochádzajú z prachových obálok komét a zo vzájomných zrážok asteroidov. Výskum v poslednej dobe dokázal, že významným zdrojom prachu vo vnútornej slnečnej sústave sú aj obrovské prachové búrky na Marse. O existencii prachu vo vnútornej slnečnej sústave sa môžeme presvedčiť pozorovaním tzv. zodiakálneho (zvieratníkového) svetla – rozptýleného svetla zo Slnka na čiastočkách prachu. Toto svetlo je pozorovateľné ako slabo žiariaci svetelný kužeľ v okolí jarnej rovnodennosti večer po západe Slnka nad západným obzorom a v okolí jesennej rovnodennosti ráno pred východom Slnka nad východným obzorom. Dôvodom je, že ekliptika, po ktorej sa zdanlivo pohybuje po oblohe Slnko, vtedy zviera s obzorom najstrmší uhol, takže zvieratníkové svetlo sa objavuje vyššie nad obzorom a je lepšie pozorovateľné.

Dôležitou zložkou medziplanetárneho prostredia je kozmické žiarenie tvorené vysokoenergetickými časticami zo Slnka a časticami z iných častí našej Galaxie. Kozmické žiarenie možno merať napríklad po vstupe týchto častíc do zemskej atmosféry, keď sa nárazmi na molekuly vzduchu vytvoria celé spŕšky častíc. Častice kozmického žiarenia sú vzhľadom na veľkú energiu mimoriadne nebezpečné pre kozmonautov v prípade ich výstupu do voľného kozmického priestoru a predstavujú aj nebezpečenstvo pre elektroniku kozmických sond.

Ak však chceme na základe reakcie komét usudzovať na stav okolitého prostredia, musíme pochopiť mechanizmus vzájomnej interakcie. Ako teda vzniká interakcia medzi kométou a dopadajúcim slnečným vetrom? Slnečné žiarenie vedie k sublimácii kometárnych ľadov. Tento neutrálny plyn uniká z jadra a vytvára komu kométy, pričom častice sa postupne presúvajú do chvosta. Pomocou fotoionizácie a výmeny nábojov sú tieto neutrálne molekuly ionizované a pripravené na interakciu medzi kométou a slnečným vetrom. Skutočná sila interakcie závisí od rýchlosti produkcie plynu z kometárneho jadra a vlastností dopadajúceho slnečného vetra.

Prvýkrát bol tento jav zaznamenaný už v roku 1908 pri kométe Morehouse C/1908 R1. Vo chvoste tejto kométy boli pozorované rôzne nepravidelnosti v tvare deformovaných vĺn. Príčina v tom čase nebola známa. Až v roku 1957 švédsky držiteľ Nobelovej ceny za fyziku Hannes Alfvén (1908 – 1995) navrhol hypotézu o vzniku kometárnych chvostov a súvisiacom prekrývaní magnetického poľa. V jeho modeli je medziplanetárne magnetické pole zmrazené v prúdení slnečného vetra. Slnečný vietor sa spomaľuje začlenením ťažkých kometárnych iónov do prúdenia slnečného vetra, tzv. hromadným zaťažením, v tesnej blízkosti kométy. Stále sa však pohybuje nerušenou rýchlosťou ďaleko od jadra kométy. V dôsledku toho je magnetické pole, ktoré je v prúde zmrazené, ovinuté okolo. Jednoduchým spôsobom to vedie k prekrytému magnetickému poľu na kométe a v rozšírení k vytvoreniu chvosta kométy.

Častice prúdiace zo Slnka a zasahujúce kométy môžu spôsobiť nielen diskontinuity, ale niekedy úplné odtrhnutie plazmového chvosta. Takýto jav zaznamenala sonda NASA STEREO-A, ktorá 20. apríla 2007 nasnímala zjasnenie chvosta krátkoperiodickej kométy 2P/Encke a potom jeho odtrhnutie od hlavy kométy. Po pár dňoch a upokojení okolitého prostredia sa chvost obnovil v pôvodnej dĺžke. Hlavou kométy nazývame spoločne jadro a komu kométy.

Interakciu kométy s medziplanetárnym magnetickým poľom sme zaznamenali aj zo Slovenska. V januári 1986 došlo k roztrhnutiu a posunutiu plazmového chvosta známej Halleyho kométy, čo vidno na snímke získanej astrografom s priemerom objektívu 0,3 m v observatóriu Astronomického ústavu SAV na Skalnatom plese.

Okrem toho, že tieto javy prinášajú informácie o vlastnostiach nabitých častíc v kometárnych chvostoch, sú aj dobrým indikátorom stavu medziplanetárneho prostredia. Vieme, že vypustiť medziplanetárnu sondu s veľkým sklonom k rovine ekliptiky je energeticky nesmierne náročné. Kométy sa však pohybujú aj po dráhach s veľmi veľkými sklonmi, niektoré takmer kolmo na rovinu ekliptiky. Ak budeme dobre rozumieť procesom ich interakcie s medziplanetárnym magnetickým poľom, môžu nám poslúžiť ako bezplatné prieskumné sondy stavu vnútornej slnečnej sústavy.

(zh)