Konec Charonova monopolu

Číslo 128

 

2005/2006

 

prosinec/leden

Konec Charonova monopolu Pluto bylo jako devátá planeta sluneční soustavy objeveno 18. února 1930 americkým astronomem Clydem W. Tombaughem na Lovellově observatoři v Arizoně během systema­ tického hledání dalšího tě­ lesa sluneční soustavy, kte­ ré by mohlo vysvětlit gravitační poruchy působí­ cí na Uran a Neptun. Jak dnes víme, Pluto není pravověrnou planetou, ale spíše větším tělesem Kuipe­ rova pásu, v němž jsou za drahou Neptunu konzervo­ Snímky zachycující Pluto, Charon a dva nové kandidáty na přirozené sa­ Mezi 15. a 18. květnem 2005 to vypadalo, jako kdyby se Charon vána ledová tělesa. Jeho až telity. a dva nové měsíce, označené prozatímně jako P1 a P2, pohybovaly kolem donedávna jediný měsíc – Pluta proti směru hodinových ručiček. Starší snímky s kratší expozicí za­ Charon – byl poprvé zpo­ chycují jen Pluto a Charon. zorován při pozemních po­ zorováních Jamesem W. Christym a Rober­ v Laurelu a Alanem Sternem z Southwest tem S. Harringtonem v roce 1978. Situace Research Institute v Boulderu, který získal se ale změnila letos – s pomocí Hubblova v květnu letošního roku pozorovací čas na kosmického dalekohledu se podařilo objevit HST. Dá se samozřejmě spekulovat, že Pluto slabá tělesa, která jsou horkými kandidáty na další dvě přirozené oběžnice této tajemné nebude jediným tělesem na perifériích slu­ planety. Pluto by se tak stal prvním tělesem neční soustavy, které je obklopeno rodinou Kuiperova pásu, u něhož byl pozorován měsíců. Kandidáti na měsíce, předběžně více než jeden měsíc. O objev se zasloužil označení jako S/2005 P1 a S/2005 P2, byli tým vedený Halem Weaverem z Johns pozorováni přibližně ve vzdálenosti 44 000 Hopkins Applied Physics Laboratory kilometrů od Pluta, což je dva až třikrát

2

Na snímkách z roku 2002 s podstatně horším pomě­ rem signálu k šumu jsou oba satelity také identifi­ kovatelné, byť obtížně. Přeložené elipsy symbolizují oběžné trajektorie získané z pozorování v letošním roce. Credit: NASA, ESA, and M. Buie (Lowell Ob­ servatory)

dále, než obíhá Charon. Svých provizorních označení se měsíce zbaví až v okamžiku,

kdy budou potvrzeny dalším pozorováním, které se plánuje na únor 2006. Nové satelity byly pozorovány s pomocí HST 15. května 2005. Satelity byly na ob­ jevových snímcích zhruba pěttisíckrát slabší, než Pluto, ale i tak nad úrovní šumu pořízeného měření. O tři dny později se HST podíval na Pluto znovu a z opa­ kovaného snímkování se zdálo, že se nové objekty zřejmě nacházejí na oběžné dráze deváté planety. Objekty byly zpětně identifi­ kovány na starších měřeních z 14. června 2002, kdy však zřejmě unikly bedlivému oku vědců. Na starších snímkách lze oba kandidáty dokonce nalézt zhruba na pozi­ cích, které je možné zpětně spočítat na zá­ kladě letos získaných dat. Letošní snímky jsou tím nejkvalitnějším, co bylo doposud pořízeno v souvislosti s pá­ tráním po nových oběžnicích vzdálené planety. Z pečlivého průzkumu snímků se zdá, že je nepravděpodobné, že by kolem Pluta mohl obíhat ještě nějaký objekt větší než 20 km. – Michal Švanda –

(Podle NASA News)

Naučte se číst ze synoptické mapy Každodenně se v televizi, novi­ nách, či na internetu, setkáváme v předpovědích počasí s podivně vyhlížejícími mapami, na nichž se pod změtí čar a symbolů (viz obr. 1) ztrácejí kontury evropského kontinentu. Těmto mapám říkáme povětrnostní, nebo též synoptické. Slouží nám nejen k zobrazení ši­ rokého spektra meteorologických prvků, ale lze je využívat i ke vytvá­ ření prognóz vývoje počasí. Zá­

Obr. 1: Některé symboly používané na synoptických mapách (zleva: teplá fronta, studená fronta, stacionární okluzní fronta, okluzní fronta, výšková teplá fronta, výšková studená fronta, výšková okluzní fronta, čára instability). [2]

3

kladní podmínkou pro konstrukci pově­ trnostní mapy je záznam těchto prvků v určitém, pevně definovaném, časovém okamžiku. Aby byla mapa co nejpřesnější, je nutné provádět sběr dat prostřednictvím široké sítě hustě rozmístěných pozorovacích stanic. Naměřená data jsou následně v podobě zašifrovaných zpráv zasílána do povětrnostních ústředí jednotlivých států, zde jsou zpracována a následně vyměňová­ na s meteorologickými službami ostatních států. Tímto způsobem pak vzniká synop­ tická mapa širokých rozměrů, která dále slouží k předpovědním analýzám. Kromě map přízemních, se kterými se setkáváme nejčastěji, jsou za pomoci údajů z radiosond konstruovány také mapy výškové. Ty slouží k popisu poměrů v určitých barických hladinách, tj. hladi­ nách, kde je tlak vzduchu všude stejný (viz

Obr. 3: Ukázka aerogramu a jeho popis. [7]

Obr. 2: Vertikální rozložení izobarických hladin. [1]

obr. 2). Nejčastěji používané hladiny jsou 850 hPa, 700 hPa a 500 hPa. A proč právě tyto hladiny? Nuže, hladina 850 hPa leží okolo nadmořské výšky 1 500 m, což je na většině zeměkoule horní hranice mezní vrst­ vy a současně velmi častá výška konvektivní kondenzační hladi­ ny. Tlak 700 hPa bychom naměřili ve výšce okolo 3000 m (až sem se celkem běžně dostává zá­ kladna konvektivní oblačnosti, je to výška střední vrs­ tevnaté oblačnosti a vlhkost vzduchu v této hladině je dů­ ležitá pro vznik trvalých padajících srážek, navíc kolem této hladiny často leží střed celé kon­ vektivní vrstvy mezi zemským povrchem a vrcholy kupovi­ tých oblaků). Hla­ dina 500 hPa zna­ mená polovinu troposféry, v níž

4

často bývá řídící proudění – hladina leží ve výšce kolem 5500 m nad mořem; topografie této hladiny je mimořádně důležitá pro předpověď počasí. Pomocí údajů z radiosond získáváme také informace o vertikálním profilu atmo­ sféry, tj. informace o změně příslušných pa­ rametrů a veličin v závislosti na výšce. Tyto údaje, které se vynášejí do speciálních dia­ gramů, jež nazýváme aerogramy (viz obr. 3), jsou pro numerické modelování a konstrukci krátkodobých předpovědí po­ časí velmi důležité.

Vzduchové hmoty – poslové z dalekých krajů

pásma) a arktické (z oblasti arktidy). Počasí u nás ovlivňují všechny z nich, vyjma ekva­ toriální, která k nám díky stabilnímu pásu anticyklón v oblasti subtropů neproniká. Přesun vzduchových hmot, tak jak jsme o nich hovořili výše, by však bez určitých „hnacích“ mechanismů nebyl možný. Společným jmenovatelem těchto mechanis­ mů, které jsou velmi komplikované, je půso­ bení různě rozložených tlakových útvarů na vzduchové hmoty. Do skupiny tlakových útvarů řadíme kromě tlakových níží (N) a tlakových výší (V) také brázdy nízkého tlaku (B), hřebeny (výběžky) vysokého tla­ ku (H) a sedla (deformační pole) (S) – viz obr. 4. Dynamika horizontálního pohybu vzdu­ chu probíhá přesunem vzduchových hmot z oblastí vyššího tlaku do oblastí tlaku nižší­ ho. Jelikož tyto pohyby probíhají všemi směry (tj. nikoliv pouze podél rovnoběžek), je směr pohybu každé vzduchové částice ovlivňován úchylkou zemské rotace, tzv. Coriolisovou silou. Ta způsobuje onu zná­ mou změnu trajektorie částice směrem vpravo (platí pro severní polokouli). Corio­ losova síla působí nejen na vzduch, ale na­ příklad i na vodní toky. Určuje též směr rotace tornád či malého vodního víru, který vznikne, vypouštíme­li vodu z vany. Ob­

Abychom však byli schopni pochopit proce­ sy, které se v atmosféře neustále dynamicky vyvíjejí, je potřeba poznat řadu důležitých faktorů, které se na vývoji počasí významně podílejí. Jedním z nich je charakter vzduchových hmot. Naše atmosféra není při globálním pohledu homogenní a jednot­ livé vzduchové hmoty se v ní přesouvají vše­ mi směry, navzájem se vytlačují a nám na zemi přinášejí změny počasí. Důležitým faktem ale je, že se vzájemně téměř nemísí. Proto musíme vlastnosti jednotlivých vzduchových hmot dobře znát a přihlížet k jejich charakteru. Vzduchové hmoty můžeme roz­ dělit z hlediska termodynamického a podle původu. Podle termodyna­ mických kritérií rozlišujeme vzduchové hmoty teplé a studené; stabilní (teplota s výškou klesá) a instabilní (teplota s výškou ros­ te). Častěji se však v předpovědích setkáváme s dělením podle původu. Takto rozlišujeme vzduchové hmo­ ty kontinentální a maritimní (moř­ ské); ekvatoriální (z oblasti rovníku), tropické (z oblasti sub­ Obr. 4: Vyznačení základních tlakových útvarů na synoptické tropů), polární (z oblasti mírného mapě. [2]

5

dobně vypadá i charakter přízemního prou­ dění vzduchu v tlakové níži, resp. výši (viz obr. 5a, resp. 5b). Vítr, který je zde zobrazen zakřivenými šipkami pak nazýváme větrem geostrofickým.

Obr. 5: Charakter proudění vzduchu uvnitř jednotlivých tlakových útvarů. [1]

Fronty a ti druzí… Jestliže budeme považovat tlakové útvary za jakési motory pohánějící atmosférickou dynamiku, a tudíž i vývoj počasí, pak samotný charakter počasí, tak jak jej všeo­ becně vnímáme (jasno, polojasno, zata­ ženo, déšť) určují atmosférické fronty. At­ mosférická fronta je rozhraní mezi dvěma vzduchovými hmotami rozličných fy­ zikálních vlastností (teplota, vlhkost, ver­ tikální profil, rychlost pohybu apod.), na kterém se vlivem procesů, které provázejí jejich vzájemný kontakt, vytváří charakte­ ristická oblačnost a tomu odpovídající projevy počasí. Fronty dělíme podle rych­ losti pohybu na pohybující se a stacionární, anebo podle vlastností na teplou, studenou a okluzní. Známe také fronty výškové, které počasí při zemském povrchu příliš ne­ ovlivňují, či frontální rozhraní, které před­ stavuje v podstatě stacionární fronty, s ne­ příliš velkými rozdíly hodnot fyzikálních veličin před a za frontální čarou. Systém teplé a studené fronty, spojených s tlakovou níží, pak nazýváme frontálním systémem (viz dále). Jelikož jsou pojmy teplá, studená a okluzní fronta notoricky známé, nebude­

me se jimi v tomto článku blíže zaobírat (zvídavého čtenáře odkazuji na kteroukoli knížku o meteorologii), a zaměříme se spíše na to, jaký vliv mají fronty na vývoj tlakové­ ho pole a počasí vůbec. Přechod jednotlivých front (frontálního) systému je vždy provázen deformací přízemního tlakového pole. To obvykle pro­ bíhá tak, že se izobary za jednotlivými frontálními čarami zhušťují (v případě stu­ dené fronty výrazněji, než u teplé) a lomí se v tupém úhlu směrem vlevo ve směru po­ hybu fronty. Díky tomu se mění i směr přízemního větru. Před teplou frontou vane ve směru téměř kolmém na izobary vítr stu­ denější, za ní je pak vítr teplejší a vane téměř podél izobar (viz obr. 6 vlevo). V pří­ padě studené fronty je tento sled opačný – před frontou vane teplejší vítr téměř podél izobar, za frontou je pak citelně chladnější a vane v ostrém úhlu k izobarám (viz obr. 6 vpravo). Netřeba asi více připomínat, že po přechodu teplé fronty se vždy mírně oteplí, po přechodu studené fronty naopak ochladí – někdy velmi výrazně.

Obr. 6: Charakter deformace tlakového pole po pře­ chodu teplé (vlevo), resp. studené (vpravo) fronty a stáčení směrů větru . [2]

Kromě front známe ještě liniová sesku­ pení konvektivních buněk, které nazýváme čárami instability. Ačkoli svými projevy zdánlivě připomínají rychle postupující stu­ dené fronty 2. druhu, jsou čáry instability samostatnou skupinou atmosférických útvarů, o nichž toho stále ještě mnoho neví­ me. Charakteristické pro ně je úzké pásmo

6

jež se nacházejí v různém stádiu vývoje – žluté odstí­ ny představují starší a sráž­ kově významné buňky, ze­ lené pak mladší teprve se rodící bouřky. Obvyklý liniový charak­ ter čar instability (viz obr. 9a) však může být někdy narušen vlivem te­ rénních překážek, které často způsobují neho­ mogenity v proudění. Vý­ Obr. 7: Řez konvektivní buňkou vznikající na čáře instability. [5] raznější vlivy pak mohu vést až ke vzniku asymetrie instabilního zvrstvení vzduchu (ne širší než linie a vzniku jedné, popřípadě i několika 50 km), kde se v řadě vedle sebe (v délce ne dominantních buněk, které začnou str­ větší jak cca 500 km) vytvářejí jednotlivé hávat proudění ke svému středu. Takovéto buňky silně konvektivních bouřek (viz buňky pak mohou připomínat miniaturní obr. 7). Čáry instability, které jsou na tlakové níže (viz obr. 9b). synoptických mapách označeny černou tučnou nepřerušovanou čárou, nacházíme Proces zvaný cyklogeneze obvykle několik stovek kilometrů před a nebo za studenou frontou; někdy před i za Ačkoli je tlaková níže útvarem, který je cha­ rakterizován především výskytem alespoň současně (např. obr. 8). Na obrázcích 8 (vlevo) resp. 8 (vpravo) jedné uzavřené izobary a kladným gradi­ vidíme konkrétní situaci ze dne 27. 8. 2004, entem tlaku vzduchu ve směru ke středu kde nám snímek z radiolokátoru odhaluje (tzn. že tlak ke středu klesá), velmi často téměř dokonalou linii jednotlivých bouřek, (ovšem ne vždy) bývá spojena s frontálním systémem. Zatímco tlaková níže může exis­

Obr. 8: Situace ze dne 27. 8. 2004 – vlevo: na synoptické mapě, vpravo: na meteorologickém radaru. [8]

7

tovat samostatně (bez frontálního systému), frontální systém bez tlakové níže stěží. Proto pro tlakovou níži spojenou s frontálním systémem přijměme raději po­ jem cyklóna, jejíž vznik si nyní popíšeme. Proces, který popisuje vznik a vývoj cyk­ lóny nazýváme cyklogenezí. Poprvé ji po­ psal ve dvacátých letech minulého století profesor Vilhelm Bjerknes – zakladatel tak­ zvané bergenské (nebo též norské) frontolo­ gické školy. Schématicky je cyklogeneze v několika krocích zobrazena na obr. 10. Proces začíná vznikem instability v cha­ rakteru proudění teplého vzduchu (ozna­ čen dvojitými šipkami), který vede k prů­ niku „jazýčku“ teplého vzduchu směrem na sever do studenější vzduchové hmoty. Za­ čne se tak vytvářet zárodek teplého sektoru cyklóny (obr. 10b). Toto stádium nazývané stádiem mladé cyklóny, začíná okamžikem vzniku první uzavřené izobary a končí ve chvíli, kdy je zahájena okluze. Vše se seběh­ ne poměrně rychle a dohromady tato fáze netrvá déle jak 12 hodin. Vývoj mladé cykló­ ny směruje k tzv. ideální cyklóně, což je stá­ dium zralosti (obr. 10c). To je charakteris­ tické vytvořením zřetelného centra nízkého tlaku s prohloubením o 10 až 15 hPa, vzniku vírového systému proudočár kolem barického centra a asymetričností cyklóny jak v teplotním (teplý a studený sektor), tak i barickém poli a v pohybu vzduchu. Ba­ rické gradienty a rychlosti větru jsou v tep­ lém sektoru větší než ve studeném. Teplý sektor, který proniká dále do studeného vzduchu, se stále více zužuje (viz obr. 10d), až je nakonec zcela uzavřen (viz obr. 10e). K uzavření dochází tehdy, když rychleji po­ hybující se studená fronta dožene frontu teplou a teplý vzduch zcela vytlačí vzhůru. Jelikož tento proces, který nazýváme okluzí, je provázen snížením těžiště vzduchových hmot z vyšších vrstev do nižších (studenější vzduch je těžší než teplý, pod který se pod­ souvá), přechází potenciální energie v kine­

Obr. 9: Dva možné typy horizontální struktury oblačnosti čar instability – (a) symetrická čára instability, (b) asymetrická čára instability. [5]

Obr. 10: Stádia vývoje cyklóny podle Bjerknesa. [2]

8

Dosáhne­li okluzní bod až k periférii cyklóny, hovoříme o vyplnění cyklóny. Síla udržující rotaci je přemáhána třením vzduchu o po­ vrch, postupně slábne a cyklóna tak zaniká (viz obr. 10f až 10h).

Reinkarnace cyklóny? Proboha! není pojem Obr. 11: Schéma vývoje regenerace cyklóny na nové frontě – (a) poloha izobar Ačkoli a front před regenerací, (b) – po regeneraci. [1] zmrtvýchvstání v pří­

padě cyklóny zcela na místě, musíme si při­ znat, že cyklóna přeci jen ovládá jistý me­ chanismus, který ji umožňuje přinejmen­ ším výrazně omlád­ nout. Tento proces na­ zýváme regenerací cyklóny a stručně se dá charakterizovat jako Obr. 12: Schéma vývoje regenerace cyklóny při vývoji nové cyklóny na studené opětovné prohlubování frontě – (a) poloha izobar a front před regenerací, (b) – po regeneraci. [1] již téměř vyplněné cyk­ lóny. V podstatě existu­ jí dva možné způsoby, tickou, což má za následek, že rychlost cyk­ jak si může stárnoucí cyklóna vykouzlit lonální cirkulace stoupá a stále více vzdu­ mladistvou tvář. První probíhá prostřednic­ chu je do cyklóny strháváno. Ještě než tvím proniknutí nové „základní“ fronty do dojde k úplnému zokludování, zůstává systému již existující cyklóny (viz obr. 11), v centru cyklóny malý ostrůvek teplého ten druhý pak vznikem zárodku nového vzduchu (viz obr. 10e), který je postupně středu cyklóny. Nový střed se může vytvářet také zlikvidován. Tento způsob spojování prostřednictvím vzniku frontální vlny na již front se nazývá sekluze. Sekluze nemá existující studené frontě (viz obr. 12), při­ žádný zvláštní význam a i na podrobné po­ čemž nutnou podmínkou úspěchu je, aby se větrnostní mapě je velmi obtížné ji vůbec vlna nacházela v blízkosti středu již existují­ odhalit. cí cyklóny. Následný vývoj pak směřuje buď Čára, ve kterou se spojily teplá a studená to ke spojení obou středů, anebo k rozvoji fronta, se nazývá okluzní fronta a bod na pouze nového středu za současného rych­ něm, který představuje vrchol zbytku tep­ lého vyplnění středu staré (původní) cykló­ lého sektoru, nazýváme okluzním bodem. ny. Ve své podstatě lze proto pouze první ze

9

zmíněných mechanismů nazvat skutečným omlazením cyklóny; ten druhý připomíná spíše frak­ cionalizaci či „vypučení“ nové­ ho centra uvnitř již staré cykló­ ny. Procesy regenerace cyklóny za pomocí vzniku nového stře­ du probíhají velmi rychle a mohou se nejednou opakovat. Díky tomu můžeme pozorovat výrazné prodloužení života vel­ mi hlubokých rozsáhlých a málo pohyblivých cyklón. Ná­ zorný příklad zobrazuje sled na obrázku 13 popisující reálnou regeneraci islandské cyklóny, která proběhla začátkem října tohoto roku. V souvislosti s regenerací cy­ klóny dochází zřídka k tak­ zvanému přetáčení okluze. K té může dojít tehdy, když se u sta­ ré, právě se regenerující cykló­ ny, dostane zokludovaný systém do týlu studené fronty (viz obr. 14). Jelikož je směr pohybu okluzní fronty v tomto případě shodný se směrem postupu stu­ dené fronty, můžeme nabýt dojmu, že došlo k jejímu přeto­ čení přes nejsevernější partie cyklóny. K tomu však ale ve skutečnosti nedošlo. Příčinou tohoto zdání je ve skutečnosti přesun středu cyklóny do okluz­ ního bodu. Život přetočené okluze je vpravdě jepičí. Zregenerovaná cyklóna ji jako zlá macecha „od­ vrhne“ a přenechá svému ne­ příliš veselému osudu, jenž kon­ čí úplným rozpadem. Obr. 13: Regenerace cyklóny, tak jak jsme ji mohli pozorovat. Nahoře: 6. října, uprostřed: 7. října, dole: 8. října 2005.

10

Použitá a doporučená literatura:

Obr. 14: Přetočená okluze.

Kromě regenerací cyklón se mohou regenerovat také anticyklóny, ale o tom jin­ dy. (Pokračování příště)

[1] Zverev A.S.: Synoptická meteorológia, ALFA/SNTL, 1985 [2] Kunic A.V.: Synoptická meteorologie, Přírodovědné nakladatelství, 1953 [3] Seifert V.: Počasí kolem nás, Grada, 1994 [4] Bednář J., Zikmunda O.: Fyzika mezní vrstvy atmosféry, Academia, 1985 [5] Kašpar M.: disertační práce (bližší údaje neznámé) [6] Dvořák P.: Atlas počasí, Svět křídel, 2003 [7] Dvořák P.: Naučme se číst v aerologickém diagram, portál Flying (http://www.flying.cz/index.php?id=clanky), článek čt. 436, 2004 [8] články z portálu Amatérské prohlídky oblohy: www.astronomie.cz, 2004­2005

– Petr Skřehot –

Drobnosti I Začnem trochu netradične, a totiž rozprávkou. Nemôžem za to ale rozprávky mám veľmi rád, hlavne v tlačenej podobe. Samozrejme okrem rozprávok, ktoré sa nám snažia natlačiť médiá všetkého druhu do naších hláv. Na túto som si spo­ menul nedávno pozorujúc Mesiac okom webkamery a zároveň vychutnávajúc šálku čaju maté, stal sa zo mňa totiž čajofil, ale to niekedy nabudúce. Tak teda, to bolo tak … Keď bol svet svetom a krútil sa skoro tak ako teraz a Mesia­ čik si svietil na neznáme krajiny pod sebou hlboko dolu, zatú­ žil jeden večer potom, aby si ho mohol prezrieť zblízka. Dlho premýšľal ako to všetko uskutočniť,pretože to nebolo ľahké. Keby sa zjavil na Zemi tak ako je, vzbudil by veľký záujem a určite by sa zbehlo veľa ľudí. Niektorý by chceli aby svietil tuhšie, iní slabšie a pozorovatelia deepsky aby nesvietil vôbec. Nakoniec poprosil svojho dobrého priateľa – obláčik Araí, aby ho zahalil do svojho hmlového oparu. Konečne si mohol Mesi­ ačik prezrieť svet, rozosmial sa pri pohľade na chrápajúcich ľudí, nazrel do nočných zákutí, veru toľko zaujímavých a neznámych vecí na svete sa mu podarilo vidieť v ten večer.

11

Tak bol všetkým zaujatý, že si nevšimol ako sa mu za chrbtom zakrádajú opatrné kroky. Jaguár zazrel Mesiačika a zatúžil vyzkúšať ako chutí. Vtom zrazu spoza rohu zasvišťal šíp a jaguár sa zrazu vaľal po zemi. „Čččččo sa stalo?“ pýtal sa prekvapený. Vtom vyšiel z tieňa nočnej lampy starý indián, bývalý slávny lovec Atotarha. A už vysvetľuje Mesiačikovi, že nemôže spať a túla sa hore dolu pralesom a pritom si všimol zlého a hladného jaguára a rozhodol sa ho dopadnúť. Ináč by sa veru zle Mesiačiku povodilo. Samozrejme chcel sa Mesiačik dobrému indiánovi odvďačiť a rozhodol sa podarovať mu halúzku s drobnými lístkami. Poviete si, taká obyčajná halúzka, načo už môže byť dobrá. A Mesiačik už starému lovcovi vysvetľuje – je to dar pre všetkých a že s tejto rastliny si budú ľudia variľ čaj maté aby sa pri jeho pití stali dobrými priateľmi. Starý indián skočil do blízkej studničky pre vodu, obláčik založil ohník a Mesiačik uvaril po prvý krát čaj maté. Odvtedy ho pijú ľudia stále a každému kto prichádza s čistým srdcom ho ponúknu na dôkaz priateľstva. Dobré nie? Mám rád príbehy podobného razenia. Vo všeo­ becnosti v mýtoch krajín či už na západ alebo na východ od Euró­ py sa nebeské telesá vyskytujú omnoho častejšie. Dokonca som narazil na príbeh, ktorý vysvetľuje vznik dvojhviezdy Alkor a Mizar, alebo povesť vysvetľujúca vznik Mesiaca a Slnka. Sú to veľmi zaujímavá indiánske legendy. Nabudúce sa s nimi určite podelím. Nedávno som čítal scifi román od Alexandra Kazanceva – Skaza planéty Faena. Autor zaujímavo fabuloval históriu nielen našej civilizácie, berúc do úvahy všetky možné cesty evolučného vývoja. Samozrejme s patričnou dávkou fantázie a umeleckej in­ vencie. Načrtol teoriu, ktorá proklamuje dávnu existenciu planéty v pásme asteoridov. To nie je síce novátorská myšlienka, ale jej stvárnenie je veľmi pútavé. Náš Mesiac bol pôvodne mesiacom Faeny a po jej zničení sa dostane na nestabilnú dráhu, ktorá ju po čase privedie do priestoru pohybu našej planéty. Samozrejme vzniknú kata­ strofické situácie, ktoré majú globálny dosah na celú matičku Zem – vzniknú Andy a jazero Titicaca, potopí sa Atlantída, Indovia sa naučia jógu, Sumerovia vynájdu koleso a tak ďa­ lej. Všetko však dopadne dobre, Zem je zachránená a Mesiac sa stane jej spolupútnikom na ceste vesmírom. Síce mááálinko pritiahnuté za vlasy ale dobre sa to číta. Ale veď to poznáte — Na každom šprochu pravdy trochu. – Marian Urbaník –

Holly: „Napadlo mě, ukrátit si čas třeba tím, ža bych vytvořil dokonale funkční ženskou repliku, schopnou samostatného rozhodování, abstraktního myšlení, naprosto k neroze­ znání od skutečné.“ Lister: „Proč to neuděláš?“ Holly: „Protože nevím jak. Neuměl bych udělat ani nos.“ Red Dwarf – 5. Sebevědomí a mindrák

12

Nový vítr v teorii supernov Nový vítr v teorii supernov. Již po léta se snaží teoretičtí astrofyzikové simulovat pro­ cesy, které jsou pozorovány v celém pozo­ rovatelném vesmíru. Simulace těchto jevů v počítači ze základních fyzikálních prin­ cipů přinášejí možnost těmto jevům hlou­ běji porozumět. Problematickými objekty při simulacích jsou (nejen) supernovy, pře­ devším však supernovy typu II, tedy závě­ rečné stádium života hvězdy hmotnější než cca 10 hmotností Slunce. Při simulacích totiž zpravidla hvězda po ztrátě zdroje ener­ gie ve svém niterném termojaderném reak­ toru prostě splaskla, což je v rozporu s po­ zorováním, při němž se pozorují vnější obálky rozpínající se od zkolabovaného jádra rychlostmi přesahujícími 10 000 km/s. Současně je typicky celý pro­ ces v počítači sféricky symetrický, čímž je obtížné vysvětlit nesymetrické tvary mnohých zbytků po supernově (např. Krabí mlhoviny). Adam S. Burrows z Univerzity v Arizoně možná nalezl modelům chybějící koření – zvuk. Jejich simulace prováděná na vý­ konných počítačích totiž započítává možnosti vzniku zvukových vln během gravitačního kolapsu, které se pak stávají řídícím faktorem pro odvržení vnějších obá­ lek. Z astrofyzikálního hlediska není super­ nova ničím jiným než kolabující hmotnou hvězdou, které v jádře vyhořely i ty poslední zbytky jaderného paliva. Protože až do té doby byla hvězda proti zhroucení vlastní gravitací chráněna právě gradientem tlaku záření vznikajícího při termojaderných reakcích, narušená rovnováha vede k převaze gravitační síly a rychlému ko­ lapsu jádra. Proces je natolik energetický, že dochází k neutronové degeneraci hmoty,

Začátek simulace: jádro (v centru obrázku) právě zkolabovalo svou vlastní vahou na neutronovou hvězdu. Kolaps je doprovázen vznikem rázové vlny. 50 milisekund po kolapsu jádro zůstává stále perfektně sféricky symetrické.

kdy jsou nejen elektrony dislokovány ze svých původních pozic v elektronových obalech, ale dokonce protony v jádrech se jadernými reakcemi přeměňují na neutrony a z jádra se tak stává kompaktní neutro­ nová hvězda. Kolaps je provázen rázovou vlnou, kterou v konvenčním pohledu tvoří v drtivé většině neutrina – velmi pronikavé neutrální částice. Přestože neutrina odnáše­ jí zhruba 99 procent energie získané kolap­ sem, účinný průřez jejich reakcí s plynem je natolik malý, že je nemyslitelné, aby neutri­ na způsobila vznik rychle se rozpínající obálky. Z toho důvodu se rázová vlna tvo­ řená neutriny obvykle utlumí dříve, než je schopna roztrhat obálku hvězdy na kousky. V Burrowsových simulacích se ovšem objevil jev, který by mohl udělat za neutrina jejich práci. Krátce po kolapsu začne mate­

13

575 milisekund po kolapsu jádra začíná dopadat materiál obálky na jádro v tomto zvoleném souřadnicovém systému zeshora. Jádro osciluje (cca 300 krát za sekundu), budí akustické vlny, které se šíří od jádra při tomto pohledu zespoda. Zvuková rázová vlna má dost energie a momentu hybnosti, aby přinutila vnější obálky rozutéci se do prostoru. Narodila se supernova.

riál vnějších obálek dopadat na do neutro­ nové hvězdy zkolabované jádro. Není moc velký důvod ke zcela symetrickému dopa­ dání, takže zvýšeného dopadu z jedné stra­ ny začne jádro oscilovat, přičemž se energie dopadajícího materiálu zkonvertuje na energii šířících tlakových, tedy zvukových, vln, které se začnou šířit směrem od opačné strany hvězdy, než dopadá materiál. Zvu­ kové vlny z různých pozic se pak ve vý­ sledku spojí v jednu mocnou rázovou vlnu, která má dostatek energie a momentu hybnosti k tomu, aby zbývající vnější obálky rozprskla do prostoru. Kocour: „Já se musím najíst.“ Lister: „Pššt, Rimmerovi umřel táta.“ Kocour: „Já radši kuře.“ Red Dwarf – 8. Lepší než život

Akustický mechanismus je velmi nesy­ metrický, který nejenom vede k nesymet­ rickým tvarům rozpínajících se obálek, ale také může udělit zkolabovanému jádru pěkný kopanec v důsledku plnění zákonů zachování energie a hybnosti. Tento me­ chanismus může vysvětlit, proč se některé pulsary pohybují mezihvězdným prostorem rychlostí přes 1000 km/s. Simulace také ukazují, že akusticky generovaná tlaková vlna prostupující hvězdnou obálkou vytváří podmínky pro průběh termonukleárních reakcí, při nichž vznikají prvky těžší než prvky skupiny železa (např. zlato nebo uran, procesu se říká r­proces). Což je další proces, který neutrinový mechanismus z principu nemůže vysvětlit. Simulace Burrowsovy skupiny není v tomto poli zcela ojedinělá, nezávislý tým vedený J. C. Wheelerm z University of Texas v Austinu při svých výpočtech uvažovali též akustický mechanismus, předpokládali však, že zvukové vlny jsou generovány mě­ nícím se magnetickým polem kolabujícího jádra. Teorie nepochybně potřebuje další ově­ ření. Mechanismus byl zatím použit pouze pro simulace hvězdy 11krát hmotnější než je Slunce. Je zapotřebí též přidat další vlivy, které nebyly zatím vzaty v potaz – např. diferenciální rotace nebo započtení jevů obecné teorie relativity, které se v takto extrémních podmínkách hlásí o slovo. Ko­ nečným testem pak samozřejmě je srovnání s pozorováním. – Michal Švanda –

(podle Sky & Telescope)

14

Drobnosti II Máte radi Gaba el Maga? Asi musím vysvetliť – je to pseudonym G. G. Marqueza. Ja ho pri­ amo milujem a to čo môžem okolo seba momentálne vidieť mi pripomína jeho prózy. Slnko už dávno neútočí svojimi lúčmi tak neúprosne ako v lete, ale našťastie na nás nezanevrelo a my sa môžeme kúpať v posledných zábleskoch letnej atmosféry. Vždy keď príde tento čas, celého ma pohltí zvláštna atmosféra jesennej melanchólie. Moja myseľ je unášaná éte­ rickým tancom umierajúcich listov, kvetmi prvosienok začudovane pozerajúcich na jeseň v rozpuku a obloha – to more plné blankytu narážajúce na farebné útesy stromov za­ halených plášťom požičaným od Van Gogha. Večer sa more nebadane mení na nekonečný tmavý oceán plný blikajúcich majákov občas rozčesnutý vlnou meteoru. Mýty a legendy civilizácií sú plné príbehov rozprávajúcich o tomto priestore. Nedávno ma zaujal jeden po­ chádzajúci od severoamerických indiánov. To bolo tak … Keď starý kojot stvoril svet a rozdal ľuďom reč a jazyk tí nevďačníci sa zhodli na tom, že sa im nepáči. Totiž kojot v božskom tvoriteľskom nadšení stvoril oblohu príliš nízko a urastenejší indiáni vrážali hlavou do klemby a čo horšie – keď sa vyštverali na strom ocitli sa v nebi. S tým naozaj bolo treba niečo urobiť, preto sa jedného dňa stretli najmúdrejší mužovia všetkých kme­ ňov a radili sa o ďalšom postupe. Nakoniec sa všetci dohodli – musia sa všetci spojiť a takto spoločnými silami budú môcť zod­ vihnúť oblohu. V dohovorenú dobu sa celá pospolitosť stretla a všetci – zvieratá, ľudia i vtáci opreli dlhé palice o nebo a čakali na po­ vel. Muž s najsilnejšim hlasom zakričal a všetci sa zapreli. Nebo sa o kúsoček pohlo vyššie a zasa vyššie až nakoniec sa dostalo tam kde je teraz. Odvtedy si už nikto neudrel hlavu o oblohu a nenašiel sa v nebi, keď sa štveral na vysoký strom. Čo sa však nestalo, všetci sa nedozvedeli o tom, že sa bude obloha dvíhať. Traja poľovníci práve v ďalekých krajoch prenasledovali štyroch losov a keď všetci dvíhali oblohu, losy aj s poľovníkmi vyskočili hore. Nevšimli si, že sa niečo deje a už boli príliš vysoko aby sa mohli vrátiť domov. Tak ostali na nebi a premenili sa na hviezdy. Aj dnes ich je ľahké rozoznať. Traja poľovníci sú tri hviezdy oja Veľkého voza – jeden z nich mal psa, to je hviezda uprostred – náš Alkor z Mizarom, losy tvoria vlečku a kolesá. Neskôr sa zistilo,že tam neostali sami. Bolo tam veľa iných zvie­ rat a ľudí, ktorí im robia spoločnosť doteraz. Stačí sa pozrieť v noci na oblohu a začať čítať vo hviezdach. V poslednej dobe to robím veľmi často iba tak s jednoduchým atlasom, čo súhvezdie to príbeh, čo hviezda to osud a nie iba jeden. Celé priehrštia od Babylonu cez Waset až k Tébam. Mimochodom nedávno som narazil na egyptského sprievodcu Gala­ xiou. Nabudúce sa budem venovať jeho maličkosti. – Marian Urbaník –

15

Fyzika letu meteoroidu atmosférou Následující řádky poskytují nástin, abyste si udělali představu o tom, jak vypadá let tě­ lesa při velmi vysokých rychlostech. Celý jev – průlet tělesa atmosférou – trvá méně než 10 sekund, za tento čas se nestačí ustanovit tepelná rovnováha. Z toho plyne i složitost celého problému – musíme zkoumat časový průběh veličin a nemůžeme využít rovnice popisující rovnovážné stavy.

Energie a teplota Rychlost, jakou meteoroid vletí do zemské atmosféry, je přinejmenším druhá kosmická rychlost. Dá se říct, že všechny meteoroidy mají v atmosféře rychlost někde mezi 10 a 70 km/s, čili se pohybují zhruba stokrát rychleji než kulka z pušky. Když vidíme, co dokáže kulka, jakou paseku by asi udělal meteoroid, kdyby ho atmosféra nezastavila. Kinetická energie jednoho kilogramu hmoty o rychlosti 50 km/s (bolid s magnitu­ dou −10) je 1 2 E = mv =1,25 GJ , (1) 2 což je zhruba 350 kWh. Toto číslo, pro po­ rovnání, zhruba vyjadřuje spotřebu elek­ trické energie průměrné rodiny za jeden mě­ síc. Právě velké množství energie je důvodem, proč se u meteoroidu v atmosféře uplatňují efekty, se kterými nemáme v běžném životě zkušenost. Při průletu atmosférou se meteoroid třením zahřívá1. Velikost tohoto zahřívání odhadneme pomocí následující úvahy. Mo­ 1

Někteří mohou namítnou, že přece čím rychleji jedeme na kole, tím nám je větší zima, proto se tělesa pohybem ochlazují. Tomuto se říká windchill effect. Vysvětlení spočívá v tom, že ochlazování je způsobeno odpařováním vody z povrchu těla.

Obr. 1: Pro příklad lze uvést obrázek, jak vypadá hliníková fólie po zásahu mikrometeoroidem. Prů­ měr impaktu je 110 m a jeho hloubka 75 m.

lekuly nám dopadají na meteoroid rychlostí 10–70 km/s. Považujme tuto rychlost za ki­ netickou rychlost molekul atmosféry a na základě ekvipartičního teorému odhadně­ me jeho teplotu: v 21 T 1 3 2 m 0 v = kT  2 = 2 2 v 2 T 2.

1

(2)

Při rychlosti 330 m/s je kinetická teplota vzduchu 300 K. Uvedeným rychlostem pak odpovídá teplota 300 000 (rychlost 10 km/s) až 15 milionů kelvinů (rychlost 70 km/s).

Rovnice popisující meteoroid v atmosféře Na meteoroid při průletu atmosférou půso­ bí jenom odporová síla, vznikající bržděním

16

tělesa v okolním vzduchu. Jejím působením se meteoroid zpomaluje: m

dv

2

= ma=− S  v . (3) dt Jednotlivé veličiny jsou popsány za rovnicí (4). I když tato rovnice vypadá stejně jako rovnice pro odporovou sílu, nejsou to stejné rovnice. Když totiž zkoumáme, jakou silou půso­ bí prostředí (kterým těleso letí) na pohybu­ jící se těleso, zjistíme že:

1. při malých rychlostech je odporová síla úměrná rychlosti v (tzv. laminární proudění), 2. při větších rychlostech je odporová síla úměrná v2 (za obtékaným tělesem se za­ čínají vytvářet víry, které způsobují větší brždění tělesa), 3. při rychlostech kolem rychlosti zvuku je odporová síla úměrná v3, před tělesem se tvoří rázová vlna, která dále pod­ statně zpomaluje těleso, 4. při rychlostech, kdy je těleso podstatně rychlejší než je rychlost zvuku v prostředí (tj. rychlost, jakou se v něm pohybují molekuly), je odporová síla opět úměrná v2. V případech 2 a 4 jsou obě síly úměrné v2, ale v předpokladech, za kterých byly od­ vozeny, se tyto dva případy liší. Jak už víme, v okolí meteoroidu panuje vysoká teplota, která vede k vypařování hmoty z povrchu tělesa. Tento fyzikální děj můžeme popsat rovnicí vypařování 

dm dt

hybu tělesa v odporovém prostředí, nejsou si ale rovny. • m – okamžitá hmotnost tělesa, • S – efektivní průřez tělesa, •  – koeficient přestupu tepla, bezroz­ měrná veličina menší než 1 •  – energie nutná k ablaci2 jednotkové hmoty, jednoho kilogramu. Je vyšší než měrné skupenské teplo vypařování. • , v – okamžitá hustota atmosféry a rychlost tělesa

=

− 2

3

S v ,

(4)

kde •  – koeficient odporu tělesa, má stejný význam jako Ck v Newtonově rovnici po­

V dalších úvahách budeme využívat ablační koeficient  daný vztahem  = . (5) 2  Zavádíme ho z důvodu, že konstanty ,  a  nemůžeme z pozorování zjistit, ale  ano. Jednoduchým dosazením rovnic do sebe dostaneme první integrál, závislost hmotnosti tělesa na rychlosti m =m ∞ exp



2

2

  v −v ∞  2



,

kde m∞, v∞ jsou počáteční hmotnost a rych­ lost meteoroidu před vstupem do atmosféry. 2

Ablace je proces, při kterém ztrácí meteoroid svou hmotu vlivem drolení a tavení povrchu. Z povrchu se oddělují úlomky, vznikají z nich roztopené kapky a vypařuje se hmota. Materiál, ze kterého je meteoroid, je většinou velice křehký. Můžete si to představit tak, že vezmete sklenici a prudce ji zahřejete. Sklenice vám popraská. Stejný proces, na efekt ještě lepší, probíhá při ochlazení, protože rychle ochladit sklo je mnohem jednodušší než ho prudce zahřát. Prudce ji ponořte do vody. Sklo popraská, a když byla původní teplota dostatečně vysoká, tak se rozdrolí na malé kousky. Podobný proces probíhá i na povrchu meteoroidu. Tento efekt se využívá i v praxi: např. mise Apollo používala ablační štíty, které díky odpařování kovu na povrchu chránily vlastní kosmickou loď při přistání před shořením.

17

Obr. 2: Rozložení tep­ loty atmosféry v okolí meteoroidu dle modelu Iaina Boyda. Při výpo­ čtech použil metodu Monte Carlo s tím, že nepředpokládal vznik tzv. bow shock – rázové vlny před me­ teoroidem. Model popi­ suje běžný meteor, ne jasné bolidy.

Toto je jediný výsledek, který dostaneme takhle jednoduše, bez znalosti toho, jak se mění hustota atmosféry s výškou. Rovnice (3) a (4) vedou k plnému popi­ su pohybu tělesa v atmosféře za předpokla­

du, že těleso ztrácí hmotu pouze ablací. To ale není pravda ve všech případech. – Pavol Habuda –

Nové poznatky meteorické astronomie Za posledních pět let byl ve výzkumu me­ teorů udělán veliký pokrok, zejména díky velikému zájmu astronomů o meteorické deště Leonid. O některých zajímavých vý­ sledcích se můžete dočíst dále.

Definování pojmů Když mluvíme o pohybu tělesa v atmo­ sféře, rozlišujeme tři pojmy: meteoroid, me­ teor, meteorit. • Meteoroid – tělísko nebo těleso meziplanetárního původu, které obíhá kolem Slunce. V našem smyslu je to samotné hmotné těleso, které popisujeme během letu atmosférou.

• Meteor – samotné světlo, které vidí pozo­ rovatel koukající se na oblohu. Velice jasný meteor se jmenuje bolid. • Meteorit – pozůstatek meteoroidu, který dopadl na povrch Země.

Pojďme si teď rozebrat jednotlivé přípa­ dy letu tělesa atmosférou v závislosti na jejich hmotnosti.

Mikrometeoroidy Mikrometeoroid je tak málo hmotné těleso Sluneční soustavy, že se v atmosféře zabrzdí dříve, než se stačí dostatečně ohřát. Jeho hmotnost je 10−18 až 10−12 kg a průměr menší než 10 m.

18

Meteory Meteor je samotné světlo, které někdy vidí­ me na noční obloze. Říká se mu též padající hvězda. Jenom tělesa hmotnější než mikro­ meteoroidy se dostatečně zahřejí, aby začaly zářit. Samotný meteoroid moc nezáří, světlo vychází především ze stopy za meteoroidem (angl. wake), z teplé plazmy o teplotě zhru­ ba 4000 K. Ablace udržuje teplotu meteoro­ idu na několika tisících kelvinech, přičemž velikost stopy za meteorem je vůči velikosti meteoroidu neporovnatelně větší. Na obr. 2 u předchozího článku (str. 17) je velikost samotného meteoroidu menší než zrnko písku (má průměr nanejvýš několik mili­ metrů). Samotná plazma není v tepelné rovnováze, v jejím spektru lze nalézt i čáry, které odpovídají teplotám kolem 10 000 K. Velká většina meteoroidů pochází z ko­ met, mají tedy podobné složení. Současný model předpokládá, že meteoroidy jsou ta­ kové malé „prachové koule“. Jednotlivá křemičitanová zrna (jejich průměr je kolem 100 m a teplota tání kolem 3 000 K) jsou slepena těkavými látkami s nižší teplotou tání (kolem 1 300 K), které se odpaří jako první. Následkem toho po jistém čase

Obr. 1: Závislost elektronové hustoty (coby ekvivalentu jasnosti bolidu) na výšce a teplotě ablace meteoroidu. Model byl počítán pro Leonidy. Nižší teplota odpovídá křehčímu materiálu.

Obr. 2: Rychlost jako funkce výšky modelována pro kamenné těleso s průměrem 0,4 m s počáteční rýchlostí 20 km/s a různými . Průlet bez ablace odpovídá  = 0. Vidíme, že křehká tělesa s vyso­ kým  se rozpadnou a na zemi nedopadnou.

pokračuje dále shluk zrn nezávisle na sobě a prochází ablací nezávisle. Do svého úplného vypaření zrna svou rychlost prak­ ticky nezmění. Meteory začínají svítit ve výšce kolem 100 km a končí ve výšce 80 ki­ lometrů. Dříve se myslelo, že pro malé tělesa začá­ tek a konec dráhy na hmotnosti nezávisí, závisí pouze na vstupní rychlosti. Ukázalo se ale, závislost existuje, i když ne příliš si­ lná. Hmotné meteoroidy začínají svítit výš a mladý kometární materiál vykazuje tuto závislost mnohem více, než meteoroidy, kte­ ré strávily v meziplanetárním prostoru stovky oběhů. V poslední době se zjistilo, že některé Leonidy začínají zářit již ve výškách kolem 200 km. To potvrzuje naši do­ mněnku, že Leonidy jsou tvořeny především křehkým materiálem a velice snadno se roz­ padají. Hustota Leonid je podobná spíše hustotě sněhové koule než kousku kamene, a taky tak vypadá (viz parametry na str. 20). V závislosti na výšce začátku záření pravděpodobně závisí i teplota, na kterou se zahřeje samotný meteoroid, viz obr. 1. Tyto výsledky naznačují, že až polovina or­ ganických látek mohla být dopravena na Zemi meteoroidy. Meteoroidy mohly vyvolat také některé chemické reakce organických sloučenin – např. polymeraci.

19

Meteorické stopy

Obr. 3: Leonida ve výšce kolem 130 kilometrů, jak jej pořídila NASA. Všimněte si výtrysků ze samotného meteoru. Úlomky získaly svou hybnost pravděpodobně díky vysoké rotaci mateřského meteoroidu.

Účinnost proměny kinetické energie v světelnou je přibližně 25 % pro Leonidu, s klesající rychlostí klesá. Pro těleso po­ hybující se rychlostí 13 km/s je to už 6 % a pro 4 km/s už jen 1,2 %. Hughes publikoval v roce 1995 vztah log m =14,7 − 4 log v− 0,4 log M V , (1)

kde MV je absolutní jasnost meteoru, m v kg a v v m/s. Podle rovnice (1) je jasnost meteoru úměrná v4. Kdyby měly Perseidy (ZHR~80)3 rychlost Geminid (ZHR~130), tak by Per­ seidy byly jedním ze slabých rojů na hranici detekovatelnosti. Naopak Geminidy by, při zachování hustoty částic na své dráze, kaž­ doročně produkovaly meteorické deště o stejné intenzitě jako Leonidy v posledních letech.

3

ZHR je číslo vyjadřující kolik meteorů uvidíme za hodinu na obloze při standardních podmínkách – tj. MHV = 6,5 magnitud, ra­ diant v zenitu a obloha bez mraků. Při běžném pozorování bývá ZHR zhruba dvojnásobek počtu pozorovaných meteorů za hodinu.

Rozlišujeme dva druhy meteorických stop – trvající krátce a dlouze. Ty, které trvají krát­ ce, ztrácejí svou jasnost velice rychle. Způ­ sobuje je atmosférický kyslík, svítí zelenou zakázanou čarou 557,7 nm, ve které září i planetární mlhoviny. Dlouhotrvající stopy jsou mnohem méně časté, protože je zane­ chávají pouze bolidy. V obou případech se dá říct, že jsou velmi málo prozkoumané. Barva stop se většinou udává žlutobílá nebo bílá4. Tato barva přísluší teplotám ko­ lem 10 000 kelvinů. Zelená barva je způso­ bena kyslíkovou čarou. Někdy pozorovatelé mluví i o fialové barvě. Domnívám se že je to způsobeno saturací a rychlým poklesem intenzity stopy. Zkuste se podívat do prudkého světla (například do Slunce) a pak zavřít oči. Uvidíte zdroj světla ve fi­ alové barvě. Saturace způsobí, že nevidíte barvu původní, ale fialovou. Rovněž fialová barva je doplňkovou k zelené barvě, kterou má většina barevných stop. Při pomalých a fragmentujících bolidech pozorovatelé mluví často o oranžové a čer­ vené barvě. Je to pravděpodobně způso­ beno nižší teplotou stopy. Někteří pozorovatelé hlásili, že občas po­ zorují stopy po jasných meteorech, které jsou jakoby duté. Původně se tyto pozo­ rování řadila mezi jednorožce, černé a ml­ havé meteory nebo meteory ve tvaru sinuso­ idy. Ukázalo se ale, že takovéto meteory skutečně existují – viz obr. 4.

Bolidy Větší tělesa (o hmotnosti desítek gramů a více, přičemž silně závisí na rychlosti: rychlý meteoroid produkuje stejné množství 4

Člověk vnímá barvu tělesa jen pokud je jasnější než 2 magnitudy. Naopak, při velice jasných meteorech dochází k nasycení (saturaci) čípků a člověk vidí všechny barvy jako bílou. Pro hvězdy je tato hranice kolem −1 magnitudy.

20

Obr. 4: Vlevo časový vývoj stopy meteoru, jak ji zachytily kamery. Mezi prvním a posledním snímkem uplynu­ la minuta. Vpravo model stopy s rozložením teploty. Dutý tvar se vysvětluje rekombinací ozonu s atomy kovů a chemiluminiscencí.

světla při podstatně menší hmotnosti) jsou natolik jasná, že v noci osvítí okolí tak, že předměty vrhají stíny. Často se stane, že tyto meteory vybuchují, prudce zvyšují svoji jasnost. Je to způsobeno tím, že v jistém okamžiku u nich dochází k rozlomení – fragmentaci – a dále pokračují v letu. Dynamický tlak dosahuje až 10 MPa/m2.5 Při větších tělesech se už těkavý materiál mezi zrny nestihne vypařit dříve, než začne těleso svítit. Rozpadem meteoroidu dojde k prudkému vypaření tohoto materiálu, zvýšení odporu vzduchu (dle rovnice (3) v předchozím článku (str. 16) je zrychlení a ~ 1/R) a většímu zpomalení. Při skutečně velkých bolidech zaznamenají okamžik roz­ lomení i pozemní seismické stanice. Na obr. 5 jsou tato místa označena 1 a 2. U tohoto bolidu vidíme, že se rozpadl dokonce dvakrát. Pro velká tělesa s hmot­ ností několika tun je to běžná záležitost. Pro chování bolidů jsou podstatná dvě čísla – jejich hustota a ablační koeficient. Hustota 5

Zkuste si najít křehký materiál, vezměte ho do dlaně a zkuste ho zmáčknout. Jak budete pomalu zvyšovat svou sílu, najednou se vám celý rozsype na mnoho malých částí. Stejný proces se děje i s meteoroidem. Viz také kapitolu o meteoritech.

kolísá většinou mezi 600 až 2 500 kg/m3. Čím je hustota nižší, tím více je meteoroid porézní a složen z těkavých látek a tím větší je pravděpodobnost, že se při svém letu roz­ padne. S hustotou souvisí i ablační koefi­ cient. Čím je vyšší, tím křehčí materiál tvoří meteoroid. Na porovnání si vezměme jako příklad meteoroid pocházející z komety Tempel­Tuttle (tyto meteoroidy se jmenují Leonidy) a meteoroid pocházející z pásma asteroidů, složením velice podobný kamení (chondrit). Leonida má = 0,16 s2/km2 = = kg/MJ a 200 –700 kg/m3 , chondrit  = 0,02 s2/km2 a  =2 000 – 3 000 kg/m3. Ukazuje se ale, že rozdílné hodnoty  souvisí s fragmentací a porézností meteoro­ idu, že ve skutečnosti mají všechny materiá­ ly stejnou hodnotu  = 0,001–0,01 m2/km2.

Elektrofonní bolidy Někteří pozorovatelé zaznamenali při velice jasných bolidech zvuky, které připomínaly chřestění, šumění, klepání či „smažení slaniny na oleji“. Problém byl v tom, že po­ zorovatelé uváděli, že zvuk slyšeli tehdy, když uviděli meteor. Zvuk se tedy nemohl ší­ řit vzduchem, neboť zvuková vlna – vzdá­ lené hřmění, které je někdy slyšet – dorazí

21

k pozorovateli až za několik minut po přeletu. Navíc po­ zorovatelé tvrdili, že zvuk slyšeli dříve, než uviděli me­ teor nebo že ho slyšeli i uvnitř domu. Je jasné, že vůči těmto zprávám panovala nedůvě­ ra a jen velice těžce se pro­ sazoval názor, že to jsou skutečné zvuky a ne auto­ sugesce způsobena ne­ hlučným pohybem obrov­ ské světelné koule letící po obloze. Dá se říct, že elek­ trofonní bolid je úkaz pozo­ rovatelný jednou za život – proto jsou zprávy o nich ve­ lice kusé a rozporuplné. V roce 1998 zaznamenala chorvatská expedice za Le­ onidami šest takovýchto bolidů. Zjistili, že zvuk trvá Obr. 5: Bolid Benešov, závislost některých parametrů na výšce atmosféry. několik sekund, spíše méně. Je to jeden z nejjasnějších zaznamenaných bolidů. Pravděpodobně dopadlo na zem několik kilogramů meteoritů – chondritů. Čísly 1 a 2 jsou Nejslabší Leonida měla pouze −2 magnitudy, zaznačeny místa fragmentace bolidu, viz obr. 6. další −6. Tento nízkofrekvenční zvuk je způso­ bován elektromagnetickými vlnami s frek­ vencí pouze několik desítek hertzů. Elek­ tromagnetická vlna je zachycena kovovým nebo jiným předmětem, s kterým rezonuje, a způsobí jeho chvění. Celý mechanizmus doposud není plně vysvětlen. Uvádí se např., že dlouhé vlasy jsou při pozorování těchto zřídkavých úkazů velkou výhodou.

Meteority

Obr. 6: Změřené polohy jednotlivých úlomků bolidu Benešov. Větší čtverečky patří hlavnímu tělesu, menší úlomkům. Osa y je mnohonásobně zvětšená. Úkol – najděte na obrázku místa fragmentace – body 1 a 2 na obr. 5.

Dále budeme hovořit pouze o chondritech čili o kamení. O tom, proč na Zemi nedo­ padne těleso o nízké hustotě, si povíme v další části. Maximální rychlost meteoroi­ du, aby se celý nevypařil v atmosféře, je ko­ lem 30 km/s. Jestliže vstupuje do atmosféry

22

Obr. 7: Vlevo je zjednodušený náčrtek chondritu, vpravo meteoroidu pocházejícího z komety. Šedá hmota vlevo není prázdný prostor, ale tě­ kavější složka. U Leonidy je částečně smíchaná s ledem, bílá barva je prázdno mezi jednotlivými částečkami.

malou rychlostí (druhou kosmickou) a pod malým úhlem, stačí mu jen několik kilogra­ mů k tomu, aby jeho část dopadla jako me­ teorit. Většinou je ale hmotnost původního tělesa alespoň několik tun. V případě, že se tělesu podaří snížit svou rychlost na 3 km/s, jeho teplota se sníží natolik, že přestane probíhat ablace. Následně jej okolní vzduch zbrzdí a těleso padá k zemi volným pádem. Trvá mu několik minut, než dopadne. Jejich dopadová rychlost je v řádu desítek metrů za sekundu. Větší tělesa se nezbrzdí na tuto rychlost a narazí na povrch rychlostí něko­ lik kilometrů za sekundu. Těmto se říká impaktní meteority. Jelikož se zahříval pouze povrch (do hloubky max. několika milimetrů), vnitřek meteoroidu zůstal netknutý. Na povrchu se, v důsledku přetavení, vytvoří černá krusta.

Obr. 8: Skutečný v Antarktidě.

mikrometeorit

nalezený

Podle ní poznáme meteority poměrně snadno, i když si je lze někdy splést např. se struskou. Protože vnitřek meteoritu zůstane při přeletu atmosférou netknut, je složení meteoritů zprávou o Sluneční soustavě těs­ ně po jejím vzniku. Když meteoroid dopadne na Zem, vy­ hloubí pouze menší jamku. Těsně po dopa­ du může být ještě teplý, ale dá se vzít do ru­ ky. V současné době je známo sedm těles, které byly vyfotografovány, spočtena přes­ ná dráha a z kterých se našel zbytek, jenž dopadl na povrch. Jsou to Příbram (1959), Lost City (1970), Innisfree (1977), Pe­ ekshill (1992), Tagish Lake (2000), Mo­ rávka (2000) a Neuschwanstein (2002). První a poslední byly zachyceny díky Evrop­ ské bolidové síti. Ta je tvořena celooblo­ hovými kamerami, především v České republice a v Německu. Velikým překvapením je prakticky stejná dráha Příbrami a Neuschwansteinu. Je téměř jisté, že pocházejí ze stejného tělesa, i když mají různé složení a věk, po který byly vystaveny působení kosmického prostoru, viz obr. 9. Zatím nebyl pozorován žádný bolid, kte­ rý by byl železného složení. Takové bolidy jsou velice vzácné, i když více než 20 % všech nalezených meteoritů tvoří právě že­ lezné meteority. Železné tělesa totiž díky své pevnosti (p > 200 MPa) a vysoké teplotní

23

vodivosti při průletu atmosférou nefrag­ mentují. O něco méně pevné jsou kamenná tělesa, p = 20–200 MPa. Pozorování ale ukázala, že bolidy se většinou rozpadají při mnohem nižším dynamickém tlaku než je jejich teoretická pevnost. Je to zřejmě způ­ sobeno tím, že v kosmickém prostoru po­ praskaly a narušila se jejich soudržnost. Extrémem mezi meteority je Tagish Lake – to byl spíše kus bláta, než kámen. A ko­ metární materiál nedopadne nikdy – přík­ ladem budiž Tunguzka.

Skutečně velká tělesa 30. července 1908 explodoval nad Sibiří blízko řeky Podkamennaja Tunguzka ob­ rovský meteoroid. Jeho průměr se odhaduje zhruba na 100 metrů. Zničil obrovské úze­ mí svým výbuchem ve výšce zhruba 8 km nad povrchem. Jednalo se pravděpodobně o úlomek komety. Kdyby bylo toto těleso chondrit, dopadlo by až na Zemi a vyhlou­ bilo by meteorický kráter. Navíc, po­ zůstatky komet mají vyšší rychlost než ka­ menné meteoroidy pocházející z pásu asteroidů. Na Zemi můžeme najít stovky kráterů, které tady vytvořila vesmírná tělesa. Soudí v = konst

Obr. 9: Dráhy známých meteoritů ve Sluneční soustavě. Tagish Lake není z důvodu srozu­ mitelnosti uveden.

se, že jedno takové těleso pomohlo dinosau­ rům odejít na evoluční odpočinek. Aby se nám nestala stejná nehoda, běží několik projektů, které mají za úkol najít všechna

rovn. zahřívání

dopadne na Zem

fragmentace

mikrometeoroid

ANO

ANO

NE

NE

meteor

ANO

NE

NE

NE

bolid

NE

NE

NE

ANO

„Tunguzka“

NE

NE

ANO/NE6

ANO

ANO

ANO/NE

ANO

NE

Planetka (⊘ 1 km)

7

Tabulka shrnuje, jak se chová meteoroid v atmosféře v závislosti na své velikosti. 6 7

Křehká tělesa o průměru desítek metrů se dostanou do dolní části atmosféry, kde explodují. Jejich zbytky ve formě malých skleněných kuliček, sférul, spadnou na zem. Průměr sférul je několik desítek m. Kromě malé části povrchu se nezahřeje vůbec, až při samotném dopadu na povrch Země.

24

tělesa větší než 1 kilometr, jenž by v bu­ doucnu mohla zasáhnout Zemi – zmiňme např. projekt NEAR, nebo LINEAR. Proto nepodceňujme červená světýlka, blikající a varující před srážkou s meteoroidem – po­ hled na nádherný bolid letící atmosférou by mohl být pro nás tím posledním, co vůbec uvidíme. Poznáme jej jednoduše: bude mít

magnitudu tak −32 a lidi si budou myslet, že dopadl někde za kopcem. Na rozdíl od mnoha případů, kdy tak dosud laičtí pozo­ rovatelé tvrdili, budou mít pravdu. Nebu­ dou mít ale čas, aby se se svou pravdou po­ dělili s někým jiným. – Pavol Habuda –

Zajímavá pozorování A jsme opět u nepříliš populární rubriky, která již tradičně zakončuje náš zpravodaj. Nejprve tu máme v duchu dvou předchozích článků hlášení Pavola Habudy o letošním maximu meteorického roje Taurid.

Tauridy tento rok V tomto roku bol predpovedaný silnejší návrat meteorického roja Tauríd a predovšetkým sa predpokladalo, že bude možno pozorovať veľké množstvo bolidov oproti ostatným rokom. Je to vďaka tomu, že materiál z materského telesa Tauríd – kométy Encke – nie je po celej drá­ he rovnomerne rozdelený, ale je koncentrovaný v istej časti dráhy, širokej zhruba 60 stupňov. Zostal tam zachytený vďaka rezonancii 7:2 s Jupiterom. Počasie vyšlo tento rok veľmi dobre – až do začiatku novembra bolo jasno a aj prvý týždeň bolo niekoľko nocí, kedy sa dalo pozo­ rovať. Tauridy som pozoroval zhruba 30 hodín čistého času; za ten čas som videl niekoľko meteorov jasnosti okolo −4, spolu s ďalšími pozorovateľmi – Martinom Nedvědom, Jakubom Černým a ďalšími. Voči Perzeidám, ktoré boli tento rok mimoriadne slabé, boli Tauridy naozaj mimoriadne jasné a aj aktívne. Už koncom októbra začali niektorí americkí pozo­ rovatelia tvrdiť, ako veľmi lietajú jasné Tauridy – a dokonca ich spoľahlivo od seba rozli­ šovali (na severné a južné, pričom ich radianty ležia iba 8 stupňov od seba). Domnievam sa, že svoje jasnosti systematicky preceňovali ­­ ja som vtedy ešte jasné Tauridy nevidel. Začali lietať až v novembri – Poliaci aj Slovinci zachytili niekoľko jasných Tauríd s jasnosťami oko­ lo −10 na celooblohové kamery. My sme to štastie nemali, ale možno nabudúce – ďalšie zvýšenie aktivity, aj keď menšie ako tento rok, je predpovedané na 2008. Nov bude vtedy kon­ com októbra, pozorovacie podmienky budú o niečo horšie ako tento rok. Mnozí z nás se potkávají s nejrůznějšími svízeli, když se snažíme svůj koníček prezentovat před rodinou, nebo známými. Svoje už ví i Bédík Chrastina:

První pozorování s bratrem Jednoho víkendu přijel k nám na návštěvu můj bratr z Prahy se svou dívkou. Bylo zrovna jasno a tak se usnesli, že když mám „ten dalekohled“, že by chtěli vidět nějaké ty „hvězdy“. Slova v uvozovkách jsou jejich vlastní citace. Marně jsem se jim to pokoušel uvést na pravou

25

míru. Šli jsme na Annu, což je rybník vzdálený asi pět minut chůze, je to jediné místo s tro­ chu slušnými podmínkami pro pozorování. To začalo se slovy bratra, který pronesl: „Je mi zi­ ma.“ Jeho další dotaz byl adresován na délku pozorování. Ignorujíc tento dotaz jsem dal do zorného pole Mars (Měsíc nebyl pozorovatelný). Na Mars mi dívka mého bratra řekla: „Pěkné, ale nešlo by to větší?“ Zdrcen jejím dotazem a frustrován jejich nechápajícím po­ hledem, který na mě vrhli, když jsem se jim pokusil říct proč ten Mars nemůže být přes celé zorné pole, jsem jim ukázal M 52. Bratr mě obvinil, že si z něj dělám srandu, že „tam nic není“, s těmito slovy odešel domů. Jeho dívka mi alespoň poděkovala. Znechucen jsem už ne­ měl sílu cokoli pozorovat a šel jsem domů. Poučení? Některé lidi je dobré nechat v nevě­ domosti. V současnosti je zřejmě nejatraktivnějším cílem pro pozorovatele planeta Mars. Není sice tak blízko, jako před dvěma roky, ale zase má velmi vysokou deklinaci a tudíž se na obloze vyskytuje dostatečně vysoko nad obzorem, aby jeho pozorování tolik nerušila přízemní tur­ bulence. Na Mars se podíval i Petr Sklář z Břidličné a to dokonce vícekrát: Dne 19. 10. 2005 jsem pozoroval Mars mým novým refraktorem Celestron C4R 102/1000. Použil jsem okulár Ultra Wide 6 mm. Atmosféra byla trochu neklidná, ale jinak byl obraz čistý a ostrý. Mars zrovna ukazoval svoji nejkrásnější oblast Syrtis Major. Oblast byla zře­ telně viditelná. Spatřil jsem i maličkou polární čepičku. Danou situaci nejlépe znázorní kresba, kterou jsem během pozorování zhotovil. Pozoroval jsem Mars 28.10.2005. Velice mě překvapil klid naší atmosféry. A bylo to znát!! Ukázalo se plno podrobností. Krásná Syrtis Major, nad ní impaktní pánev Hellas, která se zdála trochu světlejší než okolí. Také jsem pozoroval rozdvojení oblastí Sinus Sabaeus a Mare Serpentis. Bohužel, polární čepičku jsem nespatřil. Je již tak malá, že ji nemůžu v mém dalekohledu vidět a nebo jsem jí přehlédl? To zjistím v dalším pozorování této plane­ ty. Posílám kresbu, která zobrazuje danou situaci. Zdravím, 18. 11. 2005 jsem vytáhl dalekohled (R102/1000) opět do zimy a jelikož byla ob­ loha pokrytá mraky, tak jsem čekal na vhodný okamžik. Měl jsem zálusk na oblast Sinus

Tři kresby Marsu od Petra Skláře. Zleva: 19. 10. 2005, 22.30–22.40 SELČ, 28. 10. 2005, 5.40–5.50 SELČ, 18. 11. 2005, 20.20 SEČ.

26

Skládaný barevný snímek Marsu pořízený amatérem Larrym Owensem.

Sabaeus. Podařilo se! Sinus Sabaeus krásně vynikl, jak svým tvarem, tak i tmavostí. Dále bylo možno pozorovat zapadající Syrtis Major. Ke konci pozorování (20:20 SEČ) se stalo něco, co se mi asi ještě nestalo. Vzduch se uklidnil tak, že jsem spatřil neuvěřitelné množství detailů a pravděpodobně jsem vyždímal z dalekohledu maximum. Bohužel celá tato událost trvala pouze 1 sekundu a tak jsem si detaily nezapamatoval. Jsem ale velmi rád, že jsem dokázal pozorovat Sinus Meridiani = „vajíčko“ na konci Sinus Sabaeus. Na ukázku posí­ lám kresbu. Na závěr této rubriky tu mám ještě jedno pozo­ rování došlé ze skutečně mrazivých dálek. Pochází totiž z japonské sondy Hayabusa, která v pátek 25. listopadu odebrala vzorky materiálu z pla­ netky Itokawa. Snímek do této rubriky tak zcela nepatří, avšak já ho po­ važuji za natolik fascinu­ jící, že jsem se jej rozhodl zařadit. Sonda totiž při manévrech na povrchem planetky zachy­ tila svoji vlastní siluetu na povrchu. – Michal Švanda –

27

Trpasličí astrokvíz Soutěží se úplně všude a úplně o všechno. Nejinak tomu bude v Bílém trpaslíku. Po násle­ dující rok v každém čísle najdete pětici záludných otázek z astronomie. K nalezení odpovědí na některé z nich bohatě postačí vaše hlavy, mnohdy si zřejmě budete muset pomoci další­ mi informačními zdroji, při řešení některým možná počítačově založenější z vás sednou ke svému oblíbenému programovacímu jazyku a úlohu si nasimulují. Soutěž má dvě katego­ rie – pro členy APO a pro ostatní. Kategorie se liší pouze cenou, kterou lze v soutěži získat. Odpovědi (včetně zdůvodnění) zasílejte poštou (Marek Kolasa, J. Vrchlického 3, 736 01 Havířov) nebo emailem ([email protected]) do redakce do 15. 1. 2006. Na konci příštího roku soutěž vyhodnotíme a nejúspěšnější řešitelé budou odměněni (jak jinak) než zajímavými cenami. Za otázkami v tomto čísle hledejte Pavola Habudu, z důvodu větší záludnosti otázky ne­ cháváme v původním znění a bez titulků, odpovědi vyjdou v příštím čísle.

Trpasličí astrokvíz – první sada otázek (1) Predstavte si, že ste sa ocitli na neznámom mieste. Viete ale, že ste stále na Zemi. Ak nemáte k dispozícii žiadne výdobytky techniky, akým spôsobom určíte svoju zemepisnú šírku a dĺžku? (2) Pozorovatel proměnných hvězd zjistil, že rozdíl magnitúd hvězd A a V je 0,4 magnitudy. Obě hvězdy byly v zenitu. Jaký rozdíl naměří pozorovatel, který ve stejném čase vidí tyto hvězdy 5 stupňů nad obzorem? (3) Jak dlouho bude ještě Proxima Centauri nejbližší hvězdou ke Slunci? (4) Může být Venuše v jeden den Jitřenkou i Večernicí? Rozumí se tím, že ráno vyjde dříve než Slunce a večer zapadne až po Slunci. (5) Když budeme pozorovat Měsíc spektrometrem a aproximujeme jeho světlo absolutně černým tělesem, jakou teplotu bude mít podle této aproximace Měsíc?

28

Holly: „Jediná chyba v jednom z mých třinácti miliard výpočtů a jsme na padrť. Deset, devět, osm, šest, pět … “ Rimmer: „Vynechal jsi sedmičku!“ Holly: „Vážně? Sedmička mi nikdy nešla … “ Rimmer: „A teď všichni zahynem!“ Red Dwarf – 12. Paralelní vesmír Rimmer: „Který je rok?“ Holly: „No, na to abych ho určila přesně, bych potřebovala více údajů.“ Rimmer: „Jako třeba co?“ Holly: „Hodil by se letošní kalendář.“ Red Dwarf – 13. Pozpátku

Obsah čísla: Konec Charonova monopolu, Michal Švanda.................................................................1 Naučte se číst ze synoptické mapy – 1. část, Petr Skřehot.............................................2 Drobnosti I, Marian Urbaník.........................................................................................10 Nový vítr v teorii supernov, Michal Švanda..................................................................12 Drobnosti II, Marian Urbaník........................................................................................14 Fyzika letu meteoroidu atmosférou, Pavol Habuda.....................................................15 Nové poznatky meteorické astronomie, Pavol Habuda...............................................17 Zajímavá pozorování.....................................................................................................24 Trpasličí astrokvíz.........................................................................................................27

BÍLÝ TRPASLÍK je zpravodaj sdružení Amatérská prohlídka oblohy. Adresa redakce Bílého trpaslíka: Marek Kolasa, J. Vrchlického 3, 736 01 Havířov­Podlesí, e­mail: [email protected]. Najdete nás také na WWW stránkách http://www.astronomie.cz. Na přípravě spolupracují Hvězdárna a planetárium Mikuláše Koperníka v Brně, Hvězdárna a planetárium Johanna Palisy v Ostravě a Hvězdárna v Úpici. Redakční rada: Jana Adamcová, Jiří Dušek, Eva Dvořáková, Pavel Gabzdyl, Zdeněk Janák, Pavel Karas, Marek Kolasa, Lukáš Král, Rudolf Novák, Petr Scheirich, Petr Skřehot, Tereza Šedivcová, Petr Šťastný, Michal Švanda, Martin Vilášek, Viktor Votruba. Sazba Michal Švanda písmem Lido STF v programu OpenOffice.org © APO 2005–2006