Odkud přiletěl impaktor?

Dopad vesmírného tělesa může být katastrofickou událostí s celosvětovými následky. Asteroid, který na severu dnešního Yukatánu vytvořil kráter o průměru cca 200 km, oddělil pravděpodobně druhohory od terciéru. Hypotetický megakráter s centrálním maskonem ve východní Antarktidě o průměru cca 550 km (Wilkesova země) měl podle některých vážně míněných a již publikovaných názorů oddělit prvohory od druhohor před 250 milióny let a Antarktidu od Austrálie.

Drobná tělesa shoří úplně nebo z větší části v atmosféře (meteor, bolid), případný zbytek dopadne kolmo dolů na povrch (meteorit). Velký kus ale nic nezabrzdí. Jeden takový asteroid o velikosti tří autobusů vedle sebe (kompaktní, železný) už neshořel a vytvořil malý, jen asi kilometrový Barringerův (meteorický) kráter v Arizoně. 

V prestižním mezinárodním recenzovaném a impaktovaném časopise Planetary and Space Science (Elsevier) právě vyšel článek, který přináší nové přístupy k výzkumu těchto tzv. impaktorů (asteroidů, komet či jejich úlomku, prostě těles, která vytvořila kráter) a to zejména pokud jde o odhad směru jejich dopadu. Výzkum se zaměřil na strike angles (úhlů napětí), jeden z gravitačních aspektů odvozených z modelů gravitačního pole (zde Země a Měsíce), dnes s rozlišovací schopností asi 10 km na povrchu tělesa. Hlavní autoři studie působí v Astronomickém ústavu AV ČR a VUGTK. Členem týmu byl ovšem i doc. Günther Kletetschka z Ústavu hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky PřF UK.

Směr příletu impaktoru někdy napoví eliptický tvar jím vytvořeného kráteru, pokud by dopad byl velmi šikmý. Ale může to rovněž mást, protože eliptický tvar dokáže vykouzlit i následná tektonika (na Zemi je dobrým příkladem velký kanadský kráter Sudbury). Takže tudy cesta určení směru dopadu vede jen výjimečně.

V první fázi dopadu, což je výbuch srovnatelný s explozí atomové bomby, se vytvoří kruhovitý útvar, který o směru dopadu nevypovídá vůbec nic. Informace o směru dopadu se případně vyjeví různým způsobem v postimpaktových fázích.

Na místě výbuchu může dojít díky obrovskému okamžitému tlaku k „alchymistické přeměně“ místních hornin, bohatých na uhlík, na diamanty. Takové „průmyslové“ diamanty se těžily v kráteru Popigaj (průměr asi 100 km) na Sibiři v tehdejším sovětském gulagu. V Sudbury byly výbuchem užitečné minerály vyneseny z hloubek k povrchu a teď se tam těží. Ostatně asi polovina impaktních kráterů v Severní Americe poskytuje ekonomicky významné minerály. Dokonce se uvažuje i o roli výbuchu a následných procesů při tvorbě uhlovodíků neorganickou cestou (jde však o menšinový názor). V širokém okolí obřího kráteru Chicxulub na severu a západě Yukatánu se těží ropa.

Energie impaktoru mění i charakteristiky gravitačního pole. Díra kráteru má například negativní tíhovou anomálii (tedy projev nedostatku hmoty či nižší přítomné hustoty hmoty vůči jejímu okolí), lem kolem kráteru, popř. středový pík v kráteru, pozitivní anomálii. Také další gravitační aspekty citlivé na jemné gravitační změny blízko povrchu (odborně to je Marussiho tenzor druhých derivací poruchového potenciálu, gravitační invarianty a jejich specifický poměr, úhly napětí a virtuální deformace) zde vykazují výjimečné hodnoty.

Naučili jsme se to na známých, prokázaných kráterech, jak na Zemi, tak i na Měsíci, a extrapolujeme na objekty podezřelé z toho, že by mohly být impaktními krátery. Specifickou roli při tom hrají úhly napětí. Energie impaktu jim vtiskne určitou nepůvodní orientaci, kterou před impaktem neměly. My pak pozorujeme změnu tohoto směru mezi neovlivněným vzdálenějším okolím kráteru a kráterem samotným. Dál od kráteru bývají směry úhlů napětí chaotické, v bezprostředním okolí kráteru a uvnitř něj učesané do nenáhodných směrů.

Jak již víme, astronomové a planetární geologové úlohu o směru impaktoru dosud vyřešenou nemají. Netvrdíme, že přicházíme s jejím univerzálním řešením, ale máme příspěvek k řešení problému a něco, co má doopravdy světovou premiéru. Nikdo jiný to takto nezkoušel. Ale funguje to – ověření proběhlo na několika kráterech na Zemi, kde jsou údaje o směru dopadu tělesa známy od mezioborových vědních odvětví, posíleno výsledky (krátery a katénami) na Měsíci. 

Jak to funguje

Úhly napětí (strike angles) změní svůj původní směr (orientaci vůči světovým stranám) po dopadu tělesa a nastaví se kolmo ke směru dopadu dopadlého tělesa. Kolem kráteru se vytvoří taková gravitační svatozář (halo). U katén (tj. řetězců vesměs druhotných kráterů na Měsíci) většinou sledují směr úzké osy, stejně jako je tomu u zlomových linií (trenches) jako je jezero Vostok pod ledem Antarktidy, Velký kaňon, Bajkal nebo pacifický zlom na východ od Japonska.

Je potřeba zdůraznit, že naše rozlišovací mez je 10 km na zemském povrchu, což není vada metody, ale stav daný dostupnými globálními gravitačními daty. To je fakt, se kterým se teď nedá nic dělat.

Úhly napětí námi byly použity už pro vyhledávání ropy, plynu a podzemní vody včetně paleojezer (aplikace v archeologii) a články již publikovány. Nyní byla tato aplikace použita poprvé v astronomii.