Rozhovor s Martinem Pauerem o sondě Venus Express

Na konci ledna 2015 se po více jak 8 a půl letech služby odmlčela evropská sonda Venus Express. Sonda měla za úkol zkoumat planetu Venuši a tak pomoci vědcům poodhalit tajemství jejího vzniku a vývoje. S ukončením provozu sondy nastává vhodná doba na krátkou rekapitulaci této mise. Požádali jsme proto planetologa Dr. Martina Pauera, který se zabýval i analýzou dat z Venuše, zda by nám mohl osud sondy a její úspěchy přiblížit.

Sonda Venus Express představovala první evropskou sondu k Venuši, kde se vzal nápad na její provedení?

Sonda Venus Express, která je projektem ESA (Evropské kosmické agentury), vznikla jako pokus využít existující zkušenosti z přípravy jiné evropské mise – sondy Mars Express. V roce 2001 sdružení několika vědeckých týmů předložilo návrh, který umožnil uskutečnit rychlou a relativně levnou misi. Ta by navíc mohla využít některé přístroje určené původně pro sondu Rosetta (sonda, která v závěru minulého roku získala tolik mediální pozornosti). Plán byl brzy schválen, a tak už v roce 2005 mohla vynést ruská raketa Sojuz do kosmu sondu. Ta během zhruba půl roku dosáhla svého cíle, oběžné dráhy okolo Venuše, a začala s vědeckými pozorováními.

U evropských misí bývá pravidlem, že jednotlivé části mise pocházejí z různých členských států ESA, bylo tomu tak i v tomto případě?

Ano. Přístrojové vybavení sondy je poskládané z přístrojů vyrobených téměř po celé Evropě – systém využívaný v ESA je nastaven tak, že zatímco agentura se stará o konstrukci sondy, její start a provoz, vědecká pracoviště dodávají přístroje. Ty z nich poté získávají data a publikují vědecké výsledky. V případě sondy Venus Express jde o sedm přístrojů, které vznikly v Německu, Rakousku, Švédsku, Itálii, Belgii a Francii. Mezi přístroji najdeme kameru ke sledování atmosféry ve viditelném, tepelném (IR) i ultrafialovém (UV) spektru, tři různé spektrometry určené ke studiu chemického i teplotního složení atmosféry, radiový experiment zkoumající ionosféru Venuše, magnetometr určený k měření slabého magnetického pole obklopujícího planetu a přístroj pro analýzu interakce mezi atmosférou a slunečním větrem.

Z přístrojového vybavení sondy je patrné, že primárním cílem sondy nebyl výzkum povrchu Venuše, proč?

Na rozdíl od ostatních terestrických planet je Venuše permanentně zakryta hustou vrstvou oblačnosti, což nám zabraňuje v přímém pozorování jejího povrchu. Venus Express se proto zaměřila především na výzkum mohutné atmosféry – naším cílem bylo nejen porozumět více samotné Venuši, ale pochopit obecně i procesy, které se v atmosféře odehrávají, např. silný skleníkový efekt.

Venus Express nebyla první sonda, která Venuše dosáhla. Které sondy dosáhly planety před ní?

Venuše byla velmi intenzivně zkoumána už od konce 60. let 20. století. Z počátku jejímu výzkumu dominovaly především sovětské sondy Veněra, kterým se v 70. letech minulého století podařilo na povrchu planety dokonce přistát. Připomeňme si jen, že průměrná teplota na Venuši je zhruba 450 °C a tlak dosahuje téměř 100 násobku tlaku na Zemi, tedy podobné úrovně, jako panuje v oceánech v hloubce 1 km. Na konci 70. let minulého století se do průzkumu Venuše zapojila i americká NASA s dvojicí sond Pioneer Venus. Ty se úspěšně dostaly na oběžnou dráhu, druhá z nich dokonce vypustila několik atmosférických sond. Největší množství poznatků, a také v té nejvyšší kvalitě, nám zajistila americká sonda Magellan. Ta operovala na oběžné dráze Venuše od začátku 90. let 20. století (pro zajímavost, sonda nestartovala přímo ze Země, ale až z raketoplánu Atlantis kroužícího na oběžné dráze). Díky této sondě máme podrobné gravitační měření a topografické mapy povrchu. Sonda totiž měla na své palubě radar schopný projít hustými mračny atmosféry, a tak nám odhalit, jak vypadá topografie pod ní. Poté, co Magellan svou misi u Venuše dokončil, nastala přibližně desetiletá přestávka. Skončila v roce 2006 právě příletem sondy Venus Express.

Na jakou dráhu byla sonda okolo Venuše navedena a jak dlouho měla fungovat? 

Sonda Venus Express byla navedena na polární oběžnou dráhu kolem Venuše v dubnu roku 2006 a její primární mise (tedy minimální trvání operací, aby byly splněny všechny cíle projektu) měla trvat dva roky. Její oběžná dráha kolem planety byla velmi protáhlá, nejvíce se jí přibližovala v oblasti severního pólu, na vzdálenost jen asi 250 km, a nejdále se dostávala o 12 hodin později, asi 66 tisíc kilometrů směrem od jižního pólu. Postupně se potvrzovalo, že nejenže má sonda dále na čem pracovat, ale také že splňuje technické předpoklady nutné k dalšímu pozorování. Původně dvouletá mise proto byla několikrát prodloužena. Nakonec byla délka celé mise sondy více než osm let a přinesla velké množství zajímavých objevů.

Hovoříte o velkém množství objevů, můžete nám některé přiblížit?

V oblasti pólů byly například pozorovány velmi komplexní větrné víry, tzv. vortexy. V porovnání s podobnými víry pozorovanými u Země nebo třeba Saturnu je ten u Venuše velmi nestabilní a proměnlivý – navíc jeho střed se neshoduje s geografickým pólem planety samotné.

Animovaná sekvence šesti snímků ukazuje dvojitý vír vzniklý v okolí jižního pólu planety (c) ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA.

S atmosférou se pojí i další zajímavý objev. Vědci zjistili, že v porovnání s předchozími pozorováními planety z  90. let 20. století je dnešní den na Venuši zhruba o 6,5 minuty delší. Atmosféra totiž svou hmotností (celá 1/10 000 hmotnosti Venuše) ovlivňuje planetární rotaci v závislosti na klimatických cyklech, které se projevují v cirkulaci vzduchu v mohutné atmosféře. Dalším překvapením je objev „velmi studené vrstvy“ (s teplotou asi -175 °C) ve výšce zhruba 125 km nad povrchem. Zde vhledem k dostatečně nízkému tlaku může kondenzovat oxid uhličitý a tvořit oblaka sněhu či ledu. To, že na povrchu Venuše může být „sníh“ tvořený některými těžkými kovy, se vědělo již z dřívějších pozorování, ale nyní se zdá, že vysoko v atmosféře planety může i sněžit. Kdo by to byl čekal u žhavé Venuše!

Sonda Venus Express jako první také odhalila přítomnost ozónové vrstvy v atmosféře, podobně, jako je tomu u Země či Marsu. Vrstva ozónu je zde ale velmi tenká (asi tisíckrát tenčí v porovnání s naší planetou) a netvoří souvislou slupku. Vyskytuje se v různých výškách od 90 do 120 km nad povrchem. V atmosféře byla také definitivně potvrzena přítomnost blesků. Zejména během fáze největšího přiblížení sondy k planetě v oblasti severního pólu byla měřena silná elektromagnetická aktivita. Ta ukazuje na podobnou četnost výskytu blesků, jaká je zaznamenávána během bouří na Zemi. Zajímavé je, že na Venuši se vyskytují především na denní straně.

Bylo také potvrzeno, že z Venuše uniká neustále poměrně značné množství atmosférické vody. Její molekuly jsou rozbíjeny dopadajícím ultrafialovým zářením z vesmíru na vodík a kyslík. Ty jsou posléze slunečním větrem odnášeny z atmosféry pryč do okolního vesmíru. Zdá se tedy velmi pravděpodobné, že v minulosti byly na Venuši velké zásoby vody, o které kvůli neexistenci magnetosféry přišla.

Je patrné, že sonda změnila pohled, jak se dnes díváme na atmosféru Venuše. Změnila podobně i náš pohled na samotný povrch planety?

Částečně ano. Sondě se totiž povedlo opět oživit otázku o existenci aktivních sopek na jejím povrchu. Během pozorování se podařilo identifikovat několik oblastí, které vykazovaly odlišné vlastnosti než jejich okolí a mohlo by se tak jednat o mladé lávové proudy, řádově staré pouze desítky miliónů let. Také množství oxidu siřičitého se během let výrazně měnilo, což vede k podezření na probíhající sopečné erupce. Nicméně definitivní důkaz současné sopečné činnosti se sondě pořídit nepodařilo. Mezi vědci tak stále panují určité pochybnosti.

Snímek ukazuje postupný nárůst a pokles koncentrace oxidu siřičitého v atmosféře Venuše. Vědci tyto variace interpretují tak, že se na povrchu Venuše musí nacházet aktivní zdroj produkující tento oxid. Data: E. Marcq et al. (Venus Express); L. Esposito et al. (dřívější data); obrázek pozadí: ESA/AOES

Proč vlastně životnost sondy skončila a co se se sodnou stalo/stane?

Životnost sondy je daná především životností jejích přístrojů a podpůrné infrastruktury, která přístroje obsluhuje. Například zatímco jedno z vozítek NASA vysazených na Marsu před více než 10 lety je stále funkční, druhé vozítko již od roku 2010 nefunguje. V případě že jak přístroje, tak infrastruktura sondy bez problémů funguje – a do stavby i testování obou těchto elementů jsou investovány jednotky i desítky milionů eur – pak omezuje životnost sondy pouze množství zdrojů, které jsou určeny k jejímu pohonu. Elektřina je většinou vyráběna na místě pomocí solárních panelů. Limitujícím faktorem je palivo, které je nutné pro stabilizaci a udržování oběžné dráhy kolem planety. Z důvodu co nejnižší váhy a velikosti sondy je jeho množství omezené. Zde je třeba říci, že jakákoliv oběžná dráha kolem planety je rušena mnoha faktory – ať již je to tlak slunečního větru, gravitační anomálie v poli planety nebo třeba jen obyčejné tření o sice velmi slabou ale stále přítomnou atmosféru.

Mise Venus Express byla plánována původně na 2 roky se zásobou paliva dostatečnou na další dvouleté prodloužení. Nakonec se letovým inženýrům podařilo nakládat s palivem tak hospodárně, že se sonda ve zdraví „dožila“ více než dvojnásobku, tj. osmi let činnosti na oběžné dráze. Po vyčerpání pohonných látek ale již nebyla možnost, jak sondu udržovat dostatečně vysoko na oběžné dráze. Sonda se začala nořit čím dál tím hlouběji do atmosféry Venuše. To způsobovalo stále výraznější brzdění sondy a tedy hlubší propad do atmosféry a opakování celého cyklu. V listopadu loňského roku jsme se sondou začali ztrácet kontakt a nyní v lednu se již definitivně odmlčela. V současnosti klesá sonda neřízeně stále hlouběji a hlouběji do Venušiny mohutné atmosféry a v určitý, nám neznámý okamžik, dojde k jejímu rozpadu kvůli zvyšujícímu se odporu prostředí.

Záznam posledního zachyceného signálu sondy Venus Express z 18. ledna 2015. Zdroj: ESA.

Venus Express definitivně dosloužila, jaké jsou ale další plány na výzkum Venuše?

V současné době existuje jediná mise, která by mohla navázat na úspěchy sondy Venus Express. Tou je japonská sonda Akatsuki. Jde o sondu určenou k podobnému výzkumu, jaký prováděla Venus Express, tj. podrobnému studiu atmosféry. Sonda Akatsuki odstartovala již v roce 2010 a ve stejném roce se i přiblížila svému cíli na dosah. Jenže kvůli závadě na hlavním motoru sondy se jí nezdařil manévr, který ji měl navést na oběžnou dráhu kolem Venuše. Sonda tak pouze proletěla kolem planety a pokračovala dál po heliocentrické dráze. Po prvním rozčarování japonští vědci nicméně našli možnost, jak zdánlivou prohru ještě odvrátit. Po mnoha drobných manévrech využívajících jen menších hydrazinových motorků se podařilo sondu navést na dráhu, která umožnila vstup na oběžnou dráhu. Zda se to podaří, uvidíme ještě letos v listopadu, ale i pokud by se obtížný manévr podařil, sonda bude muset operovat za zcela odlišných podmínek, než pro jaké byla konstruována.

Existovalo také množství dalších návrhů na sondy, které by Venuši zkoumaly. Nicméně v současné době neexistuje žádná mise, která by se aktuálně připravovala. Ruská kosmická agentura sice plánuje misi Veněra-D, která by navázala na úspěšný sovětský program běžící od 60. do 80. let minulého století. Nicméně vzhledem k nedostatku financí a technologické náročnosti sama odhaduje, že start může být nejdříve v roce 2024. ESA zvažovala koncem minulého desetiletí ještě misi Venus Entry Probe s cílem dopravit do atmosféry Venuše atmosférický balón. Ten mohl zkoumat jak atmosféru samotnou, tak povrch planety, ale v interní soutěži s jinými projekty tato mise nakonec neuspěla. Před koncem loňského roku pak vzbudila zájem veřejnosti studie americké NASA, která zvažuje možnost pilotovaných výprav k Venuši s předpokladem, že by se za pomoci obřích vzducholodí podařilo vybudovat vysoko nad jejím povrchem jakási „oblačná města“. V nich by astronauti mohli žít a pracovat. To je však pouze vize a její případná realizace je otázkou priorit amerického vesmírného programu.

Děkuji za rozhovor

Napsat komentář