Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Dopad komety SL-9 na Jupiter

Zpětný pohled na kosmickou srážku
 |  5. 6. 1996
 |  Vesmír 75, 316, 1996/6

Srážka dvou kosmických těles v naší sluneční soustavě, při které se uvolní energie srovnatelná s energií uvolněnou při výbuchu až milionu megatun TNT, není již jen předmětem teoretických úvah. Dne 16. července 1994 ve 20 hodin 13 minut a 16 sekund světového času zaznamenal Hubblův dalekohled první známky průvodních jevů vyvolaných dopadem prvního z více než dvou desítek úlomků rozpadlé komety na planetu Jupiter. Dopad posledního pozorovatelného úlomku byl zaznamenán v pátek 22. července 1994, krátce po 8. hodině světového času. Byla to událost nepochybně mimořádná.

Co nám podává střízlivá analýza?

Rozpadlé kosmické těleso s největší pravděpodobností bylo jádro komety, které uvázlo v gravitačním poli Jupitera. Octlo se dokonce pod Rocheovou mezí, tj. ve vzdálenosti, v níž rozdíl v gravitační a odstředivé síle působící na jednotlivé části tělesa obíhajícího kolem nepoměrně hmotnější planety může způsobit jeho rozpad.

Skutečnost, že se jádro komety rozpadlo na více než dvě desítky samostatných objektů, je nepochybným důkazem extrémně malé soudržnosti původního tělesa. Až dosud byly zvažovány čtyři modely kometárních jader 1) . Zdá se, že pohnutá historie Shoemaker-Levy 9 rozhodla ve prospěch modelu s přiléhavým označením „prvotní hromada sutě“. Kritické pnutí v jádru komety vyvolané slapovými silami bylo nepatrné – asi 300 Pa. To znamená, že jádro jako celek mělo o čtyři řády menší pevnost než např. běžná cihla. Soudržnost jednotlivých úlomků nebyla zřejmě o mnoho větší. Je velmi pravděpodobné, že jednotlivé pozorované úlomky byly opět shluky relativně pevnějších těles o rozměrech desítek až stovek metrů.

Rozpad jádra nebyl nijak dramatický. Rychlost, se kterou se od sebe jednotlivé části rozpadlého jádra vzdalovaly, byla zpočátku jen několik metrů za sekundu. Úlomky se pohybovaly v gravitačním poli Jupitera po individuálních drahách. Tím se vytvořila jakási „šňůra“, která těsně před dopadem dosáhla délky 4,5 milionu km. Při prvotním rozpadu se uvolnilo množství velmi malých částic, které vytvořily kolem úlomků asymetrické prachové útvary, a ty přispěly k podstatnému zvýšení celkové jasnosti úlomků, které by jinak byly nepozorovatelné. „Zčervenání“ slunečního světla rozptýleného na prachových částicích prozrazuje, že prachová zrna nejspíše obsahovala silikáty.

Pozoruhodná je krátkodobá emise jednou ionizovaného hořčíku v ultrafialové oblasti spektra, pozorovaná Hubblovým dalekohledem v okolí úlomků dva dny před prvním dopadem. Uspokojivé vysvětlení tohoto jevu zatím nemáme. Jak se prach obklopující úlomky pozvolna rozptyloval do prostoru, jasnost úlomků postupně klesala. V červnu 1994 i ty nejjasnější měly jen desetinu původní jasnosti a některé několik měsíců před dopadem zmizely.

Dosavadní výsledky dosti dobře odpovídají představě, že původní těleso o hmotnosti řádově 1013 kg bylo velmi málo soudržné jádro komety, složené z velkého počtu pevnějších částí vázaných k sobě převážně vlastní gravitační silou. Při průchodu perijovem došlo r. 1992 k jeho rozpadu vlivem slapových sil.

Pro představu: při dopadu některého z větších úlomků do Jupiterovy atmosféry se uvolnila energie, která odpovídá explozi 2.105 megatun TNT. To je přibližně o čtyři řády větší energie ve srovnání s energií tunguzského meteoritu z r. 1908 nebo maximální energií uvolněnou při zkouškách nukleárních zbraní v atmosféře.

Jednotlivé úlomky dopadly na odvrácenou stranu planety, i když ne daleko za její viditelný okraj. Místa dopadu se díky rychlé rotaci planety (necelých 10 hodin) dostala během několika desítek minut po střetu s úlomky na viditelnou polokouli. Bylo možno přímo pozorovat zářící mračno hmoty vyvržené nad viditelný okraj planety, tedy „nad horizont“ z pohledu pozemského pozorovatele. To umožnilo odhadnout výšku, do které byla hmota vynesena. Místa dopadu byla přímo pozorovatelná z kosmické sondy Galileo, která v té době byla ve vzdálenosti 240 milionů km od Jupitera.

Jevy vyvolané dopadem jednotlivých úlomků byly především:

  • Krátkodobé zjasnění v místě dopadu.
  • Jasné výtrysky hmoty vystupující nad okraj planety několik minut po dopadu, popřípadě slabé záblesky předcházejí těmto jevům.
  • Zjasnění Jupiterových měsíců odrazem záření z míst dopadu. (Jev byl vesměs tak slabý, že nelze z jistotou říci, zda byl vůbec zaregistrován.)
  • Stopy po dopadech v atmosféře planety.
  • Zjasnění a opětné potemnění polárních oblastí, velmi selektivní reakce magnetosféry planety na dopad jednotlivých fragmentů aj.

Výška, ve které je možno očekávat první známky zážehu bolidu (jasného meteoru), je asi 400 km nad tropopauzou (viz obr. obrázek). Takové záblesky byly skutečně pozorovány jak Hubblovým dalekohledem, tak z pozemských observatoří asi 100 sekund před tím, než se „klobouk hřibu“ vyvržené hmoty objevil nad okrajem planety. Během průletu stratosférou, tedy ve stadiu bolidu, se úlomky rozpadaly především díky prudkému odpařování povrchových vrstev a svou existenci ukončily explozí. Celý proces proběhl v deseti až patnácti sekundách. Výrazné maximum jasu se proti očekávání dostavilo ihned na počátku jevu. Je velmi pravděpodobné, že tento efekt způsobilo velké množství menších částic provázejích jednotlivé velké úlomky. Maximální jas bolidů ve viditelném oboru spektra je asi jen 3 až 5 procent celkového jasu planety, ale ve světle zářícího metanu byl jas až pětkrát vyšší. Teplota bolidu se odhaduje až na 7 000 K.

Jak hluboko pronikly úlomky do Jupiterovy atmosféry?

Nejzajímavějším výsledkem spektroskopických pozorování je identifikace molekul CS2 a S2 vzniklých za vysoké teploty jak v kometárním materiálu, tak reakcí různých molekul, které převládají v atmosféře Jupitera v tlakových hladinách 200 – 500 hPa. Z toho by bylo možno usoudit, že úlomky ukončily svou pouť asi 50 km pod tropopauzou. Pokud ale byla síra kometárního původu, pak by se závěrečná exploze bolidu mohla odehrát i ve vyšších vrstvách. Identifikace molekul vody je nesporná, ale její výskyt ve stopách byl menší, než se očekávalo. Spektroskopická data vedou k závěru, že velké úlomky pronikly pod tropopauzu, ale nedosáhly hloubek, kde převažuje voda. Malé úlomky se rozpadly a vypařily ještě dříve, než dosáhly tropopauzy.

Mohutná exploze v závěrečné fázi bolidu vedla k vytvoření neméně mohutného výtrysku hmoty. Ten byl pozorovatelný jako zářící oblak nad okrajem planety několik minut po dopadu. Vskutku fascinující je snímek tohoto úkazu pořízený v infračervené oblasti spektra na 2,34

Obrázky

Poznámky

1) Rahe J., Vanýsek V., Weissmann P.: Properties of Cometary Nuclei, Hazards due to Comets & Asteroids str. 597–634, (T. Gehlers ed.) Univ. of Arizona Press 1994
2) Morrison D., Chapman C.R., Slovic P.: The Impact Hazard, Hazards due to Comets & Asteroids str. 597–634, (T. Gehlers ed.) Univ. of Arizona Press 1994
3) Sekanina Z.: The Splitting of the the Nucleus SL-9 European SL-9/Jupiter Workshop, str. 43–56,(R. West a H.Boehnhardt ed.) ESO Garching 1995

Co víme o Jupiterově atmosféře?

K lepšímu pochopení procesů, které vyvolaly všechny tyto jevy, je nutné si připomenout, že se odehrály v nejvyšších vrstvách Jupiterovy atmosféry. Její převládající složkou je vodík a jeho chemické vazby s lehkými prvky (především s uhlíkem, dusíkem a kyslíkem) a helium. Jak hluboko vidíme do této atmosféry, je dáno oborem spektra. Ve viditelném oboru dohlédneme až do tlakových hladin kolem 1 000 hPa, což odpovídá přibližně tlaku na povrchu Země. Střední poloměr planety pro tyto tlakové hladiny je přibližně 70 000 km. Je to troposféra Jupiterovy atmosféry, charakteristické mračny obsahujícími zmrzlý amoniak NH3, NH4SH, vodu a metan CH4. Vodní mračna jsou nejníže, přibližně 70 až 80 km pod tropauzou, v tlakových hladinách kolem 3 000 hPa. V ultrafialové oblasti spektra lze proniknout do tropopauzy. V infračerveném oboru spektra výrazně absorbují – nebo v místech dopadu díky vysoké teplotě zářily – metan a čpavek, ale i další molekuly a v důsledku toho dostáváme informace převážně opět jen z troposféry. Jedině v oblasti milimetrových a centimetrových vln lze dohlédnout podstatně hlouběji.

VV

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie

O autorovi

Vladimír Vanýsek

Emer. prof. RNDr. Vladimír Vanýsek, DrSc., (*1926) vystudoval fyziku a astronomii na univerzitách v Brně a Praze. Působil na Karlově univerzitě a řadě zahraničních univerzit. Spolupracuje na projektu ISO (Infared Space Observatory). Rediguje mezinárodní časopis Earth, Moon and Planets. E-mail: vanysek@mbox.cesnet.cz

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné