Kvaziměsíc Cruithne

Naše Země má pouze jeden měsíc. Ačkoli těleso Cruithne také obíhá Zemi, měsíc to není. Proto se mu říká kvaziměsíc.

Ve dvaadvacátém dílu sci-fi povídky Na dohled Cruithne hrdinové příběhu nouzově přistáli na kvaziměsíci Cruithne. Toto těleso skutečně existuje a na rozdíl od jiných asteroidů má výsadní postavení.

Před vlastním vyprávěním o fyzikálním pozadí malá odbočka k názvu tělesa. Jméno Cruithne je převzato z keltské historie. Severní Irsko obýval kdysi divoký kmen pomalovaných válečníků. Latinsky se obraz řekne pictus, odtud plyne pojmenování kmene - Piktové. Amatérský astronom Duncan Waldron objevil v roce 1986 zvláštní planetku, a protože pochází ze Skotska, dal jí název po významném piktském králi Cruidnem.

Výslovnost je dvojí uznávaná. Anglická - čteme [Krujtne] nebo výslovnost vycházející z keltštiny - [Krujňa]. Je na osobním vkusu a preferencích přednášejícího, kterou variantu si vybere.

Ve článku Gravitační pasti jsme ukázali, že v soustavě dvou gravitačně vázaných oběktů můžeme nalézt pět bodů, ve kterých se navzájem kompenzují přitažlivé a setrvačné síly. Takovou soustavu tvoří i dvojice Slunce - Země.

Připomeňme, že dva z těchto bodů označovaných L4 a L5 (po jejich objeviteli Joseph-Lousi Lagrangem) se vyznačují rovnovážnou polohou stálou. To znamená, že když družici z tohoto bodu vychýlíme, neuletí pryč, ale začne kolem něj obíhat. Body L4 a L5 jsou jakési gravitační pasti, do kterých se občas zachytí malá tělesa. Podle toho, ve kterém bodě se zachytí, říká se jim Trojané nebo Řekové. Ponechme stranou záhadu, proč se Trojané berou jako protiklad k Řekům, když se sami mezi Řeky počítali, a věnujme se astronomickým specifikům.

Původně se tak nazývaly pouze planetky zachycené v soustavě Slunce - Jupiter. Když pak byly objeveny i v soustavě Slunce - Země, začalo se označení používat i zde. I poblíž našich bodů L4 a L5 můžeme takové objekty nalézt. Jmenujme tělesa 2003 YN107, 2004 GU9, 2006 FV36 nebo 2010 SO16. Všechna tato tělesa obíhají po vlastních drahách kolem Slunce, ale při pohledu ze Země se může zdát, jako by obíhaly kolem ní. Proto o nich mluvíme jako o kvaziměsících.

Jedním z takových těles je například asteroid 2010 TK7. Má průměr pouhých 300m a obíhá kolem Lagrangeova bodu L4. Protože je od něj poměrně vzdálen, trvá mu kompletní oběh 400 let. To, že byl objeven, byla víceméně historická náhoda. Lagrangeovy body L4 a L5 se nacházejí 60° od Slunce, takže jsou jím všechna tamní tělesa přezářena. Asteroid 2010 TK7 se však díky své dráze dostává až na 90° od Slunce, kde ho automatický vesmírný dalekohled WISE neměl problém při rutinní prohlídce oblohy zachytit. Zároveň jsme si však uvědomili, kolik dalších obtížně objevitelných Trojanů i Řeků může naše Země mít.

Z podstaty Lagrangeových libračních bodů L4 a L5 plyne, že oběžná doba kvaziměsíců musí být přesně jeden rok. Jejich dráha je většinou protáhlejší, než téměř kruhová dráha Země, ale protože librační body obíhají poctivě po uzavřených drahách, zůstává zachována vazba 1:1.

Planetka 2753 Cruithne je trochu jiná. Je rychlejší než Země, Slunce oběhne jedenkrát za pouhých 364 dní. Na schematu s ekvipotenciálními čarami se tak dostává z uzavřené křivky kolem jednoho libračního bodu na protáhlou dráhu podkovovitého tvaru, která postupně obkrouží nejen body L4 a L5, ale i bod L3. Dostává se tak do zvláštní pozice. Zatímco oběh kolem Slunce bude stále necelý rok a i ze Země bude při nedbalém pozorování vypadat, jako že je vše v pořádku, z dlouhodobého hlediska bude Cruithne chvíli Trojanem a chvíli Řekem. Celý tento cyklus trvá 770 let.

V současné době je planetka Cruithne na straně bodu L4. Naši Zemi tedy předbíhá a pomalu se vzdaluje. Za několik století se vzdálí natolik, že se ocitne na straně bodu L5 a začne Zemi dohánět. V době nejbližšího přiblížení se dostane na nějakých deset milionů kilometrů, což je asi třicetkrát dál než náš Měsíc. Je tedy mimo tzv. Hillovou sféru, proto nikdy nemůže být plnokrevným měsícem Země, ale název kvaziměsíc si plně zaslouží.

Hillova sféra: objekt, který může být gravitačně vázán k planetě, se musí nacházet uvnitř Hillovy sféry. Je to oblast vytyčená uzavřenými ekvipotenciálními plochami - viz první obrázek.

Planetky oscilující kolem libračních bodů mají sice oběžnou dobu stejnou jako naše Země, ale zároveň vykazují vysokou excentricitu. Při oběhu kolem Slunce se dotýkají dráhy Venuše i Marsu a samozřejmě protínají dráhu Země. To jsou důvody, proč nás zajímají. Takhle malé planetky zaručeně neprošly při svém vzniku přetvořením a diferenciací materiálu jako velké planety a jsou tedy tvořeny původním materiálem, ze kterého vznikala Sluneční soustava.

Fakt, že se nacházejí poblíž orbity Země, znamená, že jsou i energeticky snadno dosažitelné. V současné době se sice oficiálně nechystá žádná výprava k těmto planetkám, ale evidentně nazrává doba pro uskutečnění levného soukromého výzkumu.

Hitem posledních několika sezón jsou tzv. CubeSaty. CubeSat je miniaturní kosmická sonda našlapaná elektronikou. Půvabná na ní je unifikovanost. Dá se vyrábět sériově ve velkém množství za minimální cenu. Programové vybavení z ní pak udělá specializovaný nástroj. Její hmotnost i objem jeden litr (kostka 10x10x10cm) zaručují levné vynesení na orbitu Země. Mohou se tak přidávat k nákladu do nevyužitého prostoru a vypustit buď automaticky nebo ručně z orbitální stanice.

Další krok - dostat CubeSat mimo sféru gravitačního vlivu Země - je úkol pro další právě se rozvíjející technologii, iontové mikromotory. Iontové mikromotory zabírají dnes plochu několika čtverečních centimetrů a s tloušťkou pár milimetrů nepředstavují žádný konstrukční problém. V podstatě se jedná o miniaturní urychlovače napájené slunečními bateriemi. Pracovní médium (organická kapalina) nejprve ionizují a následně elektrickým polem vymrští obrovskou rychlostí proti směru pohybu sondy.

Oproti klasickým raketovým motorům mají zanedbatelný tah, ale jsou schopny pracovat s konstantním výkonem po velmi dlouhou dobu, takže nakonec získají mnohem větší rychlost. Uvádí se, že na dopravu CubeSatu do Lagrangeova bodu L4 by mohlo stačit pouhých 150g pracovního média.

Ve stádiu ideového návrhu je zatím plán italského inženýra kosmických letů Pierpaola Pergoly z Univerzity v Pise. Ten uvažuje o vyslání dvou pikosatelitů k planetce Cruithne. Návrhů, co by se dalo udělat, pamatuje kosmonautika jen o velice málo více než těch, které se nedostaly ani do užšího výběru. Návrh inženýra Pergoly je jiný v tom, že je velice levný a snadno realizovatelný kýmkoli, kdo je schopen dostat na oběžnou dráhu pár kilo užitečného nákladu. Dá se očekávat, že když ne Pergola, tak někdo jiný v dohledné době experiment uskuteční.

Na závěr bychom ještě rádi uvedli na pravou míru tu drobnou lež v perexu článku. Není docela pravdivé tvrzení, že Země má pouze jeden měsíc. Čas od času se na oběžné dráze Země zachytí drobný asteroid. Naposledy to bylo těleso 2006 RH120, planetka o průměru asi pěti metrů. Vesměs se však tato tělesa pohybují po nestabilních drahách, a když po čase neshoří v atmosféře, vymrští je gravitační prak zpět do vesmíru. Tvrzení v perexu by tedy mělo znít: Země má pouze jeden stabilní měsíc, náš Měsíc.