Planetky urychlované slunečním světlem  
NASA plánuje odběr vzorků z půlkilometrového asteroidu. Vědci jeho dráhu měřili po několik let s takovou přesností, že jim to umožnilo zjistit, jaký vliv na pohyb tělesa má pohlcování slunečního světla a jeho znovuvyzařování v infračervené oblasti spektra. Tento Jarkovského efekt, teoreticky předpovězen před více než stoletím, byl měřením poprvé prokázán teprve před devíti lety.

 

Zvětšit obrázek
Logo projektu OSIRIS-REx, jehož cílem je na Yem dopravit alespoň 60 gramů povrchového materiálu planetky 1999 RQ36. Kredit: OSIRIS-Rex/NASA/Wikimedia

Sluneční světlo může malá meziplanetární tělesa pohánět i brzdit

Když slabý, zdánlivě nepatrný jev působí dostatečně dlouhou dobu, výsledný účinek bývá překvapivě výrazný. A nejde jen o ty pověstné kapky vody, které vytrvalým padáním vyhloubí do skály díru. I sluneční záře zmůže nečekané - třeba ovlivňovat oběžnou rychlost a dráhu malých těles, které na orbitě zalétají do oblasti vnitřních kamenných planet. Když ale chceme odhalit měřitelné projevy tohoto subtilního účinku, je potřebné po delší období pozorovat těleso s vhodnými parametry.


Světelné působení, takzvaný Jarkovského efekt, teoreticky popsal někdy okolo roku 1900 ruský fyzik Ivan Osipovič Jarkovskij. Odborná veřejnost jeho teorii zaregistrovala až o o několik let později, v roku 1909, kdy tento jev ve svém článku zmínil estonský astronom Ernst Julius Öpik. Na první přímý důkaz bylo nutno čekat sto let, protože ho mohla poskytnout až dostatečně přesná a dlouhodobá radioastronomická pozorování. Ta se zaměřila na blízkozemskou planetku Golevka, která se každé čtyři roky k Slunci přiblíží na vzdálenost téměř stejnou, jakou má Země v době, kdy je krátce po zimním slunovratu k Slunci nejblíže (perihelium Golevky = 0,9865 AU). V čtyřletých intervalech – v r. 1991, 1995, 1999 a 2003 – opakovaná přesná měření polohy tohoto malého nepravidelného asteroidu s rozměry 0,6 x 1,4 kilometru prokázala, že se na své oběžné dráze posunul o 15 kilometrů vůči poloze teoreticky vypočítané z gravitačních účinků. Rozdíl odpovídal předpokladům vyplývajícím z Jarkovského efektu.

Zvětšit obrázek
Když malé těleso rotuje stejným směrem, jakým se pohybuje po oběžné dráze, v dostatečné blízkosti ke Slunci ohřátá část po pootočení vyzařuje intenzivnější infračervené záření s vyšší energií „dozadu“, ve směru orbitálního pohybu, než pak, když se ochladí, směrem dopředu, proti směru pohybu. V tomto případě Jarkovského efekt těleso velmi nepatrně urychluje. V opačném případě, když rotace a oběh jsou protisměrné, se situace s vyzařováním otočí, a těleso maličko zbrzďuje. Část obrázku-zdroj Wikipedia

 

Jak světlo Golevku postrkuje?

Nejde o přímý tlak slunečního záření, ten je na větší hmotné těleso zanedbatelný a neměřitelný. Mechanismus slabého světelného pohonu tkví v absorpci slunečního světla přivrácenou „denní“ stranou, která se – podobně jako u Země – prohřeje. Jenže Golevka rotuje s šestihodinovou periodou, přičemž přijatou energii emituje ve formě tepelného záření. Jak nahřátý povrch v průběhu otočky postupně chladne, vyzařování slábne. Protože rotace tohoto asteroidu má stejný směr, jakým se těleso pohybuje po své oběžné dráze, je toto infračervené vyzařování ve směru oběhu intenzivnější, než proti němu, protože nahřátá část se nejdříve natočí „dozadu“, „hledíc“ tak za planetku. V tomto směru emituje více tepelného záření s vyšší energií, než když se pak postupně pootočí na „půlnoční“, od Slunce odvrácenou stranu a posléze ochlazena směrem dopředu, „hledíc“ před planetku (obr. vlevo). Tento rozdíl v množství a energii vyzařovaných tepelných fotonů jako reaktivní motor s titěrnou účinností velmi jemně postrkuje planetku vpřed a na nepostřehnutělně vzdálenější oběžnou dráhu. V případě, že rotace tělesa je vzhledem ke směru oběžného pohybu opačná, a tedy se nahřátou částí otáčí nejdříve „vpřed“, pak „k půlnoci“ a v třetí čtvrtině otočky „vzad“, Jarkovského efekt působí jako velmi slabá brzda.


Samozřejmě, že tento nepatrný vliv závisí od mnoha faktorů, jako jsou velikost a hmotnost tělesa, rotační perioda, albedo (odrazivost povrchu) a samozřejmě vzdálenost od Slunce.

Zvětšit obrázek
Série radarových snímků planetky 1999 RQ36 pořízených v září 1999 systémem pěti velkých radioteleskopů v Goldstone, v kalifornské poušti Mohave. Kredit: NASA/JPL-Caltech

 

Po Golevce 1999 RQ36

1999 RQ36 je pro laika ne právě sympatické označení blízkozemské planetky přináležící do skupiny Appolo. Toto asi půl kilometru velké kamenné těleso patří mezi ostře sledované objekty. Na své eliptické dráze zalétá do vzdálenosti o 0,34 astronomické jednotky, tedy o 51 milionů kilometrů od Slunce dál než Země na své oběžné dráze, ale také se k němu přibližuje na vzdálenost o téměř 13 milionů kilometrů kratší, než naše planeta. Podle výpočtů mezi lety 2169 a 2199 existuje jisté, i když velmi malé riziko vzájemné srážky. Potvrdit, nebo spíše úplně vyloučit to ale mohou jenom podrobnější znalosti tvaru a složení 1999 RQ36. Ale nejen proto NASA k tomuto velkému kosmickému balvanu v rámci projektu OSIRIS-Rex (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer) plánuje v září 2016 vyslat sondu, která by ho měla nejen prozkoumat z bezprostřední blízkosti, ale z jeho povrchu odebrat minimálně 60 gramů na uhlík bohatého regolitu – sypkého nezpevněného horninového materiálu. S velkou pravděpodobností jde o prapůvodní hmotu, z níž se v protoplanetárním disku tvořily vnitřní kamenné planety. Sonda má pak za úkol nabrat zpáteční kurz a po 505denní misi by na Zemi měla přistát kapsle se vzácným materiálem. Podobný, sedm let trvající projekt (2003 – 2010) realizovala japonská kosmická agentura JAXA. Cílem její sondy Hayabusa byl asteroid Itokawa. Po sérii technických problémů se sondě sice podařilo vrátit se k rodné planetě, nebylo ale jisté, jestli se odběr vzorků alespoň částečně zdařil. Při pečlivém, proti kontaminaci zajištěném průzkumu malé kapsle, jež po shoření Hayabusy v atmosféře dost tvrdě dopadla na Zem, bylo odhaleno asi 1 500 mikrometrových zrníček, z nichž většina by podle názorů vědců měla pocházet z Itokawy.

Zvětšit obrázek
Ilustrační, umělecky pojaté znázornění sondy OSIRIS-REx u planetky 1999 RQ36. Větší rozlišení. Kredit: NASA/Goddard/University of Arizona

 

Planetka s nejpřesněji určenou oběžnou dráhou
Pro plánovanou návštěvu asteroidu 1999 RQ36 sondou OSIRIS-Rex je potřebné co nejlépe poznat dráhu cílového tělesa. A to je úkol, s nímž si členové týmu z Laboratoře pro tryskové pohony NASA vyhráli. Díky výsledkům radarových měření provedených v loňském září pomocí 305metrového radioteleskopu v portorickém Arecibo a předtím, v letech 1999 a 2005, sítí pěti velkých (1 x 70 m + 4 x 34 m) parabolických antén observatoře Goldstone v kalifornské Mohavské poušti, se podařilo dosáhnout doposud nejpřesnějšího stanovení oběžné dráhy nějakého asteroidu. Američtí astronomové zjistili, že v průběhu uplynulých 12 let se v důsledku Jarkovského efektu planetka 1999 RQ36 posunula o 160 kilometrů vzhledem na polohu určenou výhradně gravitačními vlivy.

 

Když je planetka 1999 RQ36 k Slunci nejblíže, je Jarkovského efekt samozřejmě nejvýraznější, přesto ji ovlivňuje stejně, jako působí v zemském gravitačním poli tíha tří bobulí hroznů (s hmotností asi 15 gramů). Hmotnost asteroidu se přitom odhaduje na 68 milionů tun. Proto jsou nevyhnutná mnohaletá pozorování, aby byl výsledek vlivu tak nepatrné síly na tak velké těleso viditelný. Navíc jsou potřebná velmi přesná měření. Michael Nolan, člen týmu projektu OSIRIS-Rex, na observatoři v Arecibo zjišťoval vzdálenost mezi radarem a asteroidem s přesností na 300 metrů. 1999 RQ36 byl v tom čase od Země vzdálen na 30 milionů kilometrů.

"Je to jako měřit vzdálenost mezi New Yorkem a Los Angeles s přesností na pět centimetrů, a natolik citlivě, že musíme vzít v úvahu samotnou velikost planetky a rozlohu observatoře,“ vysvětluje Nolan.

 

Z výpočtů také vyplývá, že 1999 RQ36 má překvapivě nízkou hustotu, podobnou jakou má voda (asi 2,7 krát nižší než je průměrná hustota zemské kontinentální kůry). To naznačuje, že jde spíše o gravitační porézní slepenec, než o kompaktní kamenné těleso. Tento poznatek je důležitý nejen pro přesné projektování mise OSIRIS-REx, ale i pro lepší posouzení pravděpodobnosti srážky se Zemí a jejich případných následků.

 

Zdroj: NASA news

Datum: 29.05.2012 19:31
Tisk článku

Íkaros - Asteroid Android
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 199 Kč
cena: 167 Kč
Íkaros
Asteroid Android

Diskuze:

k druhej otazke

Roman Rodak,2012-05-30 07:57:09

k tej druhej otazke, asi je to cele o ucinnosti. ak by premena energie, ktoru ma nejake to vesmirne plavodlo k dispozicii, bola 100% ucinna, tak je jedno ci 2 eV mojej energie odnesie 2 eV foton (cca oranzove svetlo), alebo pomocou tychto 2eV urychlim nejake atomove jadro. Do ucinnosti samozrejme treba zahrnut to, ze akekolvek odpadove teplo je vyzarovane do vsetkych smerov rovnomerne a jeho silove posobenie sa vzajomne vyrusi.

Odpovědět

laicka otazky

Ján Osuský,2012-05-29 22:00:53

1. "Nejde o přímý tlak záření, ten je zcela zanedbatelný", nie je to nahodou tak, ze priamy tlak ziarenia kedze posobi od slnka (proti gravitacnej sile), tak len mierne skresluje nase vypocty hmotnosti asteroidu (alebo ineho telesa), zda sa o malicko lahsie nez naozaj je, ale kedze priamo ho odvazit nemozme, tak je to vlastne "jedno". Alebo je to zlozitejsie?
2. Ak tepelne vyzarovanie dokaze urychlovat asteroid, tak preco namiesto ionovych motorov nepouzivame fotonove? Nebola by LED dioda ucinnejsia ako urychlovac ionov?

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2012-05-30 08:58:57

1. Ten tlak je zanedbatelný v porovnání s popisovaným jevem. Jinak ovšem máte pravdu, tlak skutečně "nadlehčuje" nějakým podobným způsobem. Nicméně jde o zcela pranepatrný efekt, který lehce přebije kdeco jiného (například vlastní tepelné vyzařování těles, dopad mikrometeoritů a podobně).
2. To by teoreticky samozřejmě šlo, ale opět jde o pranepatrný efekt, mnohořádově slabší než třeba zmiňovaný iontový pohon. Existuje ovšem teoretický návrh fotonového pohonu, který by dokonce mohl urychlovat až někam blízko rychlosti světla, ale tam jde o neporovnatelně vyšší potřebné výkony emitoru záření, například založeném na anihilaci.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace