Výzkumy v ASU AV ČR (158): Žďár nad Sázavou – nejlépe zdokumentovaný pád meteoritu v historii

Když krátce po čtvrt na šest večer dne 9. prosince 2014 vstoupilo do atmosféry asi 150kilogramové těleso, tzv. meteoroid, rychlostí necelých 22 km/s, začalo se prudce třít o zemský vzdušný obal. Ve výšce 98 km začalo zářit natolik, že překročilo práh citlivosti digitálních celooblohových kamer a dále zjasňovalo, přičemž pokračovalo v letu atmosférou pod velmi mělkým úhlem jen asi 26 stupňů vůči horizontální rovině. V maximu dosáhl bolid jasnosti –15,3 magnitudy, tedy asi 10krát jasnější než Měsíc v úplňku a během devět sekund trvajícího letu překonal vzdálenost přes 170 km. Těleso se za letu intenzivně rozpadalo, což se ve světelné křivce projevilo mnoha výraznými zjasněními. Těleso přestalo zářit ve výšce téměř 25 km, kdy se pohybovalo rychlostí již jen necelých 5 km/s. Fragmenty původního tělesa postupně pohasínaly a pokračovaly nepozorovaně ve volném pádu až na zem, do rozsáhlé oblasti jižně od města Žďár nad Sázavou. 

Původně se meteoroid pohyboval na heliocentrické dráze zjevně protínající zemskou orbitu. Z podrobné analýzy fotografických záznamů bylo odvozeno, že se na poměrně protáhlé dráze dostával v periheliu mírně dovnitř dráhy Venuše, zatímco v aféliu se vzdaloval až do vnějších oblastí hlavního pásu planetek. Dráha tělesa je tedy typicky asteroidální s velmi malý sklonem. V současnosti jsou známa další dvě tělesa s oběžnými dráhami stejného typu, ale s jinou orientací a vyššími sklony. Těleso nepatřilo k žádnému známého meteorickému roji.

Průlet bolidu byl zaznamenán celkově deseti automatickými kamerami Evropské bolidové sítě, sedmi digitálními a třemi analogovými s fotografickým záznamem. Je až symbolické, že tento bolid letěl v den završení významné modernizace české části Evropské bolidové sítě, která spočívala v nasazení nových automatických digitálních kamer, které byly vyvinuty v ČR a patří k nejmodernějším přístrojům určených ke komplexnímu sledování bolidů na světě. Navíc instalace poslední digitální kamery byla dokončena odpoledne 9. prosince 2014 a to právě na stanici Kuchařovice, která byla z těch, které měly jasno, nejblíže konečnému bodu trajektorie, a data z ní se tak stala rozhodujícími pro přesné určení dopadového pole meteoritů. Průlet je též zachycen v jednom videu pořízeném z projíždějícího automobilu. Z bolidových stanic jsou k dispozici také velmi podrobné světelné křivky z radiometrů, které jsou součástí nových digitálních kamer a které snímají celooblohový jas 5000krát za sekundu. Tyto údaje jsou velmi důležité zejména pro popis fragmentace tělesa. Na stanici Svratouch, která byla nejblíže konci bolidu, avšak v době jeho přeletu zde bylo zataženo, byl zaznamenán sonický třesk z nadzvukového průletu meteoritu a kromě toho existují i záznamy ze seismických stanic. 

Již z prvního fitu naměřených dat přímkovou trajektorií bylo jasné, že se dráha bolidu významně zakřivovala. Vzhledem k velmi povlovnému poklesu atmosférou a dlouhé délce trajektorie lze očekávat, že se trajektorie ohýbala gravitačním působením Země. Tak se podařilo vysvětlit tvar trajektorie v její první, delší části než se těleso začalo významně rozpadat. Pak ale byly odchylky nepřijatelně velké a nedaly se vysvětlit působením zemské gravitace. Podrobnou analýzou dat se ukázalo, že toto zakřivení je projevem změny směru letu hlavního tělesa v důsledku rozpadu. Tento rozpad udělil tělesu příčnou rychlost kolem 200 m/s, což je sice ve srovnání s rychlostí podélnou v tom okamžiku 19 km/s malá hodnota, ale i to, díky vysoké kvalitě pořízených dat, stačilo k zaznamenání těchto měřitelných odchylek. 

Na světelné křivce bylo zachyceno mnoho zjasněních, která se přisuzují intenzivním epizodám fragmentace tělesa. Například mezi výškami 75 a 72 km prudce narostla jasnost tělesa o čtyři a půl magnitudy (tedy skoro stokrát), zjasnění o 1,8 magnitudy bylo pozorováno také ve výškách 65,5 až 64 km. Poslední dvě velké fragmentační epizody byla zachycena ve výšce 40 a necelých 37 km se skokem o 1,4 magnitudy, kdy také bolid dosáhl maximální jasnosti. Další pozorování svědčí o tom, že největší fragment pocházel právě z této poslední velké epizody. 

Světelnou křivku se podařilo popsat s pomocí fragmentačního modelu, který bere v úvahu celou řadu různých fragmentů s různými vlastnostmi. Model ukazuje, že postupná fragmentace tělesa probíhala dvoustupňově. První rozpad nastal už za relativně malého dynamického tlaku 0,016 MPa, což je hodnota o řád nižší, než bylo odvozeno pro jiné kvalitativně podobné a taktéž podrobně zaznamenané pády těles. To znamená, že vstupující těleso bylo velmi křehké, nejspíše jako důsledek kolizí v meziplanetárním prostoru. Další podstatné rozpady probíhaly již při podstatně vyšších dynamických tlacích srovnatelných s jinými pády, kdy se již bortily více soudržné fragmenty. 

Fragmentační model slouží nejen k popisu světelné křivky, ale především k předpovědi hmotnostního rozdělení meteoritů, které mohou dopadnout na zemský povrch. Model předpověděl největší fragment s hmotností 1,3 kg, další velký kousek může mít 100 až 200 g. Model dále předpovídá asi 250 meteorů s hmotnostmi 10 až 200 g (s celkovou hmotnostní 6 kg) a na 3000 meteoritů s hmotnostmi v rozsahu 1 až 10 g (celkově 7 kg). 

Předpovězená pádová oblast se nacházela v zemědělské oblasti Českomoravské vrchoviny jižně od Žďáru nad Sázavou. Terén byl celkově velmi nevhodný pro systematické hledání. Vypočtená dopadová oblast byla několik kilometrů široká a přes 30 km dlouhá, což bylo dáno jednak malým sklonem dráhy tělesa v atmosféře, dále pak jeho intenzivní fragmentací v poslední čtvrtině světelné dráhy a v neposlední řadě též vlivem výškového proudění vzduchu, které významně ovlivnilo výsledné trajektorie letu jednotlivých meteoritů. Bylo jasné, že pouze pracovníci Oddělení meziplanetární hmoty ASU takto velkou oblast prohledat nemohou.

Profesionálové tedy požádali o pomoc amatérské spolky a také místní obyvatele. První meteorit byl tedy nalezen při jedné takové akci amatérských astronomů „už“ 20. prosince. Nalezl ho pan Tomáš Holenda a tento meteorit vážil 5,9 g. Jen o pár hodin později pokryl dopadovou oblast sníh, který na dvacet dní další hledací pokusy zhatil. Po velmi rychlém tání sněhu na konci první dekády nového roku bylo hledání obnoveno a tak druhý meteorit o hmotnosti 39.3 g nalezl Tomáš Henych z ASU 12. ledna 2015 a konečně třetí byl nalezen 2. května 2015 soukromým sběratelem, panem Zdeňkem Tesaříkem. Ten vážil 41,7 g. Všechny tyto meteority byly nalezeny přesně v předpovězených oblastech pro odpovídající hmotnosti. 

Dvě věci jsou tak jasné. Významný rozvoj automatických bolidových stanic v minulých letech přispěl k zásadnímu zvýšení jak efektivity, tak i kvality pozorování, což ve spojitosti s významně vylepšenými metodami zpracování vedlo k výraznému zpřesňování vyhodnocení pozorovacích dat a tak značnému zlepšení jednak popisu fyzikálních procesů při letu bolidu, a také k předpovědi dopadové oblasti meteoritů, pokud nějaké zůstaly. A za druhé, tam někde u Žďáru se stále nachází téměř 15 kg neobjevených meteoritů, přičemž ten největší z nich může mít téměř kilo a půl. 

REFERENCE

P. Spurný, J. Borovička, L. Shrbený, The Žďár nad Sázavou meteorite fall: Fireball trajectory, photometry, dynamics, fragmentation, orbit, and meteorite recovery, Meteoritics and Planetary Science First published: 09 February 2020, doi.org/10.1111/maps.13444, preprint arXiv: 1912.11784

KONTAKTY

RNDr. Pavel Spurný, CSc.
pavel.spurny@asu.cas.cz
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení meziplanetární hmoty ASU