Planetoidy - Czyli Małe Planetki.pdf - Świat Nauki - parys90

O planetoidach zrobi¸o si« g¸oæno, gdy okaza¸o si«, ýe mog stanowi

kosmiczne zagroýenie. Dziæ przedstawia si« je takýe w innym, lepszym

æwietle. S bowiem æwiadkami wydarzeÄ z czasw narodzin planet

Planetoidy ,

czyli ma¸e planetki

Erik Asphaug

orastajc w erze kosmicznej, bawi¸em si« z przy-

jaci¸mi w grawitacj«. Ktoæ z nas wrzeszcza¸:

ãJesteæ na Ksi«ýycu!Ó Ð i trzeba by¸o przesadnie

wolno kroczy, tak jak to widzieliæmy w tele-

wizyjnej transmisji ldowania Apollo 11. ãJesteæ na Jowiszu!Ó

Ð wo¸a¸ ktoæ inny i zaczynaliæmy wymachiwa nogami i r«ka-

mi jak przy p¸ywaniu kraulem. Nikt jednak nigdy nie krzyk-

n¸: ãJesteæ na planetoidzie!Ó Ktý bowiem w czasach poprze-

dzajcych filmowy Armageddon w ogle wiedzia¸, czym jest

planetoida... Dziæ zarabiam na ýycie badaniem planetoid, ale

w dalszym cigu nie potrafi« na to pytanie odpowiedzie.

Cho nie widzieliæmy ýadnej z duýych planetoid z bliska,

sdzimy, ýe przypominaj one z wygldu pomniejszony

i mocno poturbowany Ksi«ýyc. Na takiej planetoidzie, w jesz-

cze s¸abszym niý ksi«ýycowe polu grawitacyjnym, astronau-

ci stawialiby znacznie d¸uýsze kroki. Jednak obiekty o æred-

nicy mniejszej niý kilkadziesit kilometrw maj pole

grawitacyjne tak s¸abe, ýe nie jest ono w stanie æcisn tych ma-

¸ych planetek do kszta¸tu choby z grubsza kulistego. Tak

maleÄkie ãæwiatyÓ przybieraj wi«c najrozmaitsze formy:

przypominaj g¸ow« jaszczurki, ziarno fasoli, z«by trzono-

we, orzeszki ziemne czy upiorne czerepy. Z powodu nieregu-

larnych kszta¸tw grawitacja moýe odcign ewentualnego

podrýnika od ærodka masy takiego obiektu, a gdy dojdzie

do tego si¸a odærodkowa (bo planetoidy obracaj si« wok¸

w¸asnej osi) Ð rezultat okaýe si« absurdalny! D¸ nie b«dzie do-

¸em, moýna b«dzie spaæ... na wierzcho¸ek gry albo skoczy

za wysoko i nigdy nie wrci, czy teý wprowadzi si« na wie-

le dni na chaotyczn (o majestatycznie powolnym ruchu) or-

bit« wok¸ planetoidy, po czym wyldowa w nieprzewidy-

walnym miejscu! Gdy ciæniesz przed siebie kamieÄ, moýe

uderzy ci« w g¸ow«. Ma¸y podskok przeniesie o 100 m w le-

wo, albo nawet... usunie planetoid« spod ng! W«drowiec Ð

choby o kociej zr«cznoæci Ð wsz«dzie pozostawia b«dzie

chmury py¸u, a resztki takiej ãatmosferyÓ utrzymaj si« w g-

rze przez dni i tygodnie.

Wszystkie te aspekty planetoidalnej fizyki nie s juý jedynie

teoretycznymi ciekawostkami czy opowiastkami dla dzieci.

Misje kosmiczne, takie jak NEAR (Near Earth Asteroid Rendez-

vous Ð spotkanie z planetoidami bliskimi Ziemi) Ð pierwszy

prbnik kosmiczny umieszczony na orbicie wok¸ planeto-

idy Ð radykalnie zmieniaj nasze rozumienie tych tajemni-

czych dotychczas obiektw. Pomimo starannych obserwacji

planetoid i ich sporadycznych zbliýeÄ do Ziemi nasza wiedza

o tych cia¸ach (i kometach, ktre powstawa¸y w tym samym

czasie) jest mniejsza niý o Ksi«ýycu sprzed ery badaÄ kosmicz-

nych. Na planetkach wsp¸istnieje wiele s¸abych si¸; ýadnej

nie moýna zaniedba, ýadnej teý nie da si« ¸atwo zasymulowa

w ziemskim laboratorium. Nie wiemy teý, czy planetoidy s

litymi bry¸ami, czy zlepkami rýnych kawa¸kw. Z jakich mi-

nera¸w si« sk¸adaj? Czy potrafi przetrwa zderzenia z in-

nymi ma¸ymi cia¸ami? Wreszcie Ð jak ldownik lub astronau-

ta poradz sobie na niesamowitej powierzchni planetoidy?

Niedopieczone planety

Studia doktoranckie rozpocz¸em podczas prezydentury

GeorgeÕa Busha, kiedy planetoidy uwaýano po prostu za mi-

goczce na niebie punkty, a raczej tysice æwiate¸ek poruszaj-

cych si« najcz«æciej w pasie mi«dzy orbitami Marsa i Jowisza.

Kilka nielicznych grup porusza si« tak, ýe ich cz¸onkowie nie-

kiedy zbliýaj si« do Ziemi; znane by¸y teý przybywajce z Wiel-

kich Przestworzy bardziej odleg¸e komety. Z okresowych zmian

barw oraz jasnoæci planetoid wnioskowano, ýe s one cia¸ami

o nieregularnych kszta¸tach i wielkoæci budynku czy nawet ca-

¸ego kraju. Zmierzone okresy obrotu planetek waha¸y si« od

kilku godzin do kilku dni. Bardziej szczeg¸owe w¸asnoæci tych

cia¸ by¸y jedynie wytworem wyobrani naukowcw.

Widma planetoid poruszajcych si« w pobliýu Ziemi i Mar-

sa wykazuj obecnoæ minera¸w skalnych i skalno-ýelaznych,

podczas gdy obiekty z okolic Jowisza s na og¸ ciemne i czer-

wone, co sugeruje, ýe ich pocztkowy sk¸ad chemiczny tylko

nieznacznie rýni¸ si« od tego, jaki mia¸a pierwotna mg¸awi-

ca, gdy 4.56 mld lat temu tworzy¸y si« z niej planety [ ilustracja

na stronie 34 ]. Tak dok¸adne datowanie epoki planetarnych na-

rodzin uzyskuje si« na podstawie analizy iloæci izotopw o¸o-

wiu (produktu radioaktywnego rozpadu uranu) znajdujcych

si« w najstarszych ziarnach najprymitywniejszych meteory-

tw. A to, ýe meteoryty wywodz si« z planetoid, podejrze-

wano od bardzo dawna. Widma niektrych wygldaj niemal

identycznie jak widma wybranych typw planetek. Kolekcjo-

nerzy meteorytw zbieraj zatem okruchy planetoid!

Wielu astronomw przywyk¸o myæle, ýe obserwacje telesko-

powe uzupe¸nione analiz meteorytw mog zastpi bada-

nia planetoid za pomoc sond kosmicznych. I cho wyniki oka-

za¸y si« bardziej zagadkowe niý oczekiwano, badaczom uda¸o

si« z¸oýy kawa¸ki tej uk¸adanki w spjn ca¸oæ i naszkicowa

przebieg historii naszego Uk¸adu S¸onecznego. Nim z py¸o-

32 å WIAT N AUKI SierpieÄ 2000

DZIWNY KRATER NA EROSIE wyglda niczym gigantyczny ælad zwierz«cej ¸apy (ærodek

dolnego obrazu) . Nazwali go tak naukowcy, ktrzy pos¸ugujc si« materia¸ami nades¸any-

mi przez sond« NEAR, badaj szczeg¸owo t« kosmiczn ska¸« d¸ugoæci 33 km. Na drugiej

stronie Erosa znajduje si« m¸ode, siod¸owate wg¸«bienie (lewa strona grnego obrazu) o nie

wyjaænionej fakturze. Obecnie Ð dzi«ki obrazom takim jak ten Ð planetoidy z czysto astro-

nomicznych obiektw Ð tzn. poruszajcych si« po niebie æwieccych punktw Ð awansowa-

¸y do klasy obiektw geologicznych, ktrych æwiaty dopiero zaczynamy odkrywa.

Jak si« kr«c?

Gdzie si« w¸cz?

TROJAÁCZYCY

0.024

JOWISZ

1000

100

0.24

PAS

GüîWNY

DUûE PLANETOIDY NIGDY NIE OBRACAJ SI¢

SZYBCIEJ NIû OKOüO 10 RAZY NA DOB¢

2.4

MARS

ZIEMIA

SüOÁCE

GRECY

0.1

240

0.01

0.1

1 10

årednica planetoidy (kilometry)

100

2400

TYP S

TYP C

TYP D

DWIE GRUPY PLANETOID wyranie widoczne na wykresie przedsta-

wiajcym pr«dkoæci obrotu planetoid ( oæ pionowa ) w zaleýnoæci od ich

ærednic ( oæ pozioma ). Obiekty o ærednicach wi«kszych niý 200 m nigdy

nie obracaj si« szybciej niý raz na 2.2 godz. To graniczne tempo obrotu

daje si« prosto wyt¸umaczy, jeæli te planetoidy s zlepkami rumoszu,

ktry rozlatuje si« na boki, gdy wiruje zbyt szybko. Mniejsze planeto-

idy, mogce obraca si« szybciej, nawet raz na kilka minut, musz by

litymi ska¸ami. Przechodzenie obiektw jednego rodzaju w drugi nast«-

puje zapewne na skutek zderzeÄ.

GüîWNY PAS PLANETOID, gdzie porusza si« wi«kszoæ tych obiek-

tw, znajduje si« mi«dzy orbitami Marsa i Jowisza. Jednak tory nie-

ktrych ma¸ych planetek mog si« przecina z orbit Ziemi (zderze-

nia s wi«c niewykluczone), a innych Ð pokrywa si« z orbit Jowisza

wok¸ S¸oÄca (dotyczy to dwch grup planetoid na synchronicznej

orbicie jowiszowej Ð TrojaÄczykw i Grekw). Wewn«trzny pas g¸w-

ny to przewaýnie planetoidy kamienne lub ýelazno-kamienne (typ S);

planetoidy bardziej odleg¸e s ciemniejsze i bardziej czerwone, bo-

gatsze w w«giel (typy C i D).

wo-gazowej mg¸awicy utworzy¸y si« pla-

nety, musia¸ zaistnie taki stan poczt-

kowy, w ktrym pierwsze drobne ziarna

gromadzi¸y si« i zlepia¸y w rosnce

obiekty zwane planetozymalami. To one

sta¸y si« cegie¸kami budulcowymi pla-

net. Ale w obszarze poza orbit Marsa

rezonanse grawitacyjne z masywnym Jo-

wiszem stale miesza¸y w tyglu materii

i nie pozwala¸y, by jakiekolwiek cia¸o

uros¸o bardziej niý do ærednicy 1000 km.

Resztki nie ãzagospodarowanejÓ mate-

rii sta¸y si« dzisiejszymi planetoidami.

Najwi«ksze z niedosz¸ych planet mi-

mo to zgromadzi¸y wystarczajco duýo

energii wewn«trznej, by nastpi¸ w nich

proces rýnicowania struktury (dyferen-

cjacji); ci«ýkie metale roztapia¸y si«, sp¸y-

wa¸y ku centrum i tworzy¸y jdra tych

obiektw, lýejsze ska¸y wyp¸ywa¸y ku

powierzchni, a w kaýdym razie ku war-

stwom p¸ytszym. Dalsze przeobraýanie

ska¸ nast«powa¸o na skutek procesw

w magmie, niekiedy na planetoidach

wybucha¸y wulkany. I cho ýadna z nich

nie uros¸a na tyle, by utrzyma atmos-

fer« Ð uwodnione minera¸y znajdowane

w niektrych meteorytach æwiadcz

o tym, ýe woda w stanie ciek¸ym wyst«-

powa¸a na planetoidach cz«sto.

Stale post«pujcy proces przypadko-

wych zmian (randomizacji) nachyleÄ

oraz kszta¸tw orbit na skutek oddzia-

¸ywaÄ masywnego Jowisza sprawia¸, ýe

zderzenia planetozymali stawa¸y si« co-

raz gwa¸towniejsze. Zamiast cigle gro-

madzi materi« i rosn Ð niedosz¸e pla-

nety obt¸ukiwa¸y si« albo nawet roztrza-

skiwa¸y przy zderzeniach. Ich kawa¸ki,

zebrane w ãrodzinyÓ o podobnych wid-

mach, kontynuowa¸y drog« wok¸ S¸oÄ-

ca po zbliýonych orbitach. Wiele plane-

toid i meteorytw jest skalnym lub

ýelazno-skalnym gruzem z protoplanet,

ktre przesz¸y wczeæniej proces rýni-

cowania struktury. Inne planetki (oraz

wi«kszoæ komet) to bardziej prymityw-

ne pierwotne cia¸a, ktre z wielu powo-

dw nigdy nie podlega¸y rýnicowaniu.

S pozosta¸oæciami z czasw, kiedy pla-

nety jeszcze nie istnia¸y.

przenosz planetoidy z klasy obiektw

migoczcych na niebie do klasy poten-

cjalnych ldowisk sond i statkw ko-

smicznych. A wszystko to za spraw ad-

ministratora National Aeronautics and

Space Administration Daniela S. Goldi-

na oraz...dinozaurw i im to naukowcy

zajmujcy si« planetoidami powinni

przede wszystkim podzi«kowa.

Lansowana przez Goldina idea Ð

ãszybciej, lepiej, taniejÓ Ð okaza¸a si« dla

astronomii planetoid prawdziwym b¸o-

gos¸awieÄstwem, bowiem rzeczywiæcie

Ð odwiedziny ma¸ego ssiada s i szyb-

sze, i taÄsze niý misje do odleg¸ych, du-

ýych planet. Nie bez znaczenia dla pod-

j«cia decyzji o lotach ku planetoidom

by¸o takýe widmo ãognistej æmierciÓ

uderzajcej z gry Ð wszak odkrycie kra-

teru Chicxulub na Jukatanie potwierdzi-

¸o, ýe to upadek planetoidy lub komety

65 mln lat temu spowodowa¸ wygini«cie

ponad po¸owy gatunkw na Ziemi

[patrz: Walter Alvarez i Frank Asaro,

,,An Extraterrestrial ImpactÓ; Scientific

American , padziernik 1990 oraz Tom

Gehrels, ãZderzenia z kometami i pla-

netoidamiÓ; åwiat Nauki , maj 1996].

Powtrka z takiej katastrofy jest tylko

kwesti czasu. Ale nim skompletujemy

katalog wszystkich planetoid znaczco

zbliýajcych si« do Ziemi Ð a jest to praca,

ktr dopiero podj«liæmy Ð musz nam

wystarczy iæcie pokerowe oszacowania.

(Trzeba przy tym pami«ta, ýe nigdy nie

åwiat si« wali

Jeszcze 10 lat temu nieznane by¸y fi-

zyczne cechy ýadnej z planetoid; wielu

astronomw nie traktowa¸o zreszt tych

obiektw powaýnie. Pierwsza planeto-

ida odkryta w 1801 roku otrzyma¸a zgod-

nie z wczesnym zwyczajem nazw«

z mitologii (Ceres Ð przyp. red.). Ale gdy

znalezione planetoidy przysz¸o liczy

w dziesitkach, setkach, a nast«pnie w ty-

sicach Ð zacz«to im nadawa imiona ich

odkrywcw, potem ma¸ýonek tych od-

krywcw, nast«pnie dobroczyÄcw, ko-

legw, a nawet... psw. Teraz, po blisko

200 latach lekcewaýenia, gwa¸townie ro-

ænie ýywe zainteresowanie tymi cia¸ami

niebieskimi, bowiem nowe obserwacje

34 å WIAT N AUKI SierpieÄ 2000

1000

zdo¸amy utworzy kompletnego katalogu

komet, bo wtargni«cie kaýdej z nich do

wewn«trznych obszarw Uk¸adu S¸onecz-

nego to rzadki przypadek.) Prawdopodo-

bieÄstwo globalnej katastrofy kaýdego ro-

ku jest znacznie mniejsze niý szansa na

g¸wn wygran w totolotku. Nikt z nas

z pewnoæci nie zginie wskutek zderze-

nia Ziemi z planetoid. Jednak oszacowa-

nia prawdopodobieÄstwa apokaliptycz-

nego wyniszczenia ýycia budz groz«.

Zw¸aszcza ýe astronomowie za cz«sto wy-

liczaj potencjalne zagroýenie ze strony

planetoidy (najch«tniej w megatonach),

zamiast podawa ich ærednice wyraýone

w kilometrach. Podobni w tym jesteæmy

do artystw Ð chcielibyæmy przedstawi

dzie¸o Ð a wi«c planetoidy Ð w jak najlep-

szym æwietle, ale to rozg¸os u¸atwia p¸ace-

nie rachunkw.

Podekscytowani i zaciekawieni wcho-

dzimy wi«c w z¸oty wiek eksploracji ko-

met i planetoid. Uzyskaliæmy juý (rý-

nymi technikami) obrazy kilkunastu

z nich [ ramka na nast«pnej stronie ], a kaý-

dy nowy egzemplarz tej menaýerii wi-

tany jest z zachwytem Ð cho na og¸

wprawia nas w zak¸opotanie. Mwic

najogl«dniej Ð wyniki nie s takie, jak

oczekiwaliæmy. Wydawa¸o si«, ýe ma¸e

planetoidy b«d twarde i skaliste, po-

niewaý s¸abe si¸y grawitacji nie b«d

w stanie utrzyma przy powierzchni pla-

netoidy ýadnego lunego materia¸u (re-

golitu). Skupiania si« ma¸ych cia¸ w ãro-

jeÓ w ogle nie brano pod uwag«, gdyý

wydawa¸o si«, ýe najdrobniejsze nawet

wzgl«dne ich ruchy spowoduj rozpad-

ni«cie si« takiej grupy.

skim dziobie, szerokiej rufie i sporym kraterze na wkl«s¸ym pok¸adzie. Poka-

ny kopiec materii i masywne bloki skalne widoczne wok¸ zag¸«bienia pokazu-

j, jak si¸y grawitacji formowa¸y krater. Duýy g¸az zawieszony jest na ærodku

stoku, jakby zatrzymany w po¸owie drogi Ð trudno okreæli, jaki kierunek ozna-

cza tam ãw d¸Ó. Inne wyrane wg¸«bienie znajdujce si« po drugiej stronie pla-

netoidy jest wyjtkowo duýe, bo zajmuje znaczn cz«æ powierzchni Erosa. Za-

pewne powsta¸o jako skutek zderzenia Ð to ostatnie powinno jednak rozkruszy

Erosa na kilka duýych bry¸ oraz garæ drobniejszych fragmentw, zaæ ca¸oæ

spowi resztkami gruzu.

Nazwa ãErosÓ bardzo dobrze oddaje nieæmia¸y flirt tej planetoidy z Ziemi, po-

legajcy na cz«stych powrotach w jej okolice. Niestety, owa mi¸osna historia

moýe si« bardzo nieszcz«æliwie skoÄczy. Paolo Farinella z Universytetu w Trie-

æcie oraz Patrick Michel z Obserwatorium w Nicei oszacowali bowiem prawdo-

podobieÄstwo kolizji Erosa z Ziemi w cigu nast«pnego miliarda lat na 5%.

Skutki takiej katastrofy mog by wi«ksze niý rezultaty zderzenia, ktre dopro-

wadzi¸o do wygini«cia dinozaurw.

EROS NIE JEST ANI LIT SKAü, ANI Kü¢BEM PYüU, lecz zlepkiem kilku duýych kawa¸kw

skalnych. Jego powierzchni« przecinaj liniowe uskoki, skarpy, ostre kraw«dzie. Najwi«ksz struk-

tur jest g¸adkie, pokryte paskami wyý¸obienie, gdzie prawie nie ma kraterw ( poniýej ). Natomiast

najbardziej charakterystyczny krater Ð ãælad zwierz«cej ¸apyÓ d¸ugoæci 6 km Ð ma na swym zbo-

czu z¸oýa materii, co wskazuje na to, ýe jego tworzenie si« zachodzi¸o pod dyktando si¸ grawita-

cji ( po ærodku z lewej ). Stroma kraw«d przebiegajca rwnolegle do linii granicy ciemnej plamy

na powierzchni æwiadczy o istnieniu uskokw spoistej materii ( po ærodku z prawej ). Planetoida

obraca si« raz na 5.5 godz. ( na dole ).

W gruz obrcone

Tymczasem obserwacje i modele teo-

retyczne dowodz czego innego. Sdzi

si« obecnie, ýe wi«kszoæ planetoid o roz-

miarach przekraczajcych kilometr sk¸a-

da si« z mniejszych kawa¸kw. Na ob-

razach o duýej rozdzielczoæci widoczne

s kopcowate z¸oýa regolitu utrzymuj-

ce si« na planetoidzie mimo ma¸ej gra-

witacji. Wi«kszoæ planetoid ma co naj-

mniej jeden wielki krater, przy czym

rozmiary niektrych kraterw s porw-

nywalne z ca¸ymi planetoidami. Tak ko-

losalne zderzenia powinny si« zatem

koÄczy czymæ wi«cej niý wybiciem kra-

teru; mog spowodowa rozkruszenie

kaýdego monolitycznego cia¸a na kawa-

¸eczki. Takýe z pomiarw æredniej g«-

stoæci moýna wnosi o niejednorodnej

strukturze planetoid. Jej wartoæci s nie-

prawdopodobnie niskie, co sugeruje, ýe

w we wn«trzach planetoid znajduj si«

puste obszary nieznanych rozmiarw.

Jednym s¸owem Ð planetoidy o d¸u-

goæci wi«kszej niý kilometr mog wy-

å WIAT N AUKI SierpieÄ 2000 35

NEAR prowadza si« z Erosem

Ska¸a mi¸oæci?

E ros, planetoida okrýana obecnie przez sond« NEAR, przypomina ¸dk« o w-

Skalny ogrdek

EROS

Oficjalny numer katalogowy: 433

Rozmiary: 33 x 13 x 13 km

G«stoæ: 2.7 g/cm 3

Rodzaj: planetoida bliska Ziemi

Typ: S

Okres obrotu: 5.27 godz.

GASPRA

Oficjalny numer katalogowy: 951

Rozmiary: 19 x 12 x 11 km

G«stoæ: nieznana

Rodzaj: planetoida pasa g¸wnego, z rodziny Flory

Typ: S

Okres obrotu: 7.04 godz .

TOUTATIS

Oficjalny numer katalogowy: 4179

Rozmiary: 4.5 x 2.4 x 1.9 km

G«stoæ: 21 g/cm 3 (dane powierzchniowe)

Rodzaj: planetoida, ktrej tor przecina orbit« Ziemi

Typ: S

Okresy obrotu: dwa rýne (5.41 i 7.35 dnia)

Planetoidy poznane bliýej

Planetoidy - Czyli Małe Planetki.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: