Výzkumy v ASU AV ČR (243): Hodnocení prvního testu planetární obrany

Že je Země doslova na kosmické střelnici, je jasné od pradávna, však mnohé krátery nejen na povrchu naší planety, ale především jasné důkazy na povrchu zemského souputníka – Měsíce – nás o tom bezpochyby přesvědčují. V historii jsme byli i přímo svědky některých větších dopadů, jmenujme například explozi malé planetky v roce 1908 nad Tunguzkou nebo dopad meteoritu Čeljabinsk v roce 2013. Vzhledem k tomu, že v minulosti měly drtivé dopady zřejmě velký vliv na přetváření biosféry, např. vedly ke konci éry veleještěrů na přelomu druhohor a třetihor, objevují se plány na zvrácení případného podobného dopadu již nějakou dobu. V literatuře i na rýsovacích prknech byla navržena celá řada mechanismů, jak ovlivnit dráhu potenciálně kolizního tělesa, aby lidstvo nenásledovalo osud dinosaurů. Jedním z těchto mechanismů je tzv. kinetický impaktor. 

Metoda kinetického impaktoru je doslova střelbou na cíl. Ne však, aby byla planetka rozbita na menší kusy. Tělesu má být udělen malý pohybový impuls, který by v dlouhodobém působení vedl k takové změně dráhy, aby byla Země zachráněna. Potenciálně nebezpečné planetky jsou velké, kritickou hranicí je přibližně velikost 140 metrů, kdy se již dá uvažovat o katastrofě globálního dopadu. Jakou asi změnu může vyvolat srážka takového kolosu s lidským výtvorem, který může mít přinejlepším několik metrů v průměru? Malou. Avšak i malá změna může po mnoha letech vést k takové změně dráhy tělesa, že ke srážce se Zemí nedojde. Je třeba si uvědomit, že v principu „stačí“ opoždění nebo uspíšení tělesa o 6,5 minuty. To už znamená, že se Země a potenciální impaktor minou o 12 000 km (průměr Země) a to je z astronomického hlediska drobnost. 

Metoda byla otestována v rámci mise NASA DART (Double Asteroid Redirection Test), jejímž cílem nebyla samostatná planetka, ale dvojplanetka Didymos-Dimorphos. Hlavní těleso bylo objeveno dalekohledem Spacewatch v roce 1996, ovšem v roce 2003 bylo na základě pozorování a jejich analýzy provedenými pracovníky Oddělení meziplanetární hmoty ASU zjištěno, že kolem asi 760metrového Didyma obíhá měsíček Dimorphos s rozměrem asi 150 metrů. Na základě pozemních pozorování se podařilo velmi přesně charakterizovat oběžnou dráhu měsíčku kolem hlavní planetky, což z tohoto tělesa učinilo ideální cíl testu kinetického impaktoru. Změřit malinkou změnu oběžné trajektorie planetky obíhající kolem Slunce by bylo prakticky nemožné. Ovšem změřit změnu oběžné trajektorie měsíčku kolem mateřské planetky již bylo a je v možnostech pozorovací astronomie. Navíc je dvojice Didymos-Dimorphos ze Země relativně snadno dostupná a i velikostně byl Dimorphos optimální pro průběh testu. 

Jak již bylo řečeno v samotném úvodu, vše šlo podle plánu a tak v září loňského roku vytvořil kovový impaktor nový kráter na povrchu měsíce Dimorphos. Šlo o čelní kolizi, která měla zkrátit oběžnou dobu podle výpočtu o 7 minut (oproti před-srážkovým téměř 12 hodinám), pokud by se vzal v úvahu jen přenos momentu hybnosti mezi impaktorem a měsíčkem. Vznik kráteru byl ovšem doprovázen výtryskem materiálu (který se mimochodem stal podstatnou částí světelné křivky tělesa ve dnech bezprostředně po srážce), který také přispěl ke zpomalení tělesa na dráze. Odhady účinnosti byly ovšem s velkým rozptylem od pár minut až po 40 minut. 

Široký mezinárodní tým astronomů se silnou účastí z Oddělení meziplanetární hmoty ASU se záhy po události pustil do práce s cílem vyhodnotit skutečnou změnu dráhy Dimorpha. K tomu využili jednak radarová pozorování prováděná mezi 27. zářím a 13. říjnem 2022 s pomocí antény Goldstone ve spolupráci s radioteleskopem Green Bank. Na radarových odrazech bylo patrné, že změna orbitální doby je asi 36 minut s poměrně širokým intervalem nejistoty. 

Téměř současně byla započata i fotometrická pozorování, zpočátku ztížená právě přítomností vyvrženého materiálu. Oběžnou periodu lze v případě dvojplanetky Didymos-Dimorphos určit na základě světelné křivky, na níž jsou dobře patrné vzájemná zatmění obou těles. Pozorování pořízená mezi 28. zářím a 10. říjnem 2022 na nejrůznějších dalekohledech byla velmi pečlivě zpracována. Z modelování světelné křivky dvěma nezávislými metodami bylo možné odvodit oběžnou periodu. Obě metody dospěly ke shodě: oběžná doba Dimorpha okolo Didyma se zkrátila o 33±1 minutu. 

Celý experiment tak dopadl vlastně velmi dobře. Je ve schopnostech současné kosmické techniky změnit dráhu velkého kosmického tělesa. Nevýhodou metody kinetického impaktoru ovšem je, že aby měla metoda měřitelné výsledky, bylo by třeba ji aplikovat několik let před očekávanou srážkou se Zemí. Což vyžaduje velmi dobrou znalost toho, co se v okolí Země děje. Zde máme bohužel v současnosti mezery, které lze doplnit jen a pouze systematickým pozorováním. 

REFERENCE

C. A. Thomas, S. P. Naidu, P. Scheirich a kol., Orbital Period Change of Dimorphos Due to the DART Kinetic Impact, Nature 616 (2023) 448-451, preprint arXiv:2303.02077

KONTAKT

Mgr. Petr Scheirich, Ph.D.
petr.scheirich@asu.cas.cz
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

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

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