Fakulta matematiky, fyziky
a informatiky
Univerzity Komenského v Bratislave

Spektrálne a fyzikálne vlastnosti meteoroidov Tauríd

Kolektív astronómov FMFI UK vybudoval osem staníc s celooblohovými systémami AMOS na pozorovanie meteorov – svetelných úkazov spôsobených medziplanetárnym prachom.


12. 02. 2018 14.14 hod.
Od: Leonard Kornoš

V rámci výskumu priestorového rozloženia populácie meteoroidov v blízkom okolí Zeme a určovania fyzikálnych vlastností meteoroidov kolektív astronómov FMFI UK vybudoval osem staníc  s celooblohovými systémami AMOS na pozorovanie meteorov – svetelných úkazov, vyvolaných preletom medziplanetárnych čiastočiek prachu atmosférou Zeme. Štyri stanice pracujú na Slovensku a štyri pokrývajú málo prebádanú južnú oblohu, dve na observatóriách na Kanárskych ostrovoch a dve v púšti Atacama v Čile. Tieto štyri stanice sú postavené v nadmorskej výške 2300 - 2400 m vo vynikajúcich astroklimatických podmienkach.

Systém AMOS – All-Sky Meteor Orbit System je opto-elektronický systém s objektívom typu rybie oko, vďaka čomu pozoruje celú oblohu. Systém bol navrhnutý a skonštruovaný na Astronomickom a geofyzikálnom observatóriu FMFI UK v Modre – Piesok (AGO) a slúži na zaznamenávanie svetelných úkazov v atmosfére. Systém pracuje v noci, v automatickom režime: otváranie komory sa riadi výškou Slnka (od 9 stupňov pod obzorom), je opatrený dažďovým a svetelným čidlom, automaticky zálohuje dáta na externý disk, má vlastné vyhrievanie a pripojenie do internetovej siete. Systém AMOS sme nedávno rozšírili aj o spektrálne pozorovania meteorov.

Z optických a spektrálnych pozorovaní sme v r. 2015 získali bohatý materiál meteorického roja Tauríd.  Tauridy sú meteorický roj (v medziplanetárnom priestore prúd prachových častíc) známy pravidelnou, pomerne slabou aktivitou trvajúcou od začiatku októbra do konca novembra. Prúd sa pohybuje po výstrednej eliptickej dráhe s malým sklonom k rovine ekliptiky. Za materské teleso prúdu je považovaná kométa 2P Encke, ktorej dráha je celá vo vnútri dráhy Jupitera. Tauridy sú charakteristické aj tým, že v niektorých rokoch je ich aktivita zvýšená a doplnená jasnými meteormi, bolidmi. Je to  spôsobené rezonanciou v strednom dennom pohybe 7: 2 prúdu Tauríd s Jupiterom.

Počas zvýšenej činnosti meteorického roja Tauríd v r. 2015 sme zachytili 33 spektier jasných meteorov. Pre 14 z nich sú pozorovania dvojstaničné, čo umožnilo určiť aj ich atmosférické a orbitálne parametre v medziplanetárnom priestore. Podrobná analýza zo súčasných dát ukázala, že dráhy pozorovaných Tauríd môžu byť na základe podobnosti dráh asociované s niekoľkými blízkozemskými asteroidmi, preferenčne s 2015 TX24, 2003 UV11 a 2007 UL12, avšak spektrálne a fyzikálne charakteristiky týchto asteroidov nie sú známe.

Spektrálna klasifikácia meteorov je založená na relatívnych intenzitách čiar prvkov Na, Mg a Fe. Tieto prvky boli vybrané z dvoch dôvodov: vyskytujú sa vo väčšine spektier meteorov a ich čiary ležia v okolí maxima spektrálnej citlivosti používaných prístrojov. Príklad spektra meteoru je na obr. 1, kde je zobrazená najjasnejšia Taurida z pozorovanej vzorky s magnitúdou -8,4 zachytená 5. novembra 2015 o 23:21:00 UT s jasným vzplanutím. Profil spektra prvého rádu je na obr. 2. Prvý rád bol na časti záznamu saturovaný, preto na analýzu bol použitý druhý rád (obr. 3).

Na spektrálnu klasifikáciu meteorov bol navrhnutý trojuholníkový diagram, kde na základe intenzít čiar Na I – 1 (589.2 nm), Mg I – 2 (518.2 nm) a Fe I – 15 (526.0–545.0 nm) sa dá približne odhadnúť  zloženie meteoroidu a rozlíšiť rôzne typy materských telies meteoroidov. V trojuholníkovom diagrame (obr. 4) je zobrazených všetkých 33 zaznamenaných Tauríd.

Väčšina meteorov na diagrame je rozložených v oblasti tzv. normálnych meteorov s približne rovnomerným zastúpením Na I, Mg I a Fe I. Zreteľne je však vidieť vysokú disperziu v obsahu železa, od typov chudobných na železo až po pomer Fe/Mg blízky chondritickému materiálu a dva meteory ležia v oblasti s vyšším obsahom Fe. Na druhej strane vo všetkých spektrách je prítomný signifikantný obsah sodíka. Sodík patrí medzi prchavé prvky a najlepšie charakterizuje teplotnú históriu meteoroidov počas ich dynamického vývoja v Slnečnej sústave. Vyčerpanie sodíka je funkciou dĺžky expozície materiálu slnečným žiarením, teda aj malou perihéliovou vzdialenosťou, preto sa počas vývoja Slnečnej sústavy nezachoval v blízkosti Slnka. Vyšší obsah sodíka v meteoroidoch Tauríd tak poukazuje na to, že pôvodné materské teleso bolo kometárne a pochádzalo z vonkajších oblastí planetárnej sústavy. Do vnútra Slnečnej sústavy bolo dopravené niektorým z dynamických mechanizmov vrátane možného hierarchického rozpadu. Vyšší pomer Na/Mg v prospech sodíka vo väčšine spektier sa dal očakávať, pretože ionizácia prvkov závisí od vstupnej rýchlosti meteoroidu do atmosféry Zeme a nižší ionizačný potenciál preferuje sodík pri rýchlosti Tauríd okolo 28 km/s.

Pozorované Tauridy začínali horieť v atmosfére vo výškach okolo 100 km a koncové výšky horenia boli v rozmedzí 50 – 70 km. Pevnosť materiálu definovaná parametrom KB na základe počiatočných výšok horenia, hustoty atmosféry v danej výške a vstupnej rýchlosti ukazuje na kometárny materiál, ale z koncových výšok horenia, charakterizovaných parametrom PE, sa podobajú na uhlíkaté telesá, čo sú skôr primitívne asteroidy.

Na základe celkovej vyžiarenej energie počas preletu meteoroidu atmosférou sa dá odhadnúť hmotnosť telieska pred vstupom do atmosféry a následne aj ďalšie parametre. Meteoroidy pozorovaných Tauríd sú pomerne krehké a rozpadajú sa pri dynamickom tlaku 0.02–0.10 MPa a sú charakterizované mineralogickou hustotou 1.3 – 2.5 g cm-3. Celkovo sa dá povedať, že spektrálne a fyzikálne charakteristiky našich pozorovaných Tauríd poukazujú na ich kometárny pôvod s veľmi nehomogénnym zložením a možnou prítomnosťou uhlíkatých inklúzií. 

 

P. Matlovič, J. Tóth, R. Rudawska, L. Kornoš: Spectra and physical properties of Taurid meteoroids. Planetary and Space Science, 143, 104–115, (2017)