Meteorit nad Čeljabinskem zanechal oblak prachu, který oběhl Zemi za 4 dny. Uvnitř zrnek se skrývaly neznámé krystaly

Prachový oblak z čeljabinského superbolidu oběhl severní polokouli za čtyři dny. V zrnkách zachycených ve sněhu vědci našli uhlíkové mikrokrystaly, jaké dosud nikdo nepopsal.

Foto: Jana Šrámčíková / VědaŽivě

Ráno 15. února 2013 proťalo oblohu nad jihoruským Čeljabinskem těleso o energii zhruba 500 kilotun TNT, třicetinásobek hirošimské bomby. Nedopadlo na zem jako celek. Rozpadlo se ve výškách mezi 45 a 30 kilometry a většinu své hmoty proměnilo v oblak prachu. Tlaková vlna vyrazila okna, zranila přes tisíc lidí, ale ten nejzajímavější příběh se odehrával nahoře, v tenkém pásu částic, který se stratosférickým prouděním rozběhl kolem planety. A pak tiše padal do sněhu.

Čtyři dny kolem zeměkoule

Satelit Suomi NPP zachytil čerstvou prachovou stopu v den události: kilometrově široký pruh visící zhruba ve 40 kilometrech nad zemí. Během hodin se začal protahovat směrem na východ. Stratosférické proudění ho hnalo rychlostí přes 300 km/h, a tak se 19. února, pouhé čtyři dny po explozi, tenký pás prachu vrátil nad oblast Čeljabinsku. Oběhl celou severní polokouli.

Podle NASA zůstal tento stratosférický pás detekovatelný ještě měsíce po události. Novější práce z roku 2022 modelovala, jak část meteoritického materiálu postupně sestupovala do nižších vrstev atmosféry a mísila se se sulfátovými aerosoly. Čeljabinsk tak nebyl jen jednorázovou explozí, byl dlouhodobým zdrojem kosmického prachu v zemské atmosféře.

Sníh jako konzervační médium

Většina meteorického prachu se rozptýlí beze stopy. Smísí se s půdou, odplaví ho déšť, rozloží prostředí. Čeljabinsk ale nabídl výjimečnou příležitost díky počasí.

Osm dní před pádem napadl čerstvý sníh a vytvořil čistou spodní vrstvu. Prach z bolidu na ni dopadl a třináct dní po události ho zakonzervovalo další sněžení. Vznikl sendvič: stará vrstva, meteorický spad, nová vrstva. Anticyklonální počasí bez srážek v prvních dnech navíc zabránilo předčasnému promíchání.

Výzkumný tým odebral 53 vzorků. Sníh rozpustili, vodu profiltrovali a na filtrech získali 0,0096 až 0,24 gramu jemného materiálu na vzorek. Zdánlivě nic. Ale pod elektronovým mikroskopem se z toho „nic“ vynořily tvary, které nikdo nečekal.

Krystaly, které nikdo nepopsal

Základní studii publikoval tým kolem Jihoruské státní univerzity 7. května 2022 v časopise The European Physical Journal Plus. Navazující detailnější analýza s Ramanovou spektroskopií vyšla v roce 2023 v časopise Nanomaterials.

Co přesně našli? Uzavřené vícevrstvé grafitické skořepiny v mikrometrovém měřítku, některé s dutinou uvnitř, jiné s centrálním nanoklastrem. Dvě hlavní podoby: quasi-sférické konvexní částice a nápadně pravidelné hexagonální útvary. Nejde o diamant, to autoři původně zvažovali, ale vyloučili už v roce 2018. Nejde ani o běžný grafit, který tvoří ploché vrstvy. A nejde o fulleren, tedy jedinou molekulu z 60 atomů uhlíku.

Jde o něco mezi tím. Jako nejpravděpodobnější zárodky růstu těchto struktur autoři navrhují právě buckminsterfulleren C₆₀, molekulu, za jejíž objev padla Nobelova cena za chemii v roce 1996, a polyhexacyklooktadekan C₁₈H₁₂. Kolem těchto nanozárodků mohly při extrémním ohřevu a tlaku narůstat další grafitické vrstvy, až vznikly uzavřené mikrokrystaly. Teploty při ablaci tělesa dosahovaly orientačně 10 000 °C.

Přírodní experiment, který nelze zopakovat

Exotické uhlíkové fáze v kosmickém materiálu nejsou úplnou novinkou. Už v roce 1990 popsali vědci v časopise Nature mezihvězdná grafitová zrna v meteoritu Murchison. Čeljabinské mikrokrystaly se ale od všeho dosud známého liší architekturou, uzavřenou, vícevrstvou, dutou. Autoři je srovnávali i s lonsdaleitovými strukturami z arizonského impaktního kráteru a konstatovali, že kromě uhlíku nemají nic společného.

Hodnota objevu zatím není v praktické aplikaci. Nikdo netestoval mechanické ani elektrické vlastnosti těchto struktur. Podle nás je ale podstatné něco jiného: Země na několik minut nabídla podmínky pro vznik uhlíkových architektur, které neumíme vyrobit v laboratoři, a díky sněhu se podařilo zachytit výsledek dřív, než ho zničilo prostředí.

Na čeljabinském příběhu se podíleli i čeští vědci. Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově patří mezi spoluautory klíčové studie o trajektorii a původu tělesa, publikované v Nature. Ondřejovský tým navíc spravuje veřejnou databázi videozáznamů čeljabinského superbolidu a dlouhodobě provozuje Evropskou bolidovou síť, která podobné události sleduje systematicky.

Co to říká o prachu, který padá pořád

Každý den dopadne na Zemi odhadem desítky tun kosmického materiálu, většinou jako neviditelný mikrometrový prach. Čeljabinsk ukázal, že i v tomto neviditelném spadu se mohou skrývat struktury, o kterých nemáme tušení. Problém není v tom, že by neexistovaly. Problém je v tom, že je neumíme zachytit.

Sníh, led, velmi čisté povrchy a rychlá filtrace, to je recept, který fungoval u Čeljabinsku. Příští velký bolid nad zasněženou krajinou může přinést další překvapení. Otázka zní, jestli tam bude někdo s filtračním papírem dost rychle.