Plynný obor ukázal svoju mimoriadnu silu. Najprv kométu pritiahol, neskôr ju roztrhal na kúsky a nakoniec rozdrvil na prach.
Snímka zložená z viacerých fotografií Jupitera a kométy Shoemaker-Levy 9 tak, ako ich zachytil Hubblov vesmírny ďalekohľad. Zdroj: NASA
V období od 16. do 22. júla 1994 postupne dopadli do atmosféry planéty Jupiter viac ako dve desiatky úlomkov kométy Shoemaker-Levy 9 (SL9). Médiá v tom čase označili udalosť za najväčšiu explóziu v slnečnej sústave za posledné stovky rokov. K plynnému obrovi vtedy ľudstvo nasmerovalo všetku relevantnú vesmírnu i pozemskú techniku. Po prvýkrát sme mohli pozorovať priamu zrážku dvoch telies slnečnej sústavy.
Hoci je Jupiter v porovnaní v kometárnymi fragmentmi obrovský, mračno trosiek sa tiahlo tisíce kilometrov, tmavé fľaky cirkulovali v jeho atmosfére a zostávali viditeľné takmer rok po zrážke. Uvideli sme dovtedy unikátnu udalosť a získali sme nové informácie.
Astronóm Juraj Tóth v rozhovore pre portál VEDA NA DOSAH vysvetlil, aký vplyv mala zrážka na samotnú planétu, ako manželia Shoemakerovci a Daniel Levy objavili tajomné teleso a čo by sa stalo, keby sa na mieste planéty Jupiter ocitla naša Zem.
Zjavila sa kométa
Pred tromi desaťročiami sa stala dovtedy nevídaná astronomická udalosť. Podarilo sa nám priamo pozorovať zrážku kométy s planétou Jupiter. Zaujímali ste sa v tom čase už o vesmír?
V roku 1994 som mal za sebou prvý ročník štúdia fyziky na Matematicko-fyzikálnej fakulte (v súčasnosti Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, pozn. redakcie) Univerzity Komenského v Bratislave. Ešte som nebol na katedre astronómie, aby som sa podieľal na pozorovaniach, ktoré robili moji kolegovia z Astronomického a geofyzikálneho observatória v Modre. Táto udalosť išla mimo mňa.
Keď som sa ale neskôr dostal na observatórium, kolegovia mi rozprávali, ako sa ju snažili pozorovať rôznymi technikami. Okrem teleskopických pozorovaní robili aj rádioexperiment. Observatórium žilo touto udalosťou pomerne intenzívne.
Kolegovia pozorovali samotný Jupiter. Keďže planéta má rýchlu rotáciu, tak miesta, kde dopadali úlomky kométy a kde dochádzalo k porušeniu atmosféry, boli tmavšie a práve tie boli viditeľné z modranského observatória.
Manželia Shoemakerovci sledujú 16. júla 1994 spolu s kolegami snímky úlomkov kométy, ktoré dopadajú na Jupiter. Zdroj: NASA
Kométu objavili manželia Shoemakerovci a David H. Levy v roku 1993. Ako došlo k objavu?
Na začiatku 90. rokov minulého storočia pozorovali vedci ešte fotograficky. Mali ďalekohľad a fotografické platne. Hoci v tom čase už existovali CCD kamery, neboli ešte také rozšírené. Pozorovania robili z observatória Palomar v Kalifornii relatívne malým ďalekohľadom. Okrem komét viedli hlavne program zameraný na vyhľadávanie asteroidov. Všimli si, že relatívne blízko Jupitera sa nachádza nápadný objekt s komou, ktorý vyzeral ako pretiahnutý hmlistý obláčik.
Vo vyhľadávaní boli veľmi dobrí a pomerne zbehlí. Číslo 9 za pomenovaním kométy znamená, že išlo v poradí o ich deviatu spoločne objavenú kométu.
Zaujímavosťou je, že Eugene Merle Shoemaker bol predovšetkým geológ. Asteroidom a kométam sa venoval v neskoršej fáze kariéry. Pôsobil aj v programe Apollo a zaoberal sa výskumom impaktných štruktúr na Zemi. Napríklad sa venoval výskumu Barringerovho meteorického krátera v Arizone, kde sa prvýkrát na základe premien hornín geologicky potvrdilo, že ide o zrážku mimozemských telies. To znamená asteroidu alebo kométy so zemským povrchom, pričom vznikajú vysoké tlaky, ktoré bežne v zemskej kôre nezaznamenávame. Objav kométy teda hovoril o tom, aké časté sú impakty nielen v okolí Jupitera, ale aj na Zemi či Mesiaci a aké môžu byť následne pozorované impaktné štruktúry.
Čo sme sa dozvedeli o kométe?
Po objave kométy a spätnom vypočítaní jej dráhy vedci zistili, že bola gravitačne viazaná na Jupiter. Spočiatku obiehala okolo Slnka, ale v istom momente sa dostala do blízkosti Jupitera. Ten ju zachytil vo svojom gravitačnom poli, zmenil jej dráhu a v lete 1992, keď sa priblížila do tesnej blízkosti planéty, ju Jupiter slapovým pôsobením roztrhal na väčšie i menšie fragmenty. Zo Zeme bolo pozorovateľných 21 úlomkov. Ich odhadovaná veľkosť sa pohybovala od stoviek metrov až do dvoch kilometrov.
Kométa samotná vznikla na začiatku formovania slnečnej sústavy pred 4,5 miliardy rokov. Mala svoj vývoj, ktorý nám ale nie je úplne jasný. Postupne sa dostávala na takzvané dráhy Jupiterovej rodiny, čo znamená, že naň bola nejakým spôsobom gravitačne viazaná. Výpočty ukázali, že 20 až 30 rokov obiehala okolo Jupitera a pri jednom z týchto obehov v roku 1992 došlo k spomenutému slapovému rozpadu.
Na snímke je planéta Jupiter a jasný impakt fragmentu s označením W, ktorý urobila sonda Galileo 22. júla 1994. Zdroj: NASA
Prípravy na pozorovanie
Dokázali sme určiť, ako vyzerala kométa SL9 pred jej rozpadom na jednotlivé časti, označené písmenami A až W?
Priamo to nevieme. Prvé pozorovanie bolo až v čase, keď sa kométa rozpadla na jednotlivé fragmenty. Iba z nich vieme spätne usudzovať, ako vyzerala. Pôvodnú kométu sa nepodarilo objaviť. Niekedy sa snažíme hľadať takzvané predobjavové snímky, či v danej oblasti nemáme kométu zachytenú. Pokiaľ viem, žiadne takéto zábery nie sú známe.
Tieto telesá majú väčšinou nepravidelný tvar, pôvodná veľkosť mohla byť okolo dvoch kilometrov. Objekty tejto veľkosti nemajú sférický, guľovitý tvar. Poznáme to z analógií, napríklad s kométou Čurjumov-Gerasimenko, ktorá tiež patrí do rodiny Jupiterových komét a ku ktorej sa v roku 2014 dostala aj sonda Rosetta. Ide o dvojlalokové teleso, ktoré pripomína búrsky oriešok alebo zemiak. Toto sú štandardné tvary komét.
Od objavu kométy až po jej zrážku s Jupiterom prešiel približne rok. Ľudstvo mohlo počas tohto obdobia pripraviť svoje prístroje na pozorovanie. Bol to dostatočný čas?
Z rozprávania mojich kolegov viem, že sme potrebovali niekoľko týždňov na výpočty, aby sme zistili, po akej dráhe sa pohybuje, a aby sme videli, čo sa stalo v minulosti. Robili sa výpočty, čo sa stane v budúcnosti, a ukázalo sa, že v lete 1994 má prejsť od Jupitera vo vzdialenosti, ktorá je pod vrchnou atmosférou planéty, čo prakticky znamenalo zrážku.
Čas na prípravu bol teda jeden rok. Vtedy už fungoval opravený Hubblov vesmírny ďalekohľad a navyše sa k Jupiteru blížila sonda Galileo. Išlo o vôbec prvú sondu, ktorá mala obiehať okolo planéty Jupiter. Hoci tam doletela až rok po zrážke, no bola už relatívne blízko a z tej vzdialenosti sa tiež zapojila do pozorovania.
Aj na Zemi sa na túto udalosť pripravovali viaceré observatóriá. Zrážka ale mala nastať tak, že bola zo Zeme nepozorovateľná. Prvý okamih sme nevideli priamo, ale až o pár minút neskôr. Tmavé miesta dopadu sme mohli pozorovať vďaka rýchlej rotácii plynnej planéty.
Všetky oči k Jupiteru
Čo sa v okamihu zrážky dialo s kométou a čo s Jupiterom? Keďže ide o plynnú planétu, niekomu by napadlo, či fragmenty nepreleteli cezeň ako projektil.
Jupiter je síce plynná planéta, ale veľmi hmotná. Napriek tomu, že atmosféra vo vrchných vrstvách planéty je riedka, 21 kusov kométy do nej vniklo pomerne veľkou rýchlosťou.
Išlo o rýchlosť porovnateľnú s únikovou rýchlosťou z Jupiterovho gravitačného poľa. Keďže Jupiter je 313-násobne hmotnejší ako naša Zem, aj úniková rýchlosť je omnoho vyššia v porovnaní s pozemskou, kde ide o rýchlosť 11,2 kilometra za sekundu. Vravíme o takzvanej druhej kozmickej rýchlosti. V prípade Jupitera je to 60 kilometrov za sekundu. Ak teda Jupiter zachytí niečo vo svojom gravitačnom poli, podobnou rýchlosťou to dopadá do jeho atmosféry.
Úlomky kométy vnikli do atmosféry Jupitera veľkou rýchlosťou, pri ktorej dochádza k náhlej premene kinetickej energie na iné formy energie. Prejaví sa to jednak žiarením a jednak aj zvukovými vlnami, čo vyzerá ako jadrový výbuch.
Uvoľnila sa pritom enormná energia, ktorá ďaleko presahovala nielen celosvetovú zásobu jadrových zbraní, ale aj vodíkových bômb, aké sa kedy vôbec testovali na Zemi. Energie bolo tak veľa, že nebolo presne jasné, aké efekty vôbec spôsobí. Dokonca bolo zo Zeme relatívne malými ďalekohľadmi vidieť akýsi hríb nad atmosférou.
Ikonické sú zábery niekoľkých tmavých škvŕn, ktoré na planéte vydržali niekoľko mesiacov.
Samotné teleso sa síce rozpadlo na prachové častice, ale zároveň rozvírilo atmosféru tak, aby sme ju mohli pozemskými ďalekohľadmi pozorovať. Na povrch sa dostal i materiál z hlbších vrstiev atmosféry, ktoré sme dovtedy nepoznali.
Zo spektroskopických pozorovaní sme mali prehľad len o zložení vrchných častí atmosféry. Štandardne sme tam objavili zlúčeniny metánu, amoniaku, no tiež zlúčeniny uhlíka so sírou a rôzne sírne zlúčeniny.
Bol to akýsi prvotný pohľad do hlbšej atmosféry Jupitera. Sonda Galileo mala neskôr aj zostupný modul, ktorý detegoval zloženie atmosféry. Toto uvoľnenie energie pri impakte prinieslo informáciu z hlbších vrstiev Jupitera.
Vyzeralo to ako hodenie kameňa do vody?
Niečo podobné. Ak by sme použili túto analógiu, tak kameň by sa pri čľupnutí rozsypal a uvoľnil by všetku energiu, ktorú by so sebou niesol.
Mala zrážka pred 30 rokmi podstatný vplyv na Jupiter?
Prakticky nie. Môžeme si to predstaviť tak, akoby sme hodili kameň do oceánu. Niečo podobné asi Jupiter pocítil pri dopade fragmentov. Vo vrchnej vrstve atmosféry sme videli nejaké zmeny, ale samotné teleso a jeho rotácia sa nezmenili. Trvalo síce niekoľko mesiacov, kým cirkulácia atmosféry vymazala stopy prachových častíc, ale na samotný Jupiter to nemalo podstatný vplyv.
Unikátna udalosť, unikátne skúsenosti
Čo priniesla táto zrážka pre astronómov?
Jednak sme takúto udalosť videli v priamom prenose a z toho sme sa dokázali naučiť, aké sú to procesy, aké energie sa pritom uvoľňujú, a dozvedeli sme sa čosi viac i o zložení Jupiterovej atmosféry.
Ďalej sme zistili, aké základné fyzikálne vlastnosti majú kometárne úlomky, pretože sa pri jednotlivých zrážkach podarilo určiť hustotu, veľkosť a uvoľnenú energiu. Pri takýchto zmenách a energetických procesoch nás to zároveň naučilo tiež o rotácii, štruktúre a cirkulácii atmosféry Jupitera.
Čo je ešte dôležitejšie, v 90. rokoch sme riešili i možné ohrozenie našej Zeme a kolízne frekvencie. Dalo nám to príklad, čo sa môže stať, keď sa aj Zem zrazí s podobným telesom. Okrem vedeckého aspektu to malo tiež istý sociologický či psychologický aspekt pre samotné ľudstvo a to, že nie sme pred možnými kolíziami úplne chránení.
Na druhej strane sa spresnili frekvencie. Zistili sme, že nie sú vysoké, že s podobne veľkými telesami sa Zem nestretáva veľmi často, čo je dobrá správa. Ale predsa len sa raz za státisíce alebo milióny rokov Zem stretne s telesom, ktoré môže biosfére spôsobiť veľký problém. Práve v tom období sa zvyšovali aj investície do výskumu asteroidov a komét v blízkom okolí Zeme.
Zrážka Jupitera s kométou SL9 nám poskytla zároveň i vysvetlenie záhadných viacnásobných impaktných štruktúr. Pozorovali sme ich prostredníctvom sond, či už na povrchu nášho Mesiaca, alebo aj na povrchu jupiterovských mesiacov. Boli to akési retiazky kráterov. Až po tejto udalosti sme zistili, že boli vyvolané slapovým rozpadom telies, či už v okolí Zeme, alebo Jupitera, a ich následným dopadaním na povrch, kde sa dobre zachovávajú. Na Zemi je to čiastočne vymazávané erozívnou a geologickou činnosťou.
Pohľad na polostrov Yucatán v Mexickom zálive. V týchto miestach dopadol pred 66 miliónmi rokov asteroid, ktorý vyhubil dinosaury. Po katastrofickom impakte zostal kráter Chicxulub. Snímku zhotovil astronaut Tim Peake z Medzinárodnej vesmírnej stanice ISS. Zdroj: ESA
Ak by sme si na miesto Jupitera pred 30 rokmi dosadili náš krásny domov, čo by sa s ním stalo?
Na Zemi máme do dvesto známych kráterov po podobných kolíziách s telesami väčších či menších rozmerov. Dokonca vidíme tiež istú koreláciu medzi vymieraním živočíšnych druhov v minulosti a impaktnými štruktúrami, ktoré vznikli.
Najznámejší je kráter Chicxulub v Mexickom zálive, ktorý je čiastočne na polostrove Yucatán a čiastočne pod morom. Udalosť, ktorá ho vytvorila, nastala pred 65 miliónmi rokov. Ide o obdobie, ktoré sa zároveň prekrýva s obdobím vymierania dinosaurov. Takýchto udalostí bolo v histórii viacero.
Pre planétu ako celok ide len o malé zmeny na jej povrchu, ale pre biosféru, ktorá je citlivejšia, to malo nielen na zemskom povrchu, ale aj vo vode katastrofálne dôsledky. Od paleontológov vieme, že vymierania druhov boli až na úrovni do 90 percent, takže niečo podobné by možno hrozilo i nám.
Podmienky pre život by boli veľmi náročné. Možno by neboli ani také katastrofické po samotnom impakte ako skôr po následkoch, akými by boli zaprášenie atmosféry a niekoľkomesačné alebo až niekoľkoročné neprenikanie slnečného žiarenia na povrch. Teploty by sa globálne pohybovali okolo mínus 30 až mínus 40 stupňov Celzia. Mnohé rastliny i živočíchy vrátane nás by to nedokázali zvládnuť. Toto je len jeden z aspektov.
Ďalšie zrážky v slnečnej sústave
Nejde teda o zriedkavý jav? Je to niečo, čo sa v našej slnečnej sústave aj na iných telesách a ich mesiacoch stáva?
Tieto kolízie sú bežné javy v časovej škále existencie našej slnečnej sústavy. Obzvlášť dobre sú pozorovateľné na starých povrchoch, či už nášho Mesiaca, ktorý sa geologicky už nemení, alebo mesiacoch Jupitera, ktoré majú pevný povrch a nemajú ďalšiu geologickú aktivitu. Napríklad na mesiacoch Io a Európa nepozorujeme tieto štruktúry až v takej miere, pretože sú ešte geologicky aktívne.
Io má pomerne silnú vulkanickú aktivitu a Európa má zase podpovrchový oceán. Ale na starších povrchoch ako Kallisto a Ganymedes sa za miliardy rokov nazbierali „záznamy“ týchto kolízií. Takže je to pomerne bežná, no v porovnaní s ľudskými dejinami nie až taká frekventovaná záležitosť.
Pohľad do Barringerovho krátera. Nachádza sa v púšti Painted Desert v americkom štáte Arizona. Impaktný kráter má šírku 1200 metrov. Vznikol pred 50-tisíc rokmi dopadom meteoritu veľkosti 50 metrov a hmotnosti okolo 300-tisíc ton. Zdroj: Wikipedia Commons
Zachytili sme od roku 1994 niekde v našej slnečnej sústave podobnú udalosť?
Odvtedy sme ich zachytili na viacerých telesách, napríklad na našom Mesiaci alebo na Marse, hoci to neboli priame pozorovania, ale porovnaním starších snímok sond s novšími sme odhalili mnohé nové impaktné krátery na lunárnom povrchu.
Zo Zeme dokážeme dokonca pozorovať aj menšie impaktné udalosti, napríklad na Mesiaci vo forme svetelných zábleskov. Sú to naozaj maličké krátery na úrovni metrov, ktoré dokáže nejaké menšie meteoroidné teleso do veľkosti jedného metra vyvolať. Za rok vidíme na Mesiaci aj niekoľko desiatok zábleskov.
Aj v atmosfére Jupitera sme odvtedy zachytili viaceré podobné udalosti. Dá sa povedať, že 15 rokov po výročí SL9 bol zaznamenaný impakt menšieho rozmeru a energetického rázu a podľa zloženia a charakteru to skôr vyzeralo na asteroidálne teleso, ktoré vletelo do jupiterovskej atmosféry. Je to možno už i niekoľko desiatok udalostí, ktoré sme od roku 1994 doteraz videli.
Navyše už pozorujeme tiež kolízie medzi samotnými asteroidmi, čo sú relatívne malé telesá. Jav vo forme prachových chvostov okolo týchto asteroidov vidíme až ex post.
Séria pozorovaní impaktu kométy s planétou Jupiter z Astronomického observatória v Modre. V ľavom hornom rohu je nesprávne označený rok 1995, správne malo byť uvedené 1994. Zdroj: archívne foto, Juraj Tóth
Dokonca sme vyvolali umelo niektoré impaktné udalosti. Konkrétne išlo v roku 2005 o kométu Tempel 1 v rámci misie Deep Impact, ktorú viedol Michael A´Hearn, jeden z mojich učiteľov na letnej škole Vatikánskeho observatória. Sonda mala jednu časť, ktorá narazila do kométy, vyvolala impakt a uvoľnila materiál, ktorý nám mal odhaliť vnútro alebo podpovrchové súčasti tejto kométy.
Nedávno sme pozorovali úspešnú misiu DART, kde sme testovali možnú formu planetárnej ochrany. Skúmali sme skutočnosť, ako veľmi dokážeme zmeniť kolízny kurz tohto telesa, ak by k nám v budúcnosti smeroval nejaký asteroid. Impakt na mesiačiku Dimorfos vytvoril veľké množstvo prachu okolo sústavy asteroidu Didymos. Videli sme, ako veľmi sa zmenila obežná doba mesiačika asteroidu, na ktorý bol projektil namierený. Toto je len pár príkladov z desiatok tých, ktoré sme v slnečnej sústave už pozorovali.
Ak by sme v roku 1994 mali k dispozícii súčasnú techniku, ako by sme udalosť pozorovali? Videli by sme ju detailnejšie?
Geometriu zrážky by sme nevedeli zmeniť, ale pozemné a vesmírne ďalekohľady sú značne popredu oproti stavu techniky spred 30 rokov. Určite by sme sa dozvedeli viac detailov o zložení atmosféry po dopade fragmentov napríklad z ďalekohľadu Jamesa Webba, ktorý oproti Hubblovmu pokrýva väčšiu oblasť v infračervenom spektre. Ale napríklad výpočet energie a psychologické aspekty na uvedomenie si dôležitosti vesmírnych kolízií by boli podobné.
Za tých 30 rokov sme sa dozvedeli viac o tom, že podobné kolízie sú súčasťou slnečnej sústavy. I vďaka nim boli vytvorené viaceré podmienky na život, ktoré sú preň zároveň aj hrozbou.
(JM)
