Výzkumy v ASU AV ČR (180): Studium jednoho z nejjasnějších bolidů ze satelitních pozorování jeho stopy

Dopady kosmických těles, planetek a komet, hrály v historii důležitou roli. Naštěstí k těm opravdu velkým nedochází často. V historické době je třeba připomenout explozi asi 60metrového tělesa nad tunguzskou tajgou v roce 1908. Připomenout musíme i událost vyvolanou 19metrovým tělesem v únoru roku 2013, která v ruské Čeljabinské oblasti vedla ke hmotným škodám a zraněním asi 1600 lidí. Čeljabinská událost byla unikátní množstvím pozorovacího materiálu, který zachytil nejen samotný pád tělesa, ale také vývoj jeho prachové stopy.

Podle současných statistických odhadů dochází k události srovnatelné s tunguzskou tak jednou za 500 let, dopad tělesa podobný čeljabinskému se očekává jednou za půl století. Bolidy způsobené desetimetrovými tělesy se pak objevují jednou za desetiletí. Přitom meziplanetární tělesa s rozměry 1 až 20 metrů patří mezi ta nejméně prozkoumaná. Abychom si jich vůbec všimli jejich dopadů, je zapotřebí globální kontinuální monitorování.

V tuto chvíli takový systém určený ke studiu bolidů není k dispozici. Přesto je možné informace o průletech kosmických těles získat jako vedlejší produkt vojenského systému US Government Sensors (USGS, česky bychom řekli, že jde o Síť senzorů americké vlády), který je určen k detekci možných vojenských hrozeb. Průlety bolidů jsou ale detekovány přirozeně také a jsou publikovány na webové stránce projektu. Publikované informace jsou ale omezené. Jsou i další systémy, u nichž jsou záznamy průletů bolidů vedlejšími produkty. Například síť infrazvukových stanic sloužících k detekci nukleárních testů nebo několik meteorologických družic.

Bylo tak velmi překvapivé, když se v seznamu bolidů USGS náhle objevila zpráva o pádu z 18. prosince 2018 před půlnocí světového času, jehož energie byla algoritmy USGS odhadnuta na 173 kt TNT, což je třetina energie uvolněná při pádu čeljabinského meteoritu. Šlo by o ojedinělou událost, která si zasloužila pozornost. Dlužno dodat, že infrazvuková síť pád též zaznamenala a z jejích měření odpovídá energie pádu spíše 50 kt TNT. I tak se jedná o jeden z nejjasnějších bolidů posledních desetiletí.

Jiří Borovička z ASU se postavil do čela týmu pracovníků z oboru meteorologie, protože bylo jasné, že dodatečné informace o pádu lze získat jen z kosmických družic hledících zpět na Zemi. Z údajů USGS totiž vyplynulo, že k průletu došlo nad neobydleným místem v Beringově moři, kde bylo navíc v té době zcela zataženo. Na výzkumníky se usmálo štěstí. Sice žádná z obíhajících družic nesnímala místo průletu během pádu, ale po nějakou dobu se nad oblačnou přikrývkou zachovala prachová stopa po tělese. A ta už zaznamenána byla a to hned několika různými družicemi. Mezi nimi japonskou Himawari-8, družicí Terra americké agentury NASA nebo meteorologickým satelitem GOES-17. Tyto družice snímaly prachovou stopu nejdříve dvě minuty po průletu bolidu a na přeskáčku poskytovaly data až čtyř ráno světového času, kdy se prachová stopa ponořila do zemského stínu.

Snímky z družic zabývajících se dálkovým průzkumem Země zachytily prachovou stopu a její stín na oblačné přikrývce nejen z různých směrů, tedy pod různými pohledovými úhly, ale také v různých spektrálních oborech.

Pozice stopy byla použita pro výpočet atmosférické trajektorie tělesa a také výpočtu trajektorie heliocentrické. Bohužel nebylo možné atmosférickou dráhu přímo vypočítat triangulací, neboť dostupné snímky byly pořízeny s určitým odstupem po průletu bolidu a mezitím byla stopa deformována výškovými větry. Autoři postupovali jinak. Modelovali předpokládaný vzhled stopy a jejího stínu odpovídající pořízeným snímků pro různé vstupní trajektorie s různými počátečními parametry. Parametry výškového větru byly převzaty z European Centre for Medium-Range Weather Forecasts a ověřeny proti údajům Britské meteorologické služby. Model s nejlepší shodou s reálnými snímky byl považovat na referenční. Míra shody ostatních modelů umožnila vyhodnotit jejich výsledky statisticky. Z nich například vyplývá, že byť byla trajektorie tělesa velmi strmá, je statisticky vyloučeno, aby byla přímo kolmá k povrchu. Její sklon však činil maximálně 21 stupňů vůči kolmici s radiantem v severozápadním směru. Množina radiantů reprodukujících pozorování vytknula na myšlené sféře poměrně velkou plochu. Je zajímavé, že radiant určený v USGS archívu se nachází těsně vedle této plochy.

Při znalosti radiantu a vstupní rychlosti (tu bylo nutné převzít z údajů USGS a její hodnota 32 km/s je nezvykle vysoká) bylo možné vypočítat heliocentrickou dráhu. Z výpočtů vyplývá, že se těleso pohybovalo na dráze skloněné vůči ekliptice alespoň o 40 stupňů a v perihéliu se dostávalo ke Slunci na vzdálenost 0,95 – 1 astronomické jednotky. Další orbitální parametry jsou již zatíženy nemalými nejistotami. S velmi vysokou pravděpodobností však šlo o těleso na asteroidální dráze a nezvykle vysoká vstupní rychlost není těmito parametry vyloučena. Byla způsobena nezvykle vysokým sklonem k ekliptice.

Mnohaspektrální pozorování družicemi dálkového průzkumu Země umožnilo studovat chemické složení prachové stopy. Například přístroj MODIS na družici Terra pořizoval snímky hned v šestatřiceti různých spektrálních kanálech, převážně v infračervené oblasti spektra. Spektrum vykazovalo dvě komponenty: jednak odražené sluneční záření a jednak tepelnou emisi prachových zrn. Zejména výrazný absorpční pás kolem 11 mikrometrů svědčí pro přítomnost zrn krystalického olivínu. Zajímavá je také nízká odrazivost modrého světla, což naznačuje, že se jednalo o jeden ze vzácnějších typů asteroidálního materiálu.

Vstupující těleso mělo nejspíše rozměr kolem 6 metrů a velkou pevnost v tlaku, neboť se významně rozpadalo až při dynamickém atmosférickém tlaku 30 MPa. To naznačuje, že značná část tělesa musela být tvořena kompaktním materiálem bez prasklin. Nemohlo tedy jít o křehký materiál kometárního původu. Vlastnosti tělesa jsou kompatibilní spíše s nižší pádovou energií odpovídající údajům infrazvukové sítě než sítě USGS.

Šestimetrové těleso by mělo do Země narazit statisticky jednou za dva roky. Na druhou stranu je takové těleso dost velké na to, aby mohlo být zachyceno automatickými prohlídkami ještě před dopadem, dvě hodiny před dopadem by jeho jasnost činila asi 15 magnitud, což je zcela v možnostech automatických hledačů. Toto těleso se navíc při přiblížení k Zemi nikdy nedostalo do zemského stínu a tak se pro pozorovatele přibližovalo za takřka ideálních podmínek. Z Evropy by bylo viditelné asi 30 stupňů nad severo-severovýchodním obzorem. Přesto byl dopad tělesa nad Beringovým mořem překvapením.

REFERENCE

J. Borovička a kol., Satellite observations of the dust trail of a major bolide event over the Bering Sea on December 18, 2018, Astronomy & Astrophysics 644 (2020) A58, preprint arXiv:2010.13597.

KONTAKT

RNDr. Jiří Borovička, CSc.
jiri.borovicka@asu.cas.cz 
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

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

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.