Rss

Na čem pracujeme: Jak rotují kometární meteoroidy?

26-meteoroidy-capek   Každý den dopadnou na zem desítku tun materiálu z kosmu. Drtivá většina z těchto tělísek zůstává astronomy neodhalena, tělíska větší pak vyvolávají známé meteory – průletové jasnění, při němž se původní tělísko vypaří. Jasnějším meteorům se říká bolidy a jen ta nejjasnější a největší tělesa mají šanci proniknout vzdušným obalem a dostat se tak k přímému výzkumu z rukou vědců. Hlavním zdrojem pro prachová zrna (meteoroidy) jsou komety, z nichž se uvolňují při sublimaci povrchového ledu. Davida Čapka z AsÚ zajímalo, jakým způsobem větší prachová zrna, která by v zemské atmosféře vyvolala jasné bolidy, po opuštění komety rotují.

O rotaci těchto tělísek máme pozorovací důkazy, získané zejména při jejich průletu zemskou atmosférou. Světelné křivky některých jasných meteorů vykazují kvaziperiodické změny. Tento jev, zvaný flickering, by bylo možné vysvětlit rotací asymetrického tělíska. Další indicií se stal pád meteoritu Lost City v roce 1970, který byl zaznamenán čtyřmi kamerami americké prérijní sítě. Z pečlivé analýzy vyplývalo, že se pádová rychlost periodicky měnila – opět v souladu s modelem asymetrického otáčejícího se tělesa, kterému kladla atmosféra různý odpor podle aktuálního kolmého průřezu.
O rotaci meteorických těles před vstupem do atmosféry však nemáme prakticky žádné informace. Během letu meziplanetárním prostorem působí na takové tělísko mnoho negravitačních vlivů, nejvíce vliv slunečního záření, zanedbatelné ale nejsou ani efekty způsobené srážkami s dalšími tělesy. Jakkoli je popis těchto vlivů komplikovaný, jedna komponenta historie zcela chybí: popis počáteční rotace po opuštění komety.

26-meteoroidy-capek

Geometrické modely tří vybraných zrn z celkových 36 vyšetřovaných. Tyto modely vznikly třírozměrným skenováním úlomků hornin nalezených na Zemi.

Prachové zrno je od dob vzniku Sluneční soustavy uvězněno v ledu, který tvoří jádro komety. Jak se kometa přibližuje ke Slunci, led sublimuje (mění se na plyn) a uvolněné prachové zrno je unikající vodní párou vrženo do meziplanetárního prostoru. Jeho pohyb je ale pomalejší než je proudění kometárního plynu, takže plyn obtéká kolem tělíska a pokud má toto tvar alespoň trochu „do vrtule“, je toto tělísko roztáčeno. Tento proces nebyl doposud vůbec studován.

Mezeru zaplnil článek Davida Čapka vydaný v časopise Astronomy&Astrophysics. A dlužno podotknout, že si počínal velmi vtipně. Velkou neznámou pro takovou studii je totiž tvar meteoroidů, který není možné určit z žádného pozorovacího materiálu. Dopadlé meteority jsou obroušeny atmosférou, takže z původního tvaru také nic nezůstalo. D. Čapek tedy nahradil kosmická tělesa materiálem pozemského původu – zrny vzniklými drcením pozemských hornin nejrůznějších typů. Náhodně vybraná zrna nechal oskenovat třírozměrným laserovým skenerem a jejich tvar připodobnil komplikovaným mnohostěnem. Mnohostěn jako geometrické těleso lze již přímo použít při výpočtu vlivu očekávaných sil v plynovém proudu komety, neboť lze spočítat příspěvek pro každou plošku takového tělesa a výsledek je prostým součtem těchto příspěvků. Objem 36 vybraných vzorků se pohyboval mezi 0,51 a 17,29 cm3, „nejjednodušší“ těleso bylo reprezentováno 3548 ploškami, to nejsložitější pak bylo 35 242-stěnem.

Jako model proudění plynu v okolí komety použil D. Čapek tři v literatuře dostupné modely, od zcela směrově nezávislého proudění až po proudění ve velmi úzkém výtrysku. Volné parametry nastavil tak, aby model odpovídal předpokládanému úniku plynu z komety 2P/Encke. Výsledky zpracoval statisticky.

Ukazuje se, že ustavení rotačního stavu v okolí komety má dvě fáze. V první fázi je rotace tělesa velmi chaotická a nastává okamžitě po uvolnění tělíska z povrchu komety. Ve fázi druhé, ve větších vzdálenostech od komety, se ovšem těleso dostává do oblasti slabšího a organizovanějšího proudění plynu a jeho rotační stav se stabilizuje. Do vzdálenosti 25 poloměrů komety (tedy 100 km pro kometu Encke) se dostane milimetrové těleso asi za deset minut, deseticentimetrový zárodek bolidu pak asi za tři hodiny.

Statistickou analýzou se povedlo D. Čapkovi odvodit empirický vztah mezi střední dobou rotace, rychlostí, kterou meteoroid opouští kometu, a jeho velikostí. Je zajímavé, že tento vztah závisí jen velmi slabě na typu a tvaru použitého modelu. Dále se ukazuje, že směr vektoru momentu hybnosti není náhodný, ale že má tendenci zarovnávat se kolmo na směr výtoku plynu od komety. Pokud je tento jev reálný, vysvětlovalo by to pozorovanou polarizaci světla v komách komet. Většina částic navíc nerotuje kolem hlavní osy tensoru setrvačnosti, ale nachází se ve vybuzeném rotačním stavu, česky označovaném termínem volná precese.

Michal Švanda
Citace práce
Čapek, D., Rotation of cometary meteoroids, Astronomy & Astrophysics 568 (2014) A39, ArXiv:1404.0800
Kontakt: RNDr. David Čapek, Ph.D., capek@asu.cas.cz

Zdroj: http://www.asu.cas.cz/

Comments are closed.