Odepsaná sonda, která nakonec uspěla: Japonská Akacuki odhalila překvapivá tajemství atmosféry Venuše

Náš nejbližší planetární sourozenec je téměř stejně velký jako Země, kolem Slunce obíhá jen o něco blíž, a přesto se dramaticky odlišuje. Povrch Venuše kryjí husté šedé mraky, panuje tam téměř devadesátkrát vyšší tlak než na Zemi a teploty dosahují žhavých 460 °C. Zatím poslední družicí, která se pokusila odhalit tajemství tohoto nehostinného pekla, se stala japonská Akacuki neboli „úsvit“.

Zrození Úsvitu

Mise Akacuki, nazývaná též Planet-C, se zrodila na počátku milénia v laboratořích kosmické agentury JAXA. Tým japonských vědců a inženýrů si vytyčil odvážný cíl – rozplést záhady větrných proudů, vln a chemických složek v atmosféře Venuše. Vybavení sondy proto zahrnovalo pětici kamer citlivých na záření o různé vlnové délce, od ultrafialového po infračervené, plus mimořádně přesný rádiový oscilátor, který umožnil provádět experimenty s využitím rádiových vln.

Ultrafialová kamera UVI sloužila ke skenování vrstev horní oblačnosti a k vyhodnocení distribuce plynů, jako je oxid siřičitý. Infračervené kamery IR1 a IR2 umožnily nahlédnout skrz husté mraky: IR1 mohla dokonce pomoct detekovat tepelné signály z povrchu, pocházející například z vulkanismu, zatímco IR2 sledovala nižší vrstvy atmosféry.

Dlouhovlnná infračervená kamera LIR snímala tepelné záření od horní oblačnosti, což pomohlo mapovat teplotní struktury. Od zařízení Lightning and Airglow Camera alias LAC si pak mnozí hodně slibovali, protože bylo navrženo pro detekci blesků – potenciálního důkazu bouřkové aktivity v temných a hustých vrstvách Venuše. A nakonec ultrastabilní oscilátor USO prováděl rádiová měření.

Po vypuštění na raketě H-IIA z kosmodromu Tanegašima, k němuž došlo 20. května 2010, následovala přeletová fáze a v prosinci téhož roku se měla sonda usadit na oběžné dráze sesterské planety. Operace však selhala a mnozí považovali misi za ztracenou. Jenže Japonci se nehodlali jen tak vzdát.

Popravdě řečeno je lze nazvat mistry v záchraně kosmických výprav: Stačí si vzpomenout na sondu Hajabusa, která odebrala vzorky z asteroidu Itokawa a dokázala je dopravit na Zemi, přestože se potýkala s velmi podobným problémem jako Akacuki. Obě mise utrpěly poruchu v chemickém pohonném systému kvůli zaseknutému či chybnému ventilu, což vedlo k selhání motorů a k přechodu do nouzového režimu. Nakonec se ovšem podařilo oba automaty zachránit a mise zdárně dokončit. Ale nepředbíhejme…

Druhá šance

Po neúspěšném pokusu o usazení na orbitě u Venuše zůstala Akacuki na heliocentrické oběžné dráze, byla funkční a komunikovala. Tým měl tedy pět let, aby vymyslel plán B – přesně za tolik roků měl totiž následovat další blízký průlet okolo cílové planety. Tehdy padlo rozhodnutí vypracovat scénář dalšího zážehu a sonda byla uvedena do hibernace, aby se její životnost prodloužila nad původně plánovaných 4,5 roku. Následné vyšetřování incidentu však nevypadalo vůbec dobře.

Ukázalo se, že neúspěšný zážeh úplně zničil trysku hlavního motoru. Ten sice nadále fungoval, ale jeho výkon výrazně klesl a k usazení na oběžnou dráhu byl příliš nízký. Tým se proto rozhodl použít k manévru orientační trysky. Vědci nechali vypustit okysličovadlo pro hlavní pohon, čímž se snížila celková hmotnost sondy, a naplánovali zážehy korekčních motorů. Výpočty ukazovaly, že by to mělo stačit.

A skutečně: Po sérii přesných manévrů vstoupila Akacuki na dráhu okolo Venuše. Jelikož ovšem pro původní nízkou orbitu tah motorů nepostačoval, padla volba na alternativní vysoce eliptickou dráhu. Inženýři plánovali, že bude prográdní – tedy ve směru atmosférické superrotace – a bude ležet v oběžné rovině planety. Akacuki tak mohla konečně začít zkoumat svůj cíl.

Zcela nečekané objevy

Pouhé tři hodiny po vstupu sondy na oběžnou dráhu spatřili vědci obrovskou vlnu vysokých mraků ve tvaru luku, širokou asi 10 000 km. Zůstávala zafixovaná nad terénem Venuše navzdory faktu, že v okolní atmosféře vál vítr rychlostí až 100 m/s. Vlna se však ani nepohnula. Mohla vzniknout díky tomu, že horské masivy na planetě tlačí těžkou spodní atmosféru vzhůru, kde je plyn řidší, a gravitace se snaží rovnováhu obnovit.

Šlo přitom jen o jeden střípek, který nám opět ukázal složitost tamního atmosférického systému. Další překvapení znamenal silný rovníkový jet stream v nižších až středních vrstvách mraků, ve výškách okolo 50–60 km. Pomocí kamer pracujících v infračervené oblasti dokázali vědci sledovat kontury oblaků a měřit jejich pohyb. Rychlost daného pohybu přitom směrem k rovníku roste, což je přesný opak našich předpokladů. Popsaný jev zůstává zatím záhadou, ale právě takový tok by mohl přispět k vysvětlení extrémně rychlé rotace atmosféry.

Akacuki objevila i složité vzory mraků v nočních oblastech: Pruhy o délce stovek až tisíců kilometrů se projevují jako stínové struktury a výzkumníci je interpretovali coby výsledek vertikálních proudů, kdy atmosféra v určitých regionech klesá. Numerické simulace ukázaly, že by se jejich vznik mohl pojit s interakcí atmosférických vln a velmi silných větrů. Zmíněný fenomén známe i ze Země, ale na Venuši probíhá v extrémních podmínkách.

Sonda rovněž zaznamenala zvýšenou rychlost větru v první polovině noci v blízkosti rovníku. Mohlo by se jednat o důsledek ohřívání horní oblačnosti během dne, které vytváří nestabilní vrstvy a vertikální pohyby vzduchu. Daný proces se nazývá „termální přílivy“ a může přenášet hybnost, která nakonec přispívá k udržení superrotace. Venuše se totiž kolem své osy otočí jednou za 243 pozemských dní, ale horní mraky ji obkrouží přibližně za čtyři dny, tedy zhruba šedesátkrát rychleji.

Předpověď počasí pro Venuši

Popsané jevy astronomy zajímají. Naznačují totiž, že také exoplanety ve vázané rotaci se svou hvězdou mohou mít otáčející se atmosféru, jež dokáže distribuovat teplo i na věčně odvrácenou stranu – čímž se výrazně rozšiřuje seznam míst potenciálně vhodných pro život. Bude samozřejmě potřeba další výzkum a přesnější pochopení dějů v atmosféře Venuše. Poprvé však vznikají simulace, modely a předpovědi počasí mimo Zemi.

Díky uvedené kombinaci přímého měření a vědeckého modelování získáváme nejen pohled na fungování naší planetární sousedky, ale i širší perspektivu a vhled do extrémní meteorologie.

Významným objevem, zveřejněným v roce 2018, se stal výskyt hustých mračen malých částic v blízkosti přechodu mezi horní a střední oblačností, popsaný jako „nová a záhadná morfologie komplexní oblačnosti“. Do roku 2017 publikoval vědecký tým 3D mapy struktury atmosféry Venuše na základě dat ze sondy. Mezi získané fyzikální veličiny patřily tlak, teplota, hustota páry a elektronů v ionosféře i jejich variace.

Do roku 2019 byly potom zveřejněny první výsledky týkající se morfologie, časových změn a větrů ve střední oblačnosti: Zahrnují přitom neočekávaně vysoké kontrasty, jež by mohly naznačovat přítomnost absorbérů, jako je voda.

A jak to dopadlo s blesky zmiňovanými v úvodu? Do července 2019 shromáždila Akacuki 16,8 hodiny pozorování noční strany planety – a k velkému překvapení odborníků neodhalila ani jeden blesk, přestože předešlé mise jako evropská Venus Express je zaznamenaly. Situace tudíž vyloženě volá po dalším průzkumu.

Konec i začátek

Agentura JAXA misi Akacuki oficiálně ukončila teprve loni v září. Komunikace se však přerušila již v dubnu 2024 a po neúspěšných pokusech o obnovu spojení následovalo definitivní vypnutí. Sonda každopádně pořídila jedny z nejdetailnějších snímků Venuše, které máme k dispozici, a vyšlapala cestu dalším průzkumníkům. Japonští technici se z chyb v programu poučili, což povede k vylepšením budoucích sond.

Mise jako Akacuki ukazují, že i když se něco nepovede podle plánu, vytrvalost a kreativita mohou přesto přinést úspěch. Sonda dostála svému jménu a skutečně znamenala úsvit nového nahlížení na atmosféry planet.