Gwiazdy spadające

Krzysztof Ziołkowski

publikacja 31.12.2006 18:09

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

Gwiazdy spadające

Co roku w połowie listopada Ziemia w swym ruchu wokół Słońca napotyka strumień meteoroidów związany z kometą 55P/Tempel-Tuttle. Na niebie obserwuje się wtedy rój meteorów zwany Leonidami. Na czym polega to zjawisko i dlaczego ostatnio wywołało tak wiele emocji?

Strumień meteoroidów jest zagęszczeniem cząstek pyłu i okruchów materii obiegających Słońce po torach bardzo podobnych do toru komety, która je rozproszyła wzdłuż swojej orbity. Gdy Ziemia przechodzi przez takie zbiorowisko drobnych ziaren materii, to oczywiście musi dojść do jej zderzeń z nimi. Pierwsze uderzenie przyjmuje na siebie atmosfera otaczająca naszą planetę. Opór, który stawia atmosfera zagłębiającym się w nią z dużą prędkością cząstkom, powoduje ich rozgrzanie do bardzo wysokich temperatur. Ogromna większość z nich spala się więc już w górnych warstwach atmosfery. Bardziej masywne wnikają głębiej, pobudzając do świecenia otaczające je gazy atmosfery, poczynając od wysokości około 100 km. Patrząc z Ziemi na niebo, można wtedy dostrzec „gwiazdy spadające”, czyli zaobserwować zjawisko meteoru – np. meteoroid o masie 0,25 g, wpadając do atmosfery z prędkością 60 km/s, utworzy meteor o jasności takiej, jaką mają najjaśniejsze gwiazdy. Meteory wywołane przejściem Ziemi przez strumień meteoroidów (które poruszają się w przestrzeni w jednym kierunku po torach równoległych) robią wrażenie, jakby wylatywały z jednego punktu na niebie; mówi się o nich, że należą do jednego roju, a jego nazwę wiąże się najczęściej z nazwą gwiazdozbioru, w którym ten punkt (zwany radiantem roju) się znajduje. Nieliczne spośród trafiających w Ziemię meteoroidów mogą przetrwać przelot przez atmosferę i spaść na powierzchnię jako meteoryty.

Leonidy (nazwa pochodzi od gwiazdozbioru Lwa – łac. Leo) nie są rojem szczególnie aktywnym: najczęściej obserwuje się kilkanaście, rzadziej kilkadziesiąt meteorów na godzinę. Ale w tym roku było zupełnie inaczej. Kometa Tempel-Tuttle, która jest źródłem Leonid, obiega Słońce co 33 lata i na przełomie lutego i marca 1998 roku po raz kolejny powróciła w pobliże Słońca. Dzięki temu w miejscu swej orbity, w którego pobliżu Ziemia znalazła się 17 listopada, kometa była zaledwie kilka miesięcy wcześniej. Można więc było oczekiwać, że gęstość utworzonego przez nią strumienia meteoroidów będzie w tym miejscu znacznie większa, a to mogło zaowocować znacznie efektowniejszym niż zwykle zjawiskiem promieniowania Leonid.
 



Dziewiętnastowieczny drzeworyt obrazujący deszcz Leonid
w 1833 roku obserwowany nad wodospadem Niagara

 

 

Oczekiwania te uzasadniało ponadto wspomnienie wielkiego deszczu Leonid, który wystąpił w 1966 roku podczas poprzedniego powrotu w pobliże Słońca komety Tempel-Tuttle. Maksimum aktywności było wtedy obserwowane w Ameryce, gdzie naliczono około 150 tys. meteorów na godzinę. Ta niezwykła ulewa meteorowa trwała zaledwie kilkadziesiąt minut, ale swą intensywnością dorównała zapewne słynnemu zjawisku na niebie z 1833 roku, które w historii Stanów Zjednoczonych zostało zaliczone do najdonioślejszych wydarzeń (w 1878 roku historyk amerykański R.M. Devens wymienił je wśród 100 najważniejszych wydarzeń w dziejach USA). W nocy z 12 na 13 listopada 1833 roku mieszkańcy Ameryki Północnej byli bowiem świadkami już nawet nie deszczu, ale ulewy meteorów. Przez kilka godzin całe sklepienie niebieskie roziskrzyło się rojem gwiazd spadających. Wzbudziło to ciekawość nie mniejszą chyba niż przerażenie, które ogarnęło ludzi, tym bardziej że wtedy jeszcze nikt nie zdawał sobie sprawy z tego, co się dzieje.

Deszcz Leonid w 1833 roku stał się impulsem do rozwoju badań tajemniczego zjawiska meteoru. Na jego wytłumaczenie trzeba było jednak czekać aż do lat sześćdziesiątych XIX wieku. Na początku 1866 roku włoski astronom Giovanni V. Schiaparelli (1835–1910) pokazał bowiem, że orbity obiektów powodujących coroczny sierpniowy rój meteorowy Perseid są niemal identyczne z orbitą odkrytej w 1862 roku komety 109P/Swift-Tuttle. Co więcej, obliczone przez niego, a także przez dyrektora obserwatorium paryskiego Urbaina Le Verriera (1811–1877), orbity obiektów powodujących rój meteorowy Leonid okazały się także bardzo podobne do toru odkrytej w końcu 1865 roku komety Tempel-Tuttle, której orbitę wyznaczył astronom austriacki Theodor R. von Oppolzer (1841–1886). Na to podobieństwo pierwszy zwrócił uwagę Carl F.W. Peters (1844–1894) na początku 1867 roku, a kilka dni po nim także Schiaparelli i Oppolzer. Obie te zbieżności słusznie traktowano jako dowód tego, że obiekty powodujące rój meteorów są fragmentami komety rozproszonymi w przestrzeni wzdłuż jej orbity. Największym wkładem Schiaparellego do nauki okazało się więc nie spektakularne „odkrycie” rzekomych kanałów na Marsie, które przyniosło mu wielki rozgłos, lecz mniej znane, ale jakże ważne stwierdzenie związku genetycznego między kometami i meteoroidami, ugruntowujące jednocześnie pogląd o kosmicznym, a nie ziemskim
pochodzeniu meteorów.

W pierwszej połowie XIX wieku dominowało jeszcze przeświadczenie, że meteory są zjawiskami atmosferycznymi związanymi z Ziemią, mimo że już ponad 100 lat wcześniej słynny angielski odkrywca okresowości komet Edmond Halley (1656–1742) wypowiedział przypuszczenie o możliwości ich kosmicznego pochodzenia i mimo że w końcu XVIII wieku fizyk niemiecki Ernst F.F. Chladni (1756–1827) dowodził, iż znajdowane czasem na powierzchni Ziemi meteoryty są konsekwencją zjawiska meteoru, które zostało spowodowane przez obiekt przybyły do atmosfery ziemskiej z przestrzeni międzyplanetarnej. Dopiero odkrycie komet, które okazały się ciałami macierzystymi dobrze już znanych rojów meteorowych Perseid i Leonid, naprowadziło badaczy na właściwy trop związku meteorów z kometami.

 

 

 

 

W kolejnych okresach oczekiwanego wzrostu aktywności Leonid astronomów spotkało rozczarowanie: żadnych nadzwyczajnych deszczów meteorowych nie zaobserwowano ani w 1899 roku, ani w 1932 roku. Szukając wyjaśnienia tego niepowodzenia prognoz, przypomniano sobie o rachunkach Johna C. Adamsa (1819–1892), który już dawno zauważył, że orbity cząstek strumienia Leonid musiały ulec większym zmianom w okresie 1866–1899 niż w okresie 1833–1866 wskutek silniejszych oddziaływań Jowisza i Saturna spowodowanych mniejszymi tym razem odległościami od tych planet. Zupełnie nieoczekiwanie natomiast Leonidy dały o sobie znać w nocy z 15 na 16 listopada 1900 roku, kiedy to w Kanadzie zaobserwowano około 1000 meteorów na godzinę. Jeszcze silniejszy deszcz meteorów pojawił się 14 listopada 1901 roku; na podstawie doniesień z Kalifornii, Arizony i Meksyku oszacowano, że przez bardzo krótki okres tempo pojawień się meteorów wyniosło ponad 2000 na godzinę.

W pełnej okazałości Leonidy pojawiły się natomiast w 1966 roku, choć nie bardzo już liczono na to, że rój ten może być jeszcze tak aktywny jak kiedyś. Miejscem widoczności była znów Ameryka Północna, skąd 17 listopada około godziny 12 UT zaobserwowano trwający zaledwie kilkadziesiąt minut, ale niezwykle intensywny deszcz meteorów. Liczbę meteorów na godzinę różni obserwatorzy różnie oceniali: najczęściej były to już nawet nie dziesiątki, ale setki tysięcy. Tym razem szczegółowa analiza obserwacji (również radarowych), którą wykonał wybitny znawca problemów meteorowych, astronom kanadyjski Peter M. Millman (1906–1990), doprowadziła do stwierdzenia, że stosunkowo gęsty strumień Leonid ma szerokość około 35 tys. km, a jego cząstki wpadają do atmosfery ziemskiej z prędkością około 71 km/s.

Odnalezienie w 1965 roku zagubionej, a może nawet – jak podejrzewano – nieistniejącej już komety Tempel-Tuttle umożliwiło znacznie lepsze wyznaczenie jej orbity i dzięki temu identyfikację dawnych doniesień kronikarskich o niezwykłych wydarzeniach na niebie ze zjawiskiem Leonid (sięgnięto wstecz aż do 902 roku!), a także podanie prognozy przebiegu kolejnego powrotu tej komety w pobliże Słońca w 1998 roku i oczekiwanego w związku z tym wzmożenia aktywności roju Leonid.

Największego nasilenia Leonid spodziewano się w tym roku 17 listopada około godziny 20 UT. W Polsce niebo przesłaniały niestety chmury i niczego nie udało się zobaczyć. Ale i tak nie widzielibyśmy deszczu meteorów. Okazało się bowiem, że maksimum natężenia Leonid wypadło kilkanaście godzin wcześniej, niż się spodziewano: około godziny 5 UT. Obserwatorzy w La Palma na Wyspach Kanaryjskich ocenili intensywność Leonid w tym czasie na około 2000 meteorów na godzinę. Specjalne ekspedycje samolotowe zorganizowane pod auspicjami Międzynarodowej Unii Astronomicznej w celu śledzenia Leonid nad wschodnią Azją, gdzie oczekiwano najlepszej widoczności zjawiska, zarejestrowały 144 meteory w ciągu godziny. Cechą charakterystyczną tegorocznych Leonid było pojawienie się szczególnie wielu meteorów jasnych, tzw. bolidów.

 

 

 

 

Meteoroidy nie stanowią zagrożenia dla Ziemi dzięki atmosferze, w której spala się ogromna większość materii kosmicznej bombardującej naszą planetę. Strumień Leonid stwarzał jednak pewne niebezpieczeństwo dla sztucznych satelitów, które krążą wokół Ziemi poza atmosferą. Dziś już nawet nie bardzo zdajemy sobie sprawę z tego, jak wiele w życiu codziennym im zawdzięczamy. Warto więc przynajmniej wiedzieć, że obecnie obiega Ziemię ponad 600 czynnych obiektów spełniających różne zadania. Wprawdzie prawdopodobieństwo uszkodzenia lub nawet zniszczenia któregoś z nich w wyniku zderzenia z jakimś okruchem kosmicznym nie jest duże, to jednak w przypadku Leonid, których prędkość względem Ziemi jest bardzo duża, nawet najmniejsze cząstki mają ogromne energie. Przed 17 listopada 1998 roku usiłowano więc przynajmniej zminimalizować zagrożenie z ich strony, bo wiadomo było, że uniknąć go zupełnie się nie da. Jedną z form ochrony było np. takie zorientowanie satelity względem poruszających się w jednym kierunku i po równoległych torach meteoroidów, aby powierzchnia narażona na ich uderzenie była jak najmniejsza; tak zabezpieczono np. teleskop kosmiczny Hubble’a. Niebezpieczeństwo minęło i nie słychać, aby któryś ze sztucznych satelitów Ziemi uległ jakiemuś znaczącemu uszkodzeniu. Dotychczas jedynie zrzeszająca 84 państwa organizacja telekomunikacyjna Inmarsat przyznała się, że jeden z należących do niej satelitów łącznościowych przestał funkcjonować wskutek rozładowania jakichś układów jego komputera pokładowego, ale po godzinie udało się go ponownie uruchomić odpowiednimi rozkazami z Ziemi.

Tegoroczne Leonidy okazały się więc i niegroźne, i niezbyt okazałe. A co nas czeka w przyszłym roku? Na razie wiadomo, że maksimum ich aktywności winno nastąpić 18 listopada 1999 roku około godziny 2 UT. To już będzie chyba ostatnia dla nas szansa zobaczenia deszczu Leonid*, gdyż podczas kolejnych dwóch powrotów do Słońca komety Tempel-Tuttle Ziemia ominie strumień rozproszonych przez nią meteoroidów.
Sprzyjające wystąpieniu tego zjawiska warunki pojawią się znowu dopiero za 100 lat.


___________________
* Także i po 1998 roku Leonidy nie zadziwiły obserwatorów żadnym spektakularnym deszczem gwiazd spadających, chociaż ich aktywność do 2002 roku była większa niż zazwyczaj.

 

 

 

 

 

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

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