Výzkum Venuše – 7. díl

Venuše a Magellan

V našem seriálu jsme prošli první čtvrtstoletí výzkumu Venuše kosmickými sondami. Během tohoto období jsme zažili prvenství i neúspěchy. Poznali jsme základní charakteristiku atmosféry a podívali se na povrch planety. Začala vznikat první mapa povrchu včetně detailních záběrů. Výzkum Venuše se však samozřejmě nezastavil. Naopak, k pochopení geologie planety bylo třeba povrch zmapovat mnohem detailněji. NASA kvůli tomu připravila ambiciózní misi Magellan, která je symbolem současného poznání povrchu planety. Sonda startovala poněkud nezvyklým způsobem, totiž na palubě raketoplánu, ale to, jak si ukážeme, bylo v té době celkem běžné. Koneckonců nacházíme se v období vypuštění Hubbleova vesmírného dalekohledu, který byl také vynesen na palubě raketoplánu Discovery. A nejen Magellan se k Venuši vydal tímto způsobem.

 

Galileo: Na cestě k Jupiteru

Sonda Galileo nebyla samozřejmě určena k výzkumu Venuše, ale protože se k ní dostala a zkoušela zde své přístroje, nemůžeme ji vynechat. Ostatně způsob, jakým sonda prozkoumala některé objekty Sluneční soustavy, byl do té doby ojedinělý. Sonda pozorovala Venuši, Zemi s Měsícem, planetky Gaspra a Ida, objevila měsíček Dactyl u Idy a konečně před příletem k Jupiteru měla přímý výhled na dopadající fragmenty komety Shoemaker-Levy 9, která tehdy v roce 1994 kolidovala s Jupiterem. Poté se stala orbiterem královské planety, do atmosféry vypustila přistávací pouzdro a dodnes čerpáme z jejích dat. Asi netřeba připomínat, že sonda je pojmenována po objeviteli měsíčků Jupitera, kterým byl v roce 1610 Galileo Galilei.

Sonda Galileo u Jupiteru. NASA

Sonda Galileo u Jupiteru. NASA

Sonda odstartovala 18. října 1989 na palubě raketoplánu Atlantis. Z nákladového prostoru jej uvolnila astronautka Shanon Lucidová. K sondě byl přimontován urychlovací stupeň, který ji vyslal na cestu mimo gravitační působení Země, ovšem jen dočasně, protože neměl dost energie na přímý let k Jupiteru. Místo toho byla tedy zvolena složitější trajektorie, mimo jiné s návštěvou Zemi nejbližší planety. K Venuši se sonda dostala v rámci gravitačních manévrů označovaných zkratkou VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist).47

K Venuši se sonda dostala 10. února 1990, proto ji uvádíme v našem přehledu jako první, ačkoli startovala až po Magellanu. Při průletu ve vzdálenosti 16 000 km získala sonda nějakou tu energii navíc na úkor Venuše a pořídila nějaké testovací snímky v infračerveném a ultrafialovém oboru, kde vidíme převážně oblaka střední vrstvy ve výškách kolem 50 km.48

Venuše ze sondy Galileo. NASA

Venuše ze sondy Galileo. NASAconverted PNM file

 

Magellan: Poznáváme geologii Venuše

STS-30 Atlantis startuje se sondou Magellan. NASA

STS-30 Atlantis startuje se sondou Magellan. NASA

Věděli jsme, že vzhled hornin na povrchu není ovlivněn nějakou extrémní erozí. Ze vzorků bylo zřejmé, že převažují výlevné horniny (bazalty). Z prvotních map bylo zřejmé, že Venuše neměla deskovou tektoniku, jako Země. Přesto bylo z prvních detailních radarových map patrné, že povrch nějaké tektonické jevy ovlivnily, nebo ovlivňují i v současnosti. K pochopení geologie Venuše však byla potřebná globální detailní mapa. A právě tento cíl byl naplněn počátkem devadesátých let díky sondě Magellan.

Sondu dlouhou 4,6 metru zakončovala 3,7 m široká parabolická anténa. Ta byla určena jak k radarovému mapování, tak jako vysokozisková komunikační anténa. Sonda byla v tomto ohledu zčásti skládankou záložních přístrojů jiných misí. Například právě tato parabola byla zálohou mise Voyager a podobně to bylo i s desetistěnným hranolem níže. Ze zálohy pro sondu Galileo si půjčil hlavní počítač a počítač orientačního systému a dále systémy rozvodu energie. Střednězisková anténa byla shodná s tou, kterou vezl Mariner 9.

Vypuštění sondy Magellyn z nákladového prostoru raketoplánu Atlantis. NASA

Vypuštění sondy Magellan z nákladového prostoru raketoplánu Atlantis. NASA

Napájení sondy zajišťovaly dva sluneční panely o rozměru 2,5 metru, které dohromady dodávaly až 1200 W. Vzhledem k trvání mise od 1990 až do roku 1994 samozřejmě docházelo k degradaci panelů a muselo se s tím na konci mise počítat a šetřit energií. V době startu, když byla sonda plně natankovaná, vážila 3460 kg. Pro úplnost dodejme, že sonda nesla jméno po významném mořeplavci Fernão de Magalhãesovi, který se v anglickém přepisu jmenuje Magellan, jehož výprava jako první obeplula na začátku 16. století svět.

Nejdůležitějším prvkem sondy byl výkonný radar, tzv. SAR (Synthetic Aperture Radar). Ten vysílal každou sekundu milióny pulsů směrem k povrchu, které byly po odrazu analyzovány tak, jakoby je vysílala větší anténa (odtud synthetic aperture). Radar také nevysílal přímo dolů, ale mírně do strany, podobně jako předchozí mapovací sondy. Podobný radar byl testován už při mapování Země ať už pomocí speciální družice, nebo při letech raketoplánů. Nejnověji nese podobný radar také Cassini, která s ním mapuje povrch měsíce Titanu. Pokud ale chtěl Magellan získat také přesná výšková data, byl radar použit tak, že vysílal pulsy přímo kolmo k povrchu, což se samozřejmě také dělo a tím byla získána komplexní detailní data pro 3D mapu povrchu.

Za zmínku stojí i to, jak se během mapovacích misí strmě zlepšovalo rozlišení. Pioneer Venus měl 150 km (u rovníku 30 km), Veněry 15 a 16 zhruba 1 až 2 km a Magellan asi 150 metrů. [děkujeme za doplnění v komentáři]

Magellan byl první meziplanetární sondou vypuštěnou z nákladního prostoru raketoplánu. Mise STS-30 Atlantis startovala 4. května 1989. Z nízké oběžné dráhy byl urychlen k Venuši pomocí motoru na tuhé pohonné látky (Inertial Upper Stage – IUS). Poté vykonal jeden a půl obletu kolem Slunce, než se dostal k cílové planetě 10. srpna 1990. Oběžná dráha kolem Venuše byla klasická protáhlá elipsa na polární dráze (nejblíže 294 km k povrchu, nejdále 8543 km). Doba oběhu byla 3 h 15 min a během blízkého přiblížení prováděl radar mapování v pruzích širokých od 17 do 28 km. Na konci každého obletu pak odesílal nasnímané proužky k Zemi. Vzhledem k tomu, že Venuše se pod zvolenou rovinou oběžné dráhy pomalu otáčela (jedna otočka trvá 243 dní), podařilo se tímto způsobem postupně za necelý pozemský rok nasnímat velkou část povrchu. V květnu 1991 byla tedy k dispozici detailní mapa 84 % Venuše.

Díky tomu, že poté bylo rozhodnuto o prodloužení mise o další dva cykly do září 1992, podařilo se nasnímat zhruba 98 % povrchu. Podstatný byl také fakt, že vědci měli možnost porovnávat data získaná při jednotlivých mapovacích cyklech a hledat tak případné změny. Velkou výhodou však bylo, že při každém mapovacím cyklu se sonda dívala na stejné místo pod trochu jiným úhlem, což v praxi vede k možnosti vymodelovat terén trojrozměrně, jako když se díváme dvěma očima a vidíme okolí stereoskopicky. Příklady těchto 3D modelací jsou velmi dobře známy a jako příklad je uvádíme v následujícím videu.

Čtvrtý cyklus od září 1992 do května 1993 byl sepcifický tím, že Magellan neprováděl žádné mapování, ale naopak neustále komunikoval se Zemí, což bylo využito k přesnému sledování polohy sondy (Dopplerův jev).  Pokud tedy sonda prolétala nad částí povrchu s větší přitažlivostí, projevilo se to nepatrně v její poloze na oběžné dráze. Vědci tak získali první gravitační mapu Venuše.

V období mezi květnem a srpnem 1993 prováděl Magellan aerobraking, tedy snížení své dráhy, přičemž vždy krátce prolétal vyššími vrstvami atmosféry. Nyní byla dráha upravena na mnohem méně protáhlou elipsu s nejnižším bodem ve výšce 180 a nejvyšším 541 km. Oběžná doba se zkrátila na 94 minut. Díky tomu mohla být získána ještě přesnější gravitační mapa, a to především v oblasti pólů, kde to předtím nebylo tolik možné.

Koncem mise už tedy prováděl Magellan pouze gravitační měření a některé rádiové a radarové experimenty. V září 1994, během šestého cyklu, byla už získána gravitometrická data pro 95 % povrchu Venuše a dráha sondy byla obět snížena. Tentokrát byl prováděn experiment nazvaný „větrný mlýn“. Magellan byl natočen svými solarními panely tak, aby kladly odpor atmosféře planety. Podle toho, jak moc obtížně musel Magellan zvládat svoji orientaci, dostali vědci nějaké informace o vysoké atmosféře a byly to zajímavé zkušenosti pro tvůrce budoucích kosmických sond, které by případně využily aerobrakingu k zakulacení své oběžné dráhy (např. u Marsu).

11. října 1994 byla oběžná dráha sondy naposledy snížena a následující den vstoupil Magellan do hustých vrstev atmosféry a odmlčel se. Můžeme předpokládat, že některé kusy sondy dopadly až na povrch a jiné se vypařily ještě v atmosféře.

Když se podíváme na radarovou mapu povrchu, zjistíme, že zde není mnoho impaktních kráterů, což potvrzuje domněnku o geologicky mladém povrchu. Kompletní přeměna povrchu se odehrála nejdéle před 500 mil. let díky mnoha vulkanickým erupcím. Rovněž je zřejmé, že na Venuši nikdy v minulosti nebyly oceány nebo jezera a jak už jsme si říkali, neprobíhala zde ani desková tektonika, která na Zemi způsobuje zemětřesení a pohyb kontinentů. To je u planety podobné velikostí Zemi poměrně překvapivé zjištění a nutně vede k tomu, že Venuše musí mít jinou vnitřní stavbu, než Země. A skutečně na gravitační mapě větší struktury na povrchu obnáší i větší gravitační anomálie, zatímco na Zemi to vždy neplatí a navíc Země má pod kůrou vrstvu roztavených hornin, tzv. astenosféru, po které kloužou kontinenty a ta na Venuši zcela chybí.

Ačkoli z obdržených dat se zdálo, že by na Venuši mohly být aktivní sopky, při porovnání dat z jednotlivých mapovacích fází nebyly nalezeny žádné nové lávové proudy. Zatímco na Zemi jsou sopky rozmístěny především v oblasti hranic litosférických desek (jako například ohnivý kruh v Tichém oceánu), na Venuši jsou statisíce až milióny vulkánů rozmístěny víceméně nahodile. Vědce však také překvapily tisíce kilometrů dlouhé lávové kanály.49

Data z Magellanu vedla k sestrojení mnoha zajímavých map. Prohlížet lze jak snímky přenesené do mapové projekce, tak jejich interpretace geologické nebo topografické. Takové mapy najdete například na portálu Americké geologické služby, viz zdroje 50 a 51. Nejlepší topografickou mapu sestavil Daniel Macháček, náhled mapy je vidět níže a plné rozlišení mapy najdete pod odkazem, v případě problémů s otevíráním zde je odkaz na stránku Flickru s uvedenou mapou.

Topografická mapa Venuše. Veněra 15, 16, Magellan. Daniel Macháček

Topografická mapa Venuše. Veněra 15, 16, Magellan. Daniel Macháček

Jak je ze získaných dat vidět, výzkum Venuše by se dal rozdělit na období před Magellanem a po něm. Symbolicky po této misi nastala dlouhá pauza, kterou přerušily jen průlety na cestě za jiným cílem. Teprve v novém tisíciletí se Venuše dočkala dalších dvou umělých družic.

 

Zdroje informací:

47 Galileo Legacy Site. Solar System Exploration. [online]. 2010 [cit. 12. 6. 2016]. Dostupné z:  http://solarsystem.nasa.gov/galileo/

48 Galileo. NSSDCA Photo Gallery. [online]. 2016 [cit. 12. 6. 2016]. Dostupné z: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-venus.html#galileo

49 Magellan Mission to Venus. NASA Facts. [online]. 2002 [cit. 12. 6. 2016]. Dostupné z: http://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/mgn.pdf

50 Radarová a topografická mapa Venuše. USGS. [online]. 1997 [cit. 12. 6. 2016]. Dostupné z: https://pubs.er.usgs.gov/publication/i2444

51 Geologic Map of the Lakshmi Planum Quadrangle. USGS. [online]. 2010 [cit. 12. 6. 2016]. Dostupné z: http://pubs.usgs.gov/sim/3116/

Zdroje obrázků:

https://c1.staticflickr.com/3/2303/2429335765_ccb92179fb.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Galileo_orbiter_arrival_at_Jupiter.jpg
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-venus.html#galileo
https://en.wikipedia.org/wiki/File:STS-30_launch.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Magellan_deploy.jpg
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/photogallery-venus.html#3d

https://www.flickr.com/photos/109586958@N03/11097589455

Výzkum Venuše – 7. díl, 2.4 out of 5 based on 38 ratings
Pin It
(Visited 2 173 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.4/5 (38 votes cast)
(Visited 2 173 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.


11 komentářů ke článku “Výzkum Venuše – 7. díl”

  1. ventYl napsal:

    Informacia, ze Magellan bol zostaveny viac menej z nahradnych dielov inych sond je pre mna nova a celkom zaujimava. Dakujem

  2. B.E.A.M napsal:

    Dost vela novych informacii som sa dozvedel , dakujem 🙂

  3. Spytihněv napsal:

    Za zmínku stojí i to, jak se během mapovacích misí strmě zlepšovalo rozlišení. Pioneer 12 měl 150 km (u rovníku 30 km), Venery 2 km a Magellan asi 150 metrů.

  4. Jakub napsal:

    Na videu „Magellan to Venus“ je vidět jak se sonda musela otáčet k povrchu Venuše a poté zase k Zemi. Pokuď tahle změna orientace probíhala cca 2 roky (1-3 cyklus; 1990 -1992), tak to musí být velice náročné na palivo. Je tato změna orientace prováděna pouze orientačními tryskami, nebo se využivá i nějakého (třeba gravitačního) efektu? Přijde mi, že toho paliva by muselo být opravdu hodně.

    • Petr Scheirich napsal:

      Orientace v prostoru u převážné většiny meziplanetárních sond (Magellan nevyjímaje) je řešena pomocí setrvačníků (reaction wheels), k jejichž provozu stačí pouze elektřina. Setrvačníky jsou obvykle 3 s osami k sobě navzájem kolmými. Pokud se začne setrvačník roztáčet jedním směrem, v důsledku zákona zachování momentu hybnosti se zbytek sondy začne otáčet směrem opačným (ve skutečnosti se setrvačníky točí stále a změna orientace sondy se provádí dočasným snížením nebo zvýšením jejich rychlosti). Kromě toho mají meziplanetární sondy (Magellan opět nevyjímaje) i raketové motorky sloužící k orientaci, ale ty se používají jen zřídka. Jednak jako záloha, a jednak k tzv. desaturaci setrvačníků: vlivem tření a dalších efektů se může stát, že některý ze setrvačníků časem dosáhne maxima rychlosti, na které jej lze roztočit. Pak už jej lze pouze zpomalit, což ovšem znamená, že se sonda rozrotuje na opačnou stranu. Zde zasáhnout orientační trysky a tento přebytek rotace vyrovnají.

  5. Racek napsal:

    Moc hezký seriál. No, když letěl Mariner a první Veněry, ještě jsme doufali v ty dinosaury …

    • Spytihněv napsal:

      To byly doby… Venera 1 třeba nesla jakousi kouli se znaky, která měla plavat na hladině venušského oceánu. Jak byla rešena hrozba spolknutí nějakým tím ichtyosaurem, jsem se ale nedočetl 🙂

      • Racek napsal:

        Máte pravdu, von ten lenin lítal fšude, dokonce jsme se dozvěděli z čeho ta plaketa či co byla vyrobena tedy pak s tím přestali, přece jen .. :-))

  6. Jaroslav Alois napsal:

    Venera 1 byla prvním pozemským výrobkem, který zamířil k jiné planetě a je proto pochopitelné, že nesla znaky SSSR a podobiznu bolševického bůžka. Americký Mariner 2 nesl zase textilní vlajku USA.

Zanechte komentář