Sedm let mise Stardust

Martin Žáček, 16. ledna 2006

V neděli 15. 1. 2006 dopadlo na území amerického státu Utah návratové pouzdro sondy Stardust. Tím se zakončila vesmírná část stejnojmenné mise, která tak přešla do další fáze, spočívající ve vědecké analýze vzorků kosmického materiálu doneseného sondou. Hlavním úkolem sondy totiž bylo, jak prozrazuje název Stardust (hvězdný prach), nasbírat a donést dva typy kosmického prachu, jednak mezihvězdný prach, přicházející k nám z vnějšku sluneční soustavy, dále kometární prach získaný při průletu chvostem komety Wild 2Wild 2 – periodická kometa, která se dostala do vnitřní části sluneční soustavy nedávno a je na ní zatím nezměněný materiál z období tvorby sluneční soustavy. Pochází z oběžné dráhy mezi Jupiterem a Uranem a její dráha byla změněna průletem u Jupiteru 10. září 1974. Její současná dráha je mezi Marsem a Jupiterem. Kometa má přibližně čtyři kilometry v průměru. Vzorky z ohonu komety odebrala sonda Stardust v roce 2004. Kometu objevil Paul Wild v roce 1978.. Kromě toho sonda prováděla řadu dalších měření na kosmickém prachu a fotografovala dva objekty, k nímž se během své sedmileté pouti sluneční soustavou přiblížila.

Časový přehled důležitých fází mise Stardust udává následující tabulka:

Dráha sondy

Během sedmiletého putování sonda třikrát oběhla SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×10²⁶ W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu., první oběh trval 2 roky, další dva oběhy měly periodu 2,5 roku. Na konci prvního oběhu se sonda přiblížila znovu k Zemi, s jejíž pomocí získala potřebnou kinetickou energii, aby přešla na protáhlejší dráhu a mohla se tak přiblížit ke kometě Wild 2Wild 2 – periodická kometa, která se dostala do vnitřní části sluneční soustavy nedávno a je na ní zatím nezměněný materiál z období tvorby sluneční soustavy. Pochází z oběžné dráhy mezi Jupiterem a Uranem a její dráha byla změněna průletem u Jupiteru 10. září 1974. Její současná dráha je mezi Marsem a Jupiterem. Kometa má přibližně čtyři kilometry v průměru. Vzorky z ohonu komety odebrala sonda Stardust v roce 2004. Kometu objevil Paul Wild v roce 1978. a k planetce AnnefrankAnnefrank – planetka z hlavního pásu s pořadovým číslem 5535. Byla objevena Karlem Reinmuthem v roce 1942, který ji pojmenoval po Anně Frankové, židovce, která zemřela v koncentračním táboře. Má nepravidelný tvar, albedo 0,24 a je velká 6,6×5,0×3,4 km. Je poseta mnoha krátery. V roce 2002 kolem ní proletěla sonda Stardust ve vzdálenosti pouhých 3 079 km. . Přiblížení k planetce byla vlastně náhoda, dráhu sondy stačilo této okolnosti pouze nepatrně přizpůsobit. Nejblíže se sonda k Zemi opětovně přiblížila na 6 000 km – došlo k tomu 15. 1. 2001, 2 roky po startu a 5 let na den přesně před jejím návratem. Dne 12. 4. 2002 se sonda dostala do odsluní, její vzdálenost od Slunce tehdy činila 2,72 astronomických jednotekAU – astronomická jednotka, střední vzdálenost Země od Slunce, 149 597 870 km. Používá se především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě.. To je za dráhou MarsuMars – rudá planeta, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem. 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). 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., kde intenzita záření od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×10²⁶ W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu. dosahovala jen 13 % intenzity v místě Země, což se také projevilo na výkonu slunečních článků sondy. Dalším odsluním proběhla sonda 2,5 roku poté, v říjnu 2004.

Dráha sondy Stardust. První oběh trval 2 roky, další dva měly periodu 2,5 roku.

Návrat pouzdra s kosmickým prachem

Z celé sondy Stardust na zemský povrch dopadla pouze malá část, zapouzdřený aerogelovýAerogel – vysoce porézní látka vyrobená z kapalného gelu odpařením kapalné složky za nadkritické teploty a tlaku. Aerogely jsou průhledné, charakterizuje je mimořádně nízká hustota, pevnost a vynikající tepelně izolační vlastnosti. sběrač s kosmickým prachem, tím nejcennějším, co měla sonda k Zemi donést. Pokud píšeme že pouzdro bylo malé, vztahuje se to vzhledem ke zbytku sondy vážící 350 kg, ve skutečnosti mělo pouzdro hmotnost 46 kg, takže zas až tak malé nebylo. Jasnost pouzdra při brzdění v atmosféře dosáhla magnitudyMagnituda – logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log I. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice. Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). −7, takže průlet atmosférou rozhodně nebyl nepřehlédnutelný, šlo o jasnější úkaz než nejjasnější planeta na obloze. VenušeVenuše – nejbližší planeta vzhledem k Zemi. Hustá atmosféra zabraňuje přímému pozorování povrchu. Díky skleníkovému efektu dosahuje teplota povrchu Venuše až 480 °C. Venuše obíhá kolem Slunce takřka po kruhové dráze ve vzdálenosti 10⁸ km s periodou 225 dní. Otočení kolem vlastní osy (proti oběhu, tzv. retrográdní rotace) trvá 243 pozemských dnů. To znamená, že na Venuši Slunce vychází a zapadá jen dvakrát za jeden oblet Slunce. Oblaka Venuše dobře odrážejí sluneční svit a proto je tato planeta po Slunci a Měsíci nejjasnějším tělesem na obloze. Na večerní obloze jí můžeme spatřit jako Večernici a na ranní obloze jako Jitřenku. ve své nejjasnější fázi dosahuje „jen“ −4,3 magnitudy. Obyvatelé některých částí Nevady a Utahu mohli modul Stardust na noční obloze sledovat a při takové jasnosti nevadil příliš ani Měsíc, který byl právě den po úplňku. Mnoho amatérských pozorovatelů si podívanou jistě nenechalo ujít a dočkáme se řady fotografických snímků popřípadě videozáznamů. Na internetových stránkách sondy Stardust lze vložit zprávu o vlastním pozorování. Do atmosféry modul vstoupil v severní Kalifornii, maxima ohřevu dosáhl nad středem Nevady a dopadl v Utahu. K oddělení modulu došlo dne 14. 1. 2006 ve 22:57 hodin místního času. Sonda bez modulu se po manévru za pomocí motoru dostala opět na dráhu kolem Slunce. Modul se dostal do atmosféry po dalších čtyřech hodinách přibližování k Zemi dne 15. 1. 2006 ve 2:57, na zemský povrch dopadl ve 3:10 místního času MST (Mountain Standard Time). V Praze bylo tou dobou již 11:10 dopoledne, neboť rozdíl časových pásem činí 8 hodin. Očekávaná plocha dopadu byla vypočtena jako elipsa o osách 30 km a 84 km a místo bylo zvoleno v neobydleném vojenském území nacházejícím se poblíž Salt Like City. Lokalizace místa dopadu byla zajištěna také pomocí GPS přijímače umístěného v pouzdře a záchranného vysílače v pásmu SPásmo S – pásmo krátkých vln (Short) o frekvenci 2÷4 GHz.. Za zmínku stojí, že rychlost 46 180 kilometrů za hodinu (12,83 km/s), se kterou návratový modul ze sondy Stardust vstupoval do zemské atmosféry, byla vůbec největší návratová rychlost, jaká kdy byla dosažena u uměle vyrobeného objektu.

Jednotlivé fáze přistání modulu sondy Stardust.

Návratové pouzdro Stardust krátce po dopadu, v neděli 15. 1. 2006, ve 3:10 hodin
místního (MST) času, to odpovídalo 11:10 hodin času středoevropského (snímek NASA)

Kosmický prach

Vědecký význam donesených vzorků je nesporný, neboť díky sondě Stardust máme poprvé příležitost zkoumat vzorky materiálu, ze kterého se před 4,6 miliardami let utvářela sluneční soustava. Zatímco většina hmoty kolem nás se během této nesmírně dlouhé doby vlivem nejrůznějších procesů probíhajících ve sluneční soustavě stačila pozměnit, od mezihvězdného prachu se očekává, že přinese informaci, v jakém stavu byla mezihvězdná hmota na samotném počátku vývoje sluneční soustavy. Prach byl posbírán do aerogeluAerogel – vysoce porézní látka vyrobená z kapalného gelu odpařením kapalné složky za nadkritické teploty a tlaku. Aerogely jsou průhledné, charakterizuje je mimořádně nízká hustota, pevnost a vynikající tepelně izolační vlastnosti., speciální hmoty, o níž se píše v AB 40/2003. Kromě sběru prachu sonda prováděla měření a analýzu mezihvězdného prachu přístroji  DFMIDFMI – Dust Flux Monitor Instrument, zařízení pro sledování mezihvězdného a kometárního prachu umístěné na sondě Stardust. a CIDACIDA – Cometary and Interstellar Dust Analyzer instrument, analyzátor kometárního a mezihvězdného prachu umístěný na sondě Stardust..

Nalevo: kometa Wild 2 (1990, IFA). Napravo: planetka Annefrank (2002, Stardust).

Bonus: Animace „Stardust – přistání“

Odkazy