Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 37 – vyšlo 19. října, ročník 16 (2018)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Vzhůru pod povrch Marsu!

Rudolf Mentzl

PlanetaPlaneta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce., která má asi nejméně důvodů ke stížnostem na nezájem, je MarsMars – 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.. Od roku 1960 odstartovaly k planetě již desítky sond. Ne všechny doletěly, některé pouze prolétly, některé selhaly až na místě. Těch, co uspěly, však není málo, a tak se servery utěšeně plní petabajty dat. Máme k dispozici mapy celé planety v takovém rozlišení, že na Zemi by ještě nedávno podléhaly utajení, máme informace o děních v atmosféřeAtmosféra – plynný obal vesmírného tělesa, který si těleso drží vlastní gravitací. Atmosféru mají především planety. Málo hmotné atomy z atmosféry relativně snadno unikají do meziplanetárního prostoru., podle kterých jsme schopni předpovídat počasí, a po povrchu se prohání robotické vozítko hledající to, co z orbity není vidět. Ve výsledku zjišťujeme, jak málo doopravdy víme. Víme, že na Marsu bývala kdysi sopečná činnost, už ale nevíme, zda opravdu zcela vyhasla. Víme, že je na Marsu zbytkové magnetické pole, nejsme si však už jisti, zda je to opravdu pozůstatek činnosti tekutinového dynamaMHD dynamo – magnetohydrodynamické dynamo, tekutinová varianta klasického dynama. Elektrické proudy vznikají při pohybu plazmatu nebo tekutého kovu a generují magnetické pole. Dipólová složka se mění na azimutální tzv. omega efektem a azimutální na dipólovou tzv. alfa efektem. Tekutinové dynamo nemůže být stacionární, jeho základní vlastností je překlápění magnetických pólů., které se z neznámých příčin zastavilo. Jsou ještě dnes na Marsu zemětřesení, má Mars tekuté jádro, jak je velké, má ještě sílu k magmatickým výlevům…? Odpovědi na tyto a mnohé další otázky získáme jedině tak, že se podíváme pod povrch. Pokud vše půjde, jak má, tak se 26. listopadu 2018 otevře nové informační okno, tentokrát s výhledem rovnou pod zem. Na Marsu přistane sonda InSight Mars landerInSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií..

Mapa Marsu s místy přistání jednotlivých sond. Zdroj: NASA.

Mars – 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.

InSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií.

Phoenix – robotická sonda americké NASA zkoumající historii vody na Marsu. Na Marsu pracovala v oblasti Vastitas Borealis poblíž severní polární čepičky mezi 25. 5. 2008 až 2. 11. 2008.

Koutový odražeč – pasivní zařízení schopné odrazit dopadající paprsek zpět ke zdroji. Je tvořen třemi navzájem kolmými zrcadly.

Elysium Planitia – významná sopečná oblast na povrchu Marsu. Nachází se severně od rovníku, v okolí sopky Elysium Mons. Kromě této sopky je charakteristická velkým množstvím menších sopek.

Plán cesty

Sonda InSight vystartovala ze základny VandenbergKosmodrom Vandenberg – Kosmodrom nedaleko stejnojmenné kalifornské vojenské základny. Její severnější poloha a zároveň vhodné proudění v atmosféře z ní dělá vhodný kosmodrom pro vypouštění vědeckých družic, které je třeba usadit na polární dráhu. dne 5. května 2018 a po překonání 484 milionů kilometrů je dnes již na dohled svému cíli. Zatím vše probíhá podle plánu, ještě jednou proběhly testy jednotlivých zařízení a zdá se, že bezchybné práci sondy stojí v cestě už jen jedna překážka – průlet atmosférou spolu s přistáním. Během pouhých šesti minut se rozhodne o osudu celé mise. Atmosféra Marsu je sice velice řídká, přesto ji lze při přistávání využít. O první brzdění se postará tepelný štít. V devíti kilometrech nad povrchem vystřelí sonda padáky a o patnáct sekund později tepelný štít odhodí. Těmito manévry, při kterých sonda zažije přetížení až 9.5 G, zbrzdí na pouhých 123 m·s⁻¹ a dostane se do výšky asi 6 km. Zde se vysune podvozek a aktivuje přibližovací radar. Samotný přistávací modul se odělí od zbytku brzdicí soustavy v asi kilometrové výšce a rychlostí 8 m·s⁻¹ přistane na jednom z vybraných míst v Elysium PlanitiaElysium Planitia – významná sopečná oblast na povrchu Marsu. Nachází se severně od rovníku, v okolí sopky Elysium Mons. Kromě této sopky je charakteristická velkým množstvím menších sopek..

Schématický náčrt letu sondy k Marsu. Zdroj: NASA/JPL-CALTECH.

Přístrojové vybavení

Inženýrský návrh sondy nezapře příbuznost s předchozí sondou PhoenixPhoenix – robotická sonda americké NASA zkoumající historii vody na Marsu. Na Marsu pracovala v oblasti Vastitas Borealis poblíž severní polární čepičky mezi 25. 5. 2008 až 2. 11. 2008.. Nebylo by moudré nepoučit se z její úspěšné mise, a tím nesnížit náklady na vývoj nového zařízení. Přesto tu nalezneme nová, historicky originální, řešení. Všechny dosavadní sondy, které kdy pracovaly na povrchu cizího vesmírného tělesa, nesly měřicí přístroje na své palubě, nebo jimi manipulovaly pomocí mechanické ruky. Tentokrát je nutné, aby pracovaly samostatně a pokud možno nebyly se sondou v přímém fyzickém kontaktu. Jedná se především o:

SEIS – Seismic Experiment for Interior Structure: Citlivý seismometr. Dosud není jasné, zda je Mars ještě seismicky činné těleso. Analýza případných otřesů napoví mnohé o vnitřní struktuře planety. Největší výzvou pro konstruktéry byla eliminace rušivých vlivů, jako jsou třeba dopady meteoritůMeteorit – pozůstatek po meteoroidu, těleso pocházející z meziplanetárního prostoru, které se srazilo s planetou (Země, Mars, …), přežilo průlet atmosférou a dopadlo na povrch. na povrch, ale také změny teplot, tlaku nebo i jen gravitační vliv měsíce Fobos. Proto je přístroj vybaven sadou pomocných meteorologických sond, jako jsou snímač směru větru, barometr, teploměr, ale také vektorový magnetometrVektorový magnetometr – přístroj měřící nejenom intenzitu, ale také směr magnetického pole..
HP³ – Heat Flow and Physical Properties Package, familiárně nazývaná krtekKrtek – zviřátko podzemní, dětmi idealizované do plyšákovité podoby, ve skutečnosti je slepé, nevzhledné až odpudivé.. Toto zařízení je schopno zahrabat se až pět metrů pod povrch planety, se kterým zůstane spojeno vláknem ozdobeným (každých deset centimetrů) teplotním čidlem. Tímto způsobem bude možno měřit tepelný tok v kůře Marsu, čímž se dozvíme více o tepelné historii planety.
RISE – Rotation and Interior Structure Experiment: Pokud má Mars stále tekuté jádro, musí se tato skutečnost projevit na způsobu jeho rotace. Radiolokátor přístroje RISE je schopen pomocí Dopplerova jevuDopplerův jev – změna frekvence vlnění při vzájemném pohybu zdroje a pozorovatele. Přibližuje-li se pozorovatel ke zdroji, naměří vyšší frekvenci, než když se vzdaluje. Může jít o zvukové, elektromagnetické i jakékoli jiné vlnění. Jev poprvé popsal rakouský matematik a fyzik Christiaan Doppler (1803–1853), který část svého krátkého života strávil jako profesor pražské Polytechniky, předchůdkyni dnešního ČVUT v Praze. proměřit nutaci planety s přesností až 2 cm, a tím napovědět více o skutečné povaze jádra a snad i o způsobu formování terestrických planetTerestrické planety – planety podobné Zemi, vyznačují se pevným povrchem a malými rozměry oproti obřím planetám podobným Jupiteru. Mezi terestrické planety řadíme Merkur, Venuši, Zemi a Mars..
TWINS – Temperature and Winds for InSight: Jak již název napovídá, jedná se o meteorologickou stanici k měření povětrnostních podmínek v místě přistání.
LaRRI – Laser RetroReflector for InSight: Pasivní koutový odražečKoutový odražeč – pasivní zařízení schopné odrazit dopadající paprsek zpět ke zdroji. Je tvořen třemi navzájem kolmými zrcadly.. Pro svou činnost nepotřebuje žádné energetické zdroje a bude sloužit jako základ geofyzikální sítě Marsu i po skončení života sondy.

Přístrojové vybavení sondy. 1. přistávací modul; 2. sluneční panely; 3. seismometr (SEIS); 4. tepelná sonda (HP³); 5. senzor vnitřní rotace (RISE); 6. robotické rameno (IDA); 7. kamera na robotickém rameni (IDC); 8. kamera na spodní plošině (ICC); 9. meteorologická stanice (TWINS). Zdroj: NASA/JPL Caltech.

K rozmístění přístrojů bude použito robotické rameno IDA (Instrument Deployment Arm) vyvinuté původně pro Mars 2001 Surveyor. Je vybaveno kamerou IDC (Instrument Deployment Camera) se zorným polem 45°. Využije se hlavně ke kontrole přístrojů přistávacího modulu. Druhá kamera ICC (Instrument Context Camera) je umístěna ve spodní části modulu a se svým zorným polem 145° zprostředkuje kontrolu přístrojů pracujících mimo sondu.

Přidružený experiment

Jako příjemný bonus můžeme chápat experiment, který se uskuteční těsně před přistáním. Pokud proběhne bez chyb, budeme mít lepší přenos dat z přistávacího modulu během přistávání, v případě selhání však o nic nepřijdeme, přenos proběhne i tak, standardní cestou. Účelem pokusu je především vyzkoušet, jak se chovají cubesatyNanosatelity – satelity s hmotností kolem 1 kg a rozměry přibližně 10 cm. Jsou často vynášeny do vesmíru ve větším množství, jako tomu je například při některých startech nosných raket Vega, Atlas V nebo Falcon 9. Do jejich vyřazení roku 2018 byly k těmto misím využívány i rakety Delta II. Nejznámější projekt týkající se nanosatelitů je CubeSat, kde mají nanosatelity tvar krychliček o hraně 10 cm. v otevřeném vesmíru. Cubesaty vznikly původně jako program pro studenty, aby měli možnost dotknout se vlastní rukou kosmického výzkumu. Jedná se o miniaturní družice implementované ve standardizovaných pouzdrech vypouštěných jako přidružený náklad, pokud by v nosiči mělo zůstat nevyužité místo. Od vypuštění prvního kusu doznaly značné obliby, ale vždy se potulovaly jen po zemské orbitě. Dva téměř identické cubesaty MarCO (Mars Cube One) jsou první vlaštovkou, která se proletí za hranice vlivu Země. Jejich hlavním úkolem je především přežít. Zatím se cítí dobře, nevlídné prostředí nechráněného kosmu jim výrazněji neublížilo a pokud zvládnou i plánovaný přenos dat z přistávacího modulu, bude mít další výzkum zelenou.

Umělecká představa letu dvojice cubesatů MarCO-A a MarCO-B.
Zdroj: NASA/JPL Caltech.

Pár bulvárních senzací na závěr

Před startem sondy InSightInSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií. zorganizovala americká NASA program na sběr jmen zájemců, kteří se chtějí zvěčnit ve vesmíru. V prvním kole nastřádala 827 tisíc jmen, ve druhém pak 1.6 milionu, takže v úhrnu se na povrch Marsu dostanou dva čipy našlapané 2.4 miliony jmen. Tam pak jména setrvají tisíce let, dokud kosmická radiace zcela nezničí vnitřní strukturu čipů. Co se týče cubesatů, jejich autoři se nespokojili s oficiálními názvy MarCO-A a MarCO-B, ale důvěrně jim říkají Wall-E a Eva, podle dvou robotů z animovaného filmu Wall-E. Důvod je prostý. Robot Wall-E využil hasicí přístroj plněný oxidem uhličitým k reaktivnímu pohybu v kosmickém prostoru. Totéž médium využívají i raketové motorky obou cubesatů. Sonda InSigth je první sondou svého typu nejenom na Marsu, ale i v historii dobývání Sluneční soustavy. Slibujeme si od ní především lepší pochopení procesů formace Marsu, potažmo všech planet typu Země.

Odkazy