Neobvyklé pozorovania: Vstupy umelých telies do atmosféry

Zánik posledného stupňa americkej rakety Falcon-9
 pozorovaný 28. decembra 2014 z Brazílie

Pri sledovaní oblohy môžete niekedy uvidieť naozaj netradičné, zvláštne a zároveň úžasne vyzerajúce javy. Sú pomerne zriedkavé a ich prípadné pozorovanie je často dielom čistej náhody. V tomto seriáli článkov sa chcem zamerať na tie, ktoré súvisia s umelými kozmickými objektami a v prípade, že máte šťastie, môžu Vám spestriť sledovanie oblohy neuveriteľným spôsobom.

V tomto prvom dieli porozprávam o pozorovaniach návratov umelých telies do atmosféry. Vstup nejakého prirodzeného kozmického telesa do atmosféry už videl hádam každý. A každý by mal tiež vedieť, že sa tento jav nazýva meteor (alias ľudovo obľúbená padajúca hviezda) a vzniká vďaka vysokej rýchlosti daného telesa, ktoré sa vplyvom obrovského trenia o molekuly atmosféry rozžhavý a rozžiari. Avšak pozorovanie vstupu umelého telesa do atmosféry je oveľa vzácnejšie a to napriek tomu, že je týchto telies na orbite pomerne hodne. Ako dobre vieme, väčšina umelých telies na zemskej orbite je ovplyvňovaná zvyškovými molekulami atmosféry Zeme, ktoré siahajú do kozmického priestoru aj tisíce km od jej povrchu. Umelé satelity, ktoré sa okolo Zeme pohybujú minimálne prvou kozmickou rýchlosťou, do týchto molekúl narážajú a tým strácajú malú časť svojej pohybovej energie. Zvyšky atmosféry ich teda pomaly pribrzďujú, kvôli čomu sa výška orbity satelitov neustále znižuje. Samozrejme, čím je orbita nižšia, tým je koncentrácia molekúl vyššia, zrážok s nimi exponenciálne pribúda a satelit klesá stále rýchlejšie a rýchlejšie. Tento vplyv výrazne ovplyvňuje životnosť satelitov nachádzajúcich sa na orbite pod cca 500 km, kde bez aktívnej úpravy svojej dráhy vydržia nanajvýš pár rokov. Avšak už vo výške 800 km môžu zotrvať stáročia a vo výškach nad 6 tisíc km dokonca teoreticky neobmedzene dlho, kedže tu už vplyv atmosféry prakticky úplne mizne.

Dlhoexpozičná snímka zániku posledného stupňa ruskej
 rakety Vostok-M pozorovaného zo severu Nórska v októbri 2014

Do akej miery je satelit molekulami atmosféry ovplyvňovaný ale nezávisí len od jeho výšky nad povrchom, ale aj od iných faktorov, ako je jeho hmotnosť či plošné rozmery. Čím je ľahší a rozmernejší, tým klesá z orbity rýchlejšie. Od istej výšky nad povrchom (v zásade 110 - 120 km) už dosahuje hustota atmosféry také hodnoty, že orbitálna rýchlosť akéhokoľvek satelitu je neudržateľná a satelit začne s orbity vysokou rýchlosťou "padať" k zemskému povrchu (pozor, nejde ešte ale o voľný pád!), pričom spočiatku stále dosahuje rýchlosti blízke prvej kozmickej (cca 7,8 km/s). Ďalej to už poznáme - pri tejto rýchlosti dôjde kvôli vysokému treniu vo výškach cca 90 až 60 km k rozžhaveniu a deštrukcii satelitu, ktorého úlomky z veľkej časti v atmosfére úplne zhoria. Vznikne tak akýsi umelý meteor, ktorý môže hlavne pri väčších satelitoch na oblohe predviesť skutočne veľmi spektakulárne divadlo. Bežný pozorovateľ ho od prirodzeného meteoru môže odlíšiť hlavne vďaka jeho relatívne nízkej rýchlosti, ktorá umožňuje jeho dlhé pozorovanie. Zatiaľ čo prirodzený bolid možno ideálne pozorovať nanajvýš niekoľko málo sekúnd, zanikajúce satelity sú bežne pozorovateľné aj desiatky sekúnd, pričom je častá aj ich mnohonásobná fragmentácia (vid obr. úplne hore), ktorá sa u prirodzených bolidov často neprejavuje.

Stopa, ktorá ostala na oblohe po zániku
rakety Falcon-9 nad Ruskom 17. januára 2015

V prípade, že k vstupu telesa do atmosféry dôjde krátko pred východom alebo po západe Slnka, môže byť po ňom na oblohe viditeľná jasná, postupne sa rozptyľujúca "dymová" stopa, ktorú je možné pozorovať aj desiatky minút po páde satelitu (vid obr. vľavo). Ide vlastne o akúsi umelú obdobu NLC oblakov, ktoré v tomto prípade tvoria mikroskopické zvyšky telesa, ostavajúce po jeho ablácii vo vysokej atmosfére.

Pozorovanie takýchto javov je ale naozaj pomerne vzácne. Ja osobne som síce videl pár veľmi pomalých meteorov o ktorých predpokladám, že boli umelého pôvodu, avšak aj v takom prípade určite išlo len o veľmi malé a pravdepodobne ani nekatalogizované úlomky kozmického odpadu. Spektakulárny zánik riadneho "kusu železa" som ešte nemal šťastie pozorovať.

Táto kompozitná tlaková nádrž spadla15 metrov
 od domu farmára v Brazílii po zániku rakety
Falcon (fotografia úplne hore)

Hoci k návratom väčších satelitov do atmosféry dôjde niekoľkokrát za mesiac, presne predpovedať, kedy a nad akým územím k nim dôjde je veľmi ťažké, z dlhodobejšieho horizontu dokonca úplne nemožné. Na veľmi nízkej orbite má totiž na dráhu satelitu vplyv mnoho faktorov, akými sú hlavne nepredvídateľné lokálne fluktuácie hustoty vrchných vrstiev atmosféry, ktoré súvisia predovšetkým s meniacou sa intenzitou slnečnej aktivity. Tie môžu spôsobiť veľký rozptyl v predpovedi zániku satelitu a tak aj pri veľmi precíznom sledovaní jeho dráhy možno ako-tak presnú lokalitu jeho vstupu do atmosféry odhadnúť len niekoľko hodín pred ním samotným. Kvôli tomu je prípadné pozorovanie takéhoto javu naozaj hlavne o šťastí a doteraz bolo len málo amatérskych pozorovateľov, ktorý ho cielene pozorovali (resp. boli na jeho pozorovanie pripravený). Výnimku tvoria samozrejme tzv. kontrolované zániky telies v atmosfére (napr. 120 tonový Mir z roku 2001, či pravidelné zániky zásobovacích lodí ISS), ktoré sa ale v zásade dejú nad rozsiahlymi a neobývanými oblasťami (hlavne juh Pacifiku), takže našinec nemá šancu si ich vychutnať.

Veľká nádrž z americkej rakety Delta-2 nájdená v roku 2013
v Zimbabwe

Neplánované zániky môžu ale nastať teoreticky kdekoľvek na svete (samozrejme v závislosti od sklonu orbity satelitu) a v prípade, že sa odohrajú na jasnej oblohe nad huste obývanými oblasťami, prakticky vždy pritiahnu pozornosť mnohých náhodných, zväčša úplne laických pozorovateľov. Tí ich pomerne často považujú za UFO a mnohé UFO hlásenia z minulosti takto boli pozdejšie aj identifikované. K vôbec prvému pozorovaniu zániku satelitu došlo ešte v apríli 1958, keď rozpad Sputnika 2 zaujal mnoho pozorovateľov nad východným pobrežím USA. Od vtedy bolo zdokumentovaných ďalších vyše 250 prípadov z celého sveta (ich vynikajúci prehľad robí jeden z najvýznamnejších satelitných pozorovateľov Ted Molczan - vid tu).

Nálezy takýchto guľovitých tlakových nádrží sú v súvislosti
s návratom kozmického odpadu najčastejšie. Táto pochádza z ruskej
rakety Zenit a našli ju v roku 2011 vo Wyomingu

Samozrejme, tak ako v prípade niektorých veľmi jasných meteorov, aj zániky veľkých satelitov môžu niekedy priniesť "neočakávanú dohru" až na zemskom povrchu. Ich časť totiž ohnivý prechod atmosférou môže prežiť a dopadnúť na zem. V prípade zánikov satelitov sa to deje dokonca oveľa častejšie ako v prípade prirodzených bolidov, pretože kvôli ich relatívne nízkej vstupnej rýchlosti a niektorým veľmi odolným častiam (hlavne tlakové nádrže a súčasti raketových motorov) prežije prechod atmosférou v zásade 10 - 40%  hmoty satelitu. Môže ísť o veľmi malé kúsky, ktoré vám neublížia, ani keď vás trafia priamo do hlavy (viď známy prípad Lottie Williamsovej), ale aj o skutočné kusiská schopné zničiť dom či usmrtiť človeka (pozri napr. obr. zo Zimbabwe). Celkovo je od začiatku kozmickej éry evidovaných vyše 70 nálezov umelých kozmických telies na zemskom povrchu (ich nie celkom úplný prehľad je tu). Takže ak niekedy budete mať to šťastie a budete nad hlavou pozorovať rozpad umelého satelitu v atmosfére, skúste aj preskúmať okolie, či vám náhodou nejaký jeho kúsok tiež nespadol z neba (tak ako sa to stalo nedávno v Brazílii). A dajte vedieť. ;)

No a na úplný záver si vychutnajte pár vydarených videí zo vstupov umelých telies do atmosféry z rôznych častí sveta:

Zánik posledného stupňa rakety, ktorá vyniesla pilotovanú loď Sojuz-TMA3M. Pozorované 24. decembra 2011 z Nemecka 

Takto zachytili zánik rakety zo štartu ruskej družice Meteor-M2 nad Austráliou. Nasnímané 10. júla 2014

Toto video je z Belehradu a zachytáva rozpad rakety zo štartu Sojuzu-TMA15M. Pozorované 26. novembra 2014

A toto je video z vyššie spomínaného zániku posledného stupňa rakety Falcon-9 nad Brazíliou