Kosmické zvětrávání: geologova cesta do vesmíru

Planetka Itokawa je složená především z křemičitanových hornin. I její povrch je poznamenám kosmickým zvětráváním. Foto: NASA

Drobné prachové částice, kterých je sluneční soustava plná a do jejíchž vnitřních oblastí je většinou přinášejí komety, se pohybují obrovskou rychlostí. Při nárazu na povrch, který není chráněn atmosférou, se pohybová energie rychle přemění v teplo a částice se vypaří. Tyto události, které probíhají prakticky neustále, však nezůstávají bez důsledků.  Výsledek kosmického zvětrávání však vypadá poněkud odlišně, než jsme zvyklí ze zvětrávání na Zemi. Povrch tělesa se potáhne jakýmsi “sklem”, jehož významnou složkou jsou nanočástice železa o průměru do 10 nanometrů. Tento proces má několik důsledků:  ztmavuje povrch tělesa (a tedy snižuje odrazivost světla - albedo), zbarvuje jej do červena a  modifikuje spektrální informaci. Jelikož právě ze spekter dokáží astronomové vyčíst složení vesmírného tělesa, je detailní průzkum procesu kosmického zvětrávání velmi důležitý. 

Jelikož se tento proces odehrává ve vesmíru mimo dosah atmosféry, je třeba jej v pozemských podmínkách napodobit. A právě tomuto úkolu se věnovala dvojice geologů z naší fakulty: doktorský student Matthew Markley a jeho školitel Günther Kletetschka z Ústavu hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky. O svých výzkumech spravili odbornou veřejnost prostřednictvím článku v dubnovém čísle tohoto roku v časopise Icarus. 

Napodobit kosmické zvětrávání je možné několika způsoby. Jedním z nich je využít k experimentu laserové impulsy. Výhodou této metody je, že laser je nastavitelný. Je tedy možné velmi přesně nastavit energii impulsu, která by odpovídala dopadu mikrometeoritu. “Materiál, v našem případě olivín, který je běžnou součástí drobnějších těles ve sluneční soustavě, se dopadem energetizovaného paprsku nataví. Jelikož je zhruba známé, jak vypadají podmínky v různých částech sluneční soustavy, připravili jsme si tři různé vzorky, které odpovídaly kosmickému zvětrávání Merkuru, Měsíce a tělesům v pásmu asteroidů,” vysvětluje Kletetschka. 

Příklad kosmického zvětrávání, které je charakterizováno tmavnutím a červenáním povrchu těles. Materiál uprostřed je vzorek olivínu v práškové formě po ozáření laserem. Tři terčíky rozprostřené kolem vzorku jsou standarty pro množství odraženého světla. Nejsvětlejší představuje 50%, nejtmavší 99% a ten mezi 80% odraženého světla. Foto: M.M.Markley
 

Tato část experimentu však byla jen první ze dvou. Vědce také zajímalo, jak se mění vlastnosti povrchu minerálu co do jeho magnetických vlastností. Železo je vysoce magneticky aktivní materiál samo o sobě. Drobné nanokuličky, vytvořené v důsledku srážek s mikrometeority (či laserovými impulsy), totiž vykazují zvláštní vlastnost zvanou superparamagnetismus. V důsledku velikosti jsou jejich magnetické vlastnosti jiné, než mají částice na větších velikostních škálách. Matthew Markley, který je prvním autorem studie, upřesňuje podíl jednotlivých institucí: „Náš článek je rozdělen do dvou sekcí. První část, která se týkala laserové simulace dopadů prachových částic na povrch těles, byla provedena v havajském Institutu geofyziky a planetologie. Druhá část, tedy měření magnetických vlastností, proběhla na Přírodovědecké fakultě UK.“ 

Tento simulovaný výlet do vesmíru přinesl nakonec hned několik zajímavých impulzů do budoucna. “V první řadě můžeme výsledky využít k datování povrchů vesmírných těles. Čím více je jejich povrch erodovaný díky účinkům vesmírného zvětrávání, tím starší je. Dalším možným uplatněním výsledků je zjištění, že magnetické efekty mají vliv na spektrum tělesa. Bude-li tento efekt přesně zmapován, budeme moci vypracovat magnetickou mapu tělesa na dálku,” vysvětluje  Kletetschka.

Zdánlivá drobnost, jakou se naše schopnost “přečíst” magnetické pole vzdáleného asteroidu může zdát, má však řadu velmi zajímavých důsledků. V první řadě nám může napovědět mnohé o tom, jak magnetické pole vzniká a zaniká. I v případě naší Země je v této oblasti řada nezodpovězených otázek. Pohled do hlubin vesmíru však může mít ještě jeden zajímavý důsledek. Magnetické pole těleso také ochraňuje. A to nejen před dalším kosmickým zvětráváním, ale také před negativními účinky různých typů záření. Právě tento efekt v podstatě umožnil vznik života na Zemi  - bez něj byla řada organických molekul důležitých pro vznik a udržení života účinky záření zničena.

Jedním z nejčastějších objektů zájmu je planetka Vesta, kterou přímo ve vesmíru prozkoumávala sonda Dawn či asteroid Itokawa, jehož vlastnosti zkoumala zase sonda Hayabusa.  I tyto vesmírné objekty mají svá magnetické pole, jeho vzniku však zatím stále nerozumíme. “Právě na takových objektech mohou vznikat organické sloučeniny, důležité pro vznik života. Díky poznání struktury a vzniku jejich magnetismu se můžeme lépe poznat, zda život nemohl mít původ právě zde,” zakončuje výklad Günther Kletetschka.

Michal Andrle

Úvodní obrázek: Asteroid Vesta

Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCAL/MPS/DLR/IDA