Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 5 – vyšlo 1. února, ročník 17 (2019)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Tunelování Europy

Rudolf Mentzl

Nejúčinnější mazivo odolávající všem nepřízním a nástrahám kosmického výzkumu schopné udržet komplikované soukolí finanční byrokracie ve stavu neustávajícího pohybu je bezpochyby pátrání po mimozemském životě. Toto zaklínadlo přiláká davy zájemců stejně tak spolehlivě, jako nemalé peníze na výzkum. Z tohoto úhlu pohledu snáze nahlédneme, proč je četnost spekulací o životě na MarsuMars – 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. v korelaci se startovními okny a proč je planeta tak často navštěvována. Podmínky vhodné pro život však skýtají i jiná místa Sluneční soustavy. Hodně se například mluví o ledových měsících. Je velice pravděpodobné, že v kapalné vodě pod ledovým příkrovem by se mohl udržet i život v takové podobě, jak ho známe ze ZeměZemě – 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.. I na naší planetě jsou místa, kam SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. nezasvítí, a přitom tu bují život poháněný vnitřním teplem planetyPlaneta – 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.. Bohužel však zatím nevíme, jaké podmínky jsou pro vznik života nutné a jak pravděpodobný tento proces je. Případný nález nějaké životní formy na ledovém měsíciLedové měsíce – měsíce pokryté ledovým příkrovem. U některých se předpokládá vnitřní oceán tekuté vody. Obíhají planety Jupiter a Saturn, není vyloučeno, že jsou i u dalších obřích planet. by položil pořádnou dlažku do mozaiky poznání a nepochybně otevřel finanční ventily naplno. Zdá se, že od okamžiku pravdy nás již dělí jen (astronomický) okamžik. Vezměme to však popořadě.

Život na Zemi existuje i za extrémních podmínek. V okolí tzv. černých kuřáků (podmořských sopek) žijí v hlubinách oceánů, do kterých nepronikne sluneční svit, uzavřené ekosystémy organizmů, jimž říkáme extremofilové. Zdroj: NOAA.

Europa Clipper – sonda NASA připravovaná k průzkumu Jupiterova ledového měsíce Europa. Start je plánovaný na rok 2024, nosnou raketou bude Falcon Heavy (původně mělo jít o novou americkou superraketu SLS). Sonda nebude navedena přímo na oběžnou dráhu kolem Europy, kde by ji zničila zvýšená radiace, ale na oběžnou dráhu kolem Jupiteru. K Europě se opakovaně přiblíží při 40 až 45 průletech. Jedním z úkolů by měl být sběr a chemická analýza materiálu z ledových gejzírů.

Europa Lander – sonda NASA plánovaná pro přistání na Jupiterově měsíci Europa. Hlavními cíli by mělo být protavení se ledovým příkrovem až do podpovrchového oceánu a hledání výskytu mimozemských forem života. Projekt je zatím ve fázi nadšeného plánování.

SLS – Space Launch System. Raketa vesmírné agentury NASA, která by měla do kosmického prostoru vynášet materiál i kosmonauty. První verze by měla mít nosnost 70 tun, později 105 tun a nakonec 130 tun. Počítá se s ní při dopravě astronautů k Měsíci. První testovací start bez posádky se uskutečnil v listopadu 2022.

Historie objevu

Psal se rok 1997, když sonda GalileoGalileo (sonda) – americká mise k Jupiteru, která startovala v roce 1989 a po několika prodlouženích trvala bez jednoho měsíce 14 let. Galileo byla první sondou umístěnou na oběžné dráze Jupiteru, odkud prováděla podrobný výzkum planety. Obsahovala sestupný modul, který byl použit v roce 1995. V roce 2003 ukončila sonda Galileo svou činnost řízeným pádem do atmosféry planety. při průletu kolem EuropyEuropa – přirozená družice Jupiteru. Patří mezi tzv. galileovské měsíce, které lze pozorovat již malým dalekohledem. Při průměru 3 100 km je jen o málo menší, než náš Měsíc. Předpokládá se malé křemičitanové jádro pokryté oceánem kapalné vody. Kůru tvoří několikakilometrová ledová krusta. zjistila anomálii magnetického pole, kterou tenkrát nikdo nedokázal správně vysvětlit. Teprve po patnácti letech, tedy celých devět let po zániku sondy, Hubblův dalekohledHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. objevil na Europě vulkanickou aktivitu projevující se ledovými gejzíry. V době, kdy sonda Galileo naměřila zmíněnou anomálii, míjela Europu necelých dvě stě kilometrů nad jejím povrchem. Zdálo se tedy pravděpodobné, že zároveň prolétla i materiálem gejzíru. Když už bylo jasné co hledat, nebyl problém vyvinout speciální software, který dokázal naměřené hodnoty správně interpretovat a doplnit optická pozorování dalšími hodnotami. Na řadu přišlo hlavně důkladné zpracování dat z plazmového vlnového spektrometru (PWS). Veškeré naměřené jevy bezezbytku korespondují s představou, že sonda prolétla vrcholem gejzíru. Tím se však možnosti výzkumu fenoménu vyčerpaly. Galileo byla sonda mnoha cílů, na zkoumání gejzírů však pochopitelně konstruktéři nemysleli.

Co bude dál

Přitom právě chemická analýza vyvrženého materiálu by nám mohla o vnitřku měsíce vydat nejedno zajímavé svědectví, možná i nějakou indicii o případném životě. Zatím nevíme, zda vyvržený materiál pochází z nějaké podpovrchové vodní kapsy nebo přímo z vnitřního oceánu. Dokonce si nejsme ani jistí tloušťkou ledové kůry, která se odhaduje mezi dvěma a třiceti kilometry. Přesto se objev gejzírů stal jedním z motorů, které udržují v chodu přípravu následující americké mise Europa ClipperEuropa Clipper – sonda NASA připravovaná k průzkumu Jupiterova ledového měsíce Europa. Start je plánovaný na rok 2024, nosnou raketou bude Falcon Heavy (původně mělo jít o novou americkou superraketu SLS). Sonda nebude navedena přímo na oběžnou dráhu kolem Europy, kde by ji zničila zvýšená radiace, ale na oběžnou dráhu kolem Jupiteru. K Europě se opakovaně přiblíží při 40 až 45 průletech. Jedním z úkolů by měl být sběr a chemická analýza materiálu z ledových gejzírů.. Jméno sondy je možná poněkud zavádějící. Navozuje dojem, že bude Europu zkoumat z její oběžné dráhy. Ve skutečnosti se stane pouze oběžnicí Jupiteru a Europu navštíví při zhruba čtyřiceti průletech. Zdroje však uvádějí, že objem nasbíraných dat bude více než dostatečný k vytvoření komplexního obrazu satelitu. Některé průlety počítají s přiblížením až na 25 km, kde by měla být hustota materiálu gejzírů ještě dostatečně vysoká pro přímou chemickou analýzu. Pokud vše půjde jak má, mohla by sonda k Jupiteru odstartovat již v roce 2023. Po menších tahanicích bylo nedávno rozhodnuto o nosiči, který Clipper na cestu k Jupiteru nasměruje. Bude to nová americká superraketa SLSSLS – Space Launch System. Raketa vesmírné agentury NASA, která by měla do kosmického prostoru vynášet materiál i kosmonauty. První verze by měla mít nosnost 70 tun, později 105 tun a nakonec 130 tun. Počítá se s ní při dopravě astronautů k Měsíci. První testovací start bez posádky se uskutečnil v listopadu 2022.. Zatím o zdárném dokončení projektu nikdo nepochybuje a začíná se přetřásat otázka, co potom.

Umělecké ztvárnění mise Europa Clipper s vyznačením dráhy, na které se bude
přibližovat k Europě. Zdroj: NASA JPL / Caltech.

Co se chystá

Následující mise má název, který sám v hrubých rysech zaměření sondy popisuje. Europa LanderEuropa Lander – sonda NASA plánovaná pro přistání na Jupiterově měsíci Europa. Hlavními cíli by mělo být protavení se ledovým příkrovem až do podpovrchového oceánu a hledání výskytu mimozemských forem života. Projekt je zatím ve fázi nadšeného plánování., tedy přístroj, který má na měsíci přistát. Původně se počítalo, že bude spojen s misí Europa Clipper, časem si však jeho cíle vyžádaly samostatnou výpravu. Podle některých představ by se na Europě měl nacházet až dvojnásobek objemu tekuté vody, než je v pozemských oceánech. Přidáme-li zdroj tepla a silikátové jádro, získáme prostředí, o kterém si můžeme myslet, že je vhodné pro udržení a možná i pro vznik života. Kdyby se něco takového podařilo prokázat, znamenalo by to takový zlom v myšlení napříč všemi intelektuálními obory, od chemie přes filozofii až po náboženství, že o plánovaném rozpočtu mise by se pak mluvilo jako o pouhých třech miliardách dolarů. Thomas Zurbuchen z vědeckého ředitelství 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. v polovině loňského roku prostřednictvím Twitteru oznámil, že NASA přijímá návrhy na přístroje Landeru a celkovou koncepci výzkumu. Koncem srpna vlákno uzavřela a dnes se můžeme těšit z výsledků brainstormingu. Je sice vidět, že vše je zatím ve fázi příprav a leccos se ještě může změnit a patrně také změní, nicméně hrubý pohled se již rýsuje.

Umělecká představa přistání Europa Landeru na povrchu měsíce. Zdroj: NASA JPL.

Lander by měl na povrchu pracovat dvacet dní. Jakkoli se to zdá málo, je to technická výzva, protože právě v místech, ve kterých se pohybuje Europa, zachytává Jupiter svým magnetickým polem částice slunečního větru a způsobuje silnou radiaci, která poškozuje elektroniku. Proto se ani Clipper neodváží pracovat na stabilní orbitě a ani Lander na povrchu nevydrží pracovat neomezeně. Hmotnost přístrojového vybavení by neměla překročit 33 kg. To je také velice omezující faktor, když uvážíme hlavní pracovní náplň modulu. Podle smělých představ NASA by měla sonda prorazit tunel několik kilometrů silným ledovým příkrovem a dostat se až k tekutému oceánu. Autonomní robotické zařízení, které by tunel vytvořilo, je v článcích označováno složeninou dvou slov, která netřeba překládat, protože první se v češtině uchytilo tak sebevědomě, že se do světa rozlétlo s novým významem [5] a druhé je ryze českého původu: tunnelbot.

Nejnadějnějšího kandidáta zatím představili dne 14. prosimce 2018 na zasedání Americké geofyzikální unie. Princip je jednoduchý. Nevrtat, protavit. Rozpouštět led pod sebou a zbytek nechat na gravitaci. Technické problémy, které koncept nese, jsou zřejmé. Kde brát energii na ohřívání ledu, jak zajistit komunikaci s Landerem a jak to všechno stihnout za dvacet dní, než radiace rozežere retranslační zařízení na povrchu. Co se energie týče, připadá v úvahu pokročilý jaderný reaktor. V potaz jsou brány také radioaktivní bloky, se kterými má již NASA zkušenosti. Používá je jako zdroj tepla v radioizotopových termoelektrických generátorech RTGRTG – radioizotopový termoelektrický generátor, zdroj energie využívaný pro mise sond do nejvzdálenějších částí Sluneční soustavy, kde jsou klasické solární panely neúčinné. Základem RTG generátoru je kapsle z radioaktivního materiálu, zpravidla plutonia. Při rozpadu se uvolňuje velké množství tepla, které se v termočláncích konvertuje na elektřinu. Odpadní teplo je vyzařováno do okolního prostoru. RTG články mohou dodávat energii přístrojům několik desítek let.. Řešení jednoduché, bohužel zase přináší další problémy s radiací.

Umělecká představa tunnelbotu zanořujícího se do ledové krusty měsíce Europa.
Zdroj: Alexander Pawlusik, NASA Glenn Research Center.

Komunikaci s povrchem bude zajišťovat optické vlákno osazené zesilovačem na každém třetím kilometru. Předložený návrh vůbec neřeší odčerpávání vody během ražení tunelu, což staví použitelnost do nelichotivého světla. Odčerpávání vody na kilometrové vzdálenosti, při tak nízkých teplotách, bez možnosti zásahu servisní jednotky je více než jen technickou výzvou. Pokud by se voda průběžně neodčerpávala, musel by být být naviják s optickým vláknem nesen přímo tunnelbotem, protože zamrzající voda v komínu jakýkoli pohyb vlákna znemožní. Otazníků nad technickým řešením se vznáší mnohem více. V neposlední řadě je tu problém sterilizace sondy, která bude muset být mnohem důkladnější, než u jiných sond. Možnost kontaminace v teplém vodním prostředí je reálnější než třeba v řídké, vymražené atmosféře Marsu. Za nejhorší scénář nálezu života se pokládá nález mikrobů podobných pozemským. Nikdy bychom se nedozvěděli, zda jde o kontaminaci nebo existuje přírodní zákonitost, která vytváří podobné struktury na Zemi jako u Jupiteru.

Dočkáme se?

Zda se Europa Landeru a tunnelbotu opravdu dočkáme, je v tuto chvíli těžko předvídat. Na jednu stranu je vidět, že do konkrétního řešení mají tyto návrhy daleko a v živé paměti máme spousty fantastických projektů, které navzdory vyšší rozpracovanosti nikdy neopustily papír. Tentokrát je to však trochu jiné. Kolem projektu je velké nadšení a ochota investovat. Držme palce, aby obojí vydrželo co nejdéle.

Výzkum života na Jupiterově měsíci Europa. Zdroj: NASA Planetary Science.

Odkazy