Člověk zkusí změnit pohyb asteroidu

„Dejte mi pevný bod a pohnu Zemí,“ pronesl údajně Archimedes, když přemýšlel o principu páky. Mnohem reálnější pokus, jak změnit dráhu vesmírného tělesa, nyní probíhá v režii NASA. Poprvé v dějinách lidské civilizace zkouší člověk ovlivnit trajektorii přirozeného objektu Sluneční soustavy. Významně k tomu přispívají dva čeští vědci.

V minimální vzdálenosti šest milionů kilometrů od Země letí vesmírem asteroid Didymos a jeho satelit Dimorphos. Poprvé tento asteroid zaznamenali v roce 1996 na americké observatoři. O sedm let později, v roce 2003, rozpoznal tým vedený Petrem Pravcem z Astronomického ústavu AV ČR, že ve skutečnosti jde o soustavu dvou těles; menší, asi 170metrový Dimorphos krouží okolo 780metrového Didymosu. Po prvním nadšení z objevu odborníci přemýšleli, jak oba asteroidy sledovat a pomocí vzdálených pozorování analyzovat jejich vzájemný pohyb. V dalekohledu přitom viděli jenom malou světlou tečku. „U dvojitého (binárního) asteroidu žádný z nich nezáří, ale oba ozařuje Slunce. Když tedy krouží okolo sebe, jsou přibližně hodinu v zákrytu a zhruba stejně dlouhou dobu na sebe vrhají stíny, které pozorujeme jako zatmění,“ říká astronom Petr Pravec. Společně s kolegou Petrem Scheirichem vyvinuli metodu, jak správně změřit zákryty a zatmění a podle těchto poznatků pak předpovídat změnu oběžné dráhy menšího asteroidu okolo většího.

Kosmická loď DART před dopadem na asteroid Dimorphos. Loď měří zhruba 1,2 × 1,3 × 1,3 metru a má dvě solární pole, z nichž každé je dlouhé 8,5 metru. Těsně před dopadem vypustí DART mikrosondu LICIACube (vpravo dole), která vyfotografuje kolizi a mračno prachu, který vznikne po nárazu. Snímky pak pošle na Zemi.Ilustrace NASA, Johns Hopkins APL, Steve Gribben

Svou metodu měření binárních asteroidů publikovali v sérii článků v odborném tisku a na tom základě je oslovila Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. Toto neziskové výzkumné centrum, kde pracuje téměř 8000 lidí, je v kontaktu s Úřadem pro koordinaci planetární obrany NASA. Instituce s názvem jako ze Star Wars má mimo jiné připravit a vyzkoušet postup pro případ, že naši planetu ohrozí větší asteroid. Vznikla tak mise DART (Double Asteroid Redirection Test), jejímž úkolem je mírně změnit dráhu menšího Dimorphosu. Má k tomu dojít poté, co sonda o hmotnosti přibližně 550 kilogramů dopadne rychlostí šesti kilometrů za sekundu na asteroid.

„NASA po nás chtěla tři údaje. Určit, jak dlouho trvá oběh menšího asteroidu okolo většího před impaktem, přibližnou polohu Dimorphosu v době nárazu, aby inženýři z NASA věděli, z jakého směru a kdy má sonda DART přiletět. Třetím úkolem je pozorovat oba asteroidy po kolizi a určit, jak se změnila oběžná dráha toho menšího. Tedy jaký měl impakt vliv,“ vypočítává Petr Scheirich.

Vznikne několikametrový kráter

Náraz do cíle by měl nastat letos 26. září. Nejistota času impaktu je pouze v řádu minut. „Dráha sondy je propočítána s určitou tolerancí, neboť relativní pozici obou asteroidů známe s odchylkou okolo stovky metrů,“ říká Scheirich. V první fázi cesty, která začala v listopadu 2021, DART svůj cíl, soustavu Didymos-Dimorphos, ještě „nevidí“. Teprve zhruba den před dopadem vyšle snímky, na kterých už vědci rozliší oba objekty. Tehdy začnou odborníci z řídicího střediska ve Spojených státech korigovat dráhu pomocí manévrovacích motorků. Přibližně hodinu před dopadem bude již sonda navedena na impaktní trajektorii s požadovanou přesností… pak už poletí k cíli setrvačností. Ještě předtím vypustí miniaturní družici LICIACube, která vyfotografuje hlavní momenty kolize.

Mise NASA, která změní dráhu asteroidu. Raketa se sondou DART na špici startuje k cíli, po dosažení potřebné výšky opouští sonda nosnou raketu a rozvinuje solární panely. Během letu se zapíná iontový motor a sonda se přibližuje ke dvěma asteroidům, většímu Didymosu a menšímu Dimorphosu, vzdáleným od Země šest milionů kilometrů. Pár minut před dopadem na asteroid Dimorphos vypouští sonda DART mikrosondu LICICube, která vyfotografuje náraz a mračno prachu vyvrhnutého impaktem. Snímky pak vyšle na Zemi. Mise má ověřit, jak lze změnit oběžnou dráhu asteroidu.

Credit: NASA, Johns Hopkins APL, Steve Gribben

Sonda zasáhne cíl čelně a sníží jeho oběžnou rychlost řádově o milimetry za sekundu. „Z našich pozorování vyplývá, že menší asteroid obíhá okolo většího rychlostí 17,4 cm za sekundu, zpomalení bude tedy poměrně velké a významně změní jeho dráhu. Ovšem nevíme, jaký bude přesný efekt dopadu. Teoreticky jsou propočítané všechny možnosti, ale realita nás může překvapit. Například sonda má zasáhnout těžiště asteroidu co nejpřesněji, NASA předpokládá odchylku pouhých 1,5 metru. Jenže těžiště nemusí být určeno správně, neznáme tvar ani přesnou hmotnost Dimorphosu,“ poznamenává Petr Pravec.

Změnu oběžné periody odhadují čeští vědci na jednotky až desítky minut. „Víme, že nyní trvá 11 hodin a 55 minut, pokud se zkrátí například o 15 minut, dokážeme tak velký rozdíl zjistit už po několika prvních měřeních.“

Pozorování bezprostředně po dopadu sondy znemožní mračno z prachu a úlomků vymrštěných nárazem. „Odhadujeme vznik až několikametrového kráteru, jeho velikost závisí na tom, jestli sonda zasáhne pevnou skálu, nebo spíše porézní materiál. Přesnou strukturu asteroidu neznáme, podle dálkových měření předpokládáme složení z křemičitanů, například olivínu a pyroxenu. Určitě to ale není slepenec ledu a kamenů,“ zdůrazňuje astronom Petr Pravec.

Podle modelových výpočtů NASA astronomové odhadují, že mračno se dostatečně rozptýlí asi týden po kolizi. Teprve pak mohou vědci získat první přesná měření a následně velice rychle během asi dvou týdnů po nárazu propočítat odchylku od původní oběžné dráhy. „Jednodušeji řečeno, už nyní díky sledování víme, kdy přesně nastávají změny ve světelné křivce, pokud se dráha oběhu nezmění. Až začneme měřit systém obou asteroidů po impaktu, měli bychom již během prvních pozorování poznat, že změny nastávají v jinou dobu než původně,“ dodává Petr Scheirich.

Srovnání velikosti obou asteroidů Dimorphos a Didymos s některými objekty na Zemi. Infografika: NASA, Johns Hopkins APLInfografika: NASA, Johns Hopkins APL

Konec měření v březnu roku 2023

Čeští astronomové budou oběžnou dráhu Dimorphosu průběžně upřesňovat, v březnu 2023 provedou poslední měření a výsledky pak zveřejní v odborném tisku.

Podle předpokladu obou vědců začne menší asteroid kroužit okolo většího po nižší dráze. V žádném případě ale mise DART neohrozí naši planetu, i po zásahu zůstanou obě vesmírná tělesa vzdálena minimálně šest milionů kilometrů od Země.

Celý projekt má ukázat, zda NASA umí velice rychle letící sondou přesně trefit vesmírný objekt o rozměrech jen několika desítek metrů. Další přínos spočívá v poznání, jak velký efekt bude náraz sondy do asteroidu skutečně mít. Výsledky mise poslouží pro výpočet impulsu potřebného ke změně dráhy potenciálně nebezpečného asteroidu a dovolí lépe pochopit, jak může tato technika pomoci v případě skutečné hrozby v budoucnosti.

Sto let (pravděpodobně) bez rizika

Prvním úkolem astronomů je nebezpečné těleso najít. Prohlídky oblohy probíhají, ale pomaleji, než odborníci doufali. „Prvotní cíl, objevit a spočítat dráhy minimálně 90 % asteroidů větších než jeden km, se už podařilo dosáhnout. Naštěstí nám v nejbližších sto letech od těchto největších asteroidů nic nehrozí, alespoň tedy o ničem nevíme. (Snad nás některý z těch zbývajících několika procent velkých blízkozemních asteroidů, které ještě zbývá objevit, nepřekvapí.) U několikasetmetrové planetky Apophis NASA odhadovala, že r. 2068 zasáhne Zemi. Nová měření tuto katastrofu vyloučila,“ říká Petr Pravec.

Podle odhadů odborníků krouží v blízkém okolí Země asi milion balvanů, ledových slepenců nebo kusů železa s rozměry od několika desítek metrů do jednoho kilometru. Proto byl před více než deseti lety stanoven nový cíl: určit dráhy 90 % těles větších než 140 metrů. Podle matematických modelů mohou objekty této velikosti po dopadu na Zemi způsobit významné potíže či dokonce ohrozit naši civilizaci. „Na včasnou změnu dráhy je nutné vědět o nebezpečném asteroidu alespoň deset let dopředu. Proto je potřeba zmapovat těch 90 % co nejdříve. Ovšem zatím je tento cíl splněn pouze na 40 %,“ poznamenává Petr Pravec.

O asteroidech menších než 140 metrů zatím máme jen velmi kusé informace. Přitom mohou způsobit škody lokálního charakteru, jak předvedl například tunguzský asteroid. Měřil „jen“ 50 metrů a v roce 1908 explodoval nad neobydlenou částí Sibiře. Tlaková vlna zničila les na ploše čtyřikrát větší než Praha. Aktuálnější je exploze 17 metrů velikého bolidu nedaleko Čeljabinska v roce 2013. Ve městě, kde žije přes milion obyvatel, naštěstí nikdo nezahynul, ale více než tisíc lidí utrpělo zranění. Většinou je pořezalo sklo, když za okny pozorovali dráhu bolidu na obloze a tlaková vlna rozbila okenní tabulky. „Tunguzský i čeljabinský asteroid považuji za varovně zdvižený prst přírody,“ říká Petr Pravec.

Nelze vyloučit, že takové události budou nastávat, ovšem včasná detekce valné většiny tak malých těles není v dohledné době ještě reálná.

Pozorování asteroidů brání satelity

Pokud k Zemi poletí například i poměrně velký asteroid ve směru od Slunce, nelze jeho přibližování vůbec zjistit. „Často slyšíme doporučení vynést dalekohledy do vesmíru, kde by sluneční paprsky nevadily. Ale zatím není vyřešený přenos obrovského množství dat pořizovaných prohlídkovými teleskopy na Zemi, masivní pozorování asteroidů přímo v kosmu je zatím nereálné,“ poznamenává Petr Scheirich.

Astronomové mají problém s neustále rostoucím počtem satelitů, které mají vytvořit okolo naší planety soustavu schopnou zajistit globální internet. Družice o rozměrech jednoho až sedmi metrů prolétávají přes zorné pole dalekohledů s kamerami, kterými se fotografuje obloha s expozičním časem v řádu deseti a více sekund. „Pokud satelit během průletu před objektivem kamery zakryje asteroid, už ani nepoznáme, zda tam nějaký je. Stopy prolétajících satelitů taky ovlivňují detekci hvězd v zorném poli teleskopu, což komplikuje výpočet souřadnic asteroidu. Tyto okolnosti snižují efektivitu pozorování a zvyšují náročnost zpracování měření,“ zdůrazňuje Petr Pravec.

Řešením tohoto problému by mohly být nové mezinárodní dohody o komerčním využívání kosmického prostoru, ale takové zatím nejsou v dohledu.

Změna oběžné dráhy Dimorphosu po nárazu sondy DART