Kosmické rychlosti: Jak rychle je třeba letět do vesmíru?

28.10.2018 - František Martinek

Od 4. října 1957, kdy byla na oběžnou dráhu kolem Země vypuštěna první umělá družice, odstartovalo do vesmíru mnoho kosmických těles. Aby se však tyto pozemské objekty dostaly do různých oblastí kosmu, bylo nutné jim udělit potřebnou rychlost

První kosmická -<p>Družice se na nízké oběžné dráze Země pohybují ve výškách mezi 200 a 400 km, aby se snížilo tření o svrchní atmosféru</p>
První kosmická -

Družice se na nízké oběžné dráze Země pohybují ve výškách mezi 200 a 400 km, aby se snížilo tření o svrchní atmosféru


Reklama

Kolem Země

Na umělou družici Země mají vliv především dvě síly – gravitační působení naší planety a odstředivá síla –, které musejí být v rovnováze. Z této podmínky pak lze vypočítat první kosmickou rychlost v1, jež má hodnotu 7,9 km/s (28 440 km/h). Jde o rychlost tzv. nulové družice, jejíž oběžná dráha by ležela prakticky na povrchu Země, což v praxi realizovat nelze. Nejmenší výška, v níž satelit dokáže vykonat alespoň jeden oběh kolem naší planety, činí zhruba 160 km (v důsledku odporu atmosféry). Abychom docílili dlouhodobé životnosti družic, musíme je dopravit na vyšší dráhy.

K Měsíci a planetám

Aby umělé těleso uniklo z gravitačního pole Země, musíme mu při startu udělit druhou kosmickou rychlost v2 (11,2 km/s, tj. 40 320 km/h): opustí tak sféru aktivity naší planety a přejde do sféry vlivu Slunce. Jeho původní geocentrická dráha se změní na heliocentrickou – blízkou dráze, po níž Země obíhá kolem své hvězdy. Druhou kosmickou rychlostí (nazývá se také úniková) můžeme vyslat sondu například k Měsíci – pro lety k planetám jí však musíme udělit rychlost vyšší.  

Mimo Sluneční soustavu

Udělíme-li sondě vyšší rychlost než v2 ve směru pohybu Země kolem Slunce, dostane se na eliptickou dráhu s afelem za orbitou naší planety a s perihelem ve vzdálenosti Země od Slunce. Čím vyšší přitom bude startovní rychlost tělesa, tím dále za zemskou drahou se bude nacházet afel jeho dráhy. (Perihel představuje bod, kde je sonda Slunci nejblíže, v případě afelu platí opak.) Pro let k Marsu je třeba startovat rychlostí zhruba 11,6 km/s, k Jupiteru 14,2 km/s a k Plutu 16,3 km/s. Při rychlosti přibližně 16,7 km/s (60 120 km/h) – což je třetí kosmická rychlost v3 – překoná těleso gravitační působení Slunce a navždy opustí náš solární systém.

Let ke Slunci

Chceme-li vypustit sondu k vnitřním planetám (případně k naší centrální hvězdě), musíme jí udělit rychlost větší než v2, avšak ve směru opačném k oběhu Země. Přitom platí, že čím vyšší startovní rychlost, tím blíže ke Slunci se bude nacházet perihel eliptické dráhy tělesa; afel pak bude vždy ležet ve vzdálenosti naší planety. Při startu rychlostí v3 směrem ke Slunci se sonda dostane do vzdálenosti 30,9 milionu kilometru od jeho středu, a pro let na Slunce je tedy nutné jí udělit čtvrtou kosmickou rychlost v4, která činí 31,8 km/s (114 480 km/h). Půjde tak v podstatě o volný pád sondy na hvězdu.

Kolmo k ekliptice

Udělíme-li meziplanetární sondě třetí kosmickou rychlost ve směru pohybu Země, unikne ze Sluneční soustavy. Bude se však pohybovat v rovině ekliptiky (v rovině oběžné dráhy naší planety kolem Slunce), může tedy doletět pouze ke hvězdám v této rovině. Pro let ke stálicím nad rovinou ekliptiky nebo pod ní je nutný start poněkud vyšší rychlostí: při poloze hvězdy 20° od této roviny dosahuje nezbytná startovní rychlost 20,7 km/s, při 45° již 31,8 km/s. A leží-li hvězda v blízkosti pólu ekliptiky, musí sonda ze Země startovat rychlostí 52,8 km/s (190 080 km/h), přičemž zmíněnou hodnotu označujeme jako pátou kosmickou rychlost v5.

V protisměru

Některá tělesa se ve Sluneční soustavě pohybují proti směru oběhu planet. Vypustíme-li například k Halleyově kometě sondu ve směru pohybu Země, dosáhne vzájemná rychlost obou těles při setkání zhruba 70 km/s. Vypustíme-li však umělé těleso proti směru pohybu naší planety šestou kosmickou rychlostí v6 (72,8 km/s, tj. 262 080 km/h), bude vzájemná rychlost sondy a komety při setkání minimální. Jelikož rychlost oběhu Země kolem Slunce kolísá přibližně od 29,3 do 30,3 km/s (v důsledku eliptické dráhy), budou se nepatrně lišit i okamžité hodnoty třetí až šesté kosmické rychlosti.

Dosavadní rekord

Dosud nejvyšší rychlostí (16,26 km/s, tj. 58 536 km/h) byla vypuštěna sonda New Horizons, která v roce 2015 proletěla kolem trpasličí planety Pluto. Přestože jí nebyla při startu udělena třetí kosmická rychlost, opustí Sluneční soustavu podobně jako sondy Pioneer 10 a 11 či Voyager 1 a 2 – všechny byly totiž urychleny právě při průletu kolem obřích planet.

  • Zdroj textu:

    Tajemství vesmíru

  • Zdroj fotografií: NASA, ESA, Wikipedie

Reklama

Další články v sekci

Reklama

Reklama

Aktuální články

Mamuti patří k dávným živočichům, u nichž existuje alespoň teoretická šance, že se nám je podaří naklonovat.

Zajímavosti

Únosů mladých žen a dívek indiány se v historii odehrálo hned několik

Historie

Soustava evropských teleskopů

V provozu od roku: 1998–2001
Průměr: každý ze čtyř dalekohledů 8,2 m

Soustava dalekohledů VLT (Very Large Telescope) představuje vlajkovou loď evropské astronomie pro pozorování vesmíru ze zemského povrchu. Jedná se o největší systém evropských teleskopů: Vyrostl na hoře Cerro Paranal na severu Chile, v centrální části pouště Atacama, která je nejsušším místem na světě. Dalekohledy spravuje Evropská jižní observatoř (European South Observatory, ESO), k jejímž členům se od roku 2007 řadí i Česká republika. 

Základ observatoře tvoří čtyři dalekohledy, každý o průměru 8,2 m: Antu (v provozu od roku 1998), Kueyen (1999), Melipal (2000) a Yepun (2001). Kromě toho do soustavy patří i čtyři pomocné přístroje o průměru 1,8 m. Mohou pracovat všechny společně, a vytvořit tak obří interferometr VLTI, který astronomům umožní sledovat až 25× jemnější podrobnosti než v případě každého teleskopu zvlášť.

Do vybavení dalekohledů jsou zařazovány stále nové a dokonalejší detektory i kamery. Například zařízení GRAVITY pro interferometr VLTI provedlo první přímé pozorování exoplanety prostřednictvím optické interferometrie. Díky této metodě se podařilo odhalit komplexní atmosféru tělesa, v níž oblaka železných a křemičitých částic víří v bouři planetárních rozměrů. Použitý postup nabízí jedinečnou možnost průzkumu dnes známých planet mimo Sluneční soustavu.

Přístroj GRAVITY rovněž přinesl další důkaz dlouho předpokládané přítomnosti superhmotné černé díry ve středu naší Galaxie. Nová pozorování zachycují shluk plynu obíhající po kruhové dráze těsně nad horizontem událostí, a to rychlostí odpovídající až 30 % rychlosti světla. 

Vesmír

Požáry v Grónsku z roku 2017

Věda
Zajímavosti

Karikaturisté ukazovali bitvu jako klání generálů – v zákopech ale trpěly desetitisíce vojáků.

Válka

Nové časopisy Extra Publishing

RSSInzerceO serveru (Redakce)Partnerské weby
© Extra Publishing, s. r. o. 2007–2011. ISSN 1804-9907