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

Meziplanetární a mezihvězdné prachové částice

Kondenzovaný materiál sluneční soustavy je pestrý a pochází pravděpodobně z jednoho zdroje
Publikováno: Vesmír 76, 25, 1997/1

I am a carnivorous fish swimming in two waters, the cold water of art and the hot water of science. 1)

Salvador Dali

Většina „padajících hvězd“ meteoru je demonstrací vstupu meziplanetární hmoty do atmosféry planety Země. Částice se třením o vzduch zahřívá a shoří – vypaří se, anebo pokud byla částice větší nebo se pohybovala pomalu, roztaví se či jen nataví a dopadá na povrch Země. Ty největší se přibrzdí a způsobují „katastrofy“. Ty drobné a nejdrobnější částice, milimetrových či submilimetrových rozměrů, se vyskytují v meziplanetárním prostoru ve shlucích, některé jsou zbytky rozpadlých a vyhaslých komet, jiné jsou spojovány s asteroidy. Odtud známé meteorové roje, jako jsou Drakonidy či Perseidy. Ze světelné stopy, kterou za sebou částice zanechává, lze určit hmotnost, rychlost, měrnou hmotnost a někdy i chemické složení.

Tavením v atmosféře vznikají kuličky, které nalézáme v nejrůznějších geologických útvarech, ale i na dně oceánů. V současnosti dopadá na zemský povrch zhruba 10 000 tun kosmického materiálu ročně v miliardách malých částic. To opravdu není málo, nicméně kdyby dopady prachových částeček byly rovnoměrně rozloženy po povrchu a všechny částice měly průměrný rozměr, pak na každý čtvereční metr dopadne ročně jedna částice. Informace, kterou lze z takové kosmické kuličky „vyčíst“, je sice cenná, leč extrémně vysokými teplotami zkreslená. Těkavé komponenty byly odpařeny, namísto minerálů je přítomno sklo a extrémně vysoké teploty při tavení ve svrchních částech atmosféry vedly i ke ztrátě takových elementů, jako jsou kyslík, uhlík, alkalické kovy, a protože extrémně vysoká teplota vede k rozkladu oxidických křemičitanových vazeb, často se vyskytují ryzí kovy. Jen ojediněle, za předpokladu nízkých vstupních rychlostí nebo při neobvyklé geometrii vstupu částice do atmosféry, se meziplanetární prachové částice a mikrometeority (obyčejně tvořené několika minerálními zrny, která je možno srovnat a přiřadit některým známým skupinám meteoritů) dostávají do atmosféry. Pátrání po nezměněných součástkách meziplanetárního prostoru je motivováno stejnou touhou jako studium meteoritů. V prvé řadě se hledá materiál, který vedl k vytvoření těles větších, planetesimál, i materiál, který je pozůstatkem takového stvoření.

Jedním způsobem pátrání po mikrometeoritech i meziplanetárních prachových částicích je hledání v antarktickém anebo arktickém ledu. Několik krychlových metrů ledu se roztaví a voda se filtruje. Ve filtrátu je spousta prachového materiálu a mezi pozemskými součástkami třeba prachu pouští, zanesenými větrem, jsou i kousky meziplanetární hmoty. Dalším způsobem hledání takových součástek je sbírání prachu ve vysoké atmosféře (stratosféře) letadly. Těch neroztavených a „neobroušených“ součástek kosmického původu se podařilo letadly sesbírat značné množství (tisíce zrnek) a podle toho, jak vypadají, se dělí do dvou skupin. Jedny jsou homogenní, pevné, tvořené jedním nebo několika minerály, prostě úlomky horninového materiálu, ty druhé jsou porézní, křehoučké. Právě o těch křehkých se soudí, že nebyly součástí žádného většího tělesa, tělíska či kamene a že v tomto stavu krouží sluneční soutavou již 4,6 miliardy let, tedy od doby jejího vzniku, anebo že byly v minulosti něčím větším (např. kometami) a byly stmeleny snadno roztavitelným nebo odpařitelným materiálem (například ledem). Jejich složení odpovídá uhlíkatým chondritům ze skupiny CI a CM, což jsou vlastně ty nejjednodušší a nejprimitivnější meteority, které obsahují těkavé složky, vodu i „organické“ látky. Někteří badatelé zjistili, že i tyto malinkaté součástky mají vysoký obsah těkavých složek, dokonce vyšší než zmíněné meteority. Připomínají tak materiál, který byl zjištěn v okolí Halleyovy komety a právě pro vysoké obsahy těkavých složek byl nazván „superchondritický“. Množství a poměry netěkavých chemických prvků v těchto meteoritech jsou velmi blízké složení sluneční fotosféry.

Je proto pravděpodobné, že se tento materiál vzhledem k obsahu těkavých složek a nepevné konzistenci dostává na zem jen obtížně. Také kosmický výzkum přispěl k poznání těchto součástek. Na raketoplánech byly umístěny tenké kovové fólie, které zachycovaly dopady malých součástek – mikrometeoritů. Prostě každá mikroskopická dírka ve fólii byla „přiřazena“ kosmické srážce. V tomto experimentu byly i některé součástky do fólie „zabodnuty“ a později v pozemských laboratořích vyjmuty, studovány a analyzovány řádkovacími i transmisními elektronovými mikroskopy, elektronovými a iontovými mikrosondami. Studium meziplanetárních součástek ukazuje, že pevný kondenzovaný materiál sluneční soustavy je pestrý, má však společného jmenovatele a pochází pravděpodobně z jednoho zdroje a že, kromě meteoritů, je tvořen i těkavější hmotou.

Za významný mezník se v planetární geologii a meteoritice pokládá „objev“ mezihvězdného prachu v meteoritech (objev a „důkazní řízení“ v rozmezí let 1993 – 1995). O meteoritech se předtím totiž soudilo, že reprezentují toliko kondenzovaný materiál vlastní sluneční soustavy, avšak v minulých letech byla objevena početná zrnka diamantů (pouze kolem 30 angströmů velká), kousky grafitu, karbidu křemíku, korundu a nitridu křemíku, které do těchto meteoritů „nenáleží“, ač tam jsou přítomny. Podle exotického izotopického složení uhlíku v těchto zrnkách, které neodpovídá izotopickému složení uhlíku v ostatních částech meteoritů, ba ani žádným jiným sloučeninám na Zemi či Měsíci, se soudí, že tyto součástky pocházejí z jiného zdroje než z naší sluneční soustavy a že tato zrnka byla do materiálu sluneční soustavy implantována ze slunečních soustav, které existovaly již tehdy, před 4,6 miliardy let. Tyto součástky přežily vytvoření a vývoj naší sluneční soustavy v malých, mateřských tělesech meteoritů. Proto začalo detektivní pátrání po částicích, které by mohly v současné době přicházet do sluneční soustavy z jiného zdroje v naší galaxii. Leč obecně se soudilo, že jsou to velmi malé částice, jejichž rozměr se měří zlomky mikronů, a že se kvůli magnetickému poli planet nemohou dostat do planetárního prostoru, a pokud se tam dostanou, tak budou k nerozeznání „rozředěny“ v planetárním materiálu. Předpokládalo se také, že se takové součástky budou pohybovat po hyperbolických drahách. Pátralo se po nich, ale kosmická sonda Pioneer 819 (výsledky byly publikovány r. 1975) ani LEAM – tedy experiment na povrchu Měsíce v době Apolla (publikováno r. 1977) – důkaz neposkytly. Pro velké množství meziplanetárního, tedy „našeho“ materiálu v okolí Země (1 AU), se podíl mezihvězdného materiálu odhadoval (1994) na 0,2 procenta. Data z nových kosmických experimentů, jako byly Ulysseus a Galileo, prokazovala, že v kosmickém prostoru existují zdroje – souhvězdí Škorpion, ze kterých přichází, sice malou rychlostí (26km/s), proud částic o rozměru půl mikrometru v počtu 12 na čtvereční metr za den.

Tyto experimenty dále prokázaly, že se proud částic nemění v závislosti na vzdálenosti od Slunce, což je dalším z důkazů, že pochází z mimoplanetárního zdroje. Další pozorování publikovaná v současnosti dokládají, že takové částice mohou být studovány jako meteory zachycené radarovým sledováním a že mnohé z nich mají rychlosti podstatně vyšší než 73 km/s, což jim právě proto, že 73 km/s představuje mezní rychlost materiálu sluneční soustavy, dává další z důvodů k domněnce, že pocházejí z jiných hvězdných zdrojů. Po mezihvězdném materiálu se pátrá dál, sonda Cassini bude mít detektor prachových částic podobný Ulysseu a Galileu, a navíc bude mít zařízení k zjištění chemického složení tohoto materiálu. O něco specializovanější pak bude sonda Stardust, jeden z „malých“ kosmických projektů NASA, která se vydá na dráhu za Mars – do pásu asteroidů se zařízením k analýze chemického složení prachových částic, ale bude vybavena i sběrným košem – gely křemíku, které budou mezihvězdný a meziplanetární prach sbírat a přistanou zpět na Zemi. Petrologové, mineralogové a geochemici, či spíš kosmochemici, se tak vydají do nového tisíciletí s novým materiálem ke studiu. Krom vzorků z vlastní planety Měsíce, Marsu, asteroidů a meziplanetárního prachu tak budou mít vzorky z jiných hvězdných soustav.

Obrázky

Poznámky

1) Jsem dravá ryba, která plave ve dvou vodách: v chladné vodě umění a vřící vodě vědy.

Citát

Petr Jakeš: Létavice a lunatici, Mladá fronta, Praha 1978

Dnes slouží mnohé příběhy z období prvních předběžných zkoumání k obveselení společnosti při večírcích. Všichni už si dělají legraci z biologické bariéry – ochrany člověka před vlivem měsíčních vzorků, ale jeden z nejmladších účastníků výzkumu na ni hořce doplatil. Dotkl se měsíčního kamene bez rukavic a chtě nechtě musel po tomto dotyku strávit v karanténě jedenadvacet krušných osamocených dnů. A to by ještě nebylo tak zlé, ale byl čerstvý novomanžel a trávil líbánky tím, že se s manželkou na sebe dívali přes silné sklo. Prostě kamarádovo „neštěstí“ – naše největší potěšení. [str. 108]

[…] Mikrokrátery, které vidíme jen elektronovým mikroskopem a které měří kolem jednoho mikrometru, mají poměrně jednoduchý tvar. Jsou to kruhové prohlubně se zřetelnou výstelkou skla a výrazným skleněným tmelem, vyvrženým z této prohlubně. U větších kráterů – obyčejně větších než 10 mikrometrů – se kromě skleněné výstelky objevuje vně kráteru prstenec kapiček, odtržený od vlastního mikrokráteru. [str. 138]

Diskuse

Žádné příspěvky