Mise DART měla jediný cíl – narazit do asteroidu a vychýlit jeho dráhu. To se povedlo. Jenže jak ukazuje nová studie NASA, skutečný tah nepřišel od sondy, ale od desítek tun vyvržených balvanů. Vědci tak čelí nové výzvě: pochopit, jak složité a nepředvídatelné je zasáhnout „hromadu suti“ letící vesmírem.
Změna trajektorie asteroidu, která má zabránit jeho dopadu na Zemi, je myšlenka, která ještě před několika lety patřila spíše do science fiction. Mise NASA Double Asteroid Redirection Test (DART) však v září 2022 zaznamenala historický milník, když záměrně narazila sondou do asteroidu Dimorphos, malého tělesa obíhajícího kolem většího asteroidu Didymos, a poprvé tak demonstrovala, že je možné změnit dráhu nebeského objektu řízeným nárazem.
Srážka, k níž došlo rychlostí přibližně 14 000 km/h, dosáhla svého hlavního cíle: změnila oběžnou dobu planetky Dimorphos kolem planetky Didymos. Před nárazem trval Dimorphosu jeden oběh přibližně 11 hodin a 55 minut; po nárazu se tato perioda zkrátila asi o 33 minut na přibližně 11 hodin a 22 minut, potvrdila NASA po týdnech kombinovaných pozorování pozemními a kosmickými dalekohledy. Tento výsledek výrazně překonal původní očekávání agentury, která počítala se změnou jen o několik minut, a ukázal, že metoda „kinetického impaktoru“ může fungovat jako základ planetární obrany, pokud je hrozba odhalena dostatečně brzy.
Úspěch se však nedostavil sám. DART byl koncipován jako rozsáhlý experiment, jehož cílem bylo pochopit nejen to, zda dokážeme asteroid vychýlit, ale i to, jak malé těleso Sluneční soustavy na takový prudký úder skutečně reaguje. A právě v tom se věci staly mnohem zajímavějšími – a komplikovanějšími -, než se předpokládalo.
Související článek
Studie publikovaná v časopise Planetary Science Journal se podrobně zabývá následky srážky na základě snímků pořízených malou italskou sondou LICIACube, která doprovázela DART a oddělila se od něj krátce před srážkou, aby ji mohla pozorovat z bezpečné vzdálenosti. Snímky ukazují, že srážka nevyvrhla pouze prach a malé úlomky, ale také skutečnou spršku velkých kamenných bloků. Autoři pod vedením Tonyho L. Farnhama sledovali 104 úlomků o poloměru od 0,2 do 3,6 metru, které se z Dimorphosu vydaly rychlostí až 190 km/h a nesly s sebou více než trojnásobek hybnosti samotného nárazu DART.
Tento detail je zásadní, protože ve fyzice závisí hybnost (neboli velikost pohybu) nejen na rychlosti, ale také na hmotnosti. Kosmická loď o hmotnosti několika set kilogramů při vysoké rychlosti poskytuje značnou hybnost, ale roj kamenů o hmotnosti několika tun dohromady může poskytnout srovnatelnou nebo dokonce větší hybnost, i když se pohybují pomaleji. Farnhamův tým očekával, že dominantní silou při vychýlení bude malé plavidlo, ale chování obrovských vyvržených bloků vneslo další tahy v nečekaných směrech a změnilo nejen trajektorii asteroidu, ale také jeho rotaci a rovinu oběžné dráhy složitějším způsobem, než se očekávalo.
Zjednodušeně řečeno, náraz vyvolal efekt podobný trojrozměrné hře kulečníku: nejenže se pohybovala zasažená koule, ale koule, které ze srážky vyskočily, nakonec tlačily samotný stůl různými směry. To komplikuje plánování budoucích misí planetární obrany, protože to znamená, že nestačí vypočítat sílu přímého nárazu; je třeba pochopit, jak se vzájemně ovlivňuje množství úlomků, které se mohou uvolnit, a jak ovlivňují hlavní těleso asteroidu.
Podařilo se nám změnit trajektorii asteroidu a vyřadit jej z dráhy,“ vysvětluje Farnham ve svém prohlášení. Náš výzkum ukazuje, že zatímco přímý dopad sondy DART tuto změnu způsobil, vyvržené kameny vytvořily dodatečný tah, který byl téměř stejně silný. Tento dodatečný faktor mění fyzikální zákonitosti, které musíme při plánování takových misí brát v úvahu.
Studie také zdůrazňuje, že ne všechny asteroidy jsou stejné. Na rozdíl od předchozích experimentů, jako byla mise Deep Impact, kde vyvržený materiál tvořil především jemný prach, se ukázalo, že Dimorphos je plný velkých pevných bloků. Tento rozdíl ve složení a struktuře povrchu vytváří vláknité a nerovnoměrné pole trosek, což vede k chaotičtějším výsledkům po prudkém dopadu. Na snímcích DART a LICIACube jsou patrné chvosty materiálu táhnoucí se jako trysky a vlákna, podobné chvostům některých komet, ale tvořené velkými kamennými úlomky.
Důvod těchto rozdílů spočívá v samotné povaze mnoha asteroidů. Velká část z nich zdaleka není kompaktními monolity, ale něčím, co vědci nazývají „hromady suti„: konglomeráty hornin, štěrku a prachu, které drží pohromadě díky slabé gravitaci a v některých případech díky malým kohezním silám mezi zrny. Mise jako OSIRIS-REx, která navštívila planetku Bennu, nebo Hayabusa2, která zkoumala Ryugu, odhalily extrémně porézní povrchy plné volných bloků a vnitřních dutin. Zdá se, že Dimorphos patří do stejné rodiny křehkých a heterogenních těles.
Při nárazu do „hromady suti“ se energie nepřenáší jako v případě pevné horniny. Část z ní se rozptýlí při přeskupování zrn, část se přemění na teplo a část se investuje do vymrštění úlomků do vesmíru. Účinnost, s jakou náraz změní dráhu asteroidu, závisí do značné míry na tom, jak je tato energie rozložena. V případě DART se ukázalo, že takzvaný „faktor hybnosti“ (parametr, který měří, kolik dodatečné hybnosti je generováno vyvrženým materiálem) je vyšší, než se očekávalo, což vysvětluje velkou změnu oběžné doby. Zároveň však tato dodatečná hybnost nebyla dokonale symetrická, což komplikuje výpočty.
Toto chování má přímé důsledky pro planetární obranu. Úřad pro koordinaci planetární obrany NASA a agentury jako ESA již několik let studují možné strategie pro odklon potenciálně nebezpečných asteroidů. Mezi zvažované možnosti patří:
- Kinetické impaktory, jako je DART: Kosmické sondy, které se srazí vysokou rychlostí a mírně změní rychlost asteroidu.
- Blízké jaderné exploze, které nemusí asteroid nutně zničit, ale „odstrčí“ ho tím, že ablatují (vypaří) materiál na jeho povrchu.
- Gravitační tahy, kosmické sondy, které se umístí do blízkosti asteroidu a pomocí vlastní gravitace jej po léta velmi pomalu přitahují.
- Metody laserové ablace nebo sluneční koncentrátory, které zahřívají určité oblasti povrchu, aby kontrolovaně vypudily plyn a prach a vytvořily malý kontinuální tah.
Mohlo by tedy bombardování asteroidu větší silou, například jaderným výbuchem, situaci ještě zhoršit? Studie tuto hypotézu přímo neověřuje, ale naznačuje, že jakákoli metoda zahrnující prudké nárazy může vést k fragmentaci a nepředvídatelným výsledkům, pokud nerozumíme vnitřní fyzice tělesa. Asteroidy nejsou pevné kamenné koule; mnohé z nich jsou soudržně slabé „hromady suti“, jejichž chování pod tlakem může být překvapivě složité.
V případě jaderného výbuchu hrozí nejen vychýlení asteroidu nežádoucím směrem, ale i jeho roztříštění na více kusů, které se budou pohybovat po různých trajektoriích. Některé z nich by přesto mohly směřovat na Zemi, čímž by se jediný náraz změnil ve spršku menších, ale stejně nebezpečných projektilů. Teoretické studie a počítačové simulace ukázaly, že v některých scénářích by pečlivě vypočítaná detonace mohla být účinná, ale nejistota ohledně vnitřní struktury asteroidu zůstává rozhodujícím faktorem, který nutí k opatrnosti ohledně této možnosti.
Dobrou zprávou je, že řešení by mohlo vzejít přímo z problému. Samotné bloky vyvržené DARTem by mohly pomoci navrhnout lepší strategie. Podrobné pochopení toho, jak se hmota rozptyluje, jakými směry se úlomky ubírají a kolik energie nesou, bude klíčové pro zdokonalení numerických modelů používaných k simulaci dopadů. Tyto modely, které kombinují fyziku materiálu, dynamiku tekutin a gravitaci, jsou základem pro rozhodování o tom, jaký typ mise by byl nejvhodnější tváří v tvář reálné hrozbě.
V této souvislosti bude mít zásadní význam mise Hera Evropské kosmické agentury, která má v roce 2026 navštívit soustavu Didymos-Dimorphos. Na rozdíl od mise DART, která byla „jednorázovým“ experimentem, Hera přiletí až několik let po dopadu, aby přesně změřila kráter, současný tvar Dimorphosu, jeho hmotnost, hustotu a gravitační pole. Bude také podrobně studovat vyvržené bloky a prostředí trosek, které po srážce zůstaly. Na základě těchto údajů budou vědci moci ověřit, zda jejich simulace odpovídají skutečnosti, a upravit parametry, které dnes mohou pouze odhadovat.
Kromě toho Hera ponese malé družice (CubeSat), které se dostanou ještě blíže k povrchu, aby mohly analyzovat složení hornin a vnitřní strukturu asteroidu pomocí technik, jako je radar. To odpoví na klíčové otázky: jaká část energie dopadu se přeměnila na užitečný pohyb, kolik se ztratilo zahřátím a roztříštěním materiálu, do jaké míry ovlivnil výsledek nepravidelný tvar a rotace asteroidu?
Je třeba připomenout, že ačkoli Didymos a Dimorphos nepředstavují pro Zemi žádnou hrozbu, byly vybrány právě proto, že jsou ideální přírodní laboratoří pro takové experimenty. Systém je relativně blízko, má přijatelnou velikost a dobře známou oběžnou dráhu. To umožňuje extrapolovat získané poznatky na další potenciálně nebezpečné asteroidy z více než 30 000 NEO (blízkozemních objektů), které byly dosud katalogizovány v rámci programů sledování, jako je CNEOS NASA nebo NEOCC ESA.
Planetární obrana se navíc neomezuje pouze na odrážení asteroidů. Prvním krokem je jejich včasné odhalení. K tomuto účelu se vyvíjejí specifické teleskopy, jako je budoucí vesmírná observatoř NEO Surveyor, určená k vyhledávání malých tmavých objektů v infračerveném oboru, nebo observatoř Vera C. Rubin v Chile, která je určena k detekci planetek v infračerveném oboru. Rubinova observatoř v Chile, která bude každých několik nocí dynamicky mapovat oblohu. Čím dříve je srážející se planetka objevena, tím plynulejší a kontrolovanější může být její vychylovací manévr, čímž se sníží potřeba prudkých nárazů, a tím i nejistota spojená s fragmentací.
Stručně řečeno, mise DART byla úspěšná, pokud jde o prokázání, že asteroid lze vychýlit, ale nová studie odhaluje, že fyzika těchto srážek je složitější, než se dříve předpokládalo. Tyto výsledky zdaleka nezjednodušují naši reakci na potenciální kosmickou hrozbu, ale nutí nás zpřesnit naše postupy a zohlednit nejen přímý dopad, ale také doprovodný roj kamenů, vnitřní strukturu asteroidu a možnost nechtěných vedlejších účinků.
Bombardování asteroidu, ať už pomocí kosmické sondy nebo něčeho výkonnějšího, není jednoduchým gestem „zamiř a vystřel„, ale delikátní operací, která vyžaduje detailní znalost cíle, jeho materiálů a historie. DART a bloky, které vyrval z Dimorphosu, nám připomněly, že i když zasáhneme cíl, příroda může reagovat způsobem, který se teprve učíme rozluštit. A paradoxně je to právě tato složitost, která nám nakonec poskytne nástroje k lepší ochraně naší planety.