Tajemství kosmického prachu: Co skrývají nejmenší částečky vesmíru?

Zatímco Slunce je jen jedno a známých planet v našem solárním systému krouží osm, velké planetky už se počítají minimálně na statisíce a počty malých těles měřených v centimetrech odborníci pouze odhadují. Prachových zrn se pak ve Sluneční soustavě nachází podle odhadů tolik, že by mohla utvořit kouli o průměru 25 km. 

Nebeské představení

Důkaz o přítomnosti prachu v kosmickém prostoru běžně vidíme zejména při dvou astronomických jevech: Dostatečně daleko od měst a za výjimečných pozorovacích podmínek spatříme i bez dalekohledu tzv. zodiakální neboli zvířetníkové světlo. Má formu jasného oblaku poblíž roviny ekliptiky, který je tím jasnější, čím se daný bod nachází blíž ke Slunci pod obzorem. Odtud se odvozuje i název úkazu – ekliptika prochází zvířetníkovými souhvězdími. 

Zodiakální světlo je nejlépe pozorovatelné v období kolem rovnodenností, neboť tehdy se ekliptika k horizontu sklání pod velkým úhlem. Podstatu jevu už v polovině 19. století správně vysvětlil Dán Theodor Brorsen, když ve svém článku popsal původ zvířetníkového světla v rozptylu slunečního záření na prachových zrnech v rovině ekliptiky. 

Druhý astronomický jev související s prachem představují tzv. meteory, lidově „padající hvězdy“. Jde o prachová zrna, která se vysokou rychlostí zanoří do zemské atmosféry, prudce se ohřejí, zasvítí a vypaří se. Jejich počet v průběhu roku kolísá, a pokud jich výrazně přibývá, označuje se nebeský úkaz jako „meteo­rický roj“ (je-li obzvlášť hustý, pak dokonce jako „meteorický déšť“). Meteory v něm mají podobné dráhy – při pohledu ze Země jakoby vylétají z jednoho místa na obloze. 

Prach přichází s kometou

Oba popsané jevy naznačují, že se prachová zrna vyskytují ve Sluneční soustavě značně nerovnoměrně. Zodiakální světlo přináší důkaz, že se koncentrují především v rovině ekliptiky, v jejíž blízkosti krouží kolem centrální hvězdy nejen Země a ostatní planety, ale i převážná většina asteroidů a dalších malých těles. 

Tento fakt vcelku přirozeně souvisí s vývojem naší soustavy, která se před 4,5 miliardy let zformovala z obřího prachoplynného oblaku mechanismem gravitačního kolapsu. V centru vznikla protohvězda, budoucí Slunce, zatímco nespotřebované zbytky utvořily přibližně v rovníkové rovině stálice tlustý protoplanetární disk. Prachová zrna se v něm postupně srážela do větších pletenců, které dál rostly až do zárodků planet – tzv. planetesimál. 

Materiál se ovšem nevyužil zcela: V raných fázích vývoje byla disková oblast Sluneční soustavy velmi zaprášená. Gravitační síly planet a především intenzivní vítr vanoucí od mladé hvězdy však společným působením převážnou část těchto zbytků „odfoukly“ z centrálních částí systému na periferii. Jenže sluneční vítr už nevane jako kdysi a prach se do nitra soustavy postupně vrací – při svých cestách jej trousí komety. 

V dálavách našeho solárního systému vypadají všechny vlasatice jako špinavé ledové koule. Teprve když se přiblíží ke Slunci, začne se led na jejich povrchu měnit v páru – sublimuje. Uvězněná prachová zrna se tak osvobozují a rozptyluje se na nich sluneční záření: Nejprve kolem kometárního jádra vzniká dočasný prachoplynný obal (koma) a posléze i dlouhý ohon. Částice se přirozeně koncentrují podél průletové trajektorie vlasatice a vytvářejí pomyslnou prachovou stopu. Pokud se do ní ponoří naše planeta, pozorujeme meteorický roj. Podle odhadů pochází 70 % prachu v centrální části Sluneční soustavy z komet, asi 22 % má původ v kolizích planetek a zbytek přiletěl z mezihvězdného prostoru. 

Pravda je v prachu

Kosmický prach skýtá jednu obrovskou výhodu: Jde o původní látku, z níž vznikl náš solární systém. Výzkum jejích vlastností je nezbytný, abychom pochopili, z čeho a jak se v minulosti zformovala všechna tělesa Sluneční soustavy. Vědci proto vynakládají nemalé prostředky, aby „panenský“ materiál dostali pod mikroskop. 

Například v roce 1999 vypustila NASA sondu Stardust, jež pak na přelomu roků 2003 a 2004 prolétla komou vlasatice Wild 2. Z automatu se při tom vysunul aerogelový lapač prachu, odebral vzorky a v lednu 2006 pouzdro přistálo na Zemi. Pečlivá analýza ještě neskončila, už nyní se ovšem zdá, že se mezi zachycenými zrny nachází i sedm kousků mezihvězdného původu. Podobný experiment realizovala japonská JAXA s družicí Hajabusa. Zařízení se v roce 2010 vrátilo z kosmu s více než 1 500 prachovými zrnky, jež nasbíralo u planetky Itokawa. 

Faktem zůstává, že jsou popsané experimenty velice náročné a jejich výtěžnost opravdu malá – možná však i zde platí známé přísloví o Mohamedovi a hoře… 

Sběr v oblacích

Co se stane se zbytky meteorických těles, která shoří v atmosféře? Tepelnou destrukcí neprojde 100 % hmoty: Část, jež neshoří, se přemění na prach. Podle odborných odhadů se denně dostane do zemského ovzduší 5–300 tun vesmírného materiálu. Jelikož se meteory vyskytují ve vysoké atmosféře, desítky kilometrů nad Zemí, nějakou dobu trvá, než jejich prach dopadne na povrch. 

Překvapivě máme i pozorovací důkazy o existenci prachu v zemské atmosféře a sledujeme je každý den: Mraky totiž nesestávají z vodní páry, jak se nesprávně traduje, ale z mikroskopických kapiček vody, neboť vodní pára je průhledná. Zmíněné kapičky však musejí na něčem zkondenzovat – a tím něčím jsou prachová zrna. Neznamená to ovšem, že v bílých beráncích najdeme kilogramy kosmického prachu. Drtivá většina prachových zrn v nižších vrstvách atmosféry, zhruba do výšky 50 km, se do ovzduší dostává zvířením ze země. Výš se „pozemský“ prach vyskytuje pouze vzácně. 

Přesto pozorovatelé znají tzv. noční svítící oblaka, jejichž sezona v České republice nastává kolem letního slunovratu. Nacházejí se vysoko ve stratosféře a za jejich výskytem s největší pravděpodobností stojí prach kosmického původu, převážně coby pozůstatek průletů meteorických těles. Uvědomovali si to už vědci ve druhé polovině 20. století, a proto NASA některé stroje, zejména U2 či SR-71, vybavovala kolektory prachu. Tato letadla se totiž dostávala až do výšek kolem 25 km. Lze přitom očekávat, že část prachových zrn zachycených v dané oblasti už bude kosmického původu. 

Klimatologie na scéně

Kosmický prach je zajímavý ještě z jednoho pohledu: Mohl by ovlivňovat pozemské klima. Víc prachu znamená víc stratosférických mraků, a tudíž méně slunečního záření dopadajícího až na Zemi. Totéž platí naopak. Pokud tedy v okolí naší planety probíhá něco jako prachový cyklus, může se jednat o dosud opomíjeného hráče v otázce dlouhodobých klimatických změn.

TIP: Historky z vesmíru: Jak voní Měsíc? Může se měsíční prach samovznítit?

Navíc kosmická prachová zrna možná vstupují do chemismu vysokých vrstev atmosféry, což jsou složité řetězce chemických reakcí, které se rovněž podepisují na celoplanetárním klimatu. Výzkum vesmírného prachu by tak mohl přinést nečekané výsledky.