| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Ryugu pod mikroskopem
Rudolf Mentzl
O zkoumání planetkyPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu. RyuguRyugu – blízkozemní uhlíkatá planetka o průměru 880 metrů. Patří do tzv. Apollónovy skupiny. Její dráha zasahuje do blízkosti Země, proto se řadí mezi potenciálně nebezpečné planetky. Objevena byla v roce 1999 v programu LINEAR. Pojmenována je podle podmořského paláce z japonské mytologie. jsme tu psali již před třemi roky (viz AB 26/2020). Sonda Hajabusa 2Hajabusa 2 – japonská sonda, která zkoumala blízkozemní planetku Ryugu. Startovala v roce 2014, u planetky pracovala v letech 2018 a 2019. Odebrala povrchové vzorky, vytvořila na planetce kráter, z něhož odebrala podpovrchový materiál. Sonda se s návratovým pouzdrem vrátí k Zemi na konci roku 2020. Název sondy vychází z japonského označení pro sokola stěhovavého. Sonda je následovnicí sondy Hajabusa, která zkoumala planetku Itokawa. odebrala z jejího povrchu materiál a vydala se na cestu zpět. Bulletin jsme končili přáním šťastné cesty domů. V prosinci 2020 pouzdro s nasbíraným materiálem skutečně v pořádku přistálo na ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Již předběžný laboratorní průzkum přinesl zajímavé výsledky a nyní se můžeme těšit z nedávno zveřejněných závěrů detailní analýzy.
Planetka Ryugu. Zdroj: JAXA, ESA..
|
Ryugu – blízkozemní uhlíkatá planetka o průměru 880 metrů. Patří do tzv. Apollónovy skupiny. Její dráha zasahuje do blízkosti Země, proto se řadí mezi potenciálně nebezpečné planetky. Objevena byla v roce 1999 v programu LINEAR. Pojmenována je podle podmořského paláce z japonské mytologie. Hajabusa 2 – japonská sonda, která zkoumala blízkozemní planetku Ryugu. Startovala v roce 2014, u planetky pracovala v letech 2018 a 2019. Odebrala povrchové vzorky, vytvořila na planetce kráter, z něhož odebrala podpovrchový materiál. Sonda se s návratovým pouzdrem vrátí k Zemi na konci roku 2020. Název sondy vychází z japonského označení pro sokola stěhovavého. Sonda je následovnicí sondy Hajabusa, která zkoumala planetku Itokawa. Iontový motor – reaktivní motor, ve kterém se urychlují ionty elektrickým polem na vysoké rychlosti. Iontový motor má malou spotřebu vylétávající látky, poskytuje malý tah po velmi dlouhou dobu. Hodí se tedy pro dlouhodobé lety. |
Sondy Hajabusa
Japonci mají s dopravováním materiálu z blízkozemních planetek dobré zkušenosti. Již v roce 2010 přivezla sonda HajabusaHajabusa – anglicky Hayabusa, malá japonská robotická sonda, které se 26. listopadu 2005 podařilo odebrat vzorek horniny z povrchu planetky Itokawa. Sonda startovala 3. května 2003 a její součástí bylo miniaturní přistávací pouzdro Minerva. Návrat sondy byl plánován na rok 2007. Nakonec se k Zemi vrátila až 13. června 2010, když návratové pouzdro úspěšně přistálo v Austrálii. Hajabusa znamená v japonštině sokol. Původní název sondy byl MUSES C. Sonda má svého následovníka s názvem Hajabusa 2. materiál z planetky ItokawaItokawa – blízkozemní planetka typu Apollo s katalogovým číslem 25143. Je pojmenována podle Hideo Itokawy, otce japonského kosmického programu. Planetka byla objevena v roce 1998 v rámci projektu LINEAR. Rozměry planetky jsou 540×270×210 m, rotační perioda je 12,32 h, albedo 0,53 a průměrná teplota na povrchu činí 206 K.. Její následovnice, Hajabusa 2 se o deset let později postarala o vzorky z planetky Ryugu. Obě planetky patří do Apollonovy rodiny. Mediálně viditelné jsou především příslušností ke skupině potenciálně nebezpečných planetek AAAAAA – planetky, které se na své dráze dostávají do blízkosti Země a mohou ji ohrozit. Pojmenované jsou podle reprezentantů tří základních typů: Amor (kříží dráhu Marsu, nedosahuje až k dráze Země), Apollo (kříží dráhu Země, perioda je větší než rok), Aten (kříží dráhu Země, perioda je menší než rok).. Střední průměr Ryugu je 880 m, takže si můžeme případné ničivé účinky dobře porovnat s dopadem kilometrové planetky, která před patnácti miliony lety vyhloubila nedaleký kráter Ries obklopující německé městečko Nördlingen. V nejbližších sto letech nám však nebezpečí srážky nehrozí, a tak si můžeme informace o ní vychutnat bez nežádoucí vize konce světa.
Sonda Hajabusa 2 na pracovní desce. Zdroj: JAXA.
Doprava materiálu staršího než Sluneční soustava evidentně příliš nespěchá, proto byly obě sondy vybaveny (tenkrát) novinkou – iontovými motoryIontový motor – reaktivní motor, ve kterém se urychlují ionty elektrickým polem na vysoké rychlosti. Iontový motor má malou spotřebu vylétávající látky, poskytuje malý tah po velmi dlouhou dobu. Hodí se tedy pro dlouhodobé lety., které mají sice malý tah, ale velkou výdrž. První výprava se neobešla bez zádrhelů, nicméně se konstruktéři z chyb poučili a repríza dopadla na jedničku. Sonda Hajabusa 2 vysadila na povrchu tři skákající roveryRover – automatické vozítko schopné vlastního pohybu určené k výzkumu těles slunenčí soustavy. Rovery využívá především NASA k výzkumu Marsu. a sama pak dokázala odebrat materiál nejen z povrchu, nýbrž i ze dna sedmnáctimetrového kráteru, který pro tento účel vytvořila. Další podrobnosti o sondě jsme přinesli v bulletinu AB 26/2020.
Ryugu v laboratoři
Pouzdro sondy Hayabusa 2 přistálo podle plánu 6. prosince 2020 v australském vojenském prostoru Woomera. Kapsle sice obsahovala jen 5,4 g materiálu, ale i to přineslo překvapivé údaje. Spolu s dalším zkoumáním dnes víme, že Ryugu není monolitický kus skály. Spíše se jedná o konglomerát menších balvanů spojených ledem. Pokud vás při tom napadla podobnost s kometárnímiKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu. jádry, i tato možnost se hojně diskutuje. Zdá se, že Ryugu je vyšeptalá kometa, ze které se již uvolnilo příliš mnoho těkavých látek, a tak již není schopná vytvořit vlastní atmosféru, natož pak ohon.
Rovery vypuštěné ze sondy se v nízké gravitaci planetky pohybovaly ladnými skoky.
Zde záběr z kamery roveru č. 1 během jednoho takového skoku. Zdroj: JAXA.
Tento přístup řeší hned dva problémy najednou. Vysvětluje rychlou rotaci a přítomnost organických látek. Organické látky na kometě jsou běžné. OxidOxid – dříve označovaný jako kysličník, je sloučenina kyslíku s méně elektronegativními prvky. Oxidy vznikají oxidací (hořením) za přítomnosti kyslíku ze vzduchu nebo jiných přítomných chemických látek. uhelnatý a uhličitý, metanolMetanol – neboli metylalkohol (MeOH) je bezbarvá lehká a hořlavá kapalina, chemicky CH3OH, která má vůni podobnou etanolu. Vyrábí se destilací dřeva a využívá se jako polární rozpouštědlo. Pro člověka je jedovatý., karbonylsulfid, formaldehyd, kyselina mravenčíKyselina mravenčí – jednoduchá organická kyselina HCOOH, nacházející se v sekretech některých druhů hmyzu, například mravenců. Zředěná má příjemnou kyselou chuť. a metan, které zde byly zjištěny, jsou poměrně těkavé složky. Při přiblížení ke SlunciSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. opouštějí mateřské těleso a vytvářejí kometární ohon. Důležité je, že se tím zároveň zmenšuje poloměr jádra a zákon zachování momentu hybnostiMoment hybnosti – veličina popisující rotační pohyby těles. Jde o vektorový součin spojnice počátku souřadnicové soustavy a tělesa (radiusvektoru) s hybností tělesa. Velikost momentu hybnosti je rovna součinu hmotnosti tělesa, rychlosti tělesa, vzdálenosti tělesa od počátku souřadnic a sinu úhlu mezi radiusvektorem a směrem rychlosti. Při dané rychlosti a hmotnosti je moment hybnosti maximální pro kruhový pohyb a minimální (nulový) pro radiální pohyb od nebo ke středu soustavy (úhel v definičním vztahu je nulový). se již sám postaral o zrychlení rotace.
Nejpřekvapivější je rozmanitost zjištěných organických látek. Jedná se o tisíce různých organických molekul. Z poměru vyskytujících se izotopůIzotopy – prvky, jejichž jádra mají stejný počet protonů, ale různý počet neutronů. Všechny izotopy prvku mají stejné chemické vlastnosti, liší se však od sebe svými fyzikálními vlastnostmi, například hmotností, poločasem rozpadu atd. dusíkuDusík – Nitrogenium, plynný chemický prvek tvořící hlavní složku zemské atmosféry. Patří mezi biogenní prvky, které jsou základními stavebními kameny živé hmoty. Tento plyn popsal jako první Němec Carl Wilhelm Scheele v roce 1777. Poté co bylo zjištěno, že je kyselina dusičná odvozena od dusíku, pro něj Chaptal navrhl název nitrogéne, což znamená ledkotvorný, který se udržel v latinském označení nitrogenium. a vodíkuVodík – Hydrogenium, je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo při chemické syntéze a v metalurgii nebo jako náplň balonů a vzducholodí. Vodík objevil roku 1766 Henry Cavendish. se nakonec podařilo rekonstruovat historii planetky. Dílčí fakta do sebe začala zapadat. Již dříve zaznamenaný dobře kulovitý tvar planetky (což je u takhle malého tělesa, které stěží mohlo projít přetavením) koresponduje s tím, že se nejedná o kompaktní těleso. Z rozboru organických sloučeninOrganická sloučenina – chemicky čistá látka, jejíž molekuly obsahují vždy jeden nebo více atomů uhlíku. Obsahuje i další atomy, především vodík, kyslík, dusík, síru. Mezi organické sloučeniny se nepočítají jednoduché oxidy uhlíku. pak plyne, že některé molekuly musely vznikat již v zárodečném plynu, v době, kdy se teprve Sluneční soustava formovala. Ryugu je tak nejspíš fragment většího tělesa, které vzalo za své při srážce s jinou planetkou a postupně bylo zasypáno sprškou trosek.
Je překvapivé, že molekuly vydržely po miliardy let destruktivní působení kosmického zářeníKosmické záření – proud částic nejrůznějšího původu přilétající z vesmíru. Při interakci s atmosférou vzniká sprška milionů i miliard částic. Nejenergetičtější částice kosmického záření, které se dosud podařilo detekovat, mají energie až 1020 eV. Sprška z takové částice zasáhne na zemském povrchu mnoho desítek km2. Tak energetická částice se objeví přibližně jednou za sto let. Kosmické záření je majoritním zdrojem antihmoty na naší planetě. Může vznikat v supernovách, pulzarech, aktivních galaktických jádrech, atd. Naprostá většina částic kosmického záření, okolo 88 %, jsou protony, přibližně 10 % jsou jádra hélia (alfa záření), 1 % elektrony a pozitrony a 1 % těžké prvky. Kosmické záření má naprosto nejširší spektrum energií ze všech dodnes známých jevů. Mnohé částice, které se dnes vědci pokoušejí nalézt v moderních urychlovačích, se mohou nacházet právě v kosmickém záření. Kosmické záření bylo objeveno v roce 1912 rakouským fyzikem Victorem Hessem při balónových experimentech ve výšce až 5 300 metrů. S rostoucí výškou stoupala ionizace atmosféry, a tím byl prokázán kosmický původ záření. Za objev získal Hess v roce 1936 Nobelovu cenu za fyziku. a ultrafialového světlaUltrafialové záření – elektromagnetické záření s kratší vlnovou délkou, než má viditelné světlo, v rozsahu od 1 nm do 400 nm. Ultrafialové záření objevil v roce 1801 Johann Wilhelm Ritter. Značí se UV z anglického UltraViolet, rozděluje se na extrémní XUV (EUV) (1÷31 nm), daleké VUV (FUV) (10÷200 nm), hluboké DUV (pod 300 nm), krátkovlnné (pod 280 nm), středněvlnné UVB (280÷320 nm), dlouhovlnné UVA (320÷400 nm) a blízké NUV (200÷400 nm).. Vede to sice k mnoha spekulacím o jejich obnovování, nicméně převládá přesvědčení, že jde o původní materiál. Nejvíce vzrušující je zjištění, že radioaktivní rozpadPoločas rozpadu – doba, za kterou se jádro radioaktivního izotopu rozpadne s pravděpodobností 1/2. byl nejspíš dostatečně intenzivní na to, aby se na planetce po miliony let udržovala teplota kolem 40 °C. Spekulace o vztahu mezi živočišnými teplotami, tekutou vodou, tisíci organických látek, ultrafialovým zářením a vznikem života ponecháváme na laskavém čtenáři.
Po napsání
Asi týden po vydání tohoto článku oblétla svět zpráva, že byly v materiálu planetky objeveny části RNARNA – Ribonucleic acid, ribonukleová kyselina. Jde o nukleovou kyselinu, jejiž cukernou složkou je ribóza, nukleotidy jsou obdobné jako v DNA, pouze báze thymin je nahrazena uracilem, který také umožňuje komplementaritu s adeninem. Hlavní funkcí RNA je přenos informace z DNA do dalších struktur. Na rozdíl od DNA dvoušroubovice není typickou strukturou RNA.. To je sice pravda, ale vede k přehnaně optimistické představě, že je řeč o sekvencích nukleové kyselinyNukleové kyseliny – makromolekuly zajišťující v živé buňce ukládaní, přenos a zpracování genetické informace, jsou lineární orientované polymery tvořené nukleotidy. Informační obsah nukleotidů nesou heterocyklické dusíkaté báze odvozené buď od purinu, nebo od pyrimidinu. V ribonukleotidech, vytvářejících ribonukleovou kyselinu (RNA) jsou purinové báze adenin (A) a guanin (G) a pyrimidinové báze cytosin (C) a uracil (U) navázány v místě uhlíku 1’ na ribóza 5-fostát. V deoxyribonukleotidech, vytvářejících deoxyribonukleovou kyselinu (DNA) je na uhlíku 2’ nahrazena hydroxylová skupina vodíkem. DNA využívá purinové báze A a G, avšak pyrimidinové báze cytosin (C) a thymin (T)., potažmo důkaz o životě. Ve skutečnosti byly objeveny pouze molekuly uracilu – jedné z bází RNA. Ačkoli je její koncentrace v materiálu v řádu jednotek až desítek ppb, jedná se o významný objev. Báze nukleových kyselin byly objeveny již dříve v meteoritech, ale tam jsme si nemohli být jistí, že nejde o kontaminaci. V případě materiálu z Ryugu Japonci kontaminaci zcela vylučují s odkazem na neporušenou konstrukci kontejneru. Jiné báze než uracil ve zkoumaných vzorcích objeveny nebyly, ale to samozřejmě neznamená, že nejsou na jiných místech planetky nebo prostě jen současné možnosti detekce nejsou dostatečně citlivé. Detaily v časopise Nature.
Odkazy
