Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 9 (vyšlo 3. března, ročník 15 (2017)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Saturn sice naposledy, zato ale hodně zblízka

Ivan Havlíček

Americká sonda CassiniCassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. V roce 2010 byla mise prodloužena až do roku 2017. startovala z mysu Canaveral ve špici nosné rakety TitanTitan IV – nejnákladnější americká nosná raketa. Je 56 metrů vysoká a při startu má hmotnost přibližně 1 000 tun. Obsahuje dva motory, které vyvinou sílu 15,2 MN. Horní článek Centaur vyvine sílu 147 kN, má 4,3 m v průměru a je 8,8 m vysoký a slouží k závěrečnému navedení sondy na dráhu. Raketa byla například použita při misi Cassini. Po spotřebování paliva dvou spodních článků se Centaur oddělil od Titanu a navedl sondu na parkovací eliptickou dráhu kolem Země. Po sedmnácti minutách se Centaur naposledy zapnul a poslal Cassini na jeho cestu k Saturnu. v roce 1997. Po dlouhé pouti čítající dvě gravitační asistence VenušeVenuše – nejbližší planeta vzhledem k Zemi. Hustá atmosféra zabraňuje přímému pozorování povrchu. Díky skleníkovému efektu je na povrchu vysoká teplota, nejvyšší dosud naměřená hodnota činí 480 °C. Venuše obíhá kolem Slunce takřka po kruhové dráze ve vzdálenosti 108 km s periodou 225 dní. Otočení kolem vlastní osy (proti oběhu, tzv. retrográdní rotace) trvá 243 pozemských dnů. To znamená, že na Venuši Slunce vychází a zapadá jen dvakrát za jeden oblet Slunce. Oblaka Venuše dobře odrážejí sluneční svit a proto je tato planeta po Slunci a Měsíci nejjasnějším tělesem na obloze. Na večerní obloze jí můžeme spatřit jako Večernici a na ranní obloze jako Jitřenku., opětovný průlet okolo ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., a pak ještě kolem JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×1027 kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole., konečně 1. července 2004 zaparkovala na oběžné dráze okolo SaturnuSaturn – druhá největší planeta sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm−3 je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou.. Takový manévr nutně vyžadoval velké zpomalení sondy a toho bylo možno dosáhnout jen při těsném průletu nad povrchem planety. Tehdy zvolená trajektorie v největším přiblížení byla ale nastavena tak, že před těsným průletem sonda „nadlétla“ rovinu prstenců v mezeře mezi F a G, tedy ještě než se mohla nebezpečně přiblížit k hustým vnitřním částem začínajícím okrajem prstence A, prosvištěla nad Saturnem ve výšce necelé čtvrtiny jeho průměru a opět se mezi prstenci G a F zanořila pod jejich rovinu. Všechny pozdější dráhy byly nastaveny tak, aby se sonda Cassini už do tak těsné blízkosti k prstencům nedostávala a udržovala si od nich bezpečný odstup.

Závěrečná fáze letu sondy Cassini

Sonda Cassini brzdí v blízkosti soustavy prstenců v závěrečné fázi
své dvanáctileté mise.

Názvy prstenců Saturnu

Označování prstenců vzniklo historicky podle jejich postupného objevování. Vnější jasný prstenec nápadně se projevující již v malých dalekohledech je tedy označen A, dále prstence B, C a D jdou sestupně k povrchu Saturnovu. Písmeny E, F a G jsou pak označeny vnější slabé prstence z jemných až mikroskopických částic, které byly rozpoznány až v době kosmických sond. Prstenec F objevil Pioneer 11 v roce 1979.

Cassini – meziplanetární sonda NASA, ESA a ASI (Italská kosmická agentura) určená k průzkumu Saturnu. Startovala z Cape Canaveral 15. října 1997, k Saturnu dorazila 30. června 2004. Celková hmotnost Cassini (včetně paliva a pouzdra Huygens) při startu byla 5 600 kg. Vyvrcholením mise bylo měkké přistání pouzdra Huygens na povrchu Saturnova měsíce Titanu dne 14. ledna 2005. Sonda byla pojmenována podle italského matematika a astronoma Giana Domenica Cassiniho (1625-1712). Podle tohoto vědce je pojmenována i část Saturnových prstenců, tzv. Cassiniho dělení. V roce 2010 byla mise prodloužena až do roku 2017.

Titan IV – nejnákladnější americká nosná raketa. Je 56 metrů vysoká a při startu má hmotnost přibližně 1 000 tun. Obsahuje dva motory, které vyvinou sílu 15,2 MN. Horní článek Centaur vyvine sílu 147 kN, má 4,3 m v průměru a je 8,8 m vysoký a slouží k závěrečnému navedení sondy na dráhu. Raketa byla například použita při misi Cassini. Po spotřebování paliva dvou spodních článků se Centaur oddělil od Titanu a navedl sondu na parkovací eliptickou dráhu kolem Země. Po sedmnácti minutách se Centaur naposledy zapnul a poslal Cassini na jeho cestu k Saturnu.

Saturn – druhá největší planeta sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země, a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm−3 je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena oblaky čpavku, vodíkem a heliem. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou.

Velké finále

Sonda Cassini se v současnosti chystá na závěrečnou fázi své mise, která je věnována detailnímu studiu soustavy Saturnova prstence. Za pár měsíců by postupně měla své oběhy ukončit a zaniknout vletem do Saturnu. Trajektorie jsou od konce listopadu 2016 nastaveny tak, že sonda prolétává v perikronu vždy jen těsně nad okrajem nejvzdálenějšího Saturnova prstence F. První taková trajektorie, 251. oběh kolem Saturnu, započala 30. listopadu 2016, kdy byla sonda v apokronuApocentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejdále. Pro Slunce se používá výraz afélium, pro Zemi apogeum, pro Měsíc apoluna, pro Jupiter apojovum, pro Saturn apokronum a pro hvězdu apoastrum., a perikronemPericentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejblíže. Pro Slunce se používá výraz perihélium, pro Zemi perigeum, pro Měsíc periluna, pro Jupiter perijovum, pro Saturn perikronum a pro hvězdu periastrum. následně prolétla 4. prosince. Tento průlet je současně označován jako první průlet prstenci. Následující 252. oběh pak započal průletem apokronu 8. prosince. Od počátku prosince se Cassini bude až do dubna přibližovat v perikronu na zhruba jen 150 000 km (vzdálenost od těžiště Saturnovy soustavy). Těsným průletem kolem TitanuTitan – největší Saturnův měsíc s průměrem 5 150 km. Byl objeven v roce 1655 Christiaanem Huygensem. Má hustou atmosféru, v níž převažuje dusík s trochou metanu. Tlak atmosféry na povrchu je 1,5 atm, teplota −180 °C. Měsíc Titan je větší než planeta Merkur. Často se spekuluje o možnosti primitivních forem života na Titanu. ve vzdálenosti 979 km dne 22. dubna bude dráha sondy upravena tak, že se při 271. obletu dostane 26. dubna do perikronu jen ve vzdálenosti 64 000 km. Od této úpravy bude Cassini prolétávat těsně mezi povrchem Saturnu (rovníkový poloměr 60 270 km) a vnitřní hranou prstenců. Dráhy jsou prozatím propočteny tak, že na té poslední z nich 15. září dopadne sonda přímo do svrchních vrstev Saturnovy atmosféry. Zde dojde díky vysoké rychlosti nejspíše k jejímu roztavení. Geometrie všech drah je nastavena tak, aby k největšímu přiblížení docházelo vždy na polední straně Saturnu, která je současně přivrácena k Zemi. Oběhy Velkého finále, jak je závěrečná fáze po 22. dubnu nazvána, jsou navrženy tak, aby bylo možné zaznamenat data a vůbec poprvé získat pohledy z vnitřku prstenců mezi prstencem D a planetou a také zobrazit některé měsíčky, které se v prstencích pohybují. Zánik sondy Cassini tímto způsobem by měl ochránit potenciální život, který se může vyskytovat v prostředí kolem Saturnu nebo na jeho měsících, před kontaminací samotnou sondou.

Diagram zbývajících oběhů Cassini

Na obrázku je diagram zbývajících oběhů Cassini, každý trvá asi jeden týden. Dráhy od prosince do dubna jsou zobrazeny šedivou barvou, následující dráhy mezi prstenci a planetou jsou pak zobrazeny modře. Poslední trajektorie končící zánikem sondy je zobrazena oranžově.

Saturnův měsíček Mimas v porovnání se soustavou prstenců

Saturnův drobný měsíček Mimas v porovnání se soustavou prstenců. Mimas měří v průměru 396 km. Tento pozoruhodný snímek byl pořízen v červeném světle ze vzdálenosti 907 000 km 21. července 2016 a je na něm zřetelně vidět perspektivní zkreslení jednak soustavy prstenců, ale také jejich stínů na povrchu Saturnu. Soustava prstenců skládající se z drobných úlomků ledu a kamení je velmi tenkým útvarem měřícím v tloušťce jen několik desítek metrů.

Oblast vnějšího okraje prstence B

Oblast vnějšího okraje prstence B. Snímek byl pořízen širokoúhlou kamerou ve viditelném světle dne 18. prosince 2016 ze vzdálenosti 51 000 km. Rozlišení snímku je okolo 360 m na pixel.

Detailní snímek okraje Saturnova prstence A

Detailní snímek okraje Saturnova prstence A pořízený dne 18. prosince 2016 ze vzdálenosti 54 000 km. Část prstence na pravé straně snímku je blíž k sondě. Poprvé byly útvary označované dle svého tvaru „vrtule“ popsány v roce 2006. Tyto „vrtule“ se tvoří z objektů velkých kolem stovek metrů a větších, které si razí cestu polem drobnějších těles, velkých nejvýše řádově desítku metrů, a rozvlňují je okolo sebe. Vzniklá vlna se utvoří jak před velkým tělesem, tak i za ním, a jelikož vystupuje mimo rovinu okolní drobotiny, je také více nasvícena Sluncem a jeví se jako světlejší. „Vrtule“ vznikající v prstenci v okolí větších těles jsou z velké dálky patrné jen jako světlejší čárky souběžné s převládajícím pohybem těles v prstenci. Na snímku jsou označeny kroužky. V levé části snímku je zřetelné rozvlnění prstence. Snímek byl pořízen širokoúhlou kamerou v protisvětle. Měřítko zobrazení je 330 m na pixel.

Velká tělesa v prstenci F

Velká tělesa v prstenci F, která způsobují jeho rozvlnění do tvarů podobných „vrtulím“. Snímky byly pořízeny kamerou s vysokým rozlišením ze vzdálenosti 982 000 km (levý snímek) a 894 000 km (pravý snímek) dne 5. února 2017. Je možné, že zobrazené světlé mlžné stopy vycházející z obou těles nemusejí být jen stopou v okolním poli prstence, ale třeba materiálem, který z nich nějakým mechanizmem uniká nebo prýští. Také by ale mohlo jít o stopy nedávné kolize s něčím podobně velkým. Měřítko je 6 km na pixel.

Daphnis – drobný Saturnův měsíček

Daphnis je jeden z drobných měsíčků Saturnových, které se pohybují Keelerovým dělením na vnějším okraji prstence A. Snímek je složen z několika záběrů, aby bylo zobrazeno několik po sobě jdoucích vlnek vzniklých pohybem Daphnis velkého pouhých 8 km v Keelerově mezeře. V postupně se uklidňující vlně je zřetelná interakce drobných částic mezi sebou navzájem. Snímky byly pořízeny kamerou s vysokým rozlišením ze vzdálenosti 28 000 km od Daphnis ve viditelném světle. Rozlišení snímku je 168 m na pixel.

Zobrazení posledních měsíců mise Cassini u Saturnu – Velké finále. Trajektorie, po nichž se sonda bude pohybovat od prosince 2016 do dubna 2017, jsou zbarveny zelenošedivou barvou (nad a pod rovinou prstenců), následné dokončené dráhy probíhající v perikronu mezi prstenci a Saturnem jsou zbarveny modrošedivě a poslední trajektorie směřující sondu k jejímu zániku dne 15. září 2017 je zbarvena červeně. Souběžně je v pravém dolním rohu zobrazována vzdálenost sondy od planety měnící se s postupujícím časem. Oranžovou elipsou je rovnoběžně s rovinou prstenců znázorněna oběžná dráha měsíce Titanu. Pokud bude závěrečná část mise Cassini stejně vzrušující, jako bylo celých předchozích téměř dvanáct roků nabitých dosud nepředstavitelnými a neuvěřitelnými objevy, tak se ještě máme stále na co těšit. Veškeré obrázky převzaty ze stránek NASA věnujících se misi Cassini.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage