Díky termofyzikálnímu modelování se podařilo ztrojnásobit počet planetek, u kterých známe tepelné vlastnosti jejich povrchu. Analýzu dat získaných družicí NASA NEOWISE vedl doktor Josef Hanuš z Astronomického ústavu UK.
Jaká tělesa řadíme mezi asteroidy neboli planetky, kolik jich je a kde se vyskytují v naší sluneční soustavě? Jak často se stane, že vědci objeví novou planetku?
Planetkami rozumíme především tělesa obíhající v tzv. hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupitera, dále tělesa, jejichž dráhy kříží dráhy terestrických planet včetně naší Země (tzv. blízkozemní planetky), či objekty nacházející se poblíž trojúhelníkových libračních bodů Jupitera (tzv. Jupiterovi trojané). Doposud bylo objeveno téměř 800 000 planetek a toto číslo měsíčně narůstá o několik tisíc hlavně zásluhou velkých robotických přehlídek oblohy. Nicméně je to stále jen pouhý zlomek celkového počtu planetek, který je o několik řádů vyšší.
Jak tato tělesa vznikla?
Planetky jsou vlastně pozůstatky z doby rané fáze sluneční soustavy před 4,6 miliardami let. Původní populace těles, z nichž se neutvořily planety, však prošla dynamickým a hlavně divokým kolizním vývojem. Jednotlivá tělesa se vzájemně srážela a rozpadala na menší fragmenty, ty se pak opět srážely a dále rozpadaly. Část těchto fragmentů nyní pozorujeme jako planetky, většina se však srazila se Sluncem a zanikla, nebo byla vyvržena ze sluneční soustavy.
Detailnějšího zkoumání se zatím dočkal jen malý zlomek z nich. Co je v tomto směru největší překážkou?
Orbitální vlastnosti většiny planetek známe dobře z jejich astrometrických měření (tedy z měření jejich poloh na obloze) prováděných robotickými přehlídkami. Naproti tomu toho víme jen málo o jejich fyzikálních charakteristikách. Díky měřením v infračerveném oboru světelného spektra družicí NEOWISE se podařilo určit rozměry a albeda (tj. odrazivost povrchu) pro více než 100 000 planetek. Další fyzikální vlastnosti je však už podstatně těžší určovat, jelikož buď potřebujeme mnoho měření (například delší časový vývoj jasnosti, tzv. fotometrii) nebo jsou měření obtížná (například spektroskopie, polarimetrie, nízká jasnost těles). Důsledkem toho známe rotační periody pro přibližně 10 000 těles, polohy rotačních os a konvexní aproximace tvarů pro 1 000 těles a tepelné vlastnosti povrchu jen pro pouhých 50 planetek. Hlavní překážkou je nedostatečné množství pozorování (fotometrie ve viditelném i infračerveném oboru a spektroskopie, radarová měření, atd.).
V nejnovější práci jste analyzovali více než stovku těchto těles. Jaké nové informace se vám o nich podařilo zjistit?
Zaměřili jsme se na tělesa, pro něž jednak existovala pozorování ze satelitu NEOWISE a zároveň jsme pro ně měli odvozený model tvaru ve formě konvexního mnohostěnu. Modelování těchto tvarů z fotometrických měření je jednou z hlavních náplní práce naší planetkářské skupiny na Astronomickém ústavu UK, která je oceňována i v zahraničním měřítku (článek na webu JPL/NASA). Kombinací obou vstupů se nám podařilo odvodit tepelné vlastnosti povrchů pro více než stovku planetek, což zvýšilo naši znalost těchto parametrů o 200 %.
Znát složení blízkozemních planetek je důležité pro posouzení jejich nebezpečí
V čem spočívá metoda termofyzikálního modelování, kterou jste v rámci výzkumu využili? Jaké jsou její přednosti oproti jiným metodám?
Termofyzikální model počítá teplotu planetky na jejím povrchu řešením jednorozměrné rovnice vedení tepla ve svrchní vrstvě povrchového materiálu. Z rozdělení teploty na povrchu je pak spočítána vyzářená (tepelná) energie směřující k pozorovateli, která je následně porovnána s pozorováním. Nezbytným vstupem pro termofyzikální modelování je tvar planetky, její rotační perioda, směr rotační osy, a dále neznámé parametry jako odrazivost povrchu, jeho makroskopická hrubost a tzv. termální setrvačnost, která vyjadřuje odpor povrchového materiálu vůči změně teploty (je to funkce hustoty, termální vodivosti a tepelné kapacity). Konkrétně hledáme takové hodnoty neznámých parametrů, pro něž modelované tepelné toky nejlépe odpovídají těm pozorovaným.
Proč je studium planetek důležité? Může kromě vlastních charakteristik konkrétních objektů přinést ještě nějaké další důležité informace?
Studium planetek nám pomáhá odhalit jejich tepelný, dynamický a kolizní vývoj, jelikož jejich fyzikální vlastnosti vystupují v numerických modelech jako volné parametry. Z rozdělení velikostí například usuzujeme, jaké jsou pravděpodobnosti jejich srážek mezi sebou či s terestrickými planetami (tj. i Zemí). Fyzikální vlastnosti menších planetek nám umožňují lépe pochopit negravitační (například tepelné) vlivy, které na ně působí a mění jejich orbitální dráhy (tzv. Yarkovského efekt). V důsledku se mohou jejich dráhy stát nestabilními díky různým spin-orbitálním rezonancím, do jejichž vlivu se mohou planetky dostat. Tento proces představuje hlavní mechanismus transportu planetek z hlavního pásu do oblasti drah terestrických planet. Správné započítání Yarkovského jevu je též důležité pro předpověď možnosti srážky planetky se Zemí. V neposlední řadě je důležité znát složení těchto blízkozemních planetek pro posouzení jejich nebezpečí a možnosti odklonu, jelikož některé se mohou v budoucnu se Zemí srazit. Tím, že jich většina původně pochází z hlavního pásu, je nasnadě hledat odpovědi i mezi tělesy této oblasti.