Novinky

Na čem pracujeme: Meteory vypovídají o vlastnostech meziplanetární hmoty

Tým astronomů z Oddělení meziplanetární hmoty ASU detailně studoval spektra 152 meteorů a klasifikoval je, studoval jejich fragmentaci i to, zda při letu zanechávají stopu. Pozorované vlastnosti svědčí o velmi komplikovaných poměrech, které panovaly ve Sluneční soustavě v době jejího formování, kdy se látka v protoplanetárním disku zřejmě velmi složitě promíchávala.

Poznatky o minulosti celé Sluneční soustavy jsou trvale uloženy v meziplanetárním prachu, který pochází z mateřských těles: komet a planetek. Ty jsou z části tvořeny právě zbytky po formování systému před více než čtyřmi a půl miliardami let Jsou dva principiální způsoby, jak tuto informaci využít. Jednak je možné vyslat do kosmu kosmickou družici, která bude zrnka meziplanetárního prachu sbírat a buď na místě analyzovat nebo je dopraví zpět na Zemi k analýze v laboratoři. A nebo si počkáme, až se prachová zrnka na Zemi dopraví sama. Přesněji ne až na povrch zemský, ale do zemské atmosféry. Při jejím průniku se zrnka zpomalují, třením se ohřívají a vypaří. Astronomové mluví o dobře známém jevu meteoru. V záření prolétajícího meteoru pak pozorujeme otisky chemického složení původního tělesa, spektrální čáry prvků, z nichž bylo toto tělísko složeno.

Vlastimil Vojáček z ASU a jeho kolegové si přirozeně vybrali druhou možnost. Ta je jednak finančně mnohem méně náročná a jednak výtěžnost této metody je mnohem vyšší. Navíc umožňuje využít již existující přístrojové vybavení ASU, v tomto případě zejména přímá pozorování průletu meteorů s pomocí videokamer párovaná s pořizováním jejich spekter. Odborníci v ASU mají v této disciplíně velmi dobré zkušenosti z minulých prací. Pro záznam průletu meteoru používají komerční videokamery vybavené zesilovači obrazu, což umožňuje sledování i slabších meteorů a především přímý záznam jejich průletu s vysokou časovou kadencí.

Tentokrát studovali bohatý archív pozorování z let 2004 až 2014, z něhož vybrali pro bližší zkoumání 152 konkrétních meteorů s jasnostmi mezi –5 a +3 magnitudami. Studie byla zaměřena především na tzv. sporadické meteory, tedy takové, které nejsou přímo spojeny s některým ze známých meteorických rojů, ale především z porovnávacích důvodů bylo zahrnuto i 31 rojových meteorů. Pečlivá ruční selekce se soustředila na meteory s velmi dobrou kvalitou záznamu, vyloučeny byly tedy jak meteory podexponované, tak přeexponované, meteory, u nichž nebyla ve spektru přítomna žádná spektrální čára, meteory, jejichž záznam byl neúplný atd.

Spektrum meteoru zaznamenané přístroji ASU.
Spektrum meteoru zaznamenané přístroji ASU. Meteor samotný je patrný v pravém horním rohu zorného pole, od něhož diagonálně doleva dolů míří pás zaznamenaného spektra. Dobře jsou patrné některé jasné emisní spektrální čáry. Přibližně ve spodní třetině spektra je dobře patrný difúzní „výběžek“ kolmo na pás spektra. Jde o zelenou čáru atmosférického kyslíku.

V prvním kroku byly meteory klasifikovány podle intenzity spektrálních čar neutrálního sodíku, hořčíku a železa. Další analýza se zaměřovala na počáteční výšky. Tento údaj v sobě nese informaci o pevnosti materiálu, neboť při stejné vstupní rychlosti bude pevnější materiál (jako např. v případě železných meteoroidů) podléhat intenzivnímu odpařování až hlouběji v atmosféře. Pro každý z meteorů byly dále vypočteny orbitální dráhy jejich původců a opět rozděleny do několika typů.

Pro každý z meteorů se aplikovalo každé z klasifikačních kritérií. Například hned patnáct meteorů bylo klasifikováno jako železných, všechny takové patřily mezi sporadické. Většina z nich má typické trajektorie svědčící o jejich původu v planetkách. Pět ze železných meteorů ale má trajektorie zcela jiné. Jeden se původně přibližoval Slunci, další dva lze klasifikovat jako meteoroidy Jupiterovy rodiny, tedy výrazně v pohybu ovlivněné největší planetou Sluneční soustavy. Jejich trajektorie jsou podobné krátkoperiodickým kometám Jupiterovy rodiny. Dva železné meteory pak mají oběžné dráhy podobné kometám typu Halley, tedy s aféliem v oblasti dráhy Neptunu.

Detailní světelné křivky pořízené s vysokou kadencí umožnily započítat fragmentační model vyvinutý odborníky Oddělení meziplanetární hmoty ASU. Model fragmentace je popsán několika parametry charakterizujícími vlastnosti tělesa. Jedním z těchto parametrů je i velikost zrníček, které jsou seskupeny v meteoroidu a drženy pohromadě. Z modelování V. Vojáčka vyplývá, že v případě studovaných případů je hmotnost zrníček mezi 10–10 a 0,03 gramu, což odpovídá velikostem mezi 5 mikrometry a 2,5 milimetry. Během rozpadu každého z meteoroidů se uvolnilo mezi sty a sty miliony zrníček. Statistické rozložení velikostí zrníček vypočítaných z modelu je v dobrém souladu s přímým měřením sondou ROSETTA, která zblízka zkoumala kometu 67/P Čurjumov-Gerasimenko.

Tím mravenčí práce odborníků z ASU nekončila. Věnovali se také morfologii meteorů, tedy jaké mají meteory tvary a zda za sebou zanechávají  stopy. Zde se například ukazuje, že velká část sporadických meteorů není doprovázena stopou, ta je typická spíše pro tělíska kometárního původu.

V průběhu letu meteoru se z tělíska odpařují jednotlivé chemické substance, dobře patrné je zejména odpařování sodíku pro jeho těkavost.Kombinace všech poznatků dohromady ukazuje, že velký vliv na uvolňování sodíku mají procesy v meteoru a jeho struktura. To je ovlivňováno velikostí zrníček, z něhož je tělísko slepeno. Meteoroidy s menšími zrníčky mají tendenci odpařovat sodík dříve, v horní části atmosféry. Vzorek zkoumaných meteorů je každopádně velmi nesourodý, podporující představu velkoprostorového míchání v rané Sluneční soustavě. Budoucí lepší modely budou muset tuto různorodost brát v úvahu.  

Michal Švanda

Citace práce

V. Vojáček, J. Borovička, P. Koten, P. Spurný a R. Štork, Properties of small meteoroids studied by meteor video observations, Astronomy&Astrophysics 621 (2019) A68

Kontakt: Mgr. Vlastimil Vojáček, Ph. D., vlastimil.vojacek@asu.cas.cz