Tento rok uplynulo 25 rokov, čo začiatkom roku 1999 odštartovala z mysu Canaveral raketa s robotickou vesmírnou sondou. Jej primárnym cieľom bolo získať vzorky kozmického prachu z komy kométy Wild 2.
Tento úspešný projekt americkej vesmírnej agentúry NASA pod názvom Stardust patrí v histórii k jej najlacnejším. To mu však na jeho výnimočnosti nič neuberá. Prekvapujúce je, že vzorky získaného prachu sa skúmajú doteraz.
Dôvodov na skúmanie malých častíc vo vesmíre je viacero. Jeden z nich, súvisiaci s projektom Stardust, je snaha získať informácie o počiatočných štádiách vzniku našej Slnečnej sústavy.
Kozmický prach
Kozmický prach je prachová zložka medziplanetárnej alebo medzihviezdnej hmoty, ktorú tvoria čiastočky s rozmermi menšími ako desatina mikrometra. Napriek takto definovanej hornej hranici sa všeobecnejšie pod kozmickým prachom chápu aj väčšie častice, čo znamená, že experimenty zamerané na jeho skúmanie sa neobmedzujú iba na častice s rozmerom pod touto hranicou. Niekedy sa do tohto prachu zahrnujú aj mikrometeority, čo sú častice s hmotnosťou menšou ako jeden gram.
Kozmický prach je podobne ako prach v atmosfére viditeľný za predpokladu, že naň dopadá svetlo pod určitým uhlom. Medziplanetárny prach je v našej Slnečnej sústave sústredený prednostne v rovine ekliptiky. (Ekliptikou označujeme kružnicu, priesečnicu roviny dráhy Zeme s nebeskou sférou. Počas roka sa po nej zdanlivo pohybuje Slnko. Rotačná os Zeme s ňou zviera uhol 66°33′ a s rovinou rovníka uhol 23°27′.) Tento prach je pozorovateľný v podobe slabého tzv. zodiakálneho svetla v dôsledku rozptylu slnečného svetla na jeho časticiach. Jeho zdrojom sú planéty, kométy, asteroidy a objekty Kuiperovho pásu, čo je oblasť v našej Slnečnej sústave, ktorá sa nachádza za dráhou Neptúna vo vzdialenosti 30 až 50 astronomických jednotiek od Slnka. Pomenovanie má po holandsko-americkom astronómovi Gerardovi Kuiperovi (1905 – 1973), autorovi teórie o pôvode niektorých komét. Kozmický prach dopadá vo veľkých množstvách aj na zemský povrch.
Ako ho získať
V snahe získať vzorky kozmického prachu sme obmedzení našou Slnečnou sústavou. Ten však obsahuje aj častice, ktoré sa tam dostali z priestoru mimo nej. Zdalo by sa, že najjednoduchší spôsob, ako sa k nemu dostať, je zachytávať ho na zemskom povrchu. Má to však háčik. Množstvo kozmického prachu dopadajúceho na Zem sa síce odhaduje na niekoľko tisíc až desiatok tisíc ton za rok, ak je však rozptýlené na obrovskej ploche vodných plôch, v povrchových vrstvách hornín a vegetácie, ide o úplne mizivé množstvá. Takže je to hľadanie ihly v kope sena. Navyše platí, že rýchlosť fyzikálneho a chemického zvetrávania častíc sa s ich zmenšovaním výrazne zväčšuje. Zároveň ľahko prenikajú pod povrch, takže výsledkom oboch je, že z neho rýchlo miznú. Napriek tomu pokusy o záchyt tohto prachu na Zemi prebiehajú už dlho.
Malé kozmické sférické častice objavili v hlbokomorských sedimentoch už v roku 1891. Neskôr sa častice mikrometeoritov našli na mnohých miestach, napríklad na hlbokomorskom dne, v púšťach, v rôznych sedimentárnych horninách a aj v polárnom ľade. Z týchto izolovaných nálezov sa však nedali vyvodiť všeobecnejšie závery o jeho množstvách dopadajúcich na zemský povrch.
Hľadanie v snehu
Na tento problém sa zameral projekt výskumu kozmického prachu v snehu vo vnútrozemí Antarktídy na francúzsko-talianskej výskumnej stanici Concordia. Tá sa nachádza vo výške 3 200 metrov nad morom a na mape ju možno nájsť pod názvom Dome C na 75°06′ južnej zemepisnej šírky a 123°20′ východnej zemepisnej dĺžky. Výber lokality zohľadňoval množstvo snehu a malú kontamináciu pôvodným zemským prachom. K hlavným výsledkom výskumu publikovaného v roku 2021 patrilo zistenie, že ročný spad častíc s veľkosťou 20 až 300 mikrometrov, prepočítaný na celý povrch našej planéty, sa pohybuje v rozsahu 4 000 až 6 700 ton a že 80 % tohto prachu pochádza z komét a zvyšok z planétok (asteroidov). Elektrónovou mikroskopiou sa však analyzovali častice až do 700 mikrometrov a podľa pomeru roztavených a neroztavených častíc sa vyvodil záver, že pôvod kozmického prachu sa nachádza vo vzdialenosti jednej astronomickej jednotky, teda priemernej vzdialenosti medzi Zemou a Slnkom.
Podobným problémom čelí aj sledovanie tohto prachu v atmosfére. Je to predovšetkým kontaminácia atmosférickým prachom, ktorý predstavuje rádovo desiatky miliónov ton. Situáciu nemení ani skutočnosť, že množstvo mimozemského atmosférického prachu je asi trojnásobkom toho, ktorý dopadne na Zem.
Ďalší blízky zdroj tohto prachu je stratosféra, kde ho možno získať použitím vysoko letiacich lietadiel a stratosférických balónov. Tie druhé lietajú omnoho vyššie a môžu dosiahnuť výšku takmer 54 km.
Začiatky vo vesmíre
Prirodzeným zdrojom kozmického prachu sú vesmírny priestor alebo kozmické telesá bez atmosféry. Prvé pokusy o charakterizáciu malých vesmírnych častíc mimo bezprostrednej blízkosti Zeme sa začali už v roku 1958 prostredníctvom družíc Explorer 1 a Sputnik 3. Ani jedna z nich však nemala za úlohu priniesť vzorky kozmického prachu na Zem. Poslednou možnosťou, ktorú využili práve pri projekte Stardust, bolo ich odchytenie z komy kométy a aj mimo nej. Na vysvetlenie je potrebné povedať niečo o kométach. Sú to malé vesmírne telesá s veľkosťou nepresahujúcou 50 km. Na väčšine svojej dráhy sú neviditeľné vďaka veľmi tmavému povrchu. Približne 80 % jadra komét tvorí ľad. Zostávajúcu časť tvoria zmrznutý oxid uhličitý, metán, amoniak a rôzny anorganický prach. Okrem toho obsahuje aj rôzne prchavé a neprchavé organické zlúčeniny. To, že ide o veľmi tmavé telesá tvorené najmä ľadom, ktorý za normálnych okolností odráža takmer celú časť svetelného žiarenia vo viditeľnej oblasti vlnových dĺžok, môže byť pre niekoho prekvapujúce. Vysvetlenie je jednoduché. Stačí si spomenúť na osud odhrnutých snehových závejov na našich horských cestách. Z bieleho objemného snehu sa odparovaním, sublimáciou (alebo oboma) z neho postupne stáva špinavý tmavý ľadový monolit, v ktorom došlo k výraznému skoncentrovaniu tmavých prachových častíc a ktoré pôvodne v snehu nebolo vidno.
Vhodný výber
Hviezdna chvíľa komét nastáva, keď sa priblížia k Slnku a v dôsledku absorbovaného tepla začnú všetky prchavé zložky z jadra unikať a strhávať so sebou aj prachové častice. Významnú úlohu pritom zohráva aj extrémne nízky tlak okolitého priestoru. Unikajúce plyny majú obrovskú rýchlosť 1 až 2 km/s a prachovým časticiam ju udeľujú tiež. Tie môžu dosiahnuť rýchlosť 400 m/s, čím sa kométa zároveň stáva viditeľnou. (Veľmi zaujímavým vedľajším efektom masívneho úniku hmoty z kométy je odchýlka od pôvodnej trajektórie v dôsledku reaktívneho pôsobenia plynov.)
Menšia časť viditeľného obalu kométy sa nazýva koma. Je to hmlovitá plynovo-prachová obálka jadra kométy s približne sférickým tvarom a priemerom značne prevyšujúcim rozmer jadra. Môže mať stotisíc až milión kilometrov. Pokračovaním komy je chvost kométy, ktorý sa začne tvoriť pri prekročení obežnej dráhy Marsu. Jeho dĺžka môže byť až 100 miliónov kilometrov, teda niekoľko miliónkrát prekračuje veľkosť jadra. Tým sa stáva aj najvýraznejšou časťou kométy.
Predpokladá sa, že všetky kométy majú pôvod v našej Slnečnej sústave. Obiehajú zväčša po eliptických dráhach, pričom zmena na hyperbolické znamená ich únik mimo našej sústavy.
Prečo je teda výber kométy pre odber kozmického prachu vhodný? Jednak preto, že poskytuje veľmi koncentrované častice z dávnych čias vzniku našej Slnečnej sústavy a zároveň ich vydáva dobrovoľne, v prúde unikajúcich plynov v blízkosti Zeme. Takže namiesto náročného pristátia, odberu vzoriek a návratu v tomto prípade máme iba prelet komou.
prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Foto NASA
