Asteroidy się grzeją

Jakaś siła - inna niż grawitacja - sprawia, że asteroidy zbaczają ze swoich orbit i rozkręcają jak dziecinne bączki. Już wiemy, czyja to sprawka - piszą naukowcy w najnowszych "Nature" i "Science"

W encyklopediach astronomicznych jeszcze kilka lat temu próżno było szukać informacji o Janie Jarkowskim (1844-1902), rosyjskim inżynierze polskiego pochodzenia, pionierze awiacji. Wkrótce jednak to się zmieni, a jego nazwisko może być odmieniane przez wszystkie przypadki - zwłaszcza w rozdziałach o asteroidach.

Ponad 100 lat temu Jarkowski przewidział, że w kosmicznej próżni na niewielkie ciała Układu Słonecznego - oprócz grawitacji - może działać jeszcze jedna siła. Bierze się ona z nierównomiernego nagrzewania się ciał kosmicznych. Jest bardzo niewielka, ale działając uporczywie przez tysiące i miliony lat, jest w stanie wprowadzić do Układu Słonecznego niezły chaos. Dziś astronomowie podejrzewają, że to ona popycha w pobliże Ziemi planetoidy (tzw. NEO), które mogą kiedyś przyczynić się do zagłady naszej cywilizacji.

Najnowsze "Nature" i "Science" po raz pierwszy dostarczają twardych, obserwacyjnych dowodów na to, że ta siła nie jest fatamorganą. Co to za siła?

Dryfuje jak nagrzana

Każdy chyba zauważył, że plażowicze wolą kąpać się nie we wczesnych rannych porach, ale w późniejszych godzinach. Wieczorna strona Ziemi jest nagrzana po całym dniu prażenia się w Słońcu i oddaje nagromadzone ciepło. A ranna półkula jest zimna - dopiero wyłania się z nocnego cienia. Jeszcze większe różnice temperatur powstają na skalistych i pozbawionych atmosfery planetoidach. Jednym słowem, wieczorna strona ciała kosmicznego emituje dużo więcej ciepła niż poranna. Jarkowski domyślił się, że to może działać jak siła odrzutowa - w zależności od kierunku rotacji albo hamująca, albo przyspieszająca ruch planetoidy. W pierwszym przypadku będzie ona dryfować w kierunku Słońca, a w drugim - oddalać się od niego.

Oczywiście, ta siła jest za mała, by wprowadzić zauważalne zakłócenie do ruchu obiektów masywnych, takich jak planety, ale rachunki wskazywały, że powinna się liczyć w życiu planetoid o rozmiarach od kilkudziesięciu metrów do kilkunastu kilometrów.

O astronomicznych przewidywaniach rosyjskiego inżyniera lotnictwa pewnie nikt by dziś nie pamiętał, gdyby nie estoński astronom Ernst Opik, który za młodu gdzieś o nich przeczytał, a kilka dekad później - w początku lat 50. zeszłego wieku - przytoczył w specjalistycznym piśmie naukowym. Nikt się tym jednak nie przejął. Nie wierzono, by planetoidy zbaczały ze swoich orbit z powodu nagrzewania się ich powierzchni. Aż do początku XXI w. Zauważono wtedy ciekawą prawidłowość związaną z rodzinami asteroid.

Rodzinne historie asteroid

Część z milionów planetoid, które krążą w głównym pasie między Marsem i Jowiszem, jest powiązana w grupy. Ponieważ mają podobne parametry orbit, skład i budowę chemiczną, najprawdopodobniej nie są przypadkowo powiązane ze sobą. Podejrzewa się, że mają jednego wspólnego "przodka", z którego się narodziły, kiedy ten się rozpadł na kawałki wskutek jakiejś kolizji.

Rodziny asteroid trzymają się w miarę razem, choć oczywiście z czasem ich trajektorie się coraz bardziej rozchodzą. Co ciekawe, najdalej uciekają od rodziny jej najmniejsi członkowie. Nie bardzo wiedziano dlaczego. Mógł to wyjaśnić dopiero efekt Jarkowskiego, który wprawia w dryf przede wszystkim małe ciała kosmiczne.

W 2003 r. po raz pierwszy taki dryf wykryto - precyzyjnie mierzono ruch niewielkiej planetoidy Golewka i odkryto, że w ciągu 12 lat zboczyła ona z przewidywanej trasy o 15 km. Rok później pojawiły się dane, które wskazywały na to, iż dryf Jarkowskiego jest powodem wytrącania asteroid spomiędzy Marsa i Jowisza. Zbaczają one ze swych stabilnych orbit na tzw. orbity rezonansowe, a z nich jak z trampoliny wylatują ze swego matecznika i trafiają m.in. w pobliże Ziemi.

Kilka lat temu grupa naukowców zasugerowała, że nierównomierne ogrzewanie powierzchni może prowadzić też do rozkręcania planetoid (albo hamowania ich ruchu wirowego). Zwykle nie są one bowiem tak kuliste jak planety. Mają dość toporne, koślawe kształty. Zdarza się więc, że ich powierzchnia jest ustawiona wobec emitowanego promieniowania cieplnego jak śmigło na wietrze. Nazwano to efektem YORP (pierwsza litera jest od nazwiska Jarkowskiego, które po angielsku zaczyna się od "y").

Zakręcić aż do śmierci

Efekt YORP mógł wyjaśnić zbieżności, jakie odkryto w wirowaniu planetoid należących do tych samych rodzin. Niektórzy astronomowie podejrzewali też, że asteroidy mogą się tak mocno rozkręcać, że siła odśrodkowa doprowadza do ich destrukcji. A że nie są to wnioski przesadzone, dowodzą wyniki publikowane przez najnowsze "Nature" i "Science". Dotyczą one dwóch bliskich planetoid - Apollo oraz PH5.

Pierwsza z nich krąży po jajowatej trajektorii, która przecina się z ziemską orbitą, a druga podąża wokół Słońca po prawie tej samej orbicie co Ziemia. Międzynarodowe grupy astronomów (w obu prym wiedli Czesi, którzy wyspecjalizowali się w takich obserwacjach) po kilkuletnich obserwacjach zmierzyły, że obie asteroidy kręcą się coraz szybciej. To pierwszy dowód na działanie YORP.

PH5 jest skalnym odłamkiem o rozmiarze ledwie 100 m i teraz obraca się wokół osi raz na 12 minut. Naukowcy wyliczają, że za 15 mln lat będzie wirować wielokrotnie szybciej - raz na 20 sekund. Z kolei Apollo o średnicy 1,4 km dokonuje obecnie jednego obrotu wokół osi w ciągu trzech godzin, ale za dwa-trzy miliony lat powinna się już kręcić dwa razy szybciej. Oba ciała mogą więc osiągnąć prędkości wirowania na granicy swej mechanicznej wytrzymałości (trzeba bowiem brać pod uwagę to, że typowa planetoida - jak wierzą badacze - jest luźno sczepioną "kupą" kamieni).

Najbardziej prawdopodobnym scenariuszem w obu przypadkach - twierdzą badacze - może być rozpad planetoid; po czym znowu zwolnią. W dziejach Apolla już raz tak mogło się stać - bo półtora roku temu odkryto, że ma on swego satelitę. Okrąża go 80-metrowy skalny odłamek, który zapewne miliony lat wcześniej wykruszył się z niego.

Całkiem więc niespodziewanie niepozorna siła, na którą pierwszy zwrócił uwagę Jarkowski, może grać wielką, destrukcyjną rolę w Układzie Słonecznym.