 |
Akademie věd České republiky |
 |
|
Odhalení neobvyklé binární blízkozemní planetky Tým pozorovatelů a astronomů zabývajících se dynamikou získal pomocí radarových pozorování dosud nejpodrobnější informace o povaze binární blízkozemní planetky. Radarové snímky planetky označené (66391) 1999 KW4 (zkráceně jen KW4) poskytly kombinaci velmi přesného a vysokého prostorového rozlišení s úplným pokrytím rotační i orbitální fáze, což se dosud při pozorování binárních systémů nepodařilo. Snímky byly pořízeny v květnu 2001 při průletu planetky ve vzdálenosti 0,032 AU od Země, pomocí Goldstonské 70 m antény v Kalifornii a 305 m antény Arecibo v Portoriku. Nové výsledky, publikované v časopisu Science, představují radarové snímky s nejlepším rozlišením až 15 metrů, 3D počítačové modely obou složek systému a detailní popis orbitální a rotační dynamiky systému. Dynamika tohoto systému je unikátní v několika směrech. Dráha a rotace obou těles podléhají neustálým, zřetelně detekovatelným oscilacím, což dělá z tohoto objektu nejexcitovanější systém, jaký byl dosud ve Sluneční soustavě nalezen. Rychlost rotace primáru je tak vysoká, že by stačilo zvětšit jeho poloměr o pár metrů a už by části jeho povrchu odlétaly do prostoru (Převedeno do měřítek u Země je to jako kdybychom měli geostacionární družice ve výšce méně než 60 kilometrů). Tato rychlá rotace rovněž dělá z rovníku primáru nejnižší (ve smyslu tíhové síly, tedy kam by např. stékala kapalina) místo, přestože je nejvzdálenější od středu tělesa. Extrémní stav tohoto systému představuje výzvu pro teorie o vzniku binárů a poskytuje klíč k jejich vlastnostem a vývoji. Nejpravděpodobnější příčinu tohoto stavu lze připsat buď gravitačním silám při blízkých přiblíženích k planetám, nebo slabým, ale neustálým tepelným efektům na planetkách. Vytvoření počítačového modelu popisujícího dvě komponenty objektu a analýza jejich orbitálních a rotačních pohybů trvaly pět let a zabraly měsíce výpočetního času na superpočítači. Výsledkem je detailní pohled na systém s neobvyklými fyzikálními a dynamickými vlastnostmi. KW4 se na své dráze přibližuje Slunci na menší vzdálenost než Merkur a dostává se velmi blízko k Zemi. Každých šest měsíců podstoupí tato binární planetka blízký průlet okolo Slunce, během nějž se její dráha excituje a pootočí v prostoru. Astronomové usuzují, že tyto průlety mohou systém dostat do dynamického stavu, který dříve u malých těles nebyl pozorován. 1999 KW4 patří do skupiny potenciálně nebezpečných planetek (Potentially Hazardous Asteroid – PHA), protože jeho dráha v prostoru může časem protnout dráhu Země. Nicméně radarová měření ukázala, že se tato planetka nesrazí se Zemí přinejmenším v průběhu dalšího tisíce let. Kdyby se těleso o velikosti KW4 srazilo se Zemí, globální následky impaktu by byly tak rozsáhlé, že by znemožnily zemědělskou činnost a asi čtvrtina světové populace by podlehla hladomoru, což by nejspíše vyvolalo kolaps civilizace. Díky radarovému výzkumu dnes víme o fyzikálních vlastnostech planetky KW4 mnohem více, než o kterékoli z více než 800 známých kilometrových PHA. Větší komponenta systému KW4, nazývaná Alfa, má v průměru 1,5 km, při pohledu od pólu má kruhový obrys a rotuje s periodou asi 2,8 hodiny. Menší komponenta, Beta, má vůči Alfě asi třetinovou velikost a oběhne okolo ní jednou za 17,4 hodiny po kruhové dráze ve vzdálenosti asi 2,5 km. V důsledku excitace systému podléhají vzájemná dráha i rotace oscilacím, které by pozorovatel na jednom z těles výrazně postřehl. Například Beta v průměru míří k Alfě stále stejnou stranou, ale oscilace (kterým říkáme librace) způsobují viditelné houpání Bety kolem této orientace. Rovněž tak osciluje i přesný tvar a velikost vzájemné dráhy systému. Orbitální mechanismus binárního systému umožnil astronomům převést podrobná měření systému na hmotnosti, a protože radarová pozorování poskytují informaci o tvaru a objemu, také na hustoty obou komponent. Hustota Alfy, v kombinaci s optickými daty o složení, ukazuje, že se jedná o velmi porézní těleso. Tvaru Alfy vévodí výrazná výduť okolo rovníku s vertikálním rozměrem několik set metrů. Její severní okraj je ohraničený náhlým zlomem obepínajícím celé těleso a na jihu mírnějším, nesouvislým klesáním. Velikost Alfy, její rychlá rotace a vysoká porozita ukazují, že se jedná o tzv. „rubble pile“ (hromada balvanů) asteroid, držený především gravitací, spíše než pevností v tahu, a rotující velice blízko maximální možné rychlosti, které může odolat, aniž by se rozpadl na kusy. Tělísko umístěné na povrch Alfy by se díky rychlé rotaci skutálelo na rovník – na „nejníže“ položené místo na povrchu. Po dosažení rovníku by se tělísko nacházelo v téměř beztížném prostředí, jen málo by ho dělilo od toho, aby začalo okolo objektu obíhat. Kdyby Alfa rotovala jen o málo rychleji, takovéto částice by se již dostaly na oběžnou dráhu, zůstaly by ovšem uvězněny v blízkosti Alfy díky přítomnosti Bety. Nakonec tedy takové částice mohou spadnout zpět na Alfu a opět se přemisťovat směrem k rovníku. Velikost, tvar, rotace, hustota a porozita Alfy dohromady ukazují, že se jedná o nezpevněný gravitací držený shluk téměř na hranici rozpadu, což naznačuje, že tento binár vznikl v průběhu několika posledních milionů let a možná v době ještě nedávnější, z tělesa jen málo držícího pohromadě, které v důsledku rychlé rotace začalo ztrácet své části. Tento rozpad mohl být způsoben slapovými efekty při blízkém průletu okolo planety, nebo urychlováním rotace díky termálnímu vyzařování absorbovaného slunečního záření (tzv. „YORP“ efekt). Téměř kruhový profil komponenty Alfa při pohledu od pólu dále naznačuje, že tento rozpad mohl vést ke vzniku přibližně kruhového disku částic, spíše než jen protaženého tělesa. Zdá se, že Beta má mírně vyšší hustotu než Alfa, zřejmě díky jejímu libračnímu pohybu, který ji vystavuje neustálým slabým otřesům, díky nimž se materiál může uskupit do relativněji kompaktnějšího uspořádání. Systém KW4 je komplexní dynamická laboratoř pro studium vzájemného vlivu tuhých těles a vazeb mezi rotačním a orbitálním pohybem, které mohou být výraznější a mít odlišné časové škály, než u jiných binárů, které nám příroda připravila (dvojhvězdy, systémy Země – Měsíc a Pluto – Charon a mnohem větší binární planetky jako systém Ida – Dactyl). Předchozí studie dynamiky binárních systémů se nemusely potýkat s interakcemi komponent, jejichž tvary by byly nepravidelné a asymetrické a jejich nitra nesouvislá a porézní nakupení zrnitého materiálu. Tento nový výzkum je základem pro techniku potřebnou pro zkoumání binárních blízkozemních planetek a odhaluje jevy kritické pro porozumění vzniku a vývoje těchto planetek. Výsledky studia KW4 mají vážné důsledky pro představy o odvrácení hrozby srážky s asteroidem nejen z toho důvodu, že KW4 je nyní nejlépe popsaný PHA kilometrové velikosti, ale také protože fyzikální vlastnosti primární složky by učinily přistání velmi obtížné a složitá dynamika systému by zkomplikovala byť i pouhé manévrování sondy v blízkosti těles. Neobvyklá povaha systému KW4 a pohybu jeho komponent jsou mezi jinými srovnatelně dobře popsanými astronomickými objekty unikátní. Nicméně některé z obecných parametrů této planetky jsou zřejmě společné pro mnoho dalších binárních blízkozemních planetek, takže její zvláštní fyzikální vlastnosti se mohou vyskytovat běžně. Tyto nové výsledky byly uveřejněny v časopise Science jako dvojice článků pod vedením Dr. Stevena Ostro z NASA/Caltech Jet Propulsion Laboratory a Dr. Daniela Scheerese z michiganské univerzity. Dalšími spolupracovníky v týmu byli Jean-Luc Margot z Cornell University, Christopher Magri z University of Maine, Michael Nolan z Arecibo Observatory, Petr Pravec a Petr Scheirich z Astronomického ústavu Akademie věd ČR, Eugene Fahnestock, Stephen Broschart a Julie Bellerose z University of Michigan, a Lance Benner, Jon Giorgini, Randy Rose, Raymond Jurgens, Eric de Jong, a Shigeru Suzuki z JPL. Petr Scheirich |