Kosmické sondy
Sondy k planetám - minulé, současné i budoucí Jan Verfl Když si čas od času nostalgicky pročítám své dnes již ošoupané a natrhnuté Sadilovy Planety z roku 1963, vždycky si uvědomím, jak obrovským skokem v lidském poznání byl začátek éry kosmických sond. Představy, které spřádaly největší kapacity tehdejšího astronomického světa za pomocí iluzorních kreseb (díky neklidu atmosféry přes všechny svoje nevýhody na hony překonávajíc rozmazané fotografie) a sporých spektroskopických dat, dostupných jen v té části spektra, které náš vzdušný obal laskavě propustil, se dnes jeví přinejmenším naivní, skutečné znalosti kusé a neúplné. U dvou planet (Merkur a Venuše) nebyla známa ani doba rotace, Mars byl i seriózními studiemi kladen do role takřka obyvatelné planety a o pozoruhodném a rozmanitém světě Jupiterových měsíců neměl nikdo z pozemšťanů ani sebemenší představy. Čtvrtý říjen roku 1957, kdy se z područí zemské gravitace alespoň částečně vymanil Sputnik 1 tak lze považovat za faktický začátek našeho zkoumání sluneční soustavy i přesto, že trvalo ještě drahně let, než jeho nástupci úspěšně doputovali k cizím světům. Vydáme se nyní nejen na malý výlet historií jeho průzkumu a nastíníme také, jaké výhledy nás čekají v brzké budoucnosti, alespoň co se výzkumu planet týče. Stranou zatím ponecháme našeho souseda nejbližšího, Měsíc (neboť dějiny jeho dobývání by samy o sobě vystačily na samostatnou knihu, natož pak krátký článek) a také malá tělesa sluneční soustavy.
Merkur Jakožto planeta Slunci nejbližší se Merkur přímému pozorování ze Země vždy urputně bránil, neboť jeho už tak dosti malinký kotouček většinu času beznadějně tone ve světle blízkého Slunce. Díky tomu zatímco o ostatních planetách jsme toho v presondážní éře věděli málo, o Merkuru jsme nevěděli téměř nic. Proto je až s podivem, že výpravu k němu podnikla zatím jen jedna jediná sonda, a sice americký Mariner 10 v letech 1973 až 1975. Práce na programu Mariner začaly už v roce 1960, dva roky po nejprve neúspěšných a posléze i úspěšných startech prvních Pioneerů, s nimiž se celá léta vzájemně doplňovaly. Cílem bylo přivést k životu relativně malé, lehké (i když o řád těžší než první Pioneery, tedy okolo půl tuny) a jednoduché sondy, které by bylo možné vynášet tehdy dostupnými raketami Atlas s přídavnými třetími stupni, určené
Mariner 9
26
Speciál 2001
MESSENGER u Merkuru
primárně pro krátkodobé (maximálně dvouleté) mise k vnitřním planetám. Jelikož jenom tři z deseti celkem vypuštěných Marinerů byly ztraceny při startu (s čímž se v podstatě počítalo), dosáhl program kromě řady vědeckých úspěchů dvou výrazných prvenství, a sice v prvním průletu funkční sondy okolo jiné planety a první umělé družici jiné planety. Každá ze sond byla vybavena velkou parabolickou anténou pro přenos dat k Zemi, slunečními panely a systém stabilizace ve všech třech osách (tzn. že v žádném směru samovolně nerotovaly). Mariner s pořadovým číslem 10 byl jakýmsi vyvrcholením jedenácti let programu. Kromě obvyklých experimentů zaměřených na Slunce a meziplanetární prostředí nesl na palubě dvě úzkoúhlé kamery (jejichž data se zaznamenávala na tehdy obvyklý digitální páskový magnetofon), a přístroj pro pozorování jak ultrafialového, tak infračerveného záření. Po průletu kolem Venuše a gravitačním urychlení v únoru 1974 se ještě dvakrát v témž roce a naposledy v březnu 1975 setkal vždy na poměrně krátkou dobu s Merkurem. Jeho neobvyklá eliptické trajektorie byla sice výhodou, neboť mu bez větší námahy umožnila takovéto trojnásobné pozorování, avšak bohužel vždy téměř identické části povrchu, díky čemuž je dodnes zmapována pouhá polovina Merkurova terénu. Ten je značně kráterovaný, avšak s různými geologickými odlišnostmi vůči Měsíci. Podrobnější průzkum Merkuru ovšem vyžaduje umístění sondy na jeho oběžnou dráhu, což vzhledem ke značné orbitální rychlosti planety není snadná věc. Tohoto
Kosmické sondy
BepiColombo
úkolu se zhostila opět NASA: v roce 2004 (během dvou možných startovních oken) odstartuje sonda MESSENGER, jakožto součást „levného“ amerického programu Discovery (celé to bude stát ani ne 300 milionů dolarů), která po průletu kolem Země, dalších dvou kolem Venuše, dvou kolem samotného Merkuru (kdy budou získána data pro další plánování mise) a čtyř manévrech ve volném prostoru již dostatečně urychlena a vstoupí konečně v roce 2009 minimálně na jeden rok na oběžnou dráhu Merkuru. Messenger zde pořídí barevnou mapu celého povrchu a provede řadu měření různými spektrometry (od gama záření až po infračervený obor) a jinými přístroji, z nichž za zmínku stojí např. přesný výškoměr, schopný měřit slapové deformace tvaru tělesa planety způsobené libracemi při oběhu kolem Slunce. Výzkumu bude také podrobena možná přítomnost vody na pólech planety. Další krok pak hodlá učinit pro změnu Evropská kosmická agentura (ESA), možná ve spolupráci s japonskou agenturou ISAS někdy kolem roku 2009. Mise s názvem BepiColombo (podle italského vědce, matematika a inženýra 20. století) je sice zatím stále ve stadiu plánovaní, ale hrubé obrysy jsou již známy. Měla by sestávat ze tří částí – dvou orbitálních (jedna pro samotnou planetu na nízké dráze, druhá pro magnetické pole s nejvzdálenějším bodem od Merkuru ve výšce 12 tisíc kilometrů) a jedné přistávací. Původním plánem bylo vypustit všechna tři tělesa jednou raketou Ariane 5, avšak dnes pravděpodobnější je samostatný start planetárního orbiteru a zbylých dvou těles společně.
Kromě standardního reaktivního pohonu bude BepiColombo vybaven také sadou iontových xenonových motorů poháněných energií ze slunečních článků, což je ve vnitřních oblastech sluneční soustavy, kde je této energie až nevítaně mnoho, velice efektivní způsob manévrování. Po vypuštění v roce 2009 by se měla sonda za pomoci gravitace Měsíce, Venuše a samotného Merkuru dostat na jeho oběžnou dráhu asi za 3 a půl roku. Zde dojde k oddělení přistávacího modulu, který bude vážit jen 44 kilogramů a ponese dvě kamery, rentgenový spektrometr, seizmometr, malý penetrátor a dokonce (při výše uvedené hmotnosti!) i miniaturní vozítko. Data na Zem bude předávat pomocí jedné ze dvou zbylých součástí sondy.
Venuše O mnoho barvitější než u jejího vnitřního souseda jsou dějiny zkoumání Venuše, planety zahalené neustále do neproniknutelných oblaků, které dávaly na počátku jen tušit, jaké peklo se skrývá pod nimi. První pokusy o dosažení Venuše podnikli Rusové (tehdy Sověti) už v únoru 1961 a pokračovali v nich intenzivně v dalších letech. Standardním postupem bylo vynést nejprve družici na oběžnou dráhu kolem Země a pak ji pomocí koncového raketového stupně, obvykle typu Zond, odpoutat na heliocentrickou dráhu směřující k Venuši. Tyto rakety se však nevyznačovaly nejvyšší spolehlivostí, takže řada sond skončila na oběžné dráze
Země a dříve či později shořela v její atmosféře. Jednou ze světlých výjimek byl hned druhý světu známý sovětský pokus, Veněra 1 – ta totiž skutečně prolétla asi 100 tisíc kilometrů od Venuše, avšak spojení s ní bylo touto dobou již nenávratně ztraceno. I přes značnou sovětskou převahu v počtu pokusů se tak prvním přístrojem, který ve funkčním stavu minul Venuši, stal v roce 1962 americký Mariner 2. Nebyl sice vybaven kamerou, ale jeho radiometry přinesly mnoho dat o atmosféře planety. Až o pět let později se dostavil druhý úspěch v podobě Veněry 4, která jako první vstoupila s měřícími přístroji do ďábelské atmosféry Venuše, a sice až do výšky 25 km nad povrch. Tím odstartovala nebývalá řada sovětských sond, během dlouhých 11 let sekundovaných jen dvěma prolétajícími Marinery. Postupné pronikání hlouběji a hlouběji k povrchu planety vyústilo nejprve v první hladké přistání na cizí planetě Veněry 7 a posléze 22. října 1975 v první obrázky a podrobnější data z povrchu získané Veněrou 9 (po předchozí atmosférické sondě s číslem 8, jejíž fotometry potvrdily, že osvětlení je pro fotografování i pod hustou atmosférou skutečně dostatečné). I při naměřené povrchové teplotě 485 stupňů Celsia pracovala Veněra 9 na povrchu celých 53 minut – za vydatné pomoci kapalinového chladícího systému, spojeného s předchlazením ještě před vstupem do atmosféry. Tyto sondy pak létaly po dvojicích s odstupem dvou až tří let. Základem byla vždy poměrně masivní několikatunová
Unikátní snímky povrchu Venuše z Veněry 9 a 10
Speciál 2001
27
Kosmické sondy sonda, z níž byl do atmosféry vypuštěn přistávací modul, pro nějž sonda sloužila jako retranslační stanice. Zatímco u první dvojice zůstaly základní části po oddělení na oběžná dráze planety a zkoumaly její atmosféru, později došlo ke změně strategie a sondy kolem Venuše pouze prolétaly. Veněry se v nepřerušené posloupnosti dostaly až k číslu 16, přičemž poslední dvě neobsahovaly sestupový modul a sloužily „pouze“ k radarovému mapování povrchu. Po něm v roce 1984 následovaly ještě dvě sondy Vega (Veněra-Gallej). Název vznikl z ruského slova pro Venuši spojeného s přepisem jména Halleyovy komety (ruština nezná „H“) a doslova vyjadřuje spletitou cestu dvou identických průzkumníků sluneční soustavou. Při průletu kolem Venuše vypustily nejen přistávací kapsli shodnou s předchozími Veněrami, ale i tříapůlmetrový balón, který se po 47 hodin vznášel asi 50 km nad povrchem planety, přímo v nejaktivnější části oblačné přikrývky. Pak s pomocí gravitační asistence planety obě zamířily k Halleyově kometě, na jejímž výzkumu se podílely společně se západoevropskou sondou Giotto, japonskými sondami Suisei a Sakigake a americkou sondou ICE (ta se ovšem ke kometě přiblížila jen na 0,2 AU). Před loňským setkáním sondy Deep Space 1
Veněra 10
28
s kometou Borrelly šlo o jediný blízký kontakt s kometou v historii. Větším americkým příspěvkem k průzkumu Venuše byla až v roce 1978 dvojice sond Pioneer Venus. První z nich pracovala na oběžné dráze planety, kde se šestnácti různými vědeckými přístroji studovala převážně pochody v atmosféře planety. Po skončení první fáze mise byla vyzvednuta na dosti vysokou dráhu s nejnižším bodem 2290 km nad povrchem. Tato hodnota postupem času, kdy byla sonda pro úsporu paliva ponechávána svému osudu, klesala třením o horní vrstvy atmosféry. V roce 1991, tedy třináct let (!) po vypuštění, byl opět aktivován mapovací radar, neboť se do jeho dosahu dostaly předtím nedostupné části jižní polokoule. O dva roky později Pioneer Venus 1 již zcela bez paliva v atmosféře zanikl. Druhý člen páru byl systém složený z menší orbitální části a čtyř sond (tři stejných a jedné větší), z nichž pouze jedna vysílala i po dopadu na povrch. Asi na dlouho poslední slovo v robotickém průzkumu Venuše (neboť žádná mise speciálně k této planetě není do blízké budoucnosti plánována) učinila na přelomu 80. a 90. let americká sonda Magellan, zaměřená čistě na radarové mapování skrytého povrchu planety. Byla vypuštěna z paluby raketoplánu Atlantis v květnu 1989 jako první meziplanetární sonda takto vypravená v historii a o rok později zahájila svoji mapovací misi. S pomocí svého radaru, schopného pracovat nejen v mapovacím režimu, ale také jako výškoměr (s rozlišením 30 metrů) a radiometr (určuje teplotu povrchu), pořídila podrobnou mapu 98 procent povrchu s průměrným rozlišením asi 300 metrů, což pro srovnání odpovídá nejmenším podrobnostem, které lze opticky pozorovat z povrchu Země na Měsíci. Kromě toho provedla dva průkopnické manévry – tzv. aerobraking, tedy cílená snižování oběžné dráhy bržděním o vrchní vrstvy atmosféry (což později úspěšně zopakoval třeba Mars Global Surveyor), a také jakousi kosmickou sebevraždu, kdy stárnoucí a již prakticky bezcenná sonda byla nave-
Speciál 2001
Pioneer Venus 1
dena k pomalému sestupu a zanikla v atmosféře Venuše, přičemž byla až do ztráty spojení získávána data o okolním prostředí. Podobným způsobem se nedávno Lunar Prospector neúspěšně pokusil prokázat přítomnost vody na Měsíci. Pro úplnost je třeba dodat, že v roce 1989 proletěla okolo Venuše také sonda Galileo na cestě k Jupiteru a o osm let později Cassini, který v současné době míří k Saturnu.
Mars Po pěti neúspěšných ruských pokusech, z nichž se jen jeden, slavnostně nazvaný Mars 1, vůbec vydal na cestu k rudé planetě (ale po 66 milionech kilometrů se odmlčel), odstartovala v roce 1964 dvojice Marinerů s čísly 3 a 4. První z nich zůstal uvězněn ve startovním ochranném pouzdře, které se neotevřelo, avšak druhý o rok později pořídil 21 snímků Marsu, které se tehdy samozřejmě staly prvními záběry povrchu cizí planety zblízka. Jak Mariner 4, tak i následující úspěšné sondy s čísly 6 a 7 si však pro snímkování, jehož rozsah byl omezen krátkým okamžikem průletu okolo Marsu, po němž pokračovaly dále do vesmíru, naneštěstí shodně vybraly právě ty nejméně zajímavé části jinak obrovsky pestré a rozmanité planety, takže ukázaly Mars jako kráterované, Měsíci podobné těleso. Až rok 1971 a s ním ruské sondy Mars 2 a 3, ale hlavně Mariner 9 přinesly pohled na ten Mars, který známe dnes, tedy svět vysokých vulkánů, hlubokých údolí a složitých geologických pochodů.
Kosmické sondy
Historicky první snímek povrchu Marsu z Vikingu 1
Mars 2 a 3 spolu tvořily značně ambiciózní projekt. Dvě i s palivem více než čtyřtunová tělesa vstoupila na oběžnou dráhu krátce po sobě a společně pořídila okolo 60 snímků povrchu a získala řadu meteorologických a chemických informací. Součástí každého z nich byl i sestupový modul; měkce přistál jen druhý z nich, avšak krátce poté jeho přístroje z dodnes neobjasněných důvodů vypověděly činnost. Nejvíce dat však přeci jen přinesl Mariner 9 (ač několikrát menší než ruské sondy), který během svého ročního působení na oběžné dráze (té dosáhl, ačkoliv odstartoval o trochu později, 14 dní před Marsem 2, což Američanům přineslo v této kategorii prvenství) zmapoval téměř beze zbytku celý povrch Marsu a jako první pořídil podrobné záběry jeho měsíčků Phobosu a Deimosu. To všechno i přesto, že první rozmazané a neostré záběry byly pro pozemní personál obrovským zklamáním – záhy se naštěstí ukázalo, že je nemá na svědomí porucha kamery, ale právě probíhající globální prachová bouře. Následující čtyři mise ruských sond (Mars 4 až 7), natěsnané do jediného roku (1973), začaly sice vždy slibně, ale skončily všechny podobně, jen v různých obměnách: poruchou elektroniky (nejspíš způsobenou dlouhým pobytem v kosmickém prostředí), která obvykle vedla ke zničení přistávacího modulu, případně celkovému výpadku funkce a v posledním případě dokonce k „minutí“ planety při pokusu o přistání. Díky tomu každá z nich přinesla jen malý (přesto však neopomenutelný) střípek dat do celkové mozaiky poznávání Marsu. Průlomový úspěch byl proto ponechán na americké straně, která jej realizovala ve formě projektu Viking, jehož aktéři
dorazili k Marsu v roce 1976 (přičemž poslední signály z přistávacího modulu Vikingu 1 byly odvysílány až 11. listopadu 1982, tedy po neuvěřitelných šesti letech!). Šlo o poněkud větší nástupce Marinerů ve formě dvou identických sond osmiúhelníkovitého tvaru, z nichž každá nesla půltunový přistávací modul. Značný náklad měl vliv na celou konstrukci sond, neboť cesta k Marsu nyní trvala 11 místo původních 5 měsíců, jak bylo zvykem u lehoučkých Marinerů, což vyžadovalo zrobustnění řady komponent, které musely přečkat v nehostinném prostředí meziplanetárního prostoru mnohem delší dobu. Obě sondy nejprve zakotvily na oběžné dráze a pořizovaly podrobné snímky pro zhodnocení míst vybraných pro přistání. Výsledek byl v obou případech shodný: příliš nebezpečné, takže byly vybrány zcela nové oblasti, o nichž se doufalo, že budou dosti rovné – Chryse a Utopia Planitia, v nichž oba přistávací
moduly nakonec úspěšně přistály. Dnes již víme, že v podstatě celý povrch Marsu je pokryt různě velkými, z oběžné dráhy vesměs nepozorovatelnými kameny a jinými nerovnostmi. Ačkoliv orbitální části samozřejmě pořídily řadu snímků a měření, jejichž analýza vlastně ještě stále neskončila, nejzajímavější jsou jistě aktivity prováděné přímo na povrchu. Každá sonda měla šestiúhelníkové tělo na třech na pohled vratkých nohách. Z něj čněla kromě antény a tyče s meteorologickými experimenty také teleskopická paže, určená k nabírání vzorků Marsovy zeminy, které byly podrobovány složitým testům s jediným hlavním cílem: prokázat nebo vyvrátit přítomnost mikroskopických živých organismů. Bohužel, jejich koncepce byla sice důmyslná, avšak ne dostatečně – získané výsledky tak lze interpretovat s trochou fantazie jak organickými, tak i anorganickými pochody. Přítomnost života sice nebyla prokázána, nebyla však ani zcela vyvrácena, jen učiněna skutečně extrémně nepravděpodobnou. Pátrání po marťanských bakteriích byla částečně přizpůsobena i samotná stavba přistávacích modulů, které byly ukryty do sterilního a hermeticky uzavřeného obalu, který měl zabránit zavlečení pozemských mikroorganismů, které by mohly narušit výsledky měření (a také celou Marsovu případnou biosféru). Snaze získat původní a nenarušené prostředí byl podřízen
Přistávací část Vikingů
Speciál 2001
29
Kosmické sondy
Panorama okolí sondy Mars Pathfinder i s vozítkem Sojourner
i sestupový systém, který kromě velkého padáku tvořily samozřejmě brzdící trysky, které by mohly proudem zplodin zcela přetvořit místo přistání. Kvůli tomu bylo instalováno speciální zařízení, které rozptylovalo tyto zplodiny po širokém okolí, takže jejich koncentrace byly velmi nízké. Kromě již zmiňovaných biologických experimentů přinesly Vikingy neméně zajímavá geologická data o složení
2001: A Mars Odyssey
povrchu, tvořeného silně oxidovanými na železo bohatými horninami, a povětrnostních podmínkách. Teploty v místě přistání kolísaly od příjemných -4 stupňů v létě přes den, až po -120 stupňů v zimě v noci, kdy již byla pozorována slabá námraza oxidu uhličitého (tento extrémní chlad sondy vydržely jen díky radionuklidovým generátorům, které jim dodávaly potřebné teplo a energii), tlak dosahoval v maximu jen asi jednoho procenta tlaku pozemského. Příjemným překvapením pro přežití techniky byly naopak slabší větry, než se původně očekávalo. Dosahovaly jen 120 km v hodině a to i během prachových bouří, kterých obě sondy zažily celou řadu. A tehdy skončila šťastná éra výzkumu Marsu. Po třináctileté pauze, kdy směrem k rudé planetě nezamířilo žádné člověkem vyrobené těleso, odstartovala v roce 1988
30
dvojice ruských Fobosů. První z nich selhal již během cesty, patrně díky chybě v softwaru, která odpojila jeho stabilizační systém, což mělo za následek ztrátu energie ze slunečních panelů. Druhý sice k Marsu doletěl a získal řadu dat, avšak těsně před cílem mise, blízkým setkáním s Phobosem, které mělo být doprovázeno vypuštěním dvou přistávacích modulů, došlo ke ztrátě komunikace. K naplnění katastrofických vizí všech, kdo se podíleli na americkém výzkumném programu, došlo 21. srpna 1993, kdy se z dodnes nevyjasněných důvodů, které už asi navždy zůstanou předmětem spekulací, odmlčela složitá a perfektně vybavená sonda Mars Observer. Toto fatální selhání tehdy vedlo NASA k radikálnímu přehodnocení pohledu na financování kosmických projektů, z něhož vyšla populární strategie „rychle, lépe, levněji“, která měla omezit případné finanční ztráty plynoucí ze selhání sondy na únosnou mez. Jak záhy uvidíme, tento přístup se jeho autorům krutě vymstil. Aby toho nebylo málo, o tři roky později zanikl záhy po startu v zemské atmosféře gigantický ruský Mars 96, který na palubě nesl i řadu zahraničních, převážně evropských experimentů, které jsou dodnes po troškách znovu zařazovány do výbavy nových sond. V témže roce (1996) se vydaly na cestu i dvě vzájemně se doplňující sondy americké – Mars Global Surveyor a Mars Pathfinder, které bariéru neúspěchů prolomily. První z dvojice je mapovací satelit, umístěný na nízké, téměř polární dráze (na níž byl naveden metodou aerobrakingu, tedy brždění o atmosféru), který je dodnes neutuchajícím zdrojem dalších a dalších snímků povrchu planety, často s rozlišením okolo 10 metrů. Bez nadsázky lze říci, že drtivá většina našich znalostí o povrchu a morfologii, ale i řadě dalších jevů (jako jsou třeba větrní
Speciál 2001
derviši, děje v polárních čepičkách apod.) pochází právě z jeho pozorování, takže shrnutí jeho výsledků by bylo spíše encyklopedií rudé planety. Druhým členem páru byl Mars Pathfinder, v zásadě experimentální projekt, na němž byla úspěšně otestována (a pak znovu nepoužita) řada netradičních přístupů. Sonda neměla žádnou orbitální část – přímo z heliocentrické dráhy vstoupila do atmosféry Marsu, kde se nejprve nechala zbrzdit padákem a brzdícími raketami a pak, uzavřena do měkkého, ale pevného pláště z nafukovacích „airbagů“ , dopadla přímo na povrch (v oblasti Ares Vallis). Po něm chvíli poskakovala, až zůstala stát na místě a airbagy mohly být vyprázdněny. Z jednoho ze třech solárních panelů, které se rozevřely kolem takto vzniklé základny, pak pomalu sjelo vozítko Sojourner, které popojíždělo po okolí, pořizovalo snímky a provedlo celkem 15 analýz svým rentgenovým a alfa-protonovým spektrometrem. Stalo se tak symbolicky 4. července 1997, tedy ve svátek amerického Dne nezávislosti. Operace, které pokračovaly až do 27. září,
Mars Reconnaissance Orbiter
Kosmické sondy přinesly první konečný důkaz o dávné přítomnosti vody na povrchu Marsu a nespočet dalších zjištění. Jelikož se technologie malých levných sond (obě předchozí mise stály dohromady asi třetinu ceny Mars Observeru) osvědčila, byly hned v dalším startovacím okně o dva roky později vyslány další dvě: Mars Climate Orbiter a Mars Polar Lander, který nesl také dva penetrátory označené Deep Space 2. Obě sondy skončily fatálním neúspěchem, který byl průkazně zaviněn lajdáctvím vybuzeným extrémními tlaky na úspornost programů. Proč se Polar Lander naposledy ozval před vstupem do atmosféry se asi nikdy spolehlivě nedovíme (hlavně proto, že sonda neměla žádné zařízení pro kontakt se Zemí během sestupu), avšak skutečnost, že Climate Orbiter selhal díky záměně SI a imperiálního systému jednotek, je všeobecně známá a je terčem – oprávněného – posměchu. Po tomto debaklu byl přístup k letům na Mars opět přehodnocen a do výrobního procesu byla zavedena důkladnější kontrola. V době, kdy je psán tento článek, je čerstvým hostem na oběžné dráze Marsu další sonda, jakési torzo původně plánované mnohem větší mise, zkrácené kvůli předcházejícím nehodám, nesoucí symbolický název 2001: A Mars Odyssey. Pomocí dvou různých spektrometrů by měla mapovat chemické složení povrchových minerálů v různých částech planety; třetí přístroj na palubě má za úkol zkoumat radiační prostředí okolo planety. Po dokončení úprav orbitální dráhy a pomocí brždění o atmosféru planety a posléze drobných raketových motorků sondy bude snad začátkem února zahájeno regulérní mapování. Již třetím rokem je na cestě také japonské sonda Nozomi (Naděje). Pro cestu k Marsu měla být urychlena důmyslným systém manévrů v gravitačním poli Země a Měsíce. Poslední průlet kolem Země ji ale neurychlil dostatečně, a tak musela použít drahocenné palivo na korekci dráhy. Zbývající náklad pohonných hmot jí už ale nestačil na vstup na oběžnou dráhu podle plánu v roce 1999, takže byla stanovena jiná trajektorie a Nozomi bude zkoumat Mars až v roce 2003. Jejím cílem je hlavně vnější atmosféra a ionosféra planety a studium jejich interakce se slunečním větrem.
V roce 2003 se na cestu vydá dvojice 150 kg amerických vozítek ve stylu Pathfinderu (včetně přistávacích airbagů), avšak mnohem pohyblivějších – měly by být schopné ujet až 100 metrů denně. Na rozdíl od Pathfinderu si povezou všechny vědecké přístroje sebou – na každém jich bude pět plus pozoruhodný nástroj na obrušování skal a tím odkrývání čerstvých, nezvětralých povrchů. Téhož roku odstartuje také evropský Mars Express, který ponese náhradu za část přístrojů zničených na Marsu 96 a malý přistávací modul, po letech opět zaměřený i na biologický výzkum. Další expedice jsou sice ještě v oblasti plánů, avšak mnohdy již s ostrými konturami. Na rok 2005 plánuje NASA sondu Mars Reconnaissance Orbiter, schopnou mapovat povrch z oběžné dráhy s rozlišením až 20 centimetrů. Po ní by mohlo následovat vypuštění dlouhodobé mobilní laboratoře, či atmosférických letadel nebo balónů. Finálním cílem (alespoň prozatím) je návrat vzorků na zem. K tomu by mohlo dojít někdy okolo roku 2014.
Jupiter, Saturn, Uran a Neptun Obřími planetami sluneční soustavy otevíráme zcela novou kapitolu v dějinách kosmických sond. Nyní již nebude počátečních neúspěchů a dramatických zvratů – na cestu k tělesům za pásem asteroidů se v historii vydalo pouze 7 průkopnických automatů (všechny vesměs americké, jen poslední v široké mezinárodní spolupráci), z nichž žádný (tedy zatím, protože Cassini je stále na cestě) své konstruktéry nezklamal. Prvními návštěvníky těchto vzdálených světů byly Pioneery 10 a 11. Malinkaté, jen několikakilogramové sondy Pioneer byly prvními nesmělými krůčky Američanů na cestě mimo gravi-
Sonda Galileo prolétavající nad měsícem Ió
tační pole Země. Poté, co první z nich, objevivší radiační pásy Země, spořádaně popadaly zpět na Zem, se Pioneer 4 na jaře roku 1959 jako první západní produkt dostal po vzdáleném průletu kolem Měsíce na heliocentrickou dráhu. Jejich asi desetkrát hmotnější a již o něco komplikovanější nástupci s čísly 5 až 9 pak zkoumali na pohled nezajímavé, ale pro pochopení sluneční soustavy nesmírně významné „prázdno“ meziplanetárního prostoru. Pioneery 10 a 11 startovaly s ročním odstupem na jaře let 1972 a 1973 na třístupňových raketách Atlas-Centaur. Rychlost Pioneeru 10 po urychlení posledním stupněm dosáhla 14,4 kilometrů za sekundu, což jej učinilo nejrychlejším člověkem vyrobeným zařízením, které opustilo Zemi; již po 11 hodinách proletěl kolem Měsíce a na dosažení dráhy Marsu potřeboval jen 12 týdnů! Cesta k Jupiteru trvala oběma sondám asi rok a půl, druhá ze sond nabrala po průletu gravitačním polem Jupitera kurz ještě k Saturnu, který navštívila v září 1979. Šlo stále o relativně lehké, jen čtvrttunové sondy, které na pohled vypadaly jako obrovská satelitní anténa, neboť ta se svými téměř třemi metry značně přesahovala rozměr základ-
Speciál 2001
31
Kosmické sondy nové části. Jejich vzhled navíc nemohly umírňovat ani solární panely, protože jejich použití je v takovýchto vzdálenostech od Slunce značně neefektivní, takže byly, stejně jako všechny ostatní sondy vyslané k obřím planetám, zásobovány jen elektřinou z radioizotopových generátorů. Na palubě nesly řadu přístrojů ke zkoumání nejen planet a jejich měsíců, ale i meziplanetárního prostoru, mikrometeoritů a podobně (a také proslulé plakety co nejsrozumitelněji znázorňující základní informace o naší existenci). Není jistě třeba dodávat, že jejich pozorování odkryla lidskému oku dosud nepoznané světy a přinesla nesčíslná překvapení. Je ovšem jistě chybou hovořit o Pioneerech v minulém čase. Ještě dlouhá léta poté, co nadobro opustily nám známé končiny sluneční soustavy, obě sondy o sobě dávaly pilně vědět. Pioneer 11 se sice odmlčel již v roce 1995, kdy výkon jeho generátorů díky postupné degradaci jejich konstrukce (nikoliv díky poklesu aktivity plutonia, jehož poločas rozpadu činí 92 let) poklesl pod snesitelnou úroveň, avšak jeho starší dvojče i po 29 letech funguje! Stále je schopen spojit se s pozemními stanicemi, a to i přes vzdálenost téměř 80 astronomických jednotek, kterou světlo urazí jedním směrem za skoro 11 hodin (takže po zaslání příkazu je potřeba na odezvu čekat celý jeden
Europa Orbiter
32
den). Na jeho palubě pracuje již jen jediný přístroj, který zaznamenává kosmické záření. Naměřené hodnoty ukazují, že i přes značnou vzdálenost se stále ještě nedostal za hranice heliosféry, která je jakýmsi začátkem mezihvězdného prostoru. Ještě než se ale druhý z Pioneerů vůbec dostal k Saturnu, vydala se na cestu další dvojice sond, z nichž jedna (první v pořadí startu, avšak druhá číslem) se vepsala do historie jako nejproduktivnější meziplanetární mise historie, když během jednoho desetiletí prozkoumala hned čtyři planety – sondy Voyager 1 a 2. Jakožto pokračovatelé linie Marinerů byly třikrát těžší než předešlé Pioneery a celkově robustnější (měly také ještě o metr větší vysokoziskové antény). Opět nesly řadu přístrojů, ale rozhodně nejslavnější jsou záběry jejich zobrazovacího systému, tvořeného dvěma v podstatě televizními kamerami s různými ohnisky (kvůli jejichž dlouhým expozicím při nízkém osvětlení ve vzdálenosti Neptunu od Slunce musela být vyvinuta zvláštní technika stabilizace sondy) a sadou výměnných filtrů, které díky chytře plánovaným drahám zachytily nejen planety samotné, ale také (snad by se skoro dalo říci hlavně) obrovské množství jejich satelitů, z nichž jich také celkem 22 objevily! Zatímco Voyager 1 se spokojil s průletem kolem Jupiteru v roce 1979 a následně kolem Saturnu o dva roky později, Voyager 2 pokračoval díky gravitační asistenci obou planet náležitě urychlen v další cestě, při níž v roce 1986 navštívil Uran a o tři toky později Neptun, který se v té době mohl chlubit titulem nejvzdálenější planety, neboť Pluto zrovna na své excentrické dráze procházel přísluním, položeným blíže ke Slunci než dráha Neptuna. Bez nadsázky lze říci, že drtivá většina našich
Speciál 2001
znalostí o těchto dvou posledních planetách (a téměř všechny o jejich satelitech) pochází z dat této jedné jediné sondy. Stejně jako Pioneery, i tyto sondy míří pryč ze sluneční soustavy. Už v roce 1993 vědci rozlišili v datech radiové signály, nejspíš pocházející z oblasti heliopauzy, kde se sluneční vítr setkává s mezihvězdným prostředím – její vzdálenost od Slunce byla z těchto pozorování odvozena v intervalu od 90 do 120 AU. Vzdálenější Voyager 1 je již přes 80 AU od Slunce a je tak nejvzdálenějším člověkem vytvořeným tělesem; jeho pomalejší souputník dosáhl vzdálenosti 65 AU. Předpokládá se, že jejich systémy by neměly přestat pracovat před rokem 2020. To je dost času na to, aby obě sondy stačily opustit „fádní“ meziplanetární prostředí a mohly pomocí zbylých 5 funkčních přístrojů studovat zajímavější oblasti právě okolo zmíněné heliopauzy a dále v mezihvězdném prostoru. Jedná se vesměs o experimenty zaměřené na nabité částice a magnetické pole, ale u jedné ze sond bude ještě asi rok fungovat i ultrafialový spektrometr. Zatímco všechny předchozí sondy využívaly ke startu nejvýkonnějších raketových nosičů, současné želízko v ohni ve výzkumu Jupitera, sonda Galileo, byla vypuštěna v říjnu 1989 z paluby raketoplánu Atlantis. Po mnohaletém složitém manévrování okolo Země a Venuše získala tato velká a robustní sonda dostatečnou rychlost ke konečné cestě k Jupiteru, kam dorazila až na konci roku 1995. Po cestě stačila navštívit asteroidy Gaspra (první blízké záběry asteroidu v historii) a Ida, přičemž u druhého jmenovaného objevila satelit Dactyl (první známý měsíček planetky). Ještě před vstupem na oběžnou dráhu planety uvolnila malou sondu, která v prosinci vstoupila bržděna padákem do atmosféry planety, kde po celých 58 minut prováděla unikátní (a velmi úspěšná) měření teploty, tlaku, hustoty, složení a dalších parametrů. Přestože sonda sama pracuje na oběžné dráze Jupitera již šestým rokem a její mise je stále a stále prodlužována, nešlo vše zcela hladce. Neobvyklá skládací anténa o průměru skoro 5 metrů, která měla zajistit velkou přenosovou rychlost pro napozorovaná data se totiž po prvním průletu okolo Země již nerozvinula, a tak
Kosmické sondy je k přenosu dodnes používána anténa nízkozisková, určená původně jen pro příkazy a telemetrii, což způsobuje, že po každém z téměř sebevražedně blízkých průletů kolem jednoho z velkých Galileovských měsíců planety (při nichž byla sonda již několikrát málem zničena silnou radiací a dalšími extrémními podmínkami) si musíme počkat dlouhé týdny, než se objeví všechny pořízené snímky v řídicím středisku na Zemi. Dlouhodobé studium čtyřech velkých měsíců Jupitera přineslo mnoho nečekaných výsledků – namátkou uveďme důkazy pro podpovrchový oceán na Europě, či extrémně horké proudy lávy a dramatické změny na povrchu Io. Kromě toho sonda také provedla jedinečně přímé pozorování dopadu částí komety Shoemaker-Levy 9 na povrch planety. O rok později než Galileo byla z paluby raketoplánu Discovery vypuštěna sonda Ulysses. Její cesta k Jupiteru byla ovšem podstatně přímější (což bylo do značné míry umožněno její o řád menší hmotností), takže okolo obří planety prolétla již v roce 1992. To ovšem zdaleka nebylo jejím konečným cílem – nechala se pouze od jejího gravitačního pole vystrčit z roviny ekliptiky, aby mohla studovat polární oblasti Slunce a charakter slunečního větru mimo oblasti slunečního rovníku. Dnes obíhá po polární dráze kolem naší centrální hvězdy jednou za šest let. Zatím posledním návštěvníkem Jupitera je sonda Cassini, která kolem něj ovšem také pouze prolétala, a to na své cestě k Saturnu, na níž se vydala ze Země v říjnu 1997. Jde o nejsložitější dálkovou kosmickou sondu, která kdy byla vyslána – to se odráží nejen v její hmotnosti přes 3 tuny, ale také v počtu států (celkem 13, včetně Spojených států a také České republiky), které se na jejím vývoji a dalším řízení podílely a podílí. Podobně jako Galileo využil i Cassini gravitační výpomoci Venuše a Země při těsných průletech (což bylo, vzhledem k přítomnosti radioizotopových generátorů, naivními ekology považováno za vážné nebezpečí) a na sklonku loňského roku provedl při průletu okolo obří planety společně s Galileem koordinovaná měření zaměřená hlavně na prostorovou strukturu magnetického pole Jupitera a vůbec využití vzácné přítomnosti dvou sond naráz.
Na výstřednou eliptickou dráhu okolo Saturna vstoupí sonda – pokud vše půjde tak hladce, jako doposud (zatím funguje i jeho čtyřmetrová anténa …) – v roce 2004. Zde kromě obligátního dálkového průzkumu dojde i k vypuštění evropského pouzdra Huygens k záhadnému měsíci Titan s neprůhlednou, převážně dusíkovou atmosférou s přítomností uhlovodíků a silným skleníkovým Cassini a jeho výsadkový modul Huygens, který se právě noří efektem. Titan je do husté atmosféry měsíce Titan považován za jednožitelným. Součástí programu jsou i penho z možných adeptů na výskyt života etrátory určené k přímému průzkumu mimo naši Zemi. Za pomocí tepelného ledové obálky. štítu a padáků Huygens do atmosféry Americká NASA kdysi oznámila také vstoupí a pokusí se i přistát na povrchu plánovanou misi k Plutu, která však byla (pokud to jeho vlastnosti dovolí). Až posléze z finančních důvodů zrušena, v době, když už byl Cassini na cestě, byl načež bylo oznámeno její opětovné pláv pozemních laboratořích odhalen nebeznování (a tak stále dokola). Na konci pečný problém – dopplerovský posun sigloňského roku se nakonec skutečně naostro nálu způsobený vzájemným pohybem rozběhly přípravné práce, které v roce Huygense a mateřské sondy nedovolí 2006 vyvrcholí vysláním sondy, jež prokorektní přenos dat, pro něž má Cassini zkoumá nejen tajemný Pluto a jeho měsíc sloužit jako retranslační stanice. Po Charon, ale snad i některé další objekty pečlivých výpočtech byl nakonec změněn tzv. Kuiperova pásu asteroidů – dlouho plán letu a trajektorie hlavní části sondy neznámé skupiny těles, z níž již dnes během sestupu pouzdra k Titanu tak, aby známe přes 500 zástupců a další přibývají toto riziko bylo minimalizováno. každý měsíc. Sonda subtilní a levné konJedinou v současnosti vážně plánovanou strukce, jejíž cesta do vzdálených končin misí k velkým planetám (což je dáno bude trvat celých deset let, nejprve důkladpředevším probíhajícím projektem Cassině osnímkuje nejspíš velmi neobvykle ni) je americký Europa Orbiter. Není divu, vyhlížející povrch Pluta, na němž panuje že právě tento ledový měsíc přitahuje takový chlad, že drtivá většina látek, takovou pozornost, že byl vybrán za cíl známých nám pozemšťanům jako plyny, se samostatného satelitu – přítomnost oceánu zde vyskytuje v pevném skupenství. Bětekuté vody pod povrchem přináší vzrušuhem této doby bude vybrán další cíl (příjící možnost existence života. K Jupiteru padně i cíle), ke kterému se sonda vydá za by se měl vydat po přímé trajektorii v roce účelem dalšího průzkumu. Poprvé tak 2008 s příletem už někdy kolem roku v rámci projektu nazvaného „Nové hori2010. Kolem něj bude asi dva roky obíhat zonty“ (The New Horizonts) získáme po eliptické dráze, než se mu po řadě skutečný obrázek o tom, jak tyto temné manévrů podaří za pomoci složitých rezoa neuvěřitelně vzdálené končiny vlastně nancí a gravitačních polí Jupitera i Europy vypadají. Upřímně se přiznám, že už teď vstoupit na oběžnou dráhu kolem ledového se nemohu dočkat prvních snímků... satelitu. Zde zahájí vědeckou misi, která vzhledem k silné radiaci potrvá pouhý ■ měsíc, po němž se Orbiter stane nepou-
Speciál 2001
33
