Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 8 – vyšlo 24. března, ročník 21 (2023) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

8/2023

Mise DART – drtivější dopad, než jsme čekali

Rudolf Mentzl

První pokus planetární obrany dopadl lépe, než jsme očekávali. Ale nevěděli jsme proč. S půlročním odstupem jsme již schopni změřit dráhu planetky s dostatečnou přesností na to, abychom mohli vyhodnotit změnu dráhy planetkyPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu. DimorphosDimorphos – menší z planetek systému Didymos (780 m) – Dimorphos (160  m). Stala se cílem mise sondy DART. Po jejím nárazu se zkrátila doba jejího dvanáctihodinového oběhu o 33 minut. po řízeném dopadu sondy DARTDART – Double Asteroid Redirection Test. Mise s cílem vychýlit měsíček Dimorphos obíhající planetku Didymos. Odstartovala dne 24. 11. 2021 ze základny Vandenberg, do planetky narazila dne 27. 9. 2022 a zkrátila její oběžnou dobu o 33 minut.. V médiích proběhla zpráva, že je změna několikanásobně větší, než se očekávalo. Znamená to, že nechápeme správně mechanizmus srážky?

Mise DART k dvojplanetce Didymos – Dimorphos Zdroj: NASA.

DART – Double Asteroid Redirection Test. Mise s cílem vychýlit měsíček Dimorphos obíhající planetku Didymos. Odstartovala dne 24. 11. 2021 ze základny Vandenberg, do planetky narazila dne 27. 9. 2022 a zkrátila její oběžnou dobu o 33 minut. Didymos – binární systém planetek Didymos (780 m) – Dimorphos (160 m) náležící k Apollonově rodině. Dimorphos – menší z planetek systému Didymos (780 m) – Dimorphos (160  m). Stala se cílem mise sondy DART. Po jejím nárazu se zkrátila doba jejího dvanáctihodinového oběhu o 33 minut. Planetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu.

DART (Double Asteroid Redirection Test)

Koncem roku 2021 odstartovala z Vandenbergovy letecké základnyKosmodrom Vandenberg – Kosmodrom nedaleko stejnojmenné kalifornské vojenské základny. Její severnější poloha a zároveň vhodné proudění v atmosféře z ní dělá vhodný kosmodrom pro vypouštění vědeckých družic, které je třeba usadit na polární dráhu. sonda DART. Neměla za úkol nic jiného, než narazit do 160 m velkého balvanu s názvem Dimorphos. Cílem bylo zjistit, zda dokážeme bludná vesmírná tělesa vychýlit z dráhy natolik, abychom předešli jejich eventuální kolizi se ZemíZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Proto sonda nenesla žádné drahé vědecké přístroje. K vědeckým účelům sloužil pouze pasažér sondy – italský pikosatelitPikosatelity – satelity s hmotností kolem 1 kg a rozměry přibližně 10 cm. Jsou často vynášeny do vesmíru ve větším množství, jako tomu je například při některých startech nosných raket Vega, Atlas V nebo Delta II. Nejznámější projekt týkající se pikosatelitů je CubeSat, kde mají pikosatelity tvar krychliček o hraně 10 cm. LICIA (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids). Byl vystavěn z šesti jednotek CubeSatCubeSats – třída nanosatelitů, která využívá standardizovaný tvar a rozměry. Rozměr CubeSatů se udává v jednotkách U (z anglického unit), kde 1U představuje krychli o délce hrany 10 cm a s hmotností do 1,33 kilogramu. Nejčastější rozměry CubeSatů jsou 1U, 1,5U, 2U, 3U, 6U a 12U.. Jejím vědeckým přínosem mělo být pouze zaznamenání srážky z dostatečné vzdálenosti. Jak se později ukázalo, právě studium záběrů vyvrženého materiálu vneslo jasno do rozporů mezi očekávaným a naměřeným.

Družici vynesla do vesmíru raketa Falcon 9, později se pohonu zhostil iontový motorIontový motor – reaktivní motor, ve kterém se urychlují ionty elektrickým polem na vysoké rychlosti. Iontový motor má malou spotřebu vylétávající látky, poskytuje malý tah po velmi dlouhou dobu. Hodí se tedy pro dlouhodobé lety. NEXT-C. O napájení elektrickou energií se postaral sluneční panel nové generace založené na technologii ROSA (Roll Out Solar Array). Technologie ROSA je zatím ve fázi zkoušek v ostrém provozu, ale zdá se, že by se mohla stát standardem. Jde o sluneční panely přepravované ve srolovaném stavu. O jejich rozvinutí se postará pružina zastávající zároveň úlohu nosníku. Výhodou je samozřejmě jednoduchost, absence vystavovacího zařízení, jeho napájení a z toho plynoucí spolehlivost. Mezi pozitiva patří také modularita a snadné přizpůsobení velikosti a výkonu pro různé projekty.

Sonda DART na Vandenbergově základně. Zdroj: NASA.

Dimorphos

Nazývat Dimorphos planetkou je možná správné, ale určitě ne výstižné. Ve skutečnosti jde o měsíc větší planetky DidymosDidymos – binární systém planetek Didymos (780 m) – Dimorphos (160 m) náležící k Apollonově rodině. (780 m). Objevil ho před dvaceti lety tým Petra Pravce na Ondřejovské hvězdárně. K pokusu byl vybrán právě tento systém ze dvou důvodů. Možná méně důležité je to, že zatím není v lidských silách změnit dráhu těchto planetek tak, aby se mohly ozvat poplašné hlasy, že si zahráváme s ohněm. Hlavně tu však jsou praktická hlediska. Dosažitelnost a snadné měření změny dráhy.

Binární planetka Didymos patří do skupiny blízkozemních planetek typu ApolloAAA – planetky, které se na své dráze dostávají do blízkosti Země a mohou ji ohrozit. Pojmenované jsou podle reprezentantů tří základních typů: Amor (kříží dráhu Marsu, nedosahuje až k dráze Země), Apollo (kříží dráhu Země, perioda je větší než rok), Aten (kříží dráhu Země, perioda je menší než rok).. Kříží sice dráhu MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila., ale už ne dráhu Země. K dráze Země se přiblíží maximálně na 6 milionů kilometrů. Není tu tedy ani teoretické nebezpečí, že bychom ji dokázali půltunovou sondou přimět ke koliznímu kurzu se Zemí. Na druhou stranu je Didymos dostatečně blízko pro možnosti soudobé měřicí techniky. Nutno však podotknout, že i takhle malá vzdálenost by byla problém, kdyby se nejednalo o binární systém. K zaznamenání účinků dopadu není třeba měřit polohu celého systému. Ostatně by to bylo málo vypovídající, protože nemáme tak přesně změřeno rozložení okolní hmoty a její gravitační účinky. V binárním systému stačí zaznamenat změnu dráhy, po které se obě složky navzájem obíhají.

Poslední celý snímek měsíčku Dimorphos, který sonda DART stihla odeslat,
než dopadla na jeho povrch. Zdroj: NASA.

Srážka

Den srážky nastal podle plánu 27. září loňského roku. V rychlosti asi 6,6 km·s⁻¹ narazila sonda do měsíčku Dimorphos. Srážku zaznamenalo několik kamer. Palubní kamera, jejíž záznam končí ve třetině posledního snímku, kamera pomocné sondy LICIA a ke slovu se dostaly i kamery pozemních teleskopů.

Změřit změnu oběžné dráhy je pro současnou pozemní techniku poměrně snadná záležitost. Stačí změřit oběžnou dobu. Původní doba oběhu byla téměř 12 hodin, nyní je o 33 minut kratší. Rychlost se tedy snížila (o 10 m·hod⁻¹) a Dimorphos sestoupil na nižší kratší orbitu. Takový byl i původní plán, ale některé scénáře počítaly se změnou oběžné doby jen asi o 7 min. Právě z takových důvodů se podobné testy dělají. Je potřeba si nové postupy osvojit a pochopit procesy, které tu probíhají.

Tým Terika Dalyho z Univerzity Johnse Hopkinse zrekonstruoval události při dopadu. Sonda o hmotnosti 570 kg dopadla mezi dva velké balvany, přičemž o jeden zavadila těsně před dopadem. Jaký vliv měla jejich hmota na výbuch, zatím není známo. Z Hubblova dalekohleduHST – Hubble Space Telescope, Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnějšímu určení Hubblovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. a i dalších pozemních přístrojů však máme k dispozici snímky zvířeného materiálu. Ariel Graykowski z institutu SETI odhaduje na základě těchto údajů, že bylo vymrštěno asi 12 000 tun horniny. S ohledem na velikost měsíčku to není málo.

Jedná se až o půl procenta jeho hmotnosti. Zde se asi nachází odpověď na otázku, proč byla změna dráhy tak výrazná. Byl to právě zpětný ráz vyvrženého materiálu, který Dimorphu udělil patřičné zrychlení. Simulace, které s tímto efektem počítaly, ale neměly ještě přesné znalosti vlastností materiálu došly ke změně periody o 40 min, což je v dobrém souhlasu s naměřenými hodnotami. Je to trochu znepokojující zjištění, protože bez řádného geologického průzkumu planetky nemůže být dopředu známo, kolik materiálu se nárazem uvolní. Pokud by si však byly planetky v tomto ohledu podobné, pak by byla šance, že i případná ohrožující planetka by měla stejné parametry. Je jediný způsob, jak to zjistit. Pilně sbírat další data. Půjde-li vše jak má, mohla by již v roce 2026 k Dimorphu dorazit evropská sonda Hera a zkoumat místo dopadu. Na doprovodném cubesatelitu Milani se podílejí i české firmy.

Dopad sondy DART, jak ho zaznamenala pozemní observatoř
a pomocná sonda LICIA. Zdroj: NASA/DART/YT/SPACE.

Odkazy