Zajímavé fiasko vesmírné kočky

V těsné blízkosti Slunce sledovaly ISON, formálně označenou C/2012 S1, detektory na palubách nejméně tuctu sond a vesmírných observatoří pro výzkum Slunce. Díky nim mohly být vzhled, aktivita a vývoj komety monitorovány téměř minutu od minuty. Reakce odborníků na předběžné výsledky těchto pozorování nebyla však ani zdaleka jednoznačná. Zatímco někteří se odhodlali k psaní nekrologů už 29. listopadu 2013, druhý den po průchodu kolem Slunce, jiní trvali na tom, že část jádra komety přežila a že ISON vykazovala určitou aktivitu i po přísluní. V odpovědi na neuvěřitelné perličky, jimiž se to jak v médiích, tak na sociálních sítích doslova hemžilo (například že kometa „je mrtvá pouze z větší části“ nebo že si experti „rvou vlasy“ nad tím, co se to s kometou děje), uveřejnil jakýsi pan Anthony Watts na webu krátký článek s docela vtipným názvem Oživlá mrtvolka komety ISON znovu umírá (Zombie Comet ISON Dies Again). Hned v první větě autor psal, s použitím slovní hříčky, že kometa ISON má zřejmě povahu ISON ISOFF (v angl.: IS ON = je zapnutá, IS OFF = je vypnutá).

Po několika dnech váhání i ti největší optimisté došli k nevyhnutelnému závěru, že „ISON IS OFF“, a že rozpad komety století představuje skutečné fiasko (obr. 1). Obrovské množství informací nashromážděné pozemskými pozorovateli i vesmírnými roboty však umožňuje mimořádně podrobný výzkum změn, jimiž kometa ISON před zánikem prošla, a přestože publikování výsledků studia komety je teprve v samých začátcích, je už nyní zřejmé, že náhlý skon ISONy, ač snad politováníhodný, je událostí velmi poučnou, protože jevy v kometě pozorované před rozpadem mají značnou diagnostickou hodnotu pro porozumění fyzikálním procesům, jimž v té době byla kometa vystavena.

Pomalé „blikání“ před výbuchem

Důvodů, proč ISON zůstává středem značného zájmu kometárních fyziků, chemiků a astronomů je několik. V prvé řadě jde o příslušníka velmi vzácného druhu komet téměř se „otírajících“ o Slunce, nikoliv však o člena Kreutzova systému komet jako byla např. kometa Lovejoy (C/2011 W3). Za druhé jde o kometu dynamicky novou, jež přicestovala přímo z Oortova oblaku na samých hranicích Sluneční soustavy. A za třetí, ISON byla objevena v září 2012, víc než rok před přísluním,¹⁾ což nabídlo velké možnosti pro zkoumání vývoje tohoto objektu v širokém rozmezí heliocentrických vzdáleností, příležitost, jež se u dynamicky nových komet s velmi malou vzdáleností přísluní vyskytla poprvé.

Na cestě ke Slunci procházela kometa jakýmisi cykly, jichž bylo pozorováno celkem pět. V každém z nich se zprvu zjasňovala, posléze však začala jasnost stagnovat a nakonec kometa dokonce slábla. Působila dojmem, jakoby její aktivita žila z omezených zdrojů na povrchu jádra (a těsně pod ním), jež se poměrně rychle vyčerpaly, ale jež byly záhy nahrazeny zdroji novými. Opět šlo o střídající se „zapínání“ a „vypínání“ aktivity, tentokrát však skutečné, i když méně výrazné.

První náznak náhlého zvýšení aktivity byl zaznamenán až začátkem listopadu 2013, zhruba tři týdny před přísluním. Pak, 16 dní před přísluním, kometa náhle zjasnila a bezprostředně poté, 14 dní před přísluním, následoval první velký výbuch (výbuch A). Během něj se produkce vody zvýšila asi dvacetinásobně. Ačkoliv přímo nezpůsobil dokonalý rozpad jádra, podstatně přispěl k „navedení” komety na vývojovou stezku vedoucí k jejímu nezvratnému a neodkladnému zániku (obr. 2).

Smrt před branami

Zatímco vzplanutí komet často nemají žádný pozorovatelný vliv na jejich následné chování, v případě ISONy byl výbuch A po týdnu následován mnohem silnějším výbuchem B, který byl vlastně sérií nejméně tří velkých, rychle po sobě jdoucích vzplanutí, během nichž se produkce vody dále prudce zvýšila a po dobu nejméně tří dní zůstala téměř stokrát vyšší než dva týdny před tím. Ukázalo se, že výbuch B se stal pro kometu osudným, protože během pouhých 1–2 dní po jeho ukončení produkce plynu poklesla strmě, nejméně dvacetkrát, a už se nikdy neobnovila.

Celková sublimační plocha komety v době výbuchu A se odhaduje na zhruba dvacetinásobek plochy Sluncem ozářeného povrchu jádra, v době výbuchu B dokonce na jeho padesátinásobek. Neslučitelná s náhlým výronem velkého množství ledových zrn z jádra, tato čísla signalizují, že během obou výbuchů musela být podstatně zvýšená produkce vody (a dalších, těkavějších látek) způsobena díky rozsáhlým zdrojům vodního a jiných ledů, dříve nedostupným. Tyto zdroje musely nutně pocházet z nitra jádra komety a jejich náhlá dosažitelnost byla tudíž důsledkem jeho nenadálé fragmentace, poměrně omezeného rozsahu v případě výbuchu A, ale zachvacující celý objekt během výbuchu B. Následkem této kataklyzmatické události došlo prakticky k úplnému vyčerpání veškerých zásob těkavých látek, jimiž jádro disponovalo, čímž se vysvětluje rychlý (a definitivní) pokles produkce plynů jen několik málo dní po začátku výbuchu B.

Výsledkem tohoto procesu bylo, že zhruba tři dny před přísluním se jádro komety ISON podobalo obrovitému shluku skal, balvanů, oblázků a prachu buď zcela, nebo téměř zcela zbavených těkavých látek. Fragmentace trosek jádra pokračovala víceméně samovolně, podporovaná jen jejich dramaticky se zvyšující teplotou. Drobením však vzrůstal celkový průřez oblaku, což zejména při pokračujícím přibližování komety ke Slunci nutně vedlo k rychlému zjasňování. Jediným významným zdrojem přežívající aktivity, rovněž ovlivňujícím jasnost komety, byla sublimace atomárního sodíku, který září intenzivně ve žluté části spektra, v menší míře i dalších kovů a minerálů. Pozorovaným projevem těchto jevů byl výbuch C, jenž dosáhl maxima přibližně 16 hodin před přísluním. Když už nezbylo nic k dalšímu drobení a i zásoby sodíku byly vyčerpány, ustala nakonec veškerá aktivita oblaku malých úlomků a prachu, v nějž se několik hodin před přísluním jádro komety proměnilo. Jednotlivé úlomky a částice se dále pohybovaly kolem Slunce ve svých rozdílných a nezávislých drahách bez jakékoliv interakce. Doba ukončení aktivity a produkce prachu komety ISON určila čas jejího zániku; lze ji snadno stanovit modelováním prostorového rozdělení pozůstatků jádra komety na snímcích získaných krátce po průchodu přísluním z paluby družice SOHO a sond STEREO A a B, jež umožňují stereoskopický pohled na kometu ze tří různých směrů.

Každá prachová částice má po vypuštění z jádra komety svou vlastní dráhu kolem Slunce, která závisí především na okamžiku vypuštění a na velikosti částice, jež určuje její zrychlení způsobené tlakem slunečního záření. Obr. 3 podává příklady vějířového oblaku, obsahujícího zbytky ISONy. Jižní či následná hrana vějíře a její pokračování ve formě slabého chvostu na opačné straně Slunce jsou v souladu s polohou prachových částic (různých velikostí) vypuštěných zhruba šest dní před přísluním, během výbuchu B. Naproti tomu model severní či vůdčí hrany vějíře ukazuje, že se ztotožňuje s polohou prachových částic, jež opustily rozpadající se jádro (tj. některý z jeho úlomků) pouze 3,5 hodiny před přísluním (s odhadnutou nejistotou ±20 minut); žádný další prach už z komety vyvržen nebyl. Severní hrana je tedy hledaný vzhledový rys konce existence komety ISON jako takové. Tento výsledek je v souladu se snímky pořízenými koronografem C2 na palubě SOHO v době krátce před přísluním; kometa na nich velmi rychle slábne.

Stoletý paprsek

Pozoruhodným rysem komety je rozvětvený chvost, patrný na snímcích pořízených koronografy C3 a C2 na palubě družice SOHO před průchodem komety přísluním (obr. 1). Zatímco převážná část delšího, hlavního chvostu se skládá z prachu vyvrženého během výbuchu B, je původ mírně zakřiveného a ostře ohraničeného paprsku exotický. Zakřivení totiž přesně sleduje tvar dráhy za kometou, což je typická dynamická vlastnost prachu, jenž opustil jádro ještě ve velkých vzdálenostech od Slunce více než ~5 astronomických jednotek (AU; 1 AU = 149,6 miliónu km), tedy za drahou planety Jupiter.

Kromě svých pohybových vlastností se jasný paprsek ve chvostu vyznačuje též tím, že je na snímcích (pořízených hlavně koronografem C2) přerušen na straně ke hlavě komety. Mezera mezi paprskem a Sluncem se s časem téměř nemění (obr. 4). Tento fakt je typický pro náhlou sublimaci prachových částic v paprsku při jejich přibližování ke Slunci.

Výpočty vedou k závěru, že jde převážně o milimetrová zrna, vypuštěná ve vzdálenostech kolem 10 AU od Slunce. Navíc se ukazuje, že pozorovaný paprsek se ve skutečnosti skládá z řady složek na sebe naskládaných, z nichž krajní (patrná pouze na snímcích po průchodu komety přísluním) obsahuje dokonce centimetrové oblázky vypuštěné ve vzdálenostech přes 100 AU od Slunce, tedy před zhruba 100 lety. Sublimační teplo materiálu tvořícího tyto paprsky činí kolem 90 000 cal/mol, a laboratorní experimenty v podmínkách velmi nízkých teplot a tlaků dávají tušit, že paprsky ve chvostu ISONy jsou výsledkem dvou procesů: žíhání (angl. annealing) a fázové transformace amorfního ledu vody v led krychlový.

Furiantská kočka

ISON názorně ukázala, proč jsou komety eufemisticky často srovnávány s kočkami: mají ocas a dělají si, co se jim zlíbí. Navíc ale předvedla, že některé komety si rovněž rády hrají na furianty: plýtvají svými prostředky, i když na to záhy šeredně doplatí. Před zraky všech provedla ISON svůj poslední trik tak obratně, že alespoň na čas zmátla celou řadu odborníků. Především však byla kometou prožitá havárie spojena s nanejvýš zajímavou a poučnou podívanou.

Rozsáhlejší verzi článku si už teď můžete přečíst na našich internetových stránkách vesmir.cz.