Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Když embryo vystřelí z brokovnice

Publikováno: Vesmír 94, 676, 2015/12
Rubrika: Rozhovory

Byla to gigantická srážka. Obrovská kvanta hmoty rázem změnila skupenství a v okolí dnešní Země z nich vznikl Měsíc. Tento pravděpodobný scénář zrodu našeho nejbližšího kosmického souputníka je už dostatečně znám a zdálo by se, že na něm není mnoho ke zkoumání. Ale znáte to: Pak někdo přijde s originální myšlenkou…

Tím někým byl americký astronom William F. Bottke. Uvědomil si, že proces budování Měsíce musel zanechat rovněž ohromné množství úlomků, které neměly to „štěstí“ být zabudovány do jeho tělesa ani nespadly zpět na Zemi, ale unikly zemské přitažlivosti do meziplanetárního prostoru. Bottke se ve výzkumu tohoto jevu spojil se svým českým kolegou Davidem Vokrouhlickým z Astronomického ústavu Karlovy univerzity a dalšími kolegy, s nimiž letos v dubnu své výsledky publikovali ve vědeckém časopisu Science.

Kolik mohlo být materiálu, který takto z dosahu Země unikl?

Matematické modely ukázaly, že takovýchto „bratrů“ Měsíce, kteří jeho vznik doprovázeli, mohlo být od 2 do 10 procent hmoty, která se srážky obou těles aktivně účastnila. Počítáme do ní jak hmotu vyvrženou ze Země, tak tu, kterou přispěla zárodečná planeta o velikosti Marsu, s níž se Země srazila.

Jak veliké to byly kusy?

Nevíme to přesně, ale pravděpodobně největší z fragmentů, které se dostaly na dráhu, po níž začaly obíhat Slunce, mohly mít průměr až stovek kilometrů. Těch však mohlo být málo. Následovala celá plejáda menších těles. Odhadujeme, že těch o velikosti kolem jednoho kilometru mohla být asi miliarda.

Přitom dnes jich v této velikosti v hlavním pásu planetek známe přes 570 000.

Ano. Podle odhadů by dnes planetek o velikosti kilometru mělo být v hlavním pásu mezi Marsem a Jupiterem asi milion. V blízkozemní oblasti by takto rozměrných těles, schopných zkřížit dráhu Zemi, mělo být asi tisíc. Dnes je v tomto smyslu prostor kolem nás velmi „chudý“. Když to srovnáme s fází, kdy sluneční soustava teprve vznikala a populace malých těles byly oproti dnešku početnější, létaly kolem Slunce miliardy podobně velikých planetek. Časem však tato populace začala upadat. Buď je do své hmoty zabudovala již existující tzv. planetární embrya, nebo byl materiál gravitačními vlivy vymeten pryč. V okamžiku, kdy vznikl Měsíc, už byla původní populace kilometrových těles tak ochuzena, že když při srážce odletěl od Země čerstvý mrak pozůstatků srážky, byl početně natolik silný, že nezanikl v množství jiných podobně velikých těles té doby. Díky tomu projev této srážky nezmizel v šumu nějaké jiné populace, jak by se to stalo, pokud by byl jen kapkou v moři již existujících těles. V takovém případě bychom signál o vzniku Měsíce samostatně nemohli zaznamenat.

To, že se nám signál dochoval, tedy můžeme brát jako důkaz, že šlo o dobově významnou událost?

Určitě, přinejmenším ve vnitřních částech sluneční soustavy. Byť to byla epocha časově omezená. Trvala asi jen 100 milionů let, po ní většina těles doprovázejících srážku zanikla.

Těleso, s nímž se Země srazila, bylo jediné svého druhu?

Nikoliv. Předpokládáme, že takových planetárních embryí mohlo být i kolem deseti. Jedno tedy skončilo svou pouť srážkou se Zemí, jiná mohla zaniknout ve Slunci, další se vlivem gravitačních sil mohla přesunout blíže k plynným obrům a odtud být vymetena mimo sluneční soustavu.

Jisté je jen to, že k tak ohromné srážce, jakou tehdy zažila Země, už pak nedošlo.

Vypadá to opravdu tak, že touto událostí se ona bouřlivá raná perioda formování planet ve vnitřní části sluneční soustavy uzavřela.

Mimochodem létá v pásu planetek ještě některé z těles, jež jsou přímým pozůstatkem oné dávné katastrofy?

Pravděpodobnost je velmi malá, ale možné to je. Velké ale takové těleso nebude. Možná že jsou už i zpět na Zemi, v podobě meteoritů, jež na Zemi dopadly. A možná že kolem nich chodíme a kopeme do nich, neboť vypadají jako jakékoliv jiné kameny, které na Zemi den co den míjíme.

Je tedy relativně krátce po vzniku sluneční soustavy a směrem od Země putuje prostorem miliarda kosmických „broků“ o průměru jednoho kilometru. Co se s nimi stalo poté, co „zaparkovaly“ na oběžné dráze kolem Slunce?

Jejich pohyb jsme samozřejmě sledovali nepřímo, s pomocí matematického modelování v počítači. Zakomponovali jsme gravitační vliv dnes existujících planet a pozorovali, jak se vyvíjí dráha úlomků, vyvržených srážkou. Zajímalo nás, kolik kusů mohlo bombardovat tělesa v hlavním pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem.

Máme přitom jednu velkou výhodu, díky níž si můžeme ověřit, jestli realita odpovídá počítačové simulaci. Když tehdy houfec úlomků od Země dorazil až do hlavního pásu planetek, začala doslova kosmická střelnice. Miliardy obrovských kusů hornin se tu srážely se vším, co jim stálo v cestě. Každá srážka přitom v místních tělesech zanechala stopu – přeměnu struktury materiálu, kterou způsobilo roztavení a následné zchladnutí materiálu vlivem srážky s jiným tělesem. My jsme se v matematickém modelování soustředili na chování tehdejších velkých planetek, které se později po vlastním rozpadu při kolizích s jinými velkými tělesy staly mateřskými tělesy našich pozemských meteoritů.

Potřebujete tedy data z co největšího množství z těch 50 000 meteoritů, nalezených na Zemi. A co dále?

Znát stáří události, která je v některých meteoritech zdokumentována. Podotýkám, že i přes to zmíněné množství na Zemi nalezených meteoritů je to efekt, který v jejich materiálu nacházíme zřídka.

Kolik meteoritů, v nichž využitelné stopy jsou, jste tedy měli?

Přes padesát. U 34 z nich potvrdila analýza izotopů argonu, že šokové události v nich pocházejí z období před 4,32 až 4,567 miliardy let. Dalších 24 pocházelo z období před 4,45 až 4,49 miliardy let a datování se provádělo zkoumáním přeměny izotopů uranu na olovo. V té době tedy mateřská tělesa meteoritů musela být silně bombardována jakýmisi vnějšími projektily. Z těchto tepelných podpisů kosmického střeliva tedy usuzujeme, že Měsíc se zformoval před 4,47 miliardy let.

Což je v souladu s předchozími odhady.

Ano, ale myšlenka kolegy Bottka byla zajímavá v tom, že umožnila datovat vznik Měsíce novým způsobem. Ona totiž samotná představa, že Měsíc vznikl srážkou nějakého velkého planetárního embrya se Zemí, s sebou ještě nenese informaci o období, v němž se tak stalo. Zda je to 50, 100 nebo dokonce 200 milionů let po vzniku sluneční soustavy.

Máme ale přece vzorky hornin, nasbírané na měsíčním povrchu americkými astronauty projektu Apollo…

Tam je ale rozptyl, k němuž vědci zkoumáním měsíčních hornin došli, kolem 50 až 120 milionů let. Ony jsou totiž laboratorní datovací metody velmi choulostivé. Geochemikové zkoumají řady prvků, které spolu souvisejí radioaktivním rozpadem. Někdy se však tyto řady odvozují od velice vzácných prvků, natolik stopových, že i v těch nejmodernějších laboratořích je obtížné je studovat. Jednotlivé metody datace proto mohou být zatíženy nějakými chybami. Proto je vždy zajímavé přispět další informací do této skládačky vzniku Měsíce. Naše práce tak vlastně mozaiku doplňuje nezávislou informací o chronologii vzniku Měsíce a řadí jeho zformování do období 100 milionů let po vzniku sluneční soustavy ±15 milionů let. Tento čas se relativně dobře překrývá s ostatními údaji, získanými kupř. z lunárních hornin.

Literatura

Bottke W. F., Vokrouhlický D., Marchi S., Swindle T., Scott E. R. D., Weirich J. R., Levison H.: Dating the Moon-forming impact event with asteroidal meteorites, Science 348, 321, 2015 (on-line: 1url.cz/x8ls, 1url.cz/D8lj).

Bottke W. F., Vokrouhlický D., Marchi S., Jackson A., Levison H., Swindle T.: The earliest lunar bombardment produced by Moon-forming impact ejecta, workshop on Early Solar System Impact Bombardment III, 2015 (on-line: 1url.cz/z8l4).

RADIOMETRICKÉ DATOVÁNÍ HORNIN

Při datování hornin se využívá faktu, že téměř každý prvek periodické soustavy se v přírodě vyskytuje v několika variantách – izotopech. Některé jsou stabilní, jiné se rozpadají (mění se v jiné izotopy stejného prvku nebo v izotopy jiných prvků). Pro datování hornin je přitom nejdůležitější, že rozpad izotopu se děje jemu vlastní neměnnou rychlostí. Tu charakterizujeme termínem poločas rozpadu. Jde o čas, během něhož se polovina množství původního (nestabilního) izotopu rozpadne. K určení stáří horniny je nutno velmi přesně změřit, kolik je ve zkoumané hornině „mateřského“ radioaktivního izotopu určitého prvku (například uranu 235U) a kolik je v ní „dceřinného“ stabilního izotopu, vzniklého rozpadem zmíněného radioaktivního izotopu (v daném případě olova 207Pb). Víme-li, že polovina 235U se na 207Pb přemění za 707 milionů let, a budeme-li předpokládat, že veškerá jádra izotopu 207Pb vznikla rozpadem izotopu 235U, lze pak už z poměru obou izotopů snadno vypočítat absolutního stáří horniny, které lze interpretovat například jako okamžik vzniku Měsíce. Příklady izotopů užívaných při datování a jejich poločasy rozpadu jsou v tabulce.

Prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc., (*1966) vystudoval v letech 1980–1984 pražské Gymnázium u Libeňského zámečku, s rozšířeným vyučováním matematiky a fyziky. Fyziku a astronomii studoval na Matematicko-fyzikální fakultě UK. Absolvoval r. 1989 a stal se vědeckým aspirantem v Astronomickém ústavu UK, kde v r. 1992 obhájil doktorskou disertaci a v r. 1999 disertaci DrSc. Od r. 2000, kdy se na Matematicko-fyzikální fakultě UK habilitoval, působí v Astronomickém ústavu UK nejprve jako docent a od r. 2010 jako profesor. Od léta 2015 je jeho ředitelem.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201512_676-679.pdf (492 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky