Voyager 2: Návštěva u ledových obrů aneb Velká cesta Sluneční soustavou (část 3.)

19.07.2015 - Tomáš Přibyl

V minulých dílech seriálu jsme se věnovali zrodu „Velké cesty“ sond Voyager a také výsledkům automatu s pořadovým číslem jedna. Nyní je tedy na řadě „dvojka“


Reklama

Voyager 2 odstartoval 20. srpna 1977 jako první, ale jeho později vypuštěný sesterský automat jej podle plánu po rychlejší dráze záhy předstihl. „Dvojce“ způsobila první problémy na cestě už nosná raketa, která během startu provedla natáčecí manévr rychleji než se předpokládalo. Reagovala sice na aktuální situaci, ale stabilizační gyroskopy sondy nebyly na podobné „škubnutí“ dimenzované, a tak v řídicím středisku prožili horké chvilky, než se potvrdilo, že sondě nečekaný manévr neublížil. Voyager 2 se nakonec dostal na eliptickou dráhu kolem Slunce s hodnotou pericentra 1 a apocentra 6,28 AU (astronomická jednotka; střední vzdálenost Země–Slunce). Tato dráha jej naváděla na setkání s Jupiterem v červenci 1979.

Předchozí části seriálu:

Jeden problém za druhým

Po dosažení plánované trajektorie ovšem nepřišel signál o vyklopení přístrojové plošiny. Navíc se nemohlo zorientovat hvězdné čidlo, které má určovat polohu zařízení: evidentně jej mátly kousky izolace a další úlomky, které si sonda vezla s sebou, což je nepříjemné, ale poměrně časté. Čidlo se však záhy umoudřilo a stejně tak vypadala nadějně situace s přístrojovou plošinou. Ta se totiž podle dostupných dat nacházela jen 0,5° od předpokládané pozice, a tedy v rámci tolerance. Nejspíše se tudíž vyklopila a závada byla pouze na čidle.

Deset dní po startu však Voyager 2 připravil řídicímu středisku další nepříjemné překvapení: jeho korekční trysky měly slabší výkon, než se plánovalo. Podle všeho byl na vině špatný návrh sondy – její konstrukce lehce blokovala proud plynů a ty „tlačily“ v jiném směru. Jelikož bylo palivo rozpočítáno doslova na gramy, nedostávalo se ho náhle pro misi k Saturnu, o pokračování cesty k Uranu a Neptunu ani nemluvě. Přesněji: K Saturnu sice palivo stačilo, ale s nulovou rezervou. Nic se tudíž nesmělo pokazit. Inženýři NASA se posléze rozhodli změnit podobu manévrů sondy a orientovat ji na hvězdu Deneb (v plánu byla orientace na Canopus). Nová poloha Voyageru 2 tak měla zajistit menší tlak slunečního záření, a tedy méně korekčních manévrů.

Během testů se také ukázalo, že přijímač může kvůli závadě zachytávat signály ze Země asi jen na jedné tisícině pásma, s nímž se počítalo. Do tohoto rozmezí bylo přitom poměrně obtížné se trefit, protože vlivem Dopplerova efektu dochází při vysokých rychlostech k posunu frekvencí. Voyager 2 tak často „přeslechl“ povely ze Země, ale technici nakonec vyřešili situaci tak, že příkazy posílali na různých frekvencích – sonda tudíž vždy alespoň jednu sadu zachytila.

Naplánováno na milimetry

Pro průlet kolem krále mezi planetami, jak se Jupiter často označuje, přicházelo v úvahu několik trajektorií. Nakonec na Zemi vybrali trasu, která sice nebyla optimální pro průzkum planety, ale dávala šanci na realizaci cesty Jupiter–Saturn–Uran–Neptun. Mnozí vědci to kritizovali, protože se podle hesla „lepší vrabec v hrsti než holub na střeše“ chtěli soustředit na jistá data: nevěřili, že sonda bude schopná fungovat do roku 1989. Technici NASA ale nakonec zvítězili, když argumentovali mimo jiné tím, že u Jupitera už byly tři sondy a nelze zjistit mnoho nového. Samozřejmě se mýlili, ale podstatné je, že cesta k Uranu a Neptunu byla zachráněna.

V precizní choreografii průzkumu Jupitera a jeho měsíců bylo na poslední chvíli provedeno několik změn. Ty se uskutečnily doslova v řádu dnů (mezi ukončením průzkumu Voyagerem 1 a zahájením sledování Voyageru 2 uplynulo šest týdnů; ne všechny výsledky však byly k dispozici okamžitě), což představovalo po letech pečlivého plánování skutečně šibeniční termín. Ale na objev aktivních sopek na měsíci Io, polárních září či prstenců prostě nebylo možné nereagovat.

Plánovači se navíc poučili z problémů „jedničky“, u níž se kvůli silné radiaci rozešel čas mezi palubními hodinami a počítačem, takže se některé úkony prováděly nekoordinovaně: kamery například snímkovaly, když byla přístrojová plošina v pohybu, takže fotografie byly rozmazané. V důsledku větší vzdálenosti od Jupitera sice technici problémy s radiací nečekali, přesto upravili řídicí systém tak, aby prováděl synchronizaci každou hodinu. A bylo to prozíravé: Voyager 2 měl s radiací větší problémy než jeho předchůdce. Nemohl tak třeba přijímat některé povely, a dokonce bylo nutné vypnout (a uchránit tím před poškozením) citlivý ultrafialový spektrometr.

Starý (ne)známý Jupiter

Zatímco sondy Pioneer 10 a 11 zkoumající Jupiter s rozestupem třinácti měsíců zaznamenaly v atmosféře a okolí planety jen minimální odlišnosti, data z obou Voyagerů jako by pocházela z různých světů: výrazně se změnila pozice a podoba Velké rudé skvrny; Voyager 2 pak proletěl dynamickou sférou vlivu planety třikrát, přičemž každý průlet trval zhruba deset minut, zatímco v případě první sondy šlo vždy jen o necelou minutu.

Při přibližování k Jupiteru bylo už z velké vzdálenosti zahájeno snímkování sopečného měsíce Io v naději, že se opět najde něco zajímavého. Spektrografická měření však ukazovala pokles iontů síry a kyslíku (zřejmě důkaz menší vulkanické aktivity), ale 4. července 1979 se podařilo vyfotografovat výtrysk ze sopky vysoký 200 km. Další průzkum potvrdil nejméně tři aktivní vulkány a také vazbu měsíce Io na polární záře na Jupiteru: v místech vlivu měsíce byla záře výraznější a silnější. Na snímcích měsíců Ganymed a Kallisto pak byly objeveny „šňůry“ kráterů za sebou: jev, který jsme nedokázali vysvětlit až do roku 1993, kdy Jupiter svým gravitačním polem „roztrhal“ kometu Shoemaker-Levy 9, jež následně vstoupila do jeho atmosféry. Evidentně nešlo o ojedinělý jev.

Dne 9. července 1979 se uskutečnil nejbližší průlet – sonda minula planetu ve vzdálenosti 650 000 km. Dvě hodiny po nejtěsnějším přiblížení došlo k 76minutovému zážehu motorů, čímž byl Voyager 2 nasměrován k setkání se Saturnem.

Neposlušná plošina 

Stejně jako u Jupitera byla i Saturnu dráha letu primárně podřízena další cestě. Naštěstí ale vhodně doplňovala předchozí pozorování, díky nimž mohl mít Voyager 2 lepší nastavení přístrojů (výměna filtrů, expoziční časy apod.), a upravil tak mnohé předchozí domněnky. Například u měsíce Mimas vědci soudili, že má povrch ledový, „dvojka“ ale ukázala, že je tento satelit naopak posetý krátery.

K největšímu přiblížení k Saturnu došlo 26. srpna 1980 ve vzdálenosti 101 000 km od horní vrstvy oblačnosti. O 36 minut později se sonda dostala do rádiového stínu za planetu a byla 90 minut bez kontaktu se Zemí. Ačkoliv šlo o plánovaný úkon, v řídicím středisku panovala značná nervozita, protože v té době Voyager 2 prolétal skrze prstence a případný střet s větším kusem materiálu mohl být fatální. Pioneer 11 sice ukázal, že průlet je možný, nikoliv však jistý; při rychlosti 13 km/s se totiž i srážka se zrnkem písku může stát osudovou. A skutečně: v minutách bezprostředně před průletem prstenci a po něm zaznamenala sonda tisíce zásahů nepatrnými zrnky prachu. Všechna byla naštěstí příliš drobná, než aby jí uškodila, nicméně byla v důsledku nárůstu plazmatu v okolí sondy a rádiového šumu detekována. Voyager 2 navíc provedl stovky drobných zážehů korekčních motorů, jimiž upravoval narušení stability po zásazích. Když se pak sonda vynořila zpoza Saturnu, propukl v řídicím středisku nelíčený jásot.

Jenže nadšení vystřídalo zklamání, když se ukázalo, že orientovaná plošina natáčející sadu přístrojů požadovaným směrem je ve špatné poloze. Její výškové nastavení fungovalo, ale stranové nikoliv. Palubní počítač proto přerušil veškeré manévry, aby ji ještě více nepoškodil. Zastavil ji však ve chvíli, kdy sluneční záření směřovalo přímo do všech přístrojů, což je mohlo poškodit. Bylo tak zrušeno snímkování měsíce Tethys a prioritou se stalo odklonění plošiny. Vzhledem k její špatné orientaci byla navíc většina provedených pozorování bezcenná: plošina směrovala kamery i další přístroje do míst, kde nebylo nic zajímavého. Přesto se podařilo na jednom takto naslepo pořízeném snímku objevit měsíc Tethys ze vzdálenosti 120 000 km a s rozlišením 2 km.

Při odletu 29. srpna, kdy byl pořízen rozlučkový snímek Saturnu, tak zůstával výzkumný program silně omezen: pro pozorování bylo nutné natáčet celou sondu (která rozhodně neměla pohonných látek na rozdávání); 25. září došlo k ukončení pozorování a se zablokovanou plošinou zamířil Voyager 2 k Uranu.

Opravy na miliardy kilometrů

Při cestě ke vzdáleným planetám představovala další velkou výzvu navigace, protože polohu těchto těles jsme znali díky pozorováním ze Země s přesností na tisíce kilometrů – což je sice obdivuhodné, ale pro přesnou navigaci nedostatečné. Stejně tak existoval problém s určením polohy sondy: radarová sledování nevykazovala postačující přesnost, takže NASA byla odkázána na výpočet polohy Voyageru 2 z jeho snímků. Později se ukázalo, že inženýři spočítali pozici sondy na vzdálenost tři miliardy kilometrů s neuvěřitelnou přesností 20 km!

Voyager 2 bylo také nutné přeprogramovat, protože nedostatek světla vyžadoval čtyřikrát delší expoziční doby snímků než u Saturnu. Zároveň se podařilo vyvinout novou metodu orientace využívající kratší zážehy motorů: ta byla nejprve otestována na sesterském Voyageru 1, který měl jednak více paliva a jednak byl v případě nezdaru postradatelný.

Největší vrásky na čele ovšem působila technikům na Zemi nefunkční přístrojová plošina. Prostřednictvím detailní analýzy a testů (speciálně pro ně bylo postaveno a zkoušeno skoro osm desítek různých komponent) se zjistilo, že časté a rychlé změny polohy při průletu u Saturnu vedly k totální ztrátě mazadla, v důsledku čehož se mechanismus zadřel. Pro představu: Autoři Paolo Ulivi a David Harland v knize Robotic Exploration of the Solar System zmiňují, že používání mazadel ve stavu beztíže, vakuu a při neustálých a dramatických proměnách teplot je svým způsobem černá magie. Mazadlo se naštěstí po několika letech umoudřilo, vrátilo se na původní místa a plošinu bylo možné znovu používat. Nicméně technici rozhodli ji natáčet pomaleji a co nejméně. Navíc vznikl počítačový program, který s opětovným zaseknutím počítal (aby se předešlo ztrátě pozorování).

Matematici mezitím vyvinuli nový algoritmus pro přenos obrázků: každý pixel byl nyní charakterizován jen změnou jasnosti ve srovnání s pixelem předchozím – nevysílala se tedy samostatně jasnost každého pixelu. Díky tomu zabral každý pixel jen tři namísto osmi bitů, což umožnilo naplánovat získání dvou set fotografií v porovnání s obvyklými šedesáti. Na tuto komprimaci byl vyhrazen celý záložní počítač.

Premiéra u Uranu a Neptunu

První navigační snímky Uranu pořídil Voyager v červnu 1985 a zanedlouho spatřil i první viditelný prstenec planety, který dostal označení epsilon. Sondě se jevil jako kruh, protože osa rotace planety směřuje prakticky ke Slunci. A jelikož Voyager 2 přilétal od Slunce, mířil tak k severnímu pólu Uranu. Ke čtyřem do té doby známým měsícům planety objevila sonda dalších deset. Nejbližší průlet uskutečnila 24. ledna 1986 ve vzdálenosti 107 000 km a 14. února pak provedla 2,5hodinový zážeh motorů, při němž spotřebovala 12 kg hydrazinu: došlo ke korekci dráhy letu a k nasměrování Voyageru 2 k Neptunu.

Možná více než samotná planeta zajímal vědce její největší měsíc Triton, který se v době startu sondy považoval za vůbec největší satelit ve Sluneční soustavě. Jenže bližší pozorování ukázala, že jsme se mýlili: má průměr jen 2 700 km, a je tak až sedmým největším. Patří mu ale jiný primát – představuje zřejmě nejchladnější místo v našem solárním systému, protože teplota na jeho povrchu dosahuje 38 K. Přesto na něm Voyager 2 objevil gejzíry! Ty nejspíše vznikají tak, že tmavá místa absorbují sluneční záření, čímž dochází k ohřátí podpovrchového dusíku, jenž se pak jednorázově uvolňuje ve formě výtrysků. Jde o druhý případ povrchové aktivity na některém tělese Sluneční soustavy, Zemi nepočítaje. K průletu u Neptunu došlo 25. srpna 1989 a 1. února 1990 byla výprava obou sond změněna na Voyager Interstellar Mission. Voyager 2 je dnes od Země vzdálen okolo 110 AU a stále funguje; to je přitom výkon, o kterém se tvůrcům sondy při jejím startu v roce 1977 ani nesnilo.

  • Zdroj textu:

    Tajemství vesmíru 9/2013

  • Zdroj fotografií: NASA

Reklama

Další články v sekci

Reklama

Reklama

Aktuální články

Bílý slon je absolutní a finančně velmi nákladnou přítěží, kterou ale nemůžete nepřijmout

Historie
Válka

Dineobellator žil ve světě těsně před dopadem osudového meteoritu.

Věda

Slayton během výcviku na trenažéru v Houstonu - lékaři mu diagnostikovali vzácnou srdeční vadu. Ani je však nenapadlo ho vyřadit z přípravy ke kosmickým letům.

Vesmír

Historie Leptis Magna byla krátká, avšak oslňující. Město vzniklo v 7. století př. n. l. coby obchodní přístav Féničanů a dlouho tvořilo součást Kartága. 

Cestování

V Zoo Praha se narodilo mládě slona indického.

Zajímavosti

Nové časopisy Extra Publishing

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