| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Královská mise OSIRIS-REx
Jakub Rozehnal
V pátek 9. září v 1 hodinu ráno našeho času se na svou sedmiletou pouť vydala americká vesmírná sonda OSIRIS-REx, v pořadí třetí sonda NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. zařazená do kosmického programu New Frontiers. Cíle výzkumu sondy jsou zakódovány v jejím názvu – Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security – Regolith Explorer (OSIRIS-REx). Jejím cílem je planetka Bennu, která obíhá okolo Slunce s periodou 1,2 roku po dráze s velkou poloosou 1,13 auAU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. a s dosti vysokou excentricitouExcentricita – výstřednost, poměr vzdálenosti ohniska od středu elipsy k délce hlavní poloosy. U pohybu těles v gravitačním poli jde o jeden ze základních dráhových elementů. 0,2, díky které se ke Slunci může přiblížit na 0,9 au, nejdále se pak dostane na vzdálenost 1,36 au. Proč američanům stojí za to utratit miliardu amerických dolarů za misi, jejímž výsledkem má být 60 gramů materiálu planetky, který budou moci zkoumat v laboratořích? Vezměme to popořádku.
Logo mise OSIRIS REx
|
NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. New Frontiers – Nové hranice, program americké NASA, jehož cílem je výzkum těles Sluneční soustavy. Program využívá středně drahé sondy. Navazuje na přechozí programy Discovery a Explorer. Zatím jde o tři sondy – New Horizons (2006) k trpasličí planetě Pluto, Juno (2011) k Jupiteru a OSIRIS REx (2016) k planetce Bennu. Planetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu. AAA – planetky, které se na své dráze dostávají do blízkosti Země a mohou ji ohrozit. Pojmenované jsou podle reprezentantů tří základních typů: Amor (kříží dráhu Marsu, nedosahuje až k dráze Země), Apollo (kříží dráhu Země, perioda je větší než rok), Aten (kříží dráhu Země, perioda je menší než rok). |
Planetka 101955 Bennu
Tato planetka byla objevena na konci roku 1999 v rámci programu LINEAR. Do povědomí veřejnosti se toto těleso, tehdy ještě pod označením 1999 RQ36, dostalo tím, že bylo zařazeno na seznam těles, která se mohou potenciálně střetnout s naší Zemí. Planetku Bennu řadíme do skupiny Apollo, tedy mezi tělesa, která většinu času stráví na dráze mezi ZemíZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. a MarsemMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila., ale jejichž excentricita je dostatečně vysoká na to, aby křížila dráhu Země. V současnosti známe přibližně 7 000 planetek skupiny Apollo, z toho zhruba 15 % jich řadíme mezi potenciálně nebezpečné planetkyPHA (Potentialy Hazardous Asteroids) – potenciálně nebezpečné planetky. Jejich dráhy se přibližují na vzdálenost menší než 0,05 AU (dvacetinásobek střední vzdálenosti Země - Měsíc) k dráze Země a jejichž průměr je větší než cca 150 metrů (taková tělesa již mohou při pádu do oceánu způsobit přílivovou vlnu). .
Pozorováním planetky pomocí radaru a Spitzerova vesmírného dalekohleduSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. se podařilo určit, že planetka má přibližně kulový tvar a velikost zhruba 500 metrů. Srážka s takovým tělesem by sice nebyla fatální, ale při pádu do obydlené oblasti by jistě vyvolala značné škody. Pro srovnání: Čeljabinský meteoroidMeteoroid – těleso obvykle vzniklé postupným rozpadem komet nebo planetek Hlavního pásu mezi Marsem a Jupiterem. Některé meteoroidy mohou být pozůstatkem původního materiálu, z něhož vznikala Sluneční soustava. Meteoroidy se pohybují v meziplanetárním prostoru. (viz AB 7/2013), který způsobil škody na zdraví i majetku, měl průměr cca 15 metrů. Pokud by planetka Bennu vstupovala do atmosféry stejnou rychlostí jako Čeljabinský meteoroid, uvolněná energie by byla více než 30 000krát větší!
Porovnání planetky Bennu se známými objekty. Planetka byla objevena 11. září 1999, její oběžná doba kolem Slunce je 1,2 roku, perioda otáčení 4,3 hodiny a průměrná rychlost na dráze 100 000 kilometrů za hodinu.
Dynamické výpočty z roku 2010 naznačují, že mezi roky 2175 a 2199 by planetka mohla zasáhnout Zemi s pravděpodobností přibližně 0,07 %, což je sice malá, leč nenulová hodnota. Jak je možné, že nejsme schopni přesně určit, zda ke střetu se Zemí dojde či nedojde? Do hry zde vstupují dva základní faktory. V prvé řadě, každé astronomické či fyzikální měření má omezenou přesnost danou citlivostí přístrojů, metodou měření a dalšími vlivy. Místo jedné dráhy je tak poloha planetky v prostoru určena jakousi „stočenou trubkou“, jejíž tloušťka je dána nepřesností znalosti orbitálních parametrů. Pravděpodobnost výskytu tělesa u „stěn“ trubice je samozřejmě menší než u jejího středu, a tak lze vypočítat alespoň pravděpodobnost, s jakou se těleso se Zemí střetne. Druhý problém je dán skutečností, že pohyb planetky je nezanedbatelně ovlivněn negravitačními jevy, především pak tzv. Jarkovského jevem (viz AB 15/2004), který je způsoben tepelnou setrvačností materiálu planetky a její rotací – planetka díky tomu vyzařuje tepelné záření s maximální intenzitou mimo spojnici se Sluncem. Unikající záření má podobnou funkci jako plyn tryskající z rakety a díky platnosti třetího Newtonova pohybového zákona na planetku působí síla, která mění její dráhu. Její přesnou velikost však neznáme, protože je ovlivněna řadou neznámých faktorů – tepelnými vlastnostmi materiálu na povrchu, jeho zrnitostí, jeho odrazivostí a samozřejmě také celkovým tvarem planetky. Radarová měření z roku 2011 ukázala, že planetka se od roku 1999, kdy se k Zemi přiblížila na „pouhé“ 2 miliony kilometrů, posunula vůči poloze vypočítané výhradně na základě gravitační interakce o úctyhodných 160 kilometrů! Taková vzdálenost samozřejmě může hrát při blízkém průletu kolem Země fatální roli…
Změření přesných parametrů pro výpočet významu Jarkovského jevu je tak jedním z hlavních cílů sondy OSIRIS-REx. Nejedná se však zdaleka o úkol jediný. O složení planetek máme obecně jen hrubou představu, neboť nemáme k dispozici detailní analýzy jejich materiálu. Musíme se proto spokojit jen s nepřímými měřeními, založenými v lepším případě na analýze odraženého slunečního světla, nebo jen na tzv. taxonomické klasifikaci, založené na měřeních v úzkopásmových filtrech. Planetka Bennu je klasifikována jako taxonomický typ „B“, což naznačuje, že planetka patří do skupiny uhlíkatých planetek, tedy těch, které obsahují geologicky primitivní materiál, z jakého byly tvořeny planetezimályPlanetezimály – tělesa z raných fází vývoje sluneční soustavy. Jedná se o stavební kameny budoucích planetek, na kterých docházelo k procesům diferenciace hmoty a vzniku minerálních asociací typických pro jednotlivé druhy většiny známých meteoritů. V současné době se planetezimály mohou nacházet v oblastech Kuiperova pásu a Oortova oblaku, kam byly vypuzeny v pozdních fázích vývoje sluneční soustavy planetami., základní stavební kameny budoucích planet a planetárních embryí. Jeho analýza je tedy důležitým vodítkem pro pochopení procesů vzniku a raného vývoje sluneční soustavy. Z tohoto úhlu pohledu je také zajímavé, jak se vlastně takové těleso dostalo na dnešní dráhu. Podíváme-li se na složení planetek Hlavního pásuHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km., zjistíme, že primitivní planetky se nacházejí spíše na jeho vnějším okraji. Další velkou zásobárnou geologicky nepřeměněných planetek je oblast transneptunických tělesTNO (Trans Neptunian Objects) – tělesa nacházející se za oběžnou drahou Neptunu, jiný název objektů Kuiperova pásu. Historicky se dělila na plutina, objekty s oběžnou drahou podobnou Plutu a Charonu, která rezonuje s drahou Neptunu 2:3; klasické objekty Kuiperova pásu s drahou za drahou Pluta a rozptýlené objekty Kuiperova pásu. Novými TNO objekty jsou od roku 2006 trpasličí planety, mezi které patří velká TNO tělesa, například Pluto, Charon a Xena.. Kde se tedy takovéto těleso vzalo na dráze mezi Venuší a Marsem? Věříme, že většina blízkozemních planetek pochází buď z Hlavního pásu, odkud byly vymrštěny rezonancemiRezonance – vlastnost pohybu dvou těles ve Sluneční soustavě, při které jsou jejich doby oběhu v poměru malých celých čísel. V takovém případě nastává mezi tělesy gravitační vazba (rezonance), která ovlivňuje stabilitu tohoto uspořádání. Rezonance může také nastat v rámci dvou různých pohybů jediného tělesa, zpravidla jeho oběhu kolem Slunce a rotace kolem osy. Pak hovoříme o spinorbitální rezonanci. s Jupiterem a eventuelně „usměrněny“ blízkým setkáním s dalším větším tělesem, další možností je zachycení tělesa pocházejícího z transneptunických oblastí – (viz AB 44/2010). Přesnější určení složení tak možná pomůže rozlišit i oblast původu této planetky a odhalit dynamické mechanizmy jejího transportu do blízkosti Země.
Sonda OSIRIS REx startovala z mysu Canaveral na palubě nosné rakety ATLAS V dne 9. září v jednu hodinu našeho času (8. září ve 23 hodin UT). Zdroj: NASA.
Sonda OSIRIS-REx a její mise
Po svém vypuštění se sonda v roce 2017 ještě jednou vrátí k Zemi, aby ji „okradla“ o část její orbitální energie, což sondu urychlí a nasměruje k planetce. V srpnu 2018 pak sonda zahájí sérii brzdicích manévrů, které ji nakonec vůči planetce zpomalí na přibližovací rychlost 20 cm/s. V říjnu 2018 pak začne vlastní průzkumná mise, během níž bude studováno složení planetky a vytipováno místo pro odběr vzorku. K tomu by mělo dojít v červenci 2020, kdy se ze sondy vysune robotické rameno (TAGSAM) o délce dva metry. Na jeho konci je umístěno odběrné zařízení, které po dotyku s povrchem pomocí stlačeného dusíku „nasaje“ materiál z povrchu. Takovéto odběry budou moci být provedeny celkem tři. Na základě série pozemských testů se očekává, že bude takto odebráno nejméně 60 gramů povrchového materiálu, optimistické odhady hovoří až o dvou kilogramech. Odebraný materiál bude poté umístěn do návratového pouzdra, se kterým se sonda vydá zpět k Zemi. Startovací okno na návrat se otevírá v březnu 2021, v září 2023 by se měla sonda přiblížit k Zemi a odhodit pouzdro se vzorkem, jež po průletu atmosférou přistane na padáku v Utažské poušti. Kompletní analýza vzorku potrvá přibližně do roku 2026. Deset let po úspěšném startu tak snad budeme blíže odhalení tajemství vzniku sluneční soustavy.
OSIRIS REx – záběry z přípravy a vize budoucí činnosti sondy. Zdroj: NASA.
Cesta sondy OSIRIS-REx do vesmíru. Zdroj: NASA. (mp4/h264, 27 MB)
Odkazy
