Přednáška dne 1 XII 1999, Praha 6 - hotel Krystal Kosmická rizika fiktivní a skutečná Jiří Grygar, Fyzikální ústav AV ČR, Praha 8 1. Fiktivní rizika O těchto rizicích přináší opakované informace neseriózní sdělovací prostředky. Výběr z posledních let poukazuje například na tato rizika: a) Neobvykle těsné úhlové sblížení planet, Měsíc a Slunce na obloze vyvolá ničivá zemětřesení, sopečné výbuchy, záplavy a další nespecifikované celosvětové katastrofy. Poslední velké fámy byly zveřejněny před seřazením planet r. 1982 a nyní před takovým seskupením v květnu 2000. b) Velké nespecifikované katastrofy resp. konec světa, vyvolané úplným zatměním Slunce, pozorovatelným v srpnu 1999 ve střední Evropě. c) Náhlá změna sklonu rotační osy Země k ekliptice, vyvolaná nárazem kosmického tělesa, které se blíží k Zemi. d) Bombardování Země rojem komet v souvislosti s přiblížením druhé složky dvojhvězdy Slunce-Nemesis. e) Rušivý vliv Měsíce na duševní rovnováhu citlivých jedinců, zejména v době kolem úplňku. f) Rušivý vliv sluneční činnosti na lidské zdraví, opět nejnebezpečnější u citlivých resp. chronicky nemocných jedinců. Pokud jde o citovaná úhlová sblížení planet atd., dochází k nim poměrně často několikrát za století, a nikdy to žádné odezvy na Zemi nevyvolalo. Ostatně fyzikální důvod k takovému kataklyzmatu neexistuje. Totéž platí pro úplné zatmění Slunce, jak si může ostatně každý nyní ověřit, kdykoliv se ráno opět probudí. Riziko změny sklonu zemské osy je nulové - ve sluneční soustavě neexistuje dostatečně hmotné těleso, které by bylo schopno se v nejbližších miliardách lete se Zemí srazit a sklon osy drasticky změnit. Pokud jde o bod d), existence druhé složky dvojhvězdy (Nemesis) byla vyvrácena. Poslední dva vlivy byly vskutku statisticky zkoumány a žádné zmíněné závislosti se nepotvrdily. To se ostatně dalo očekávat, neboť povrch Země je před těmito údajnými škodlivými vlivy naprosto bezpečně chráněn jednak zemskou atmosférou a ionosférou a jednak globálním magnetických polem Země. 2. Skutečná kosmická rizika 2.1. Dopad planetky či kometárního jádra Existence kráterů na Měsíci, jež nepochybně vznikly dopady meteoritů, svědčí o tom, že také Země byla v minulosti silně a relativně často bombardována velkými projektily, jejichž zásoba ve sluneční soustavě se ani zdaleka nevyčerpala. V posledních bezmála 4 miliardách let je pravděpodobně riziko srážky Země s větším projektilem z kosmu konstantní. Před touto dobou docházelo ke srážkám až tisíckrát častěji - šlo o období tzv. těžkého bombardování planet. Malý počet velkých impaktních kráterů, které jsou na Zemi rozpoznány, souvisí s geologickou činností (pohyby kontinentů, vyvrásňování pohoří, rozpínání mořského dna, zemětřesení, sopečné výbuchy, vodní a větrná eroze), jež zahladí stopy po kráterech již za několik desítek nebo výjimečně stovek milionů let. V posledním desetiletí se však podařilo díky ropným vrtům rozpoznat stopy kráteru v oblasti Mexického zálivu a poloostrova Yucatán. Planetka o průměru asi 10 km tam dopadla před 65 miliony lety rychlostí asi 15 km/s a vytvořila primární kráter o průměru bezmála 200 km a hloubce 10 km. Druhotné následky srážky patrně vyhubily valnou část pozemské fauny a flóry, zvláště pak větší živočichy (veleještěry), kterým se zhroutil potravní řetězec. Nedávným dokladem o srážce s kosmickým projektilem je tunguzský meteorit z 30. června 1908. Podle modelových výpočtů se tehdy Země střetla s kamenným tělesem o průměru asi 70 m, které vstoupilo do zemské atmosféry rychlostí asi 20 km/s pod velmi šikmým úhlem. Odporem ovzduší se začalo drobit a náhle se zabrzdilo ve výši asi 8 km nad sibiřskou tajgou. Následný tepelný a světelný záblesk zapálil stromy v epicentru výbuchu, ale o něco pomalejší rázová vlna požár uhasila a stromy se vějířovitě vyvrátily - devastace postihla území o rozloze přes 2000 km^2. Průvodní jevy výbuchu (seismický neklid, tlaková vlna v atmosféře, rozptýlené částice ve stratosféře) dovolily odhadnout energii výbuchu na ekvivalent 15 Mt TNT. Ani současné prostředky astronomie by nedokázaly takové těleso odhalit v předstihu, neboť přišlo ze strany od Slunce. V r. 1994 dopadlo více než 20 úlomků jádra komety Shoemaker-Levy 9 na Jupiter rychlostí asi 60 km/s a způsobily obrovské exploze, snadno pozorovatelné dalekohledy i ze Země. Úhrnná energie exploze dosáhla 10^22 J - tedy o 3 řády více, než je souhrnná palebná síla všech nukleárních zbraní v arzenálech atomových mocností. Následkem explozí došlo k zastínění příslušných oblastí atmosféry Jupiteru, které přetrvalo mnoho měsíců - právě tento efekt by byl pro přežívající organismy na Zemi kritický. Současná pozorování odhalila již několik set rizikových křížičů - planetek o průměru alespoň 1 km, jež by při srážce se Zemí vyvolala celosvětovou katastrofu. Intervaly mezi takto ničivými srážkami lze jen odhadnout na několik milionů let. Úhrnný počet rizikových křížičů činí podle odhadu nejméně 1000 projektilů, takže nejméně 4/5 těchto objektů dosud vůbec nepozorujeme. Současné pozorovací programy, na nichž se významně podílejí také česká pracoviště na hvězdárnách na Kleti a v Ondřejově, dávají naději, že 95% nebezpečných křížičů bude objeveno do r. 2015. Výpočet jejich drah je rutinní operace, takže po tomto datu bude možné identifikovat nejnebezpečnější tělesa patrně s velkým předstihem před potenciální srážkou. Prostředky kosmonautiky již dnes v zásadě umožňují, aby takto nebezpečná tělesa byla vhodným způsobem ze svého nebezpečného kurzu odkloněna, pokud je k dispozici alespoň 15 let času před vlastní srážkou. 2.2. Růst zářivého výkonu Slunce Modely stavby a vývoje Slunce vycházejí z předpokladu, že hlavním zdrojem sluneční energie je termonukleární přeměna vodíku na hélium v centrálních oblastech Slunce. Tato reakce je s postupujícím stářím Slunce paradoxně čím dál vydatnější, takže zářivý výkon Slunce pomalu leč soustavně vzrůstá. Od vzniku Země před 4,5 miliardami let až dosud se zvedl zářivý výkon Slunce zhruba o třetinu. Dříve či později proto dojde k přehřátí Země, což povede k postupnému vypaření oceánů a zániku života na Zemi nejpozději za 1 miliardu let, pokud naši potomci nepřijmou nějaká aktivní ochranná opatření. Za 6,5 miliardy let dosáhne povrch Slunce prakticky až k dráze Země a ta se při teplotě kolem 4000°C zcela vypaří a stane se součástí sluneční atmosféry. 2.3. Výbuch blízké supernovy Hmotné hvězdy resp. některé zvláštní typy dvojhvězd mohou na konci svého termonukleárního vývoje náhle vybuchnout a uvolní přitom v krátkém čase ohromující energie řádu 10^44 J. Takové úkazy astronomové pozorují jako supernovy; naštěstí pro nás jde o jevy velmi vzácné. Poslední supernovu v naší Galaxii pozoroval Johannes Kepler v Praze r. 1604. Z fyzikálního hlediska se při výbuchu supernovy uvolní jednak elektromagnetické záření, ale také velké množství neutrin a záření kosmické. Výpočty naznačují, že pokud by vybuchla supernova ve vzdálenosti menší než asi 30 světelných roků od Slunce, příval této energie na Zemi by rozvrátil atmosféru a život na Zemi by byl vymazán silnou radiací. Pravděpodobnost tak těsného výbuchu je naštěstí malá - patrně k ní dochází jednou za stovky milionů let. 2.4. Vzplanutí zábleskového zdroje záření gama V r. 1973 objevili astronomové pomocí vojenských družic Vela tajemné kratičké záblesky měkkého záření gama o energiích kolem 300 keV. Záblesky trvají nanejvýš desítky sekund a nikdy se neopakují z téhož směru na obloze. Teprve r. 1997 se podařilo ukázat, že záblesky gama jsou doprovázeny také rentgenovým, rádiovým a světelným efektem. Optické spektrum protějšků bezpečně prokázalo, že se tyto zdroje nacházejí extrémně daleko ve vesmíru, ve vzdálenostech řádu miliard světelných let. Odtud však plyne, že ve skutečnosti jde o vůbec největší výbuchy ve vesmíru. Ačkoliv vlastní zdroj výbuchu má průměr stěží 100 km, během krátké doby se v něm uvolňuje totéž množství energie, jaké souběžně vysílají všechny hvězdy ve viditelné části vesmíru! Pravděpodobnou příčinou takových mimořádných vzplanutí je náhlé splynutí dvou neutronových hvězd, resp. neutronové hvězdy s černou dírou v takto podivné dvojhvězdě. Ačkoliv skutečná četnost zábleskových zdrojů záření gama je ve vesmíru nejméně stokrát nižší než u supernov, jejich vyšší zářivém výkony znamenají, že pokud by se výbuch odehrál blíže než asi 1000 světelných let od nás, bude velmi zle. Četnost dvojhvězd zmíněných typů v naší Galaxii je dobře známa a nejbližší takové dvojhvězdy jsou od nás v bezpečné vzdálenosti. V každém případě bychom byli včas varováni a měli asi milion let času na preventivní obranu před dvojhvězdou, jejíž složky se k sobě spirálovitě přibližují. Potenciální obrana by například spočívala v zahrabání civilizace do hloubky nejméně 500 m pod povrchem souše či oceánu. 3.Neznámá kosmická rizika O riziku, které plyne ze srážek z planetek či komet, se začalo poprvé uvažovat zhruba v polovině XX. století - do té doby všichni měli zato, že velké dopady jsou záležitosti dávné minulosti Země. O rostoucím zářivém výkonu Slunce jsme se dozvěděli přirozeně až po objevu termonukleárních reakcí ve hvězdách v r. 1939 a zejména po zlepšení fyzikálních údajů o těchto reakcí na základě kvantově-mechanických výpočtů a pokusů v atomových reaktorech či urychlovačích částic teprve po r. 1980. Supernovy byly sice rozpoznány již koncem 30. let tohoto století, ale pochopení, oč přesně jde, spadá rovněž až do poslední třetiny století. Je varující, že vůbec největší kosmické katastrofy byly poprvé pozorovány až r. 1973 a o jejich mohutnosti jsme se dozvěděli teprve před dvěma roky. Je proto vysoce pravděpodobné, že další pokrok astronomie a příbuzných oborů fyziky či chemie odhalí ještě četná další kosmická rizika, což je v principu sice deprimující, ale na druhé straně právě taková odhalení jsou naší jedinou nadějí, že totiž rozpoznáme nebezpečná rizika v dostatečném předstihu, abychom mohli vyvinout příslušnou a bezpečnou obranu. Bylo by naprosto fatální, kdybychom pod jakoukoliv záminkou přestali podporovat rozvoj přírodních věd obecně a astronomie speciálně.