Kosmiczny ostrzał Ziemi

Krzysztof Ziołkowski

publikacja 31.12.2006 18:43

Fragment książki "Zdziwienia - wszechświat ludzi o długich oczach", Wydawnictwo WAM, 2006.

Kosmiczny ostrzał Ziemi

Od dawna wiadomo, że Ziemia jest stale bombardowana materią kosmiczną. Najnowsze oceny, opublikowane w 1992 roku przez czeskiego astronoma Zdenka Ceplechę, wskazują, że – biorąc pod uwagę najszerszy zakres mas od 10-21 kg (najmniejsze rejestrowane cząstki pyłu kosmicznego) do 1015 kg (typowe komety i planetoidy mogące zbliżać się do Ziemi) – całkowity strumień materii napływającej na całą powierzchnię naszej planety wynosi 1,7 × 108 kg na rok. Zasadniczyp wkład do niego wnoszą naturalnie największe obiekty o rozmiarach rzędu kilometrów. Prawdopodobieństwo ich uderzenia w Ziemię jest jednak bardzo małe. Pomijając je więc, czyli uwzględniając jedynie pył kosmiczny oraz tzw. meteoroidy (czyli bryłki materii o masach – jak przyjęto umownie – do 104 kg), oszacowano, że w ciągu doby do atmosfery ziemskiej dostaje się średnio kilkaset kilogramów materii kosmicznej. Niewiele z niej zdoła dotrzeć do powierzchni Ziemi. Ale średnio raz na kilka dni trafia się kilkukilogramowy obiekt, który – jeśli ma stosunkowo niewielką prędkość – może przetrwać przelot przez atmosferę i spaść na powierzchnię Ziemi jako meteoryt. Większość z nich trafia oczywiście do oceanów i na tereny niezaludnione, a więc nic dziwnego, że pozostaje najczęściej niezauważona. Czasem bywa jednak inaczej.
 

Czternastego stycznia 1993 r. o godzinie 17h59m50s UT w Jerzmanowicach koło Krakowa coś niezwykłego uderzyło w tamtejszą Babią Skałę. Odłamki zostały rozrzucone w promieniu ponad 150 m, zniszczone zostały dachy budynków i wszystko, co było w pobliżu. Potężny impuls elektromagnetyczny przepalił bezpieczniki w domach i odbiornikach telewizyjnych. W odległym o 3,4 km obserwatorium sejsmologicznym zarejestrowano dwa silne wstrząsy. Po drugim zniszczona została antena do odbioru sygnałów czasu i dwa sejsmografy. Na dużym obszarze od Zawoi, Chrzanowa i Krakowa widziano wówczas przelot ogromnej kuli ognistej. Na Rynku Krakowskim przez ułamek sekundy było jasno jak w dzień...

Z analizy zniszczeń wynika, że meteoryt miał masę końcową około 2 kg i nie został wyhamowany w atmosferze. Uderzył w skałę z prędkością około 13,5 km/s. Miał najprawdopodobniej średnicę 11 cm i gęstość 3,4 g/cm3. Kula ognista widziana w Krakowie, Chrzanowie, Zawoi, Szklarach i Rudawie osiągnęła maksymalną jasność około -22 mag. W końcowej sekundzie lotu, gdy zmieniała barwę z jasnoczerwonej na ciemnoczerwoną, jasność wizualna przewyższała Księżyc w pełni i wynosiła -15 mag.

 


Tak opisał niezwykłe wydarzenie krakowski astronom dr Krzysztof Włodarczyk („Urania” nr 4/1993). Chociaż do dziś nie ustalono definitywnie, co się stało w Jerzmanowicach, to jednak całe zdarzenie wydaje się dobrą ilustracją konsekwencji stosunkowo częstego zjawiska, jakim jest spadek na Ziemię niewielkiej bryłki materii kosmicznej*.

Uderzenie w Ziemię większego obiektu, o rozmiarach rzędu kilkudziesięciu metrów, następuje – według najnowszych oszacowań – średnio co kilkaset lat. Uwzględniając natomiast jedynie tereny zamieszkane przez ludzi, ten odstęp czasu wzrasta do kilku tysięcy lat, a tylko obszary gęsto zaludnione i miejskie – nawet do kilkuset tysięcy lat. Przykładem takiego wydarzenia, które – jak się dziś sądzi – było spadkiem na Ziemię maleńkiej planetoidy lub fragmentu komety, jest słynna katastrofa tunguska. Rankiem 30 czerwca 1908 roku w okolicach syberyjskiej rzeki Podkamienna Tunguska, na wysokości około 10 km nad powierzchnią Ziemi nastąpił wybuch, który zniszczył tajgę na obszarze ponad 2000 km2 oraz uszkodził wiele domów w oddalonym o około 65 km osiedlu. Stacja sejsmologiczna, znajdująca się w położonym około 1000 km na południe od miejsca eksplozji Irkucku, zarejestrowała wstrząs o sile 4,5 stopnia; trzęsienie Ziemi w tym dniu odnotowały także obserwatoria w Jenie i w Londynie. W nocy z 30 czerwca na 1 lipca w Europie i w Azji dostrzeżono świecenie nieba. Obserwacje spektroskopowe tego niezwykłego zjawiska wykluczyły jego podobieństwo do zorzy polarnej. Analiza skutków wydarzenia doprowadziła do wniosku, że w wyniku eksplozji została wydzielona energia równa energii wybuchu około 12 megaton trotylu (TNT), czyli 800 razy więcej niż w przypadku bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę.

________________
* Późniejsze badania wydarzenia w Jerzmanowicach nie potwierdziły hipotezy meteorytowej, wskazując, że spowodował je najprawdopodobniej zespół efektów burzowych, a w szczególności silne wyładowanie liniowe i stowarzyszony z nim piorun kulisty.

 

 

Katastrofę tunguską spowodował wybuch nad powierzchnią Ziemi i dlatego jej skutkiem było tylko powalenie tajgi syberyjskiej na dużym obszarze, a nie wybicie krateru. Jednym z najbardziej znanych i spektakularnych przykładów tworu powierzchniowego powstałego w wyniku uderzenia w Ziemię obiektu kosmicznego jest natomiast słynny krater meteorytowy w Arizonie (USA) o średnicy 1,2 km i głębokości 200 m. Rezultaty najnowszych badań wskazują, że powstał on około 50 tys. lat temu w wyniku spadku z prędkością 11 km/s małej planetoidy żelaznej o rozmiarach ocenianych na około 60 m i masie szacowanej na kilka milionów ton. Dotychczas na powierzchni Ziemi zidentyfikowano około 140 tego typu kraterów o średnicach do 200 km.

Liczebność populacji obiektów o rozmiarach rzędu 100 m mogących znaleźć się w pobliżu Ziemi szacuje się dziś na około 300 tys. Przypuszcza się, że średnio w ciągu roku kilka z nich przelatuje – obrazowo mówiąc – między Ziemią a Księżycem, czyli w odległości od nas mniejszej niż 400 tys. km. Podczas tak dużego zbliżenia do Ziemi można je dostrzec, chociaż zaobserwowanie szybko poruszającego się po niebie i słabo świecącego ciała niebieskiego jest oczywiście bardzo trudne. Dotychczas tylko raz udało się to astronomom*: 18 stycznia 1991 roku odkryta została planetoida 1991 BA, której minimalna odległość od Ziemi wyniosła zaledwie 0,0011 j.a., czyli około 170 tys. km; jej średnicę oceniono na około 10 m.

Uderzenie w Ziemię jeszcze większego obiektu, o rozmiarach rzędu 1 km, następuje – jak się dziś sądzi – raz na 500 tys. lat. Ale skutki takiego wydarzenia mogą już mieć charakter globalny. Przykładu dostarcza znana hipoteza Luisa W. Alvareza (1911–1988) dotycząca wyginięcia dinozaurów. Usiłuje ona wyjaśnić to tajemnicze wydarzenie w dziejach Ziemi sprzed 65 mln lat zderzeniem naszej planety z planetoidą lub kometą o średnicy około 10 km. Nie wnikając tu w szczegóły tego interesującego zagadnienia, wspomnijmy tylko, że ostatnio odkryto prawdopodobnie pozostałość tej katastrofy. Wydaje się nią krater Chicxulub, którego południowa część znajduje się w północno-zachodniej części Jukatanu, a północna jest pogrążona w wodach Zatoki Meksykańskiej. Krater ma średnicę około 200 km, a jego głębokość dochodzi do 9 km.

Ocenia się, że około 90% tak zagrażających Ziemi obiektów to tzw. planetoidy bliskie Ziemi i komety krótkookresowe (o okresach obiegu wokół Słońca krótszych niż 20 lat). Pozostałe 10% przypada na komety długookresowe i tzw. komety jednopojawieniowe (o orbitach quasi-parabolicznych). W przestrzeni okołoziemskiej może znaleźć się około 2000 planetoid o średnicach większych niż 1 km. Dotychczas odkryto zaledwie 10% tej populacji, ale wydaje się mało prawdopodobne, aby pozostawały jeszcze nieodkryte obiekty o rozmiarach większych od 10 km. Najprawdopodobniej nie więcej niż 1000 z nich może zderzyć się z Ziemią. Średnio co kilkadziesiąt lat następuje przelot takiej planetoidy koło Ziemi w odległości mniejszej niż odległość Księżyca od Ziemi.

Zagrożenie ze strony komet krótkookresowych stanowi zaledwie 1% tego, jakie zachodzi ze strony planetoid o rozmiarach powyżej 1 km. Znacznie większe niebezpieczeństwo stwarzają natomiast komety o okresach obiegu wokół Słońca dłuższych od 20 lat. Chociaż ich liczbę szacuje się tylko na 5–10% liczby planetoid bliskich Ziemi, to jednak niosą one znacznie większą energię niż planetoidy o porównywalnych masach, gdyż przelatują w pobliżu Ziemi z większymi prędkościami. Średnio jedna taka kometa na stulecie może znaleźć się między Ziemią a Księżycem.

 

 

Ostatnio wiele emocji (wyrażających się między innymi w bałamutnych często doniesieniach prasowych) wywołało zbliżenie do Ziemi planetoidy (4179) Toutatis oraz powrót w pobliże Słońca – po 130 latach – komety 109P/Swift-Tuttle. Czy te dwa interesujące ciała niebieskie rzeczywiście zagrażają Ziemi?

Planetoida Toutatis, pierwotnie oznaczana 1989 AC, została odkryta 4 stycznia 1989 roku przez francuskiego astronoma C. Pollasa. Nazwana została imieniem bożka galijskiego strzegącego mieszkańców okupowanej przez Rzymian starożytnej Galii przed niebezpieczeństwami niebios. Jest typowym członkiem tzw. grupy Apolla, czyli tych właśnie planetoid, które mogą zbliżać się do Ziemi. Tym, co ją wyróżnia spośród znanych dotychczas obiektów tego rodzaju, jest najmniejsze nachylenie płaszczyzny jej orbity do płaszczyzny ruchu Ziemi wynoszące zaledwie 0,47°. Okrąża więc ona Słońce niemal w tej samej płaszczyźnie co Ziemia. Od momentu odkrycia obserwowano już tę planetoidę w trzech opozycjach, a także znaleziono kilka przedodkryciowych obserwacji z lipca 1988 roku oraz zidentyfikowano ją z planetoidą 1934 CT, tylko raz dotychczas obserwowaną w 1934 roku. Ten stosunkowo bogaty materiał obserwacyjny umożliwili dobre wyznaczenie jej orbity i zbadanie ewolucji jej ruchu.

Orbita Toutatis ma mimośród równy 0,64 i wielką półoś wynoszącą 2,5 j.a. Przez peryhelium, oddalone od Słońca o 0,9 j.a., przeszła 13 listopada 1992 roku. Wkrótce potem, 8 grudnia 1992 roku, przeleciała koło Ziemi, mijając ją w odległości 3,6 mln km (0,024 j.a.) z prędkością 11,2 km/s. Okres jej obiegu wokół Słońca wynosi prawie dokładnie 4 lata. Podobnych zbliżeń do Ziemi można więc oczekiwać co każde 4 lata w przyszłości. I rzeczywiście, precyzyjne obliczenia wykonane w Centrum Badań Kosmicznych PAN pokazały, że 29 listopada 1996 roku Toutatis zbliży się do Ziemi na odległość 5,3 mln km, 31 października 2000 roku na odległość 10,9 mln km, a 29 września 2004 roku na odległość już tylko około 1,5 mln km (0,010 j.a.). Szczególnie to ostatnie zbliżenie może być interesujące, ale nie ze względu na – niemożliwe przecież – zderzenie tej planetoidy z Ziemią, lecz na szansę dostrzeżenia jej wtedy nawet gołym okiem (ale niestety tylko z półkuli południowej)*. Dodajmy, że w przeszłości (badania przeprowadzono do 1900 roku) tak dużych zbliżeń do Ziemi nie miała.

Wykorzystując zbliżenie Toutatis do Ziemi w 1992 roku, zespół astronomów amerykańskich kierowany przez Stevena Ostro z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie wykonał sondowania radarowe tego obiektu za pomocą radioteleskopu o średnicy 70 m w Goldstone w Kalifornii. W ich wyniku otrzymano jego obrazy w dniach 8, 9, 10 i 13 grudnia. Po raz drugi w historii zobaczyliśmy tak dokładnie rzeczywiste kształty tego typu ciała niebieskiego (pierwszym obrazem asteroidy było zdjęcie Gaspry wykonane 29 października 1991 roku za pomocą sondy kosmicznej Galileo). Największe zdziwienie wzbudziła podwójność planetoidy, która okazała się jakby zlepkiem dwóch brył o średnicach 4 i 2,5 km. Okres jej rotacji oceniono na 10–11 dni. Powierzchnię pokrywają kratery; duży krater, wyraźnie widoczny na obrazie uzyskanym 9 grudnia, a średnicę około 700 m.

 

 

Zainteresowanie astronomów kometą Swift-Tuttle bierze się przede wszystkim stąd, że – jak od dawna już wiadomo – jest to obiekt macierzysty znanego roju meteorowego Perseid. Meteory tego roju obserwuje się co roku, najczęściej między 10 a 15 sierpnia, a zjawisko to jest znane pod nazwą łez św. Wawrzyńca. Dotychczas kometa ta była obserwowana tylko przez ponad trzy miesiące w 1862 roku. Nic więc dziwnego, że jej orbity nie dało się wyznaczyć na tyle dokładnie, by precyzyjnie przewidzieć jej powrót do Słońca w następnym pojawieniu. Wydawało się, że okres jej obiegu wokół Słońca wynosi około 120 lat. Komety poszukiwano więc już od początku lat osiemdziesiątych, ale udało się ją odnaleźć dopiero 26 września 1992 roku; szczęśliwym odkrywcą został japoński miłośnik astronomii Tsuruhiko Kiuchi. Współczesne obserwacje, w sposób istotny wzbogacające materiał dla wyznaczenia orbity, umożliwiły już znacznie lepsze poznanie jej ruchu wokół Słońca, a nawet zidentyfikowanie jej z kometą obserwowaną w 1737 roku przez misjonarza jezuickiego w Pekinie. Umiejętne wykorzystanie w obliczeniach danych z trzech pojawień się komety w latach 1737, 1862 i 1992–1993 umożliwiło nawet Grzegorzowi Sitarskiemu z Centrum Badań Kosmicznych PAN wiarygodne stwierdzenie, że znalezione w dawnych zapiskach kronikarskich informacje o obserwacjach komet w latach 64 p.n.e. i 188 n.e. najprawdopodobniej także należą do komety Swift-Tuttle. Dziś już wiadomo więc, że okres obiegu tej komety wokół Słońca wynosi 130 lat i że porusza się ona ruchem wstecznym po orbicie o mimośrodzie 0,96 i wielkiej półosi 26 j.a. położonej w płaszczyźnie nachylonej do płaszczyzny ruchu Ziemi pod kątem 113°.

Podczas następnego powrotu w pobliże Słońca kometa Swift-Tuttle minie Ziemię 5 sierpnia 2126 roku z prędkością 58 km/s w odległości 23,8 mln km. O zderzeniu jej wtedy z Ziemią nie może być więc mowy. Warto jednak wspomnieć, że minimalna odległość między orbitami komety i Ziemi wyniesie w tym czasie zaledwie 0,5 mln km. Ciekawe, że jeszcze mniejsza odległość dzieliła orbity Ziemi i komety Swift-Tuttle w 1992 roku: tylko około 60 tys. km! Gdyby więc kometa przeszła przez peryhelium kilka miesięcy wcześniej bylibyśmy zapewne świadkami niezwykłego zjawiska na niebie. Jednak rzeczywista odległość, w jakiej przeleciała ona wtedy koło nas, była równa aż 175 mln km.

 

 

 

 

Fragment książki "Zdziwienia - wszechświat ludzi o długich oczach", wydanej przez
Wydawnictwo WAM

Książkę można kupić w księgarni Wydawnictwa: http://ksiazki.wydawnictwowam.pl/