11. 4. 2002

Home

Uchráníme Zemi před šmejdem z vesmíru?

K impaktům asteroidů na Zem dochází od začátku její existence. V současné době nenastávají příliš často, nicméně přesto jsou srovnatelné s jinými přírodními katastrofami jako jsou zemětřesení, sopečné erupce a záplavy. Nikoliv kvůli frekvenci jejich výskytu, ale kvůli průměrnému počtu obětí za rok - to zní trochu zvláštně, ale do konce tohoto článku si to ještě vysvětlíme. Na úvod lze říct jen toto: není to panika, je to statistika.
V budoucnu k nim zcela jistě bude docházet i nadále, otázkou není jestli, ale kdy. Na rozdíl od ostatních přírodních katastrof se ale liší tím, že jsme je schopni současnou technologií spolehlivě předpovědět (přesněji řečeno, rádi bychom, mít jen trochu víc peněz) a možná je i odvrátit.

Historie

Prvním člověkem, který upozornil na možné nebezpečí srážky Země s kosmickým tělesem byl Sir Edmond Halley (1656 - 1742). Jak známo, Halley poukázal na periodicitu komety, která byla později po něm pojmenována, a jejíž dráha protínala dráhu Země. 12. Prosince 1694 přednesl před Královskou společností v Londýně svou přednášku s názvem "Pár úvah o všeobecné potopě" (Some Considerations about the Universal Deluge). Zabýval se v ní myšlenkou, že pověst o biblické potopě světa může mít kořeny v nějaké srážce Země s kometou, během níž došlo k "... rozsáhlému propadu Kaspického moře a jiných velkých jezer na světě...". Jeho teorie ovšem nebyla v té době přijata církví, protože navrhovala jiný mechanismus tak rozsáhlé katastrofy, než Boží zásah.

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 2000-násobek energie Hirošimské atomové bomby. Na tomto 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 tomto 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.
Před nedávnem byl dokončene hloubkový vrt na poloostrové Yucatan, jehož vzorky jsou podrobeny geologickému výzkumu k upřesnění stavby kráteru.

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 km, kde je hustota atmosféry pouhá desetimilióntina hustoty při povrchu Země, způsobuje tření zahřívání a rozpad materiálu na částice plynu. Ve 100 km 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 80 km.

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.

9. dubna 1993 vstoupil do atmsféry 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 18 km 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.

10. srpna 1972, zaznamenal pohotový fotograf v Národním parku Grand Teton průlet zhruba 10 metrového tělesa, vážícího několik tisíc tun. Tato miniplanetka vstoupila do zemské atmosféry pod velice malým úhlem, proto se nedostala do větších hloubek, ale pouze rychlostí 15 km/s ulétla vzdálenost asi 1500 km.

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 světelem 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 20-krát, 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.


Zde je přehled všech zdokumentovaných pádů miniplanetek v posledním desetiletí 20. století.

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.

500 metrová 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 10 kilometrové planetky do Atlantického oceánu. Tento 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.

Jaké vlastně všechny důsledky bude mít srážka s planetkou o velikosti 10 km? Podívejme se na impakt na konci druhohor.

Součástí geologické vrstvy oddělující toto období je i nános sazí, jejichž množství odpovídá spálení minimálně 90 procent veškeré pozemské biomasy. Jak k tomu mohlo dojít? Jedno z možných vysvětlení je, že prach vyvržený při dopadu mohl způsobit šíření požárů vyvolaných blesky. Sedající si prach totiž způsobuje přemisťování nabojů v atmosféře a vytváří tak velký rozdíl elektrických potenciálů, což je jev dobře známý u sopek.
Další z možných mechanismů je ohřev zemského povrchu v důsledku pádu materiálu vyvrženého z kráteru. Jeho nemalá část se dostane až na balistické dráhy mimo atmosféru a rozprostře se prakticky po celé Zemi. Za nejnižší odhad množství tohoto materiálu můžeme vzít 1000 krychlových kilometrů (pro představu - celkový objem kráteru je stokrát větší). Tento materiál sebou nese kinetickou energii ekvivalentní asi týdenní dávce veškerého slunečního svitu, který obdrží celá planeta, a tato energie se při zániku trosek v atmosféře během minut až hodin přemění na teplo. Výsledkem je ohřev povrchu Země na teplotu kolem 1000 stupňů Celsia.
Prach, jehož rozměry jsou v řádech mikrometrů v atmosféře neshoří, protože je zabržděn ještě ve vysokých výškách, kde také vydrží velice dlouho (měsíce, roky), než se usadí. Nastává jev známý jako nukleární zima, protože tento prach rozptyluje sluneční záření zpět do kosmického prostoru. Na několik let po pádu Tunguského meteoritu například průměrná teplota na severní polokouli klesla o jeden stupeň. To se děje i v případě sopečných erupcí - výbuch sopky Pinatubo v roce 1990 způsobil pokles průměrné světové teploty o 0,5 stupňů na dva roky.

Další důsledky můžeme vyčíst z této tabulky - do atmosféry se dostává velké množství vodní páry a CO2, což způsobí, že po impaktní zimě (jak ji také můžeme nazývat) přichází nebývalé oteplení v důsledku skleníkového efektu.

Přejděme nyní k jiným číslům. Jak často vlastně ke srážkám Země s asteroidy dochází? Průkopníkem výzkumu v této oblasti byl Američan Eugene Shoemaker. Toto jméno jistě nikomu není neznámé. Kdo by neznal třeba kometu Shoemaker-Levy 9, která v roce 1994 spadla na Jupiter.
Shoemaker však především geolog. I když fušoval astronomům do řemesla dlouho, byl například prvním člověkem, který jednoznačně prokázal meteoritický původ kráteru v Arizoně, k čisté astronomii zběhl až na konci své vědecké kariéry.
Velkou část svého života zasvětil výzkumu pozemských a měsíčních kráterů. Mezi jiným bylo jeho cílem určit stáří těchto struktur na Zemi a odvodit, jak často ke srážkám dochází.

Určit frekvenci srážek Země s asteroidy a jejich rozdělení podle velikosti je ale z pozemských kráterů prakticky nemožné, z mnoha důvodů: Eroze a geologické procesy krátery zahlazují, většina impaktorů skončí v oceánu a malé planetky vůbec, jak jsme si již vysvětlili, kráter nevytvoří.

Nejlepším místem pro získání představy, jak často a jak tvrdě byla naše planeta bombardována je proto Měsíc. Jenže ten uchovává informaci o relativním věku kráterů, protože nové krátery překrývají starší, ale jejich absolutní datování je obtížné - máme jen pár vzorků dovezených při lunárních výpravách a automatickými sondami z několika míst na jeho povrchu.
Z výsledků lunárních družic nicméně Shoemaker a jeho kolegové nějakou statistiku rozdělení velikosti a frekvence dopadajících těles odvodili. Otázkou ovšem zůstalo, jak tempo kráterování sedí s pozorovaným počtem planetek a komet na drahách, které kříží dráhu Země.
Jestliže známe dráhu nějakého tělesa, můžeme poměrně jednoduše určit pravděpodobnost jeho srážky se Zemí. A pokud známe celkový počet těchto těles a jejich rozložení podle velikosti, můžeme určit, jak často se Zemí srazí objekt příslušných rozměrů.

V 70. letech 20. století ale bylo známo méně než 20 planetek typu Apollo - hrubé odhady naznačovaly, že musí existovat přibližně 1000 nebo více blízkozemních planetek větších než 1 km - a uskutečnit rozumný odhad střední pravděpodobnosti, že se některá z nich srazí se Zemí, bylo obtížné. Shoemaker potřeboval pro svoje odhady mít větší množinu těchto těles a nejsnazším způsobem, jak ji získat, bylo zahájit jejich hledání na vlastní pěst.. Tak vznikl v roce 1972 projekt s názvem Planet-Crossing Asteroid Survey, s užitím malé, 46 centimetrové Smidtovy komory na Palomarské observatoři, který založil Shoemaker se svou spolupracovnicí Eleanor Helinovou. Chtěl bych znovu podotkout, že tento průzkum rozhodně neměl za cíl nalézt všechny blízkozemní objekty, ale pouze rozšířit jejich počet pro statistické odhady.

Začátkem 80tých let uvedla firma Kodak na trh novou pokročilejší fotografickou emulzi - Kodak Tech Pan film - která výrazně zlepšila citlivost fotografických komor. Tou dobou Shoemaker rozšířil svůj zájem i na jiné objekty a jeho projekt se přetransformoval v Palomar Asteroid and Comet Survey a v jeho týmu se objevila i jeho žena Carolyne a David Levy.

Třetí program na hledání blízkozemních planetek s využitím Smidtovy fotografické komory založil Duncan Steel na Angloaustralské observatoři s Rob McNaughtem a Kenem Russellem, s názvem AANEAS - Anglo-Australian Near-Earth Asteroid Survey.

Ve stejné době ale přicházel na scénu nový typ detektoru, který znamenal revoluci v celé astronomii - CCD kamera. Pro planetky je její význam především v tom, že výrazně zkracuje expoziční časy, potřebné k zachycení slabých objektů, a tak umožňuje prohlédnout větší část oblohy v kratší době.
Jejich nevýhodou je poměrně malá velikost, takže jeden čip nedokáže pokrýt velké zorné pole Schmidtových komor, nicméně dá se to řešit tím, že se do ohniska dalekohledu poskládá více čipů - tak to udělali Eugene Shoemaker a Ted Bowell v nově založeném projektu LONEOS - Lowel Observatory Near Earth Object Survey.

Dalším problémem CCD kamer - jejich dlouhou vyčítací dobu potřebnou k přenosu obrazu do počítače - vyřešil elegantně tým u dalekohledu Spacewatch

Místo toho, aby dalekohled sledoval otáčení oblohy a kamera se po skončení expozice vyčítala naráz, má dalekohled vypnutý hodinový stroj a sledované hvězdné pole pomalu putuje po CCD matici. V praxi vypadá vyčítání CCD tak, že se vždy signál z krajního sloupce matice odešle do počítače, potom se signál v ostatních sloupcích posune o sloupec k okraji, opět se vyčte krajní sloupec a tak dále. Pokud tento proces neprovedeme až po skončení expozice, ale zpomalíme ho a přizpůsobíme jeho rychlost pohybu hvězdného pole po CCD prvku, můžeme vyčítat signál souběžně s jeho detekcí, což značně zefektivní celou práci.

Přesuňme se na začátek 90. let. Co vlastně již o blízkozemních objektech víme?

Blízkozemní planetky na začátku 90. let 20. století
velikostpočet
odhadznámých
> 1 km1 000 - 4 000107
> 500 m5 000 - 20 000127
> 100 m150 000 - 1 milón134
> 10 m10 mil. - 1 miliarda134
Zde vidíme odhadovaný počet blízkozemních planetek a počty těch známých.

Nyní se zastavme na chvíli u problému, jak se vlastně odhadují počty planetek. Jak můžeme z počtu těch, které známe, určit jejich celkový počet? Existuje jedna poměrně jednoduchá a průhledná metoda. Představme si, že si vymyslíme určitý počet planetek na náhodných drahách v blízkosti Země. Nebudou to dráhy úplně náhodné, ale budou se kumulovat u ekliptiky, o rozdělení planetek podle velikosti musíme mít rovněž určitou představu - rozhodně jejich bude přibývat směrem k menším rozměrům. Bez určitých předpokladů se zkrátka bohužel neobejdeme. A pak provedeme následující simulaci: vybereme nějaký existující dalekohled a provedeme s ním simulované pátraní po těchto tělesech. Známe jeho zorné pole, dosah, tedy, jaké nejslabší objekty s ním lze zachytit, místo na Zemi, kde je umístěn - to ovlivňuje, jak velkou část oblohy je schopen prohlédnout, i samotný postup, kterým oblohu prohledává. Většinou se planetky hledají v blízkosti opozice, kdy dosahují nejvyšších jasností. Musíme rovněž znát, jak se mění počet jasných nocí v průběhu roku na daném stanovišti, do hry vstupují též fáze Měsíce, např. v období kolem úplňku se nepozoruje vůbec.
Takovou simulovanou prohlídku necháme běžet, na počítači ovšem, dejme tomu pět let. Pro každý smyšlený snímek oblohy se spočte, které z naší skupiny umělých planetek budou v jeho zorném poli a jakou budou mít jasnost, a odtud se určí, mohou-li být objeveny.
Po skončení simulace spočítáme celkový počet "objevených" těles a porovnáme ho s celkovým počtem planetek, který jsme si na počátku zvolili. Dejme tomu, že jsme měli počáteční množinu 1000 planetek a z ní se podařilo objevit padesát, tedy dvacetina.
Pak se podíváme na skutečný počet těles, který tento dalekohled za dobu pěti let objevil. Víme tedy, že je to dvacetkrát méně, než je počet všech planetek s danou velikostí.
Parametrů, které musíme v takové simulaci zohlednit je samozřejmě mnoho a ne vždy je dokážeme nastavit přesně, proto se odhadovaný počet planetek může ve výsledku lišit až o řád.

Na základě odhadnutého počtu můžeme stanovit pravděpodobnost jejich srážky se Zemí. Výsledek je alarmující.

Průměrná hustota zalidnění na souši je 30 lidí na čtvereční kilometr a mění se od 5000 v Hong Kongu k 0,1 na Aljašce. Protože 2/3 zemského povrchu zabírají oceány, celková průměrná hustota je 10 lidí na čtvereční kilometr. Exploze 100 m asteroidu v atmosféře zdevastuje 10 000 čtverečních kilometrů, což představuje v průměru 100 000 obětí. když zanedbáme efekt tsunami - pád do oceánu má, jak už bylo zmíněno, horší důsledky.

Dopad 10-kilometrové planetky je událost velmi, velmi vzácná. Dojde k ní jednou za 10 milionů let. Znamená to ale, že bychom se toho neměli bát? Taková srážka má globální důsledky, dokázala by vyhubit celou lidskou populaci. Vydělíme-li počet obyvatel této planety 10 miliony, dostaneme v průměru 600 obětí za rok. Pro planetku o velikosti 2 kilometrů, která by způsobila smrt asi 25% všech lidí, se toto číslo vyšplhá až na zhruba 5000 lidí ročně.

Další nezanedbatelnou záležitostí, jak například ukázaly události 11. září loňského roku, je psychologický dopad takové události. Představa pádu dopravního letadla je pro lidi znepokojující, přestože pravděpodobnost, že při takové nehodě zahynou je mnohem nižší než v případě autonehody.

Na tomto grafu je srovnání různých typů katastrof jednak podle pravděpodobnosti, že při nich zahyne jednen člověk a za druhé podle celkového počtu obětí při jedné takové události.

Co s tím?

Koncem osmdesátých let se povědomí o tomto možném riziku dostalo mezi - vágně řečeno - prostý lid, tedy mezi americké daňové poplatníky. Částečně díky popularizaci od samotných astronomů a částečně díky filmovým scénáristům a režisérům, kteří si s touto myšlenkou začali pohrávat.
Výsledkem byla poměrně neobvyklá událost, která se naposledy odehrála na začátku šedesátých let a vyústila v americký program pilotovaných letů na Měsíc. Běžný postup u většiny projektů NASA je ten, že nejprve je v NASA vypracován jejich účel a popis a potom jsou předloženy americkému Kongresu ke schválení. Jenže v případě blízkozemních objektů se stal pravý opak - protože v NASA nebyl o tuto problematiku příliš velký zájem, úřad obdržel od Kongresu nařízení, aby se jí začal zabývat. Sněmovna reprezentantů vydala v roce 1990 toto prohlášení:

Výbor se domnívá, že je nutné, aby rychlost detekce planetek křížících zemskou dá?hu byla podstatně zvýšena, a že prostředky k jejich zničení nebo vychýlení z dráhy, pokud hrozí kolize, by měly být vymezeny a odsouhlaseny na mezinárodní úrovni.
Možnost, že Země bude zasažena velkým asteroidem je extrémně malá, ale neboť následky takové kolize budou extrémně velké, výbor se domnívá, že je moudré zhodnotit rizika této hrozby a připravit se na ni. Máme technologie k detekci těchto planetek i k odvrácení jejich srážky se Zemí.
Výbor proto rozhodl, že NASA provede dvě pracovní studie. První by měla stanovit postup pro dramatické zvýšení rychlosti detekce křížičů Země; tato studie by se měla zaměřit na cenu, časový harmonogram, technologii a zařízení potřebné pro přesné měření drah těchto těles. Druhá studie by měla definovat systémy a technologie ke změnám drah těchto planetek, nebo k jejich zničení, v případě, že by představovaly nebezpečí pro život na Zemi.

Na základě tohoto prohlášení vytvořil NASA dva výbory - 24-členný Detection Comitee, který se zabýval astronomickými aspekty tohoto problému a 90-členný Interception Comitee, který měl vypracovat plán na odvrácení takové srážky.

Detection Comitee stanovil za primární cíl objevení nejméně 99% všech blízkozemních planetek s rozměry nad 1 km během 25 let. Na základě numerických simulací, podobných těm, o kterých už jsem mluvil v souvislosti s odhadem počtu planetek, se ukázalo, že k tomuto účelu bude třeba postavit 6 dalekohledů s průměrem hlavního zrcadla 2 metry, z čehož 3 by měly stát na severní polokouli a 3 na jižní, pokud možno rovnoměrně rozloženy po obvodu Země, aby se vzájemně doplňovaly. Cena za stavbu a 25 letý provoz všech těchto 6 teleskopů by byla asi 300 milionů dolarů. Tedy asi tolik, jako cena jedné menší meziplanetární sondy. Ve vzduchu ale zůstala viset otázka, kde tyto peníze vzít. Mnoho lidí si představovalo, že by celý projekt mohl být financován z rozpočtů vědeckých astronomických institucí. Jenže tohle není vědecký projekt, ale ve své podstatě obranný. Pro účely výzkumu stačí znát pouze ukázkový vzorek těchto těles, řekněme 25, nebo 10 procent. Jak říká Duncan Steel: "nemusíte prozkoumat každého klokana v Austrálii, abyste se dozvěděli něco o těchto zvířatech."

Byť zatím bez finančních zdrojů, alespoň formálně vznikl projekt na hledání blízkozemních planetek, jehož jméno si astronomové propůjčili z knihy A. C. Clarka Setkání s Rámou. V jejím úvodu Clark popisuje pád menšího asteroidu na Zemi a jeho bezprostřední důsledky:

"Po počátečním šoku reagovalo lidstvo s odhodláním a v jednotě, jakou neprokázalo za žádné dřívější éry. Taková katastrofa, uvědomovalo si, se nemusí přihodit dalších tisíc roků, ale stejně dobře k ní může dojít zítra znovu. A následky by příště mohly být dokonce ještě horší.
Tak dobře: žádné příště už tedy nebude.
O sto let dříve mnohem chudší svět, se zdroji daleko omezenějšími, plýtval svým bohatstvím při pokusech zničit už odpálené rakety, jež lidstvo zcela sebevražedně namířilo proti sobě. Tohle úsilí nikdy sice úspěch nemělo, avšak tehdy získané zkušenosti se nezapoměly. Nyní se daly využít k mnohem vznešenějšímu účelu a v měřítku daleko větším. Žádnému meteoritu, dost velikému na to, aby způsobil katastrofu, se nepovolí, aby prolomil obranu Země.
Tak vznikl projekt Spaceguard."

16 zakládajích členů, jimiž byli astronomové z celého světa, mimo jiné i z tehdejšího Československa, vypracovalo asi 74 stránkovou zprávu o potřebě hledat tyto objekty a v březnu roku 1993 ji předložili americkému Kongresu, ale s pramalým výsledkem. NASA sice dostala nějaké peníze navíc, ale celkově to bylo méně než jeden milion dolarů. Hluché zůstaly tehdy i vlády ostatních států.

Možná skoro až zázrakem astronomům přispěchala na pomoc kometa Shoemaker-Levy 9. Vynecháme historii jejího objevu a pozorování, každý asi ví, jakým ohňostrojem, pozorovatelným ze Země i ne příliš velkými dalekohledy, zakončila svou pouť v červenci roku 1994.

O šrámech na Jupiteru, čtyřikrát větší než naše planeta, se mohl přesvědčit na vlastní oči prakticky každý. K dopadu prvního úlomku komety došlo 16. července. 20. července Sněmovna reprezentantů Spojených států, připsala následující do seznamu úkolů pro NASA:

Až na hranice proveditelnosti by měl Národní úřad pro letectví a kosmický prostor ve spolupráci s ministerstvem obrany a vesmírnými agenturami ostatních zemí identifikovat a katalogizovat během 10 let oběžné parametry všech komet a planetek větších než 1 kilometr na drahách okolo Slunce, které kříží dráhu Země.

Text pokračuje žádostí pro ředitele NASA, aby předal Kongresu programový plán, zahrnující rozpočtové požadavky, do únoru roku 1995. V čele komise, která měla tento plán vypracovat, nezasedl nikdo jiný, než Eugene Shoemaker.
Události se nepohnuly jen ve Spojených státech. V na zasedání Evropského parlamentu ve Strasbourgu se 31 zemí Evropy připojilo k americkému plánu. Rusko se připojilo v září roku 1994.

Jak vypadá situace dnes? O nějaké šestici dalekohledů o průměru 2 metry využitých pouze na objevování blízkozemních těles nemůže být ani řeč. Nicméně v provozu je řada dalekohledu s většími či menšími průměry, které do jisté míry plní plán podle normy.

Zde je přehled alespoň těch nejúspěšnějších "kombajnů", ačkoliv tím nejvýkonnějším je bezesporu LINEAR, jak uvidíme dále.
V přehledu je vždy datum uvedení do provozu, místo, kde observatoř stojí, provozovatel a průměr dalekohledu. U každého projektu je rovněž uvedeno, zda slouží pouze k hledání planetek, nebo rovněž k jejich následnému sledování, které slouží ke zpřesnění dráhy. Tomu se v angličtině říká follow-up a je to tak zaběhnutý termín, že snad ani nemá smysl ho překládat.

Jak jsou jednotlivé prohlídky úspěšné, to uvidíme na následujícím grafu:

Na horním obrázku jsou počty objevených blízkozemních planetek s rozměry nad 1 km, dole pak počty všech (blízkozemních). Jednotlivé sloupečky jsou vždy po půl roce. Dominance LINERu je na obou grafech více než zřejmá. Určitě vás napadne otázka, jak je možné, že, byť dvojice, nicméně průměrných (dnes možná už podprůměrných) dalekohledů, zvládne objevit dvakrát více planetek než všechny ostatní prohlídky dohromady.

U projektu LINEAR bychom se tedy mohli chvilku zdržet.

Základní rozdíl mezi dalekohledy projektu LINEAR a ostatních prohlídek je totiž ten, že ostatní programy používají technologie běžné v astronomii, zatímco LINEAR je založen na technologii vojenské (a tudíž i odpovídajícím způsobem drahé). Dalekohledy LINEARu jsou součástí sestavy dalekohledů sloužících k monitorování pohybu družic v okolí Země v rámci Ground-based Electro-Optical Deep Space Surveillance letectva spojených států. Zařízení stojí na Experimentálním stanovišti u odpalovací základny White Sands v Novém Mexiku.

V současné době je na dalekohledech instalována velká CCD kamera s rozměrem 1960 x 2560 pixelů. Zatímco u běžných v astronomii používaných CCD kamer s tímto rozměrem by se vyčítací doba pohybovala v oblasti minut, tento, částečně utajený typ, má vyčítací dobu 2 sekundy.

Rovněž montáž dalekohledu je poměrně neobvyklá, protože za stejně krátkou dobu (tedy 2 s) zvládne namířit dalekohled na jiné místo na obloze a především ho v nové poloze ustálit (běžně používané dalekohledy by se po tak rychlém přesunu příliš chvěly). Tato kombinace CCD kamery a montáže umožňuje dělat velmi krátké expozice (běžně od 5 do 30 sekund, podle pozorovacích podmínek), mezi nimiž dochází souběžně k vyčítaní kamery a přesunu dalekohledu na nové pole, takže je možné za jednu noc propátrat velkou část oblohy.

Dalekohled se za jednu noc vrátí na stejné místo celkem pětkrát, aby bylo možno jednoznačně odlišit pohybující se objekty a současně určit jejich předběžné parametry dráhy, které slouží k počítání pozic planetky pro následné follow-up pozorování.

Během hledání blízkozemních planetek je samozřejmě nalezeno i obrovské množství nových planetek z hlavního pásu. Záplava informací z hledacích projektů je taková, že v Minor Planet Centru Mezinárodní astronomické unie se někdy zpracovává za den přes 70 000 pozorování. Většinu práce obstarají pochopitelně počítače, nicméně Minor Planet Center tvoří všeho všudy tři zaměstnanci, kteří za takových situací pracují 16 hodin denně, 6 nebo 7 dní v týdnu.
Často opakovaným smutným faktem je, že celkový počet lidí na světě, kteří jsou zaměstnáni v oboru blízkozemních planetek, je menší než počet zaměstnanců průměrné restaurace McDonnalds.

Opustíme nyní téma hledání blízkozemních planetek a přejdeme k závěru, kdy si řekneme něco o tom, jak se lze proti těmto tělesům "bránit".

V první řadě je třeba říci, že žádná z dosavadních prohlídek není zaměřena na hledání objektů, u kterých by hrozilo, že se Zemí srazí během několika hodin, dnů, či měsíců. Samozřejmě, že občas jsou nalezeny objekty, u kterých dojde k blízkému průletu okolo Země v takto krátké době, dokonce většina malých asteroidů, které se dostanou do dosahu dalekohledů až v blízkosti Země, je objevena až poté, co k největšímu přiblížení dojde. Pokud bychom však nalezli objekt, o němž bychom si byli jisti, že se v takto krátké době se Zemí určitě srazí, byl by to skutečný problém. Technologie na jeho rozmetání na kusy (což by ani nebyl ten nejlepší nápad), či jeho odklonění z kolizního kurzu zřejmě zatím nemáme.

Co se tedy dá dělat, jestliže takovou planetku nalezneme s dostatečným předstihem, dejme tomu několik let? Jak už jsme si řekli, "rozstřílet" takovou planetku na kusy nemá smysl. Pokud by se měla srazit se Zemí až za několik let, je sice velmi málo pravděpodobné, že by některá z trosek zůstala na dráze která by vedla ke srážce, nicméně takový postup by byl příliš (a zbytečně) energeticky nákladný. Daleko snazší a úspornější metoda je prosté vychýlení planetky z její dráhy tak, aby minula Zemi v dostatečné vzdálenosti.

Nejhorší možná situace je ta, že budoucí trajektorie planetky projde přímo středem Země. V takovém případě je třeba změnit její dráhu tak, aby byla planetka v onom kritickém okamžiku minimálně o 6500 kilometrů "jinde".

Proč toto číslo: 6378 je poloměr Země a dále by bylo dobré požadovat, aby pokud možno planetka ani nezavadila o pozemskou atmosféru, čili to je nějakých 300 kilometrů navíc.

Jak velký "štulec" musíme planetce dát, abychom takové změny dosáhli?

Dejme tomu, že asteroid se má srazit se Zemí za 22 let. Udělme mu změnu rychlosti 1 cm/s bočně ke směru jeho letu. To způsobí, že každou sekundu se asteroid vzdálí od své původní dráhy o jeden centimetr více. Rok má asi 30 miliónů sekund, za rok tedy bude tato změna činit 300 kilometrů a za 22 let naroste o 6600 kilometrů. Planetka tedy mine Zemi ve vzdálenosti 400 km, dost daleko na to, aby se neotřela o hustší vrstvy atmosféry.
To vše je ale samozřejmě značně zjednodušující příklad. Víme, že planetky obíhají kolem Slunce a nepohybují se tak jednoduše po přímce.

Zopakujme tedy celý výpočet ještě jednou, tentorkát si ale zvolíme planetku, jejíž dráha bude elipsa, s periheliem 1 AU a afeliem 4 AU. Velká poloosa dráhy je tedy 2,5 AU. Rychlost takové planetky v periheliu je 9,4 km/s.

Opět zvýšíme její rychlost o 1 cm/s, tentokrát ale v místě jejího perihelu, a navíc ve směru jejího pohybu. Tato změna bude mít za následek, že se velká poloosa její dráhy zvětší o 0,000005294 AU, tedy o pouhých 794 km. Navíc se planetka vrátí po jednom oběhu opět na totéž místo, tedy přesně do vzdálenosti 1 AU od Slunce.

Nicméně dalším efektem, který způsobí změna rychlosti planetky v periheliu, bude prodloužení její oběžné doby. V našem případě o 6,6 minut. Jestliže tedy víme, že se s námi planetka má po jednom svém oběhu (který činí asi 4 roky) srazit a změníme její rychlost v periheliu o 1 cm/s, dospěje planetka na místo střetu se Zemí o 6,6 minut později.

Země se ale na své dráze pohybuje rychlostí asi 30 km/s, což znamená, že za 6,6 minut stihne "utéct" planetce o celých 12 000 kilometrů.

Dostáváme tedy ještě lepší výsledek než v našem předchozím zjednodušujícím případě.

Nyní je třeba rozhodnout, jakou energii musíme planetce dodat, aby se její rychlost zvýšila o požadovanou hodnotu a jakými prostředky toho lze dosáhnout. Vezměme v úvahu trochu realističtější hodnotu změny rychlosti, dejme tomu 10 cm/s. Jako nejsnazší se jeví varianta vyslat na povrch planetky nebo do její blízkosti nálož a odpálit ji. Chemické nálože můžeme ihned zamítnout z následujícího důvodu. Již při rychlosti 2,88 km/s má těleso o určité hmotnosti stejnou kinetickou energii, jako je chemická energie stejného množství trinitrotoluenu (TNT). Jestliže se tedy námi vyslaná nálož setká s planetkou rychlostí 10 km/s, což je běžná setkávací rychlost těles v případě, že nejsou na velmi podobných drahách, pouze 10% uvolněné energie bude pocházet z vlastního výbuchu a 90% bude představovat kinetická energie nálože. Toho lze ovšem s úspěchem využít u malých planetek. Jestliže střelíme do planetky s průměrem 100 metrů projektil (vyrobený z jakéhokoliv materiálu, vůbec nemusí jít o trhavinu) o hmotnosti 10 tun rychlostí 30 km/s, změníme její rychlost právě o 10 cm/s. Jestliže ale totéž zkusíme na kilometrovou planetku, bude změna její rychlosti pouhých 0,1 mm/s.

U velkých planetek nám tedy zbývají jen nukleární zbraně. Z výpočtů, které provedli v roce 1992 Thomas Ahrens a Alan Harris (z Califorina Institute of Technology) vyplývá, že pro popostrčení planetky o 1 cm/s v případě, že k výbuchu dojde na povrchu tělesa, je třeba pro kilometrovou planetku energie ekvivalentní několik desítek kilotun TNT (tedy o něco více než Hirošimská bomba) a pro desetikilometrovou planetku 100 megatun TNT (největší vyrobená vodíková bomba na Zemi uvolnila energii 60 megatun TNT).

Jako efektivnější se však jeví výbuch nad povrchem planetky. Stejného efektu lze dosáhnut výbuchem ve vzdálenosti asi 0,4 průměru planetky, přičemž pro kilometrovou planetku by bylo zapotřebí pouze 10 megatunové bomby a to už je dosažitelné současnými technologiemi. Princip spočívá v tom, že při takovém výbuchu je zhruba 30% povrchu planetky zasaženo zářením a rychlé neutrony proniknou asi 20 centimetrů pod povrch planetky. Náhlé zahřátí povrchové vrstvy způsobí, že se odpaří a unikající plyn vytvoří reaktivní sílu, dostatečnou k požadované změně rychlosti planetky. Navíc je tato síla rozprostřena po velké ploše povrchu a není koncentrována v jednom místě, takže nehrozí rozbití planetky na kusy.

Mohlo by se zdát, že to jsou všechno jen teoretické řeči, ale v praxi zatím nebylo ozkoušeno nic. Není to tak docela pravda, byť první krůček k nápravě byl jen velmi malý. Určitě si někteří ještě pamatují na sondu Clementine, která na jaře roku 1994 detailně zmapovala celý povrh Měsíce.

Primárním účelem sondy ale nebylo mapování Měsíce. Clementine byl projekt americké Strategické obranné iniciativy (které se za studené války přezdívalo Star Wars). Cílem bylo ukázat, že je možné navrhnout, postavit a vypustit sondu během dvou nebo tří let, v ceně nikoliv stovek, ale desítek miliónů dolarů. Po zmapování Měsíce se sonda měla vydat ke kilometrové blízkozemní planetce Geographos, která v srpnu roku 1994 prolétla okolo Země ve vzdálenosti 13 poloměrů Měsíční dráhy.

Bohužel chyba počítače během manévru způsobila, že se vypotřebovali veškeré pohonné hmoty sloužící k udržení správné orientace sondy, což vyloučilo možnost poslat sondu k planetce.

Mimo jiné sonda Clemenetine alespoň ukázala, že ne všechny zodpovědné osoby, kterých by se tato věc měla týkat, sedí "na zadku" a čekají, až se něco stane.

Impakty asteroidů na Zemi ohrožují existenci lidstva už od začátku jeho existence.

Jirka Dušek píše ve svém článku o možném dopadu asteroidu v Iráku:

Způsobil zánik řady civilizací doby bronzové pád menší planetky? Možná ano. Faktem je, že kolem roku 2300 před naším letopočtem došlo na Středním východě k radikálnímu zlomu. Z ničeho nic zmizelo z povrchu zemského několik stovek sídel doby bronzové. Prosperující vesnice a vesničky od Mezopotámie, přes dnešní Izrael, Egypt až po Řecko lidé najednou opustili a nebo rovnou zcela zlikvidovali. V centrálním Iráku například zmizela Akkadská civilizace s tajemným, napůl mytologicküm vládcem Sargonem, v Egyptě došla na konec cesty pátá dynastie faraónů, kterým vděčíme za nádherné pyramidy, rozplynuly se i osady ve Svaté zemi.

Doufejme ale, že přichází doba, kdy si tuto hrozbu začínáme uvědomovat a pozvolna na ni i reagovat.

Petr Scheirich
Vyšlo v IAN 11. 4. 2002