Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
Málokterý zájemce o astronomii doposud neslyšel o planetce Apophis. Těleso s rozměrem asi 300 metrů na blízkozemní dráze bylo objeveno v roce 2004 a už o půl roku později na Turínské škále (Torino scale) rizika srážky se Zemí získalo čtvrtý stupeň (což je nejvyšší kdy dosažený), neboť podle předběžné dráhy byla pravděpodobnost srážky se Zemí v roce 2029 odhadnuta až na 1:37. Po upřesnění dráhy byla sice srážka v roce 2029 vyloučena, ale i tak proletí planetka 13. dubna 2029 velmi těsně kolem Země. Jak se bude jeho dráha vyvíjet dále je otázkou, neboť na ni mají vliv nejrůznější slabé efekty. Petr Pravec z AsÚ koordinoval rozsáhlý mezinárodní tým, který studoval rotaci tohoto asteroidu analýzou fotometrických pozorování získaných pozemními dalekohledy v mezinárodní kampani. Tým získal robustní údaje o typu a rychlosti rotace tohoto tělesa, což bude využitelné pro přesnější předpovědi budoucího vývoje dráhy planetky ve Sluneční soustavě.
13. dubna 2029 (mimochodem, bude to v pátek) proletí Apophis kolem Země skutečně těsně, pravděpodobně ve vzdálenosti asi 31 000 km, což je blíže, než obíhají geostacionární družice. Planetka bude při svém průletu pohodlně pozorovatelná pouhým okem a to přímo z Evropy. Těsný průlet kolem tak hmotného tělesa jako je naše planeta bude mít nepochybně na budoucí trajektorii planetky velký vliv. Přesná průletová vzdálenost však závisí na dlouhodobém vývoji trajektorie do té doby, na němž se podílejí zejména negravitační jevy, zejména tzv. Jarkovského jev. Těleso je na denní straně ohřáto Sluncem, ovšem v důsledku rotace planetky a také tepelné setrvačnosti povrchových vrstev je nejteplejší místo povrchu planetky posunuto proti subsolárnímu bodu. Fotony infračerveného záření pak vytvářejí neustálý malý „raketový tah“ s malou složkou rovnoběžnou se směrem pohybu. Pokud těleso rotuje prográdně (tj. ve stejném smyslu. jako obíhá kolem Slunce), Jarkovského efekt jeho rychlost zvyšuje (tedy velká poloosa dráhy se zvětšuje), při retrográdní rotaci jeho rychlost snižuje (velká poloosa dráhy se zmenšuje). Přesná znalost rotačního stavu planetky je tedy klíčem pro správný odhad síly Jarkovského jevu a jeho vlivu na změnu dráhy tělesa.
Předchozí popisy rotace Apophisu byly nepřesné, mluvily o rotaci kolem hlavní osy tělesa s periodou 30,4 hodiny. Tento odhad byl však získán metodou s mnoha zjednodušujícími předpoklady. Jiné planetky velikosti Apophisu s rotační periodou podobnou té odhadnuté jsou však známy jako tělesa nerotující kolem hlavní osy, ale vykazující znatelnou precesi. Kdybychom měli tento pohyb něčemu připodobnit, nejspíš bychom museli konstatovat, že se planetka při svém letu Sluneční soustavou komplikovaně převaluje. Do nabuzeného rotačního stavu může uvést planetku například srážka s jiným tělesem.
P. Pravec tedy od prosince 2012 do dubna 2013 koordinoval mezinárodní pozorovací kampaň šesti dalekohledů zaměřenou na fotometrii této plane. Po vzájemné kalibraci a kombinaci všech pozorování měl tým k dispozici celkově 1098 měření z 49 nocí. Přibližně polovinu těchto dat získali pracovníci AsÚ s pomocí 1,54metrového dánského dalekohledu na observatoři ESO La Silla v rámci dlouhodobého projektu výzkumu negravitačních jevů na planetkách. Pokus o přímé určení rotační periody ze složené světelné křivky však nevedl k jednoznačným výsledkům. V datech sice byla patrná perioda 30,56 hodiny, ale vzhled křivky dával tušení, že je tato křivka dvojperiodická a význačná perioda je složením rotační periody kolem hlavní osy a precesní periody této osy.
Tým proto využil sofistikovanější metody, a to sice fyzikálního modelu. Ten spočívá v konstrukci 3-D modelu tělesa z malých plošek, přičemž pro model se počítá syntetická světelná křivka. Změnami velikosti, pozice a orientace jednotlivých plošek tvořících „drátěný model“ tělesa a také změnami pozice rotační osy a rotační a precesní periody se hledá takový model, jehož světelná křivka nejlépe odpovídá té měřené. Tzv. inverze světelné křivky je matematickou úlohou, kterou lze za určitých zjednodušujících předpokladů úspěšně vyřešit. Svoji sílu tato metoda projevila již v minulosti např. při konstrukci tvaru jiných planetek (např. Eros), které pak mohly být porovnány se skutečností zjištěnou při návštěvách kosmických sond.
Nejlepší model planetky Apophis ukázal, že hlavní komponentou rotace planetky je otáčení kolem hlavní osy s periodou 27,4 h a to retrográdně. Osa rotace pak preceduje jednou za 263 hodin přibližně po plášti kužele s vrcholovým úhlem 50-60°. Planetka se tedy sice nachází ve vybuzeném rotačním stavu, ale kinetická energie rotace je jen nepatrně (o 2 až 3%) větší než by byla kinetická energie stejného tělesa rotujícího v základním stavu kolem hlavní osy (tedy bez precese). Momenty setrvačnosti kolem os tělesa jsou přibližně v poměru 1:0.96:0.61, těleso lze tedy připodobnit protáhlým jednoosým elipsoidem.
Retrográdní rotace prostřednictvím Jarkovského jevu zvyšuje pravděpodobnost srážky planetky se Zemí při přiblížení 12. dubna 2068, avšak pouze nepatrně na hodnotu 1:435 000. Apophis je však zástupcem skupiny pomalu se převalujících planetek, u nichž zejména není zřejmý mechanismus vzniku nabuzeného rotačního stavu. Jejich studium tedy přináší důležité střípky do skládačky popisující vývoj rotace planetek.
Reference: Pravec P. a kol., The tumbling spin state of (99942) Apophis, Icarus 233 (2014) 48—60
Kontakt: Mgr. Petr Pravec, Dr., HYPERLINK "mailto:ppravec@asu.cas.cz"ppravec@asu.cas.cz
Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.