Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 2 (vyšlo 15. ledna, ročník 6 (2008)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

MESSENGER, posel dobrých zpráv o planetě Merkur

Jana Sainerová

Po více než třiceti letech budeme mít konečně novou šanci odhalit další tajemství Merkuru – planety Slunci nejbližší. Již 14. ledna 2008 americká sonda MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) uskuteční první ze tří průletů kolem této planety před navedením na oběžnou dráhu v  březnu 2011.

MESSENGER

Sonda MESSENGER u Merkuru, umělecké ztvárnění. Zdroj: JHU/APL, NASA.

Merkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity.

NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.

Mariner 10

Planetu MerkurMerkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity. doposud navštívila jediná sonda, Mariner 10. Tato sonda odstartovala 3. listopadu 1973 a zamířila nejdříve k planetě VenušiVenuše – 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 milionů kilometrů 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.. Poté proletěla celkem třikrát kolem Merkuru – 29. března 1974, 21. září 1974 a 16. března 1975. Při všech průletech byla bohužel pozorována pouze jedna strana planety a navíc v době, kdy byl Merkur nejdále od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Mariner 10 se během průletů nad planetou dostal do vzdáleností 703 km, 48 069 km a 327 km. Pořídil tak fotografie přibližně 45 % povrchu planety, objevil její tenkou atmosféru a magnetické pole a potvrdil, že  Merkur má z planet nejvyšší hustotu díky svému rozsáhlému železnému jádru.

Mariner 10

Sonda Mariner 10. Zdroj: NASA.

Průběh mise

Sonda MESSENGER je sedmou sondou v programu NASA „Discovery“, který si klade za cíl studovat především tělesa sluneční soustavy pomocí levně a rychle konstruovaných sond. V rámci tohoto programu odstartovaly například sondy StardustStardust – sonda NASA vypuštěná 6. února 1999. Za pomoci aerogelu sbírala prachové částice a páry z ohonu komety Wild 2, fotografovala jádro komety a provedla předběžný rozbor kometárního prachu. K návratu vzorků na Zemi došlo v návratovém pouzdře 15. ledna 2006. Vlastní sonda pokračovala v letu pod názvem Stardust NExT ke kometě Tempel 1., GenesisDeep ImpactDeep Impact – mise NASA ke kometě Tempel 1, start 12. 1. 2005, dopad impaktoru na kometu proběhl 4. 7. 2005. Sondu vynesla nosná raketa Delta 2, hmotnost sondy při startu byla 1 020 kg, primární anténa pro přenos dat měla průměr 1 metr a zajišťovala přenosovou rychlost 175 kb/s. Maximální výkon slunečních článků byl 620 W. Po úspěchu u komety Tempel 1 pokračovala mise pod názvem EPOXI a sonda dne 4. listopadu 2010 prolétla ještě kolem komety Hartley 2. Mise byla ukončena po ztrátě signálu ze sondy v září 2013.. Sondu postavila a provozuje Laboratoř aplikované fyziky Univerzity Johnse Hopkinse (JHU-APL) v Marylandu v USA.

Sonda měla původně odstartovat již v březnu 2004, ale z důvodu testování programového zabezpečení systému byl start odložen. Sonda byla nakonec vypuštěna až 3. srpna 2004 na nosiči z Mysu Canaveral na Floridě.

Od okamžiku vypuštění uskutečnila sonda jeden oblet kolem 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. (2. srpna 2005) a dva oblety kolem 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 milionů kilometrů 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. (24. října 2006 a 5. června 2007). Dále sondu čekají tři gravitační manévry v blízkosti MerkuruMerkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity. – 14. ledna 2008, 6. října 2008 a 29. září 2009, aby mohla být 18. března 2011 navedena na oběžnou dráhu kolem planety. Doba základního výzkumu z oběžné dráhy je plánována na jeden rok. Plánování priorit pro hlavní část mise proto také patří k úkolům sondy mezi jednotlivými průlety.

Dráha sondy

Plánovaný průběh mise. Zdroj: JHU/APL, NASA.

Konstrukce sondy a přístroje

Hlavní těleso sondy je 1,42 metru vysoké, 1,85 metru široké a 1,27 metru hluboké. Sluneční štít je vysoký 2,5 metru a napříč měří dva metry. Sluneční panely, které dobíjejí NiMH akumulátory, jsou dohromady šest metrů dlouhé. Čistá hmotnost sondy je přibližně 500 kilogramů, na začátku mise nesla sonda přibližně 600 kilogramů paliva. Pro velké manévry sonda využívá hlavní motor na dvousložkové palivo (hydrazin a oxid dusičitý), drobné korekce provádí šestnáct malých motorků na hydrazinový pohon.

Vzhledem k blízkosti Slunce bylo třeba zajistit dostatečnou tepelnou ochranu sondy. K tomuto účelu slouží sluneční štít tvořený několika vrstvami umělé hmoty Kaptonu a povrchovou vrstvou keramické látky Nextelu. Těleso sondy tak může pracovat při pokojových teplotách kolem 20 °C, zatímco první vrstvy ochranného štítu se mohou rozpálit až na 370 °C.

Schéma sondy

Jednotlivé části sondy MESSENGER. Zdroj: JHU/APL, NASA.

Vědecký přínos

Ze Země nemůžeme sledovat planetu Merkur tak, jak bychom si přáli. Planeta se na obloze od Slunce vzdaluje jen málo, je dobře pozorovatelná pouze několikrát do roka a malá vzdálenost od Slunce s sebou nese potencionální riziko poškození citlivých přístrojů při pozorování.

Přitom je Merkur velmi lákavým cílem. Planeta dostává od Slunce nejvíce záření, je nejmenší a nejhustší z terestrických planet a během dne zažívá největší teplotní rozdíly, od +450 °C do –212 °C. Interakce slunečního větru s magnetosférou planety není u Merkuru komplikována přítomností husté atmosféry a ionosféry a jako u jediné planety je možné ji pozorovat nezatíženou dalšími jevy.

Vědecké přístroje sondy
  • Kamerový systém MDIS (Mercury Dual Imaging System) je složen ze širokoúhlé kamery se zorným polem 10,5° a úzkoúhlé o zorném poli 1,5°, která umožní u vybraných objektů obdržet snímky s rozlišením až 18 metrů. Systém bude pořizovat monochromatické i barevné snímky povrchu planety.
  • Gama a neutronový spektrometr GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer) bude měřit povrchové zastoupení jednotlivých prvků.
  • Rentgenový spektrometr XRS (X-Ray Spectrometer) slouží rovněž pro měření chemického složení povrchu planety.
  • Magnetometr MAG (Magnetometer) má za úkol studovat magnetické pole planety.
  • Laserový výškoměr MLA (Mercury Laser Altimeter) bude využit k topografickému mapování planety. Přístroj může pracovat až do výšky 1000 km nad povrchem.
  • Spektrometr pro určování chemického složení atmosféry a povrchu MASCS (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer) slouží pro spektrometrii v ultrafialové, viditelné a infračervené části spektra – k detekci minerálů v povrchových horninách a ke studiu atmosférických plynů.
  • Spektrometr energetických částic a plazmy EPPS (Energetic Particle and Plasma Spectrometer) bude zkoumat složení a charakteristiky nabitých částic kolem Merkuru za účelem studia magnetosféry planety.
  • Rádiové vybavení MESSENGERu bude též využito pro účely výzkumu – RS (Radio Science). Pomocí stávajícího vybavení sondy tak lze přesně určovat rychlost sondy a její vzdálenost od Země a tyto údaje mohou posloužit při studiu gravitačního pole.

Závěr

Doufejme, že bude mise s plánovaným rozpočtem přibližně 427 milionů dolarů probíhat úspěšně podle plánu a přinese mnoho zajímavých objevů. V budoucnosti by se další příležitost měla naskytnout během mise BepiColomboBepiColombo – společná mise k Merkuru Evropské kosmické agentury ESA a Japonské kosmické agentury JAXA. Start je plánován na rok 2018, k Merkuru by sonda měla dolétnout v roce 2025. Mise bude hledat původ magnetického pole Merkuru, mapovat magnetosféru a provádět detailní testy obecné teorie relativity. Mise počítá s dvěma nezávislými sondami navedenými na oběžnou dráhu kolem planety.. Její start je plánován na srpen roku 2013 a tato mise, připravovaná ve spolupráci Evropské kosmické agentury ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. a Japonské kosmické agentury JAXAJAXA – Japan Aerospace eXploration Agency, japonská kosmická agentura, která vznikla v roce 2003 sloučením tří institucí: ISAS (Institute of Space and Astronautical Science), NAL (the National Aerospace Laboratory of Japan)a NASDA (National Space Development Agency of Japan). Ke svým letům agentura využívá kosmodrom USC (Uchinoura Space Center). V současnosti používá JAXA nosnou raketu H-IIA. JAXA využívá Tanegašimské kosmické středisko (na ostrově Tanegašima, 115 km jižně od ostrova Kjúšú)., by měla umístit na oběžnou dráhu kolem Merkuru dvojici sond, která se bude věnovat především mapování planety a studiu magnetosféry.

Merkur 14.1.2008

Merkur 14. 1. 2008 ze vzdálenosti 27 000 km. Zdroj: JHU/APL, NASA.

Merkur, MESSENGER 14.1.2008

Merkur 14. 1. 2008, nejtěsnější přiblížení, 18 000 km. Zdroj: JHU/APL, NASA.

Klip týdne: MESSENGER u Merkuru 9. až 13. ledna 2008

MESSENGER u Merkuru

MESSENGER u Merkuru 9. až 13. ledna 2008. Série snímků pořízených těsně před prvním průletem sondy MESSENGER kolem Merkuru byla pořízena úzkoúhlou kamerou, která je součástí kamerového systému MDIS. Poslední snímek animace byl pořízen ze vzdálenosti 760 000 km od planety a má rozlišení 20 km/pixel. Průměr Merkuru je 4 880 km. K největšímu přiblížení na 18 000 km došlo 14. ledna. Zdroj NASA/JHU.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage