Uchráníme Zemi před šmejdem z vesmíru? - 1/2

Tehdejší představy o setkání Země s kometou byly ale značně nesprávné, protože astronomové neměli dobrou představu o skutečné hmotnosti komet, takže jeden ze scénářů takové katastrofy, kterou představil filosof a fyzik Simon Laplace uvažoval i slapové síly, které by devastovaly zemský povrch při pouhém blízkém průletu komety.

Myšlenka na srážku Země s kometou se v historii objevila ještě mnohokrát, ale během posledních století byla známa jen hrstka komet s drahami křížícími dráhu Země, a protože jednoduchá kalkulace rizika srážky ukazovala, že pravděpodobnost je při jednom průletu komety je jedna ku 300 milionům, mohli astronomové klidně spát.

Tyto uspokojivé výpočty ale nezahrnovali možnost srážky Země s planetkou. To jednoduše proto, že až do začátku 20. století nebyla známa žádná planetka, která by křížila dráhu Země. Kometa obklopená komou je totiž útvar velice nápadný díky svému nehvězdnému vzhledu a rovněž velmi jasná díky velké oblasti, kterou koma zaujímá. Naproti tomu planetka neboli anglicky asteroid (z latinského aster) připomíná hvězdu, byť pohybující se mezi hvězdami v pozadí.

Ke změně došlo v roce 1932, kdy byly objeveny dvě nové planetky, (1221) Amor a (1862) Apollo. Amor má dráhu která kříží dráhu Marsu a přibližuje se k zemské dráze z vnějšku, takže se s námi nemůže srazit. Což se ovšem vztahuje pouze na nejbližší desítky tisíc let. Všechny planetky, které protínají dráhy planet totiž podléhají výrazným poruchám dráhy, které je dříve nebo později do kolizního kurzu přivedou.

Planetka Apollo naproti tomu dráhu Země protíná. Kdyby byla osamocená, její hrozba by byla stejná, jako od komet. Nicméně během několika dalších let byly objevena planetka (2101) Adonis a 1937 UB Hermes, rovněž křížící zemskou dráhu. Po krátké odmlce během druhé světové války série objevů blízkozemních planetek dál pokračuje. Nárůst počtu nově objevených, nejen blízkozemních, planetek způsobila především Schmidtova komora, nový typ dalekohledu umožňující snímkování velkých oblastí hvězdného pole.

Na rozdíl od komet mají blízkozemní planetky velmi krátké oběžné doby, takže místo nějakých 100 milionů let je lepším odhadem pro opakování srážky 100 tisíc let. A to se týká pouze těch již objevených, velkých asteroidů. Známe-li na drahách křížících dráhu Země velké planetky, dá se předpokládat, že je tam i spousta menších těles, které jsme zatím neobjevili. Na základě těchto úvah začalo být zřejmé, že planetky mohou představovat reálnou hrozbu pro lidstvo.

První dva lidé, kteří podali zprávu o tom, jak často může být Země zasažena planetkou, s ohledem na nedávné objevy, byli američtí astronomové Fletcher Waton a Ralph Baldwin. V roce 1941 Watson odhadl frekvenci těchto srážek na základě tehdy známých tří blízkozemních asteroidů. Uvědomoval si, že tyto tři jsou pouze předvojem mnoha set planetek, které teprve budou objeveny, což znamená, že k impaktu musí docházet na časové škále nejméně jednoho milionu let a kráterování Měsíce musí být vyjádřeno podobně. Jeho výpočty se ale nesetkaly s příliš velkou důvěrou. Na Zemi totiž nebyl znám dostatečný počet impaktních kráterů, který by je potvrzoval.

Jinak to bylo ovšem s Měsícem: Ralph Baldwin ve své knize The Face of the Moon v roce 1949 poukázal na to, že pokud existují měsíční krátery i z nedávné doby (které, jak víme, existují), pak musí existovat populace asteroidů, která je způsobila a bude k nim tedy docházet i v budoucnu. Jako příklad může posloužit kráter Tycho. Baldwin sám píše, že exploze, která způsobila vznik kráteru Tycho by byla, kdyby se stala na Zemi, děsivou událostí, téměř nepředstavitelnou ve své monstrozitě.

Jak je to s krátery na Zemi?

Mezi nejznámější kráter patří tzv. Meteor Crater v severní Arizoně (nazývaný též Barringerův kráter či kráter Diablo). 1200 metrů široký, 170 metrů hluboký kráter vznikl dopadem železného meteoritu před asi 50 000 lety, uprostřed doby ledové. Uvolněná energie dosáhla ekvivalentu 20 Mt TNT, což je téměř 2000násobek energie Hirošimské atomové bomby. Na přiloženém obrázku můžeme vidět důsledky dopadu. Do vzdálenosti 10 km sežehla terén vlna rozžhavených plynů, tlaková vlna o rychlosti 2000 km/h smetla všechno do vzdálenosti 24 km, a vítr o síle hurikánu dospěl až do 40 kilometrové vzdálenosti.

Zajímavé je, že ještě ve čtyřicátých letech 20. století geologové odmítali připustit, že se jedná o kráter meteorického původu -- důvodem k tomu byl fakt, že tam nabyl nalezen žádný meteorit (pouze malinkaté kousíčky roztaveného železa roztroušené do značné vzdálenosti od kráteru). Dnes už je zřejmé, že meteorit nemůže dopad na zem přežít.

Není to tak dávno, co byla objevena dosud zřejmě největší známá impaktní struktura na Zemi -- u polostrova Yucatan leží kráter Chicxulub, který má v průměru 180 km (možná 400 km). Předpokládá se, že byl způsoben dopadem obřího meteoritu (o průměru 20 až 40 km) před 65 miliony lety, na rozhraní druhohor a třetihor, jemuž se klade za vinu vyhynutí dinosaurů. Na obrázku vidíme trojrozměrné znázornění odchylky lokálního tíhového a magnetického pole, které prozrazují několik valů kráteru. Vlastní impaktní pánev ale je pohřbena pod několikasetmetrovou vrstvou sedimentů.

Do současnosti bylo na zemském povrchu identifikováno asi 130 impaktních kráterů s rozměry do 200 kilometrů a se stářím od doby nedávné až do 2 miliard let. Nejvíce kráterů vidíme v Austrálii, Severní Americe a východní Evropě, protože tyto oblasti jsou jednak geologicky stabilní a tudíž zahlazování impaktních struktur neprobíhalo tak rychle, a rovněž proto, že v nich probíhal intenzivnější geologický průzkum.

Nyní si popišme, co se při a po takovém pádu děje

Meteoroid o velikosti ořechu, který se blíží k Zemi, se začne zahřívat, jak se setkává s horními vrstvami atmosféry. Ve výšce 120 kilometrů, kde je hustota atmosféry pouhá desetimilióntina hustoty při povrchu Země, způsobuje tření zahřívání a rozpad materiálu na částice plynu. Ve sto kilometrů výšce už je zahřívání tak intenzívní, že se povrch meteoroidu nejen taví, ale dokonce vaří a vytváří svítící stopu. Meteoroidy těchto velikostí se úplně vypaří ve výškách okolo osmdesát kilometrů.

Větší meteoroidy proniknou samozřejmě do větších hloubek atmosféry. Pokud je složen z dostatečně hustého materiálu (nikl-železnaté meteoroidy), má mělký úhel vstupu do atmosféry a nízkou vstupní rychlost (jejíž nejnižší hodnota je 11 km/s), může meteoroid o velikosti basketbalového míče dosáhnout zemského povrchu -- ale jen v podobě zbytku o velikosti lidské pěsti. Existuje několik v historii zaznamenaných případů zranění člověka takovým meteoritem a takto způsobené poškození majetku nastává v průměru jednou do roka.

Devátého dubna 1993 vstoupil do atmosféry nad pobřežím Queenslandu v Austrálii meteoroid o velikosti 3 až 4 metry. Prolétl oblohou nad Novým Jižním Walesem, kde na pár sekund proměnil noc v den a nakonec se explosivně rozpadl ve výšce asi 18 km nad malým městem Dubbo. Během svého vysoce nadzvukového letu vytvořil rázovou vlnu, která byla cítit až do vzdálenosti 100 km. Během následující půlhodiny obdržel policejní operátor v Dubbo stovku oznámení od lidí, kteří si mysleli, že padají bomby, tryskové letadlo přelétlo těsně nad jejich střechou, nebo že se někdo nebo něco dobývá do jejich domu. Domy se třásly v základech a okna vibrovala. Energie uvolněná detonací se zhruba rovnala výbuchu Hirošimské bomby. K explozi naštěstí došlo ve výšce osmnáct kilometrů a žádný meteorit nedosáhl zemského povrchu.

Minimální velikost kamenného meteoritu, který může dosáhnout povrchu Země se pohybuje někde kolem deseti metrů. Ta ale závisí na mnoha faktorech, jako je rychlost, úhel vstupu do atmosféry, hustota a složení asteroidu.

Největším zdokumentovaným pádem asteroidu je zatím Tunguský meteorit. Toto těleso explodovalo v atmosféře 30. června 1908 nad oblastí kolem řeky Tunguska na Sibiři. Poslední červnová noc a prvních několik nocí v červenci zaznamenali Evropané neobvykle jasnou oblohu. Noviny New York Times například psaly, že v Londýně byla půlnoční obloha světle modrá a mraky byly zbarveny do růžova tak výrazně, že na policejní ředitelství volali lidé, kteří si mysleli, že na severu Londýna zuří požár, objevili se i zprávy o tom, že se dalo po půlnoci bez obtíží číst bez osvětlení. Tyto bílé noci zatím nebyly uspokojivě vysvětleny, mohli být způsobeny polární září, kterou vyvolala exploze, slunečním světlem rozptýleným na prachu ve velkých výškách, nebo vodních krystalcích ve výškách 40 až 70 kilometrů. Měření z barometrů v Cambridge i na jiných místech ukázala, že atmosférou Země prolétla tlaková vlna a oběhla celou planetu. Zvuk exploze byl slyšitelný do vzdálenosti 600 km od epicentra.

Dvacet let poté se na ono místo dostala výzkumná expedice vedená Leonidem Kulikem. Ten očekával, že na místě dopadu objeví velký meteorit a kráter jím vytvořený. Objevil však pouze rozlehlou oblast vyvrácených a polámaných stromů, mířících radiálně od epicentra. Všiml si také dalších zajímavých věci -- kůra stromů byla zuhelnatělá, ale neshořela celá. Vysvětlení je takové, že intenzita záření při detonaci ve výšce 6 až 10 kilometrů byla dostatečná k tomu, aby zapálila les, ale následující tlaková vlna uhasila požár, jen chvilku poté, co byl zapálen.

Odhadovaná velikost asteroidu, který způsobil Tunguzskou explozi, je asi 50 až 60 metrů. Zdá se neuvěřitelné, že tak veliké těleso neproniklo ani do výšky Mount Everestu. Praxe i numerické simulace ale ukazují, že k tomu skutečně nedochází.

Při vstupu malého meteoritu do atmosféry se velká část jeho kinetické energie mění na teplo a to se odvádí spolu s odpařeným materiálem z povrchu meteoroidu. Zdálo by se, že větší těleso má více času, než se kompletně odpaří a proto by mělo mít větší šanci proniknout do větších hloubek. Jenže čím větší těleso je, tím menší část jeho kinetické energie (relativně, pochopitelně) se stihne přeměnit na teplo ve vysokých vrstvách atmosféry. Asteroid tedy proniká níže mnohem většími rychlostmi a jak se dostává do větších hloubek, tlak vzduchu prudce vzrůstá a během jediné sekundy může vzrůst 10 až 20krát, v závislosti na úhlu vstupu do atmosféry a vstupní rychlosti. Tak prudké zvýšení odporu prostředí se podobá nárazu do zdi -- pevnost materiálu je překročena a asteroid se rozpadne na spoustu malých kousků. Ty se všechny ale stále pohybují velkou rychlostí a nastává totéž, co se děje u malých meteoroidů -- jak se zvětší celkový povrch vystavený tření vzduchu, začnou se všechny prudce odpařovat a to vše se děje v poměrně malém objemu -- výsledkem je tudíž exploze.

U větších těles (řekněme nad 100 metrů) se šance na průnik atmosférou ale zvyšují. Zde hraje roli čas, za který se šoková vlna v materiálu, šířící se vlastním tělesem asteroidu, vyvolaná jeho nárazem na atmosféru, projde celým jeho objemem. Jestliže asteroid stihne dopadnout na zem dřív, pak k explozi v atmosféře už nestihne dojít. Dopadem 100 metrové planetky se uvolní energie, která stačí na zdevastování 10 tisíců čtverečních kilometrů, tedy oblasti velké asi jako Střední Čechy.

Pětisetmetrová planetka srovná se zemí oblast větší než celá Česká Republika. Dopad na hustě zalidněnou oblast na pevnině ale rozhodně není nejhorší scénář. Tím je paradoxně dopad do oceánu. Takový impakt totiž vyvolá tsunami. Pro hypotetickou planetku o velikosti 500 metrů má tato vlna ve vzdálenosti 1000 kilometrů od místa dopadu výšku 50 až 100 metrů. Tsunami se šíří oceánem vysokou rychlostí (zhruba jako dopravní letadlo) a na hlubokém otevřeném moři dosahují bez problému velkých vzdáleností. Když dospějí k pobřeží, jejich výška díky kontinentálnímu šelfu vzrůstá. V případě pádu takového asteroidu mezi Novým Zealandem a Tahiti by tsunami na Japonském pobřeží dosáhla výšky 200 až 300 metrů. Narazí-li takto vysoká vlna na hustě obydlenou oblast, kde zástavba klade jejímu postupu odpor, pronikne do vzdálenosti 50 až 100 kilometrů do vnitrozemí. Na rovinaté oblasti ještě dále.

Pro ilustraci si ukažme výsledek numerických simulací dopadu desetikilometrové planetky do Atlantického oceánu. Přiložený obrázek ukazuje maximální dosaženou výšku tsunami v každém místě, světlé barvy odpovídají největším výškám, dole je škála v metrech. Všimněte si zejména pobřežních oblastí, kde se vlna náhle zdvihá.

Článek byl vytištěn z: www.planetky.cz
Adresa článku: www.planetky.cz/clanek/uchranime-zemi-pred-smejdem-z-vesmiru-12