Invaze na Mars Úspěchy a neúspěchy kosmické flotily JAXA/NOZOMI Vladimír Kopecký Jr. Když jsem v Astropise číslo 3/2003 psal o flotile kosmických sond, která díky neobvykle šťastné konfiguraci planet zamířila k Marsu, byl jsem pln naděje a očekávání. Ještě nikdy v minulosti nemělo tolik kosmických sond pracovat současně na výzkumu jakékoli cizí planety. Nyní je již osud kosmických misí zpečetěn a my můžeme bilancovat. V následujících řádcích se vás tedy pokusím seznámit s úspěchy i neúspěchy jednotlivých kosmických misí, s prvními vědeckými výsledky a zajímavostmi, které nám uplynulé měsíce výzkumu rudé planety přinesly. Ztracená Naděje Kosmická sonda Nozomi (japonsky naděje ) byla prvním pokusem japonské kosmické agentury JAXA o meziplanetární sondu. Od počátku jejího vypuštění v červnu roku 1998 ji však provázely samé potíže k Marsu měla přilétnout již za 15 měsíců, ale pomocná raketa ji vychýlila ze správného kurzu. Japonci se snažili Nozomi opět navrátit na správnou dráhu k Marsu, avšak to bylo možné pouze za cenu využití gravitačního praku Země při opakovaných návratech sondy k mateřské planetě v letech 2002 a 2003. I když se vědci snažili maximálně šetřit při manévrech s palivem, nakonec stejně došlo k nejhoršímu a Nozomi se ocitla bez dostatečného množství paliva pro navedení na oběžnou dráhu 6 1 / 2 0 0 4 Marsu. Naštěstí se podařilo alespoň zabránit pádu sondy na povrch Marsu, protože v takovém případě by zcela jistě došlo ke kontaminaci Marsu pozemskými mikroorganismy, neboť Nozomi, jakožto pouhá družice, nebyla dostatečně sterilizována. Sonda tedy prosvištěla 14. prosince 2003 kolem Marsu ve vzdálenosti 1000 km a v současnosti míří do vzdálených končin sluneční soustavy. Díky opotřebení sondy a tomu, že se příliš vzdálí od Slunce, na což není stavěna, je sonda již oficiálně považována za ztracenou (i když bude stále obíhat po heliocentrické dráze zhruba s periodou dvou let). Japonští vědci tak přišli o svou Naději a ta se stala třetí neúspěšnou misí k Marsu v posledních pěti letech (neúspěšnou bilanci rozšířila posléze sonda Beagle 2). Snímek vlevo ukazuje sondu Mars Express přilétávající k Marsu. Nahoře na sondě je patrné pouzdro přistávacího modulu Beagle 2 (diskový předmět nahoře za parabolickou anténou). Snímek vpravo pak ukazuje jeden z prvních snímku Marsova povrchu z paluby sondy Mars Express. Snímek byl pořízen kamerou vysokého rozlišení 14. ledna 2004 a ukazuje část 1700 km dlouhého a 65 km širokého kaňonu Valles Marineris (celé je vidět na obrázku vlevo nahoře za sondou). Rozlišení snímku je 12 m na obrazový bod. ESA/Mars Express Tato představa japonských vědců se naplnila jen na okamžik. Sonda Nozomi 14. prosince 2003 pouze prolétla ve vzdálenosti 1000 km kolem Marsu a vzhledem k nedostatku paliva se ji na oběžnou dráhu nepodařilo navést. Beagle 2 potopeno Do přistávacího modulu Beagle 2 vkládali naděje snad všichni astrobiologové světa. Mělo jít o sondu, která byla dobře vybavena, aby zodpověděla s definitivní platností otázku, zda je či není na Marsu život. Vše probíhalo poměrně hladce 19. prosince 2003 došlo k úspěšnému oddělení přistávacího modulu Beagle 2 od mateřské lodi Mars Express a ten se vydal na svoji samostatnou pouť k povrchu. 25. prosince ve 2:47 světového času vstoupil Beagle 2 rychlostí 20 000 km/hod do atmosféry Marsu. Jeho tepelný štít se rozpálil na 1700 C, po zbrždění se měl ve výšce 7,5 km nad povrchem otevřít padák a nakonec, ve výšce několika set metrů nad povrchem, se měly nafouknout airbagy na kterých měla sonda přistát. Všichni v řídícím středisku netrpělivě očekávali, až se Beagle 2 ozve svou charakteristickou znělkou, kterou zkomponovala britská hudební skupina Blur. Ve 2:54 měl již modul spočinout na povrchu Marsu a v 5:30 nad ním přelétávající americká sonda Mars Odyssey měla zachytit první signály. Nestalo se orbitální stanice Mars Odyssey, která již několik let pracuje na oběžné dráze kolem Marsu, nezachytila žádné signály z místa přistání v oblasti Isidis Planitia. Mezitím zapadlo na Marsu Slunce a tak nezbývalo než čekat, Mgr. Vladimír Kopecký Jr. (*1974) vystudoval fyziku na MFF UK, obor biofyzika a chemická fyzika. Pracuje na Fyzikálním ústavu UK a PřF UK, kde se zabývá spektroskopií a výpočty biomolekul. Zajímá se o astrobiologii a její popularizaci.
až se sonda znovu vynoří z temnoty a pozemské radioteleskopy se pokusí zachytit její signál. První šanci dostal obří 76metrový radioteleskop v britském Jodrell Banku v 22: 45, ale Mars stále mlčel. Nervozita britského týmu pod vedením prof. Colina Pillingera narůstala. V následujících dnech se jak Mars Odyssey, tak pozemské radioteleskopy snažily zachytit slabé signály Beaglu. 4. ledna 2004 se k nim přidala mateřská sonda Beaglu evropský Mars Express, který byl mezitím úspěšně naveden na oběžnou dráhu. Všechny pokusy však byly až dosud marné a sonda je tudíž považována za ztracenou. Jde o velikou ránu evropskému kosmickému programu, který se tak úspěšně začal rozvíjet. Co se stalo s přistávacím modulem Beagle 2, který byl příznačně pojmenován po lodi, na které Charles Darwin podnikl svou slavnou přírodovědeckou expedici kolem světa, není známo. Sonda byla stavěna maximálně úsporně a její přistávací hmotnost 65 kg neumožňovala umístění doplňkových přístrojů, které by vysílaly informaci o průběhu přistávacího manévru. Vědci se nyní prostřednictvím Mars Odyssey snaží alespoň lokalizovat přesné místo dopadu sondy, které by snad napovědělo něco o tom, proč sonda havarovala. Ovšem zatím bezúspěšně. Nezbývá než spekulovat nad osudem zaniklé sondy, ale množství možných příčin je obrovské. Prakticky každý krok přistávacího manévru se mohl stát sondě osudným porušení tepelného štítu, zamotání lanek padáku, nedofouknutí airbagů to vše mohlo vést k destrukci sondy. Jinou variantou je docela obyčejné smůla sonda mohla zapadnout do nějakého hlubokého kráteru, nebo přistát na skále, ze které se později zřítila či snad zapadnout v písku marťanských pouští kdo ví. Jisté je, že přistání na Marsu je Snímek z Mars Expressu ukazuje z výšky 275 km zhruba 50km část kaňonu Valles Marineris s rozlišením až 12 m na pixel. V oblasti jsou patrné tektonické jevy krasového charakteru. velice ošidnou záležitostí a Beagle 2 utonul kdesi v pustinách Marsu. Marťanský Express Když se 19. prosince 2003 zbavila sonda Mars Express svého přívažku modulu Beagle 2, všichni si oddechli, neboť pokud by se modul neoddělil, mohla být ohrožena i mise samotné mateřské lodi. Mars Express tak měl nejhorší za sebou. 25. prosince úspěšně zažehl brzdící motor a 27. prosince byl naveden na rovníkovou orbitální dráhu kolem Marsu s největším přiblížením 400 km od povrchu. Stal se tak historicky první umělou družicí Marsu, kterou vyslala Evropská kosmická agentura. 4. ledna 2004 byla sonda převedena z rovníkové orbitální dráhy na dráhu polární a také její pericentrum (nejbližší bod dráhy k Marsu) se snížilo na 250 km a apocentrum (nejvzdálenější bod) se snížilo z 190 000 km na 40 000 km. Pohled na vrcholový kráter největší sopky sluneční soustavy Olympus Mons. Sopka se vypíná do výšky 22 km nad okolní terén. Její kaldera má hloubu 3 km. Snímek zabírá oblast zhruba 102 km. Nic tedy nebránilo Mars Expressu začít svoji vědeckou misi. Sonda začala samozřejmě tím, že pátrala po signálech ze zmizelého přistávacího modulu Beagle 2, ale bezúspěšně. Nicméně, i když sonda ztratila svůj přistávací modul, může docela dobře sloužit jako retranslační stanice pro americká vozítka, která mezitím přistála na povrchu. První úspěšné předání povelů prostřednictvím Expressu proběhlo 10. února 2004. Jde tak nejenom o demonstraci mezinárodní spolupráce při výzkumu rudé planety, ale samozřejmě i o praktičnost, neboť evropský Mars Express tak ESA/Mars Express Poslední pohled na Beagle 2 (jasný bod vlevo) z paluby mateřské lodi Mars Express. Snímek byl pořízen 19. prosince 2003 v 9:33 SEČ a ukazuje ze vzdálenosti zhruba 20 m zadní část pouzdra přistávacího modulu Beagle 2 pomalu se vzdalujícího směrem k Marsu. Snímek ze stereo kamery vysokého rozlišení na sondě Mars Express ukazuje náhorní plošinu, která se vypíná 3 km nad okolní terén. Původní terén byl snížen erozí a tak zde zůstaly pouze ojedinělé stolové hory. Největší kráter má průměr 7,5 km. 3D obrázek ze sondy Mars Express ukazuje vrchol kaldery Albor Tholus jednoho z vulkánů v oblasti Elysium. Kaldera má průměr 30 km a je hluboká 3 km, samotný vulkán má průměr 160 km a výšku 4,5 km. Jde o geologickou zajímavost, neboť hloubka kaldery se blíží výšce vulkánu. 1 / 2 0 0 4 7
NASA / JPL / Mars Exploration Rover Mission Řada útvarů v místě přistání sond byla pojmenována po význačných astronautech. Obrázek zachycuje komplex kopců v místě přistání Spiritu pojmenovaných po členech posádky raketoplánu Columbia, kteří zahynuli při jeho havárii 1. února 2003. Na protilehlé straně jsou kopce pojmenované po členech posádky Apolla 11. Plaketa připomínající šest amerických a jednoho izraelského astronauta zahynuvších na palubě raketoplánu Columbia je umístěna na zadní straně směrové antény roveru Spirit může bez problémů nahradit stárnoucí americký orbiter Mars Odyssey. Hlavním cílem Mars Expressu však bylo a je pátrání po vodě v atmosféře, na povrchu, ale hlavně pod povrchem Marsu. První vědecké výsledky potvrzující hojnou přítomnost vodního ledu (ve směsi se zmrzlým oxidem uhličitým) v jižní polární čepičce přišly již 23. ledna 2004. Účelům pátrání slouží nejenom ultrafialové a infračervené spektrometry, ale především radarový výškoměr a hloubkoměr MARSIS, který je tvořen 40 m dlouhou anténou. MARSIS vysílá nízkofrekvenční radiové vlny k povrchu část z nich se přímo odrazí, ale část pronikne do podpovrchových vrstev, od kterých se později odrazí zpět. Tím pádem budeme mít poprvé šanci zjistit, co je pravdy na teoriích, že veškerá voda na Marsu je ukryta v několikakilometrové hloubce pod povrchem v podobě permafrostu. Avšak analýza tak komplikovaných vědeckých dat si vyžádá ještě spoustu času. Mezitím se musíme spokojit s překrásnými snímky marsovského povrchu, které sonda pořizuje pomocí stereo kamery vysokého rozlišení (HRSC), jejichž maximální rozlišení je 2 metry. Vozítka na Marsu Dříve, než se pustím do historizujícího vyprávění o každém z vozítek, dovolím si připomenout, jaká je sestava vědeckých přístrojů na palubách obou roverů. Podíváte-li se na obálku časopisu, jistě vás upoutá na obrázku roveru jakási tyč, která ční nad vozítkem. Ta slouží pro umístění dvou stereokamer, které umožňují sledovat terén v úhlu 360 zhruba z výšky 1,5 m. Kamery pořizují třírozměrné barevné snímky ve vysokém rozlišení, které posléze slouží pro primární navigaci při pohybu vozítka po tolik komplikovaném povrchu Marsu. Sonda je ještě vybavena čelními kamerami, které slouží pro detailní ovládání robotického ramene a také proto, aby bylo možné se snadněji vyhýbat menším překážkám. Nad deskou solární panelů je ještě umístěna tenká UHF anténa, všesměrová nízkopřenosová anténa (tenčí tyčka vpravo) a vysokopřenosová směrová anténa (podivný plochý disk úplně vpravo). Samotné tělo robota umístěné pod solárními panely ukrývá celou komplikovanou elektroniku robota, kterou je nezbytné chránit před nízkými teplotami během Martovské noci. K zabránění velkých tepelných výkyvů v těle sondy slouží mimo jiné, kromě zlaté fólie a topných tělísek, též aerogel, který využívá sonda Stardust pro lapání kometárního prachu. Vpředu, těsně mezi solárními panely, je také řádka magnetů, která slouží k lapání a následné analýze částeček prachu z Marsovy atmosféry. Nejdůležitější přístroje jsou však umístěny na robotickém rameni vpředu. Jde především o Mösbauerův spektrometr, který slouží k analýze železitých minerálů na povrchu Marsu. Je také schopen prozkoumat jejich magnetické vlastnosti a určit minerály, které se formovaly v různém prostředí. APXS je německým příspěvkem k vědeckému výzkumu jde o alfačásticový rentgenový spektrometr, který při dotyku s horninou analyzuje její složení. Dále Podpis amerického prezidenta George Bushe Jr. a též vedoucích funkcionářů NASA byste našli na přistávací plošině roverů Sluneční hodiny, jak vidno, ukazují i na Marsu, jinak jde ale především o kalibrační barevnou stupnici pro kamery vozítek Na přistávací plošině vozítek (vpravo nahoře) bylo pomocí kostiček Lega uchyceno CD se 4 miliony podpisů dětí z celého světa. Navíc emblémem CD se stal kosmonaut z Lega (vložený obrázek). 8 1 / 2 0 0 4
NASA / JPL / Mars Exploration Rover Mission NASA / JPL / Mars Exploration Rover Mission Marsovská vozítka zanechávají na povrchu různé stopy. Vlevo je vidět pohled z kamery roveru Opportunity, ukryté pod deskou solárních panelů, zpět na přistávací plošinu a na varhánkovité stopy koleček. Obrázek vpravo ukazuje stopy po dopadech airbagů na povrch Marsu, které byly zřetelně patrné v okolí místa přistání Opportunity. je na rameni umístěn mikroskop kombinovaný s kamerou. Nic by však nebylo tak zajímavé, pokud by se na rameni nenacházela RAT (anglicky krysa ). Jde vlastně o malou brusku, která je schopna odbrousit vrstvu nánosů ze zhruba 5 cm povrchu kamene a do hloubky 5 mm. Odhalí tím původní povrch horniny a umožní její detailnější analýzu. Na palubě je pak ještě ukryt přímo klasický instrument Mini-TES, tedy mini termálně emisní spektrometr, který analyzuje infračervené záření hornin a může tak rozeznat uhlíkaté sloučeniny, silikáty a minerály formované v přítomnosti vody. Celkově tak vozítka připomínají dobře vybavené terénní geology. Jejich pohyb však není nikterak závratný urazí maximálně 40 m denně a v noci pochopitelně odpočívají a šetří energii. Co je však neuvěřitelně překvapivé na palubu přistávacích modulů se vešla také spousta suvenýrů. Předně, rovery používají jako kalibrační cíl svých kamer malé sluneční hodiny, umístěné vzadu na solárních panelech. Hodiny zdobí nápis Mars 2004 Two Worlds One Sun (tedy Dva světy jedno Slunce ) a název pro Mars v 17 jazycích (dodejme, že čeština mezi nimi samozřejmě není). Jejich úkolem je, kromě barevné kalibrace, též ukázat americkým školákům, že sluneční hodiny fungují i na Marsu během jeho dnů tzv. solů. Je to jistě docela dobrý způsob, jak upoutat i malé děti kosmickým výzkumem, jen mám dojem, že nápad na tento experiment pochází od středoškoláků Když se člověk podívá na rub směrové přenosové antény, pak shledá, že vozítko Spirit tam má pamětní plaketu k uctění památky astronautů, kteří zahynuli při tragické havárii raketoplánu Columbia. No, a nechybí ani takové malé kosmické grafiti na přistávací plošině je pamětní destička s americkou Díky srovnání snímků ze sondy Mars Odyssey a přistávacího modulu bylo možné identifikovat jednotlivé části přistávající sondy na povrchu Marsu. Na vloženém snímku je dokonce vidět zadní kryt a padák z roveru Opportunity. vlajkou a podpisem prezidenta George Bushe Jr., šéfa NASA, atd. Pokud máte dojem, že to stačí omyl, ještě tam najdeme CD disk, na němž jsou uložena data se 4 miliony podpisů dětí z celého světa. CD ozdobené postavičkou kosmonauta ze stavebnice Lego je ještě navíc přichycené třemi Lego kostičkami Spirit Spirit hladce dosedl ráno 4. ledna 2004 v kráteru Gusev. Ti, kteří sledovali přímý přenos na stanici CNN, se mohli těšit z krásného zážitku. Přistávací modul totiž průběžně vysílal telemetrické údaje během přistávacího manévru (nemohlo se tedy stát to, co s Beaglem, tedy že není známa příčina havárie). Veliké napětí zavládlo v řídícím středisku, když se měl modul již ohlásit z povrchu, ale on místo toho stále ještě poskakoval a kutálel se obalen v kouli z airbagů v té době přirozeně Přistání roveru Opportunity v malém kráteru se ukázalo nad míru šťastným. Na snímcích z místa přistání můžeme poprvé vidět skalní masiv na Marsu. Vozítko se vydalo zkoumat skály blíže. Vlevo vidíme celkový pohled na odhalený blok skal, uprostřed je vidět jeden z kamenů s patrnými znaky eroze, obrázek vpravo pak ukazuje detailní strukturu předchozího kamene se sférickými částicemi uvězněnými uvnitř vrstevnaté struktury. 1 / 2 0 0 4 9
NASA / JPL / Mars Exploration Rover Mission /Mars / Pathfinder / Viking Porovnání panoramatických záběrů ze všech míst, kde sondy dosud hladce přistály. Horní snímek ukazuje oblast kráteru Gusev místo přistání vozítka Spirit. Zcela jiný typ krajiny je vidět na dolním obrázku ze vnitřku kráteru v oblasti Meridiani Planum v místě přistání druhého roveru Opportunity. Další snímek ukazuje krajinu v místě přistání Mars Pathfinderu s vozítkem Sojourner (sonda přistála v roce 1997) oblast Ares Valles. A konečně dolní snímek ukazuje poušť v oblasti Chryse Planitia v místě přistání sondy Viking 1 v roce 1976. nevysílal žádné údaje. Nakonec vše dobře dopadlo modul se stabilizoval a odpálil ochranný plášť kolem vozítka. Po nezbytných testech se 9. ledna Spirit postavil na svá kolečka, 12. ledna byly pyrotechnicky odpáleny zámky, které jej ještě poutaly s přistávací plošinou, a konečně 15. ledna stanul Spirit všemi šesti kolečky na půdě Marsu. Nezahálel a příliš daleko necestoval ujel pár metrů a 19. ledna se pustil do analýzy několik desítek centimetrů velkého kamene zvaného Adirondeck (tedy něco jako zahradní židle ). V tu chvíli ho zastihla ale havárie softwaru, který začal permanentně restartovat systémy roveru. Vozítko se vědecky odmlčelo a bylo pouze ochotno pípnout na znamení, že žije Naštěstí se ale softwarový problém podařilo odstranit a robot nyní pracuje k plné spokojenosti vědců. Opportunity Přistání Opportunity již bylo částečně politickou událostí, a tak v řídícím středisku nechyběl viceprezident a ani nově zvolený guvernér Arnold Schwarzenegger. Vše šlo opět přesně podle plánu, tentokráte to však připomínalo spíše golf neboť jak ukázaly pozdější snímky z orbitální dráhy modul dohopsal do malého kráteru jako NASA / JPL / Mars Exploration Rover Mission do golfové jamky. Ohlásil se v 5:05 UT 25. ledna 2004 a odeslal úchvatné snímky, protože pád do kráteru na Meridiani Planum se ukázal být výhrou při výzkumu Marsu poprvé jsme spatřili skalní masiv. 28. ledna se Opportunity postavil. 31. ledna sjel z plošiny a vydal se k okraji kráteru. V dálce se mu podařilo spatřit padák, který dopadl nedaleko. Zatím obě vozítka pracují bezchybně a chrlí jeden překvapivější vědecký výsledek za druhým. Budeme tedy doufat, že úspěšně překonají všechny překážky během své mise, která má trvat pouhých 90 solů Více informací najdete na http://www.beagle2.com (přistávací modul Baegle 2), http://www.esa.int// export/specials/mars_express/ (sonda Mars Express), http://marsrovers.jpl.nasa.gov (domovská stránka roverů), http://athena.cornell.edu/ (projekt Athena Mars Exploration Rovers). Rover Spirit zkoumá pomocí výsuvného ramene složení kamene zvaného Adirondack (vlevo). Obrázek vpravo ukazuje tentýž kámen po obroušení povrchu pomocí rotační brusky RAT (kruhový výbrus se stopou od zbroušeného materiálu je zřetelně patrný). 10 1 / 2 0 0 4