Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 35 – vyšlo 22. srpna, ročník 6 (2008) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

35/2008

MESSENGER – Návrat na Merkur

Martin Batelka

Přehlížený Merkur se po 33 letech dostal do zorného pole vědců, které už od přeletu Marineru 10Mariner – deset sond NASA určených k výzkumu vnitřních planet sluneční soustavy. K Marsu byly poslány sondy s označením 3, 4, 6, 7, 8 a 9. První, Mariner 3, odstartovala 5. 12. 1964. Na řadu sond k Marsu navázal Mariner 10, který prolétl kolem Venuše a poté jako jediná sonda z počátku kosmické éry zamířil k Merkuru, kde na přelomu let 1974 a 1975 pořídil fotografie Merkuru a první informace o jeho magnetosféře. tížila otázka původu magnetického pole, vysoké hustoty planety a v neposlední řadě složení jádra. Avšak důvodem pro misi MESSENGER nebylo, jak by se mohlo zdát, ukojení touhy vědců, ale prostý fakt, že i navzdory blízkosti je Merkur ze všech planet sluneční soustavy nejméně prozkoumán. Z terestrických planetTerestrické planety – planety podobné Zemi, vyznačují se pevným povrchem a malými rozměry oproti obřím planetám podobným Jupiteru. Mezi terestrické planety řadíme Merkur, Venuši, Zemi a Mars. má Merkur nejextrémnější hustotu, nejmenší velikost a největší výkyvy povrchové teploty a samozřejmě je nejblíže ke Slunci. Merkur tedy poskytuje perfektní laboratoř pro pozorování jevů, které bychom v našich podmínkách jen stěží uměle vytvářeli.

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. Slunce – 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. NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 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. MESSENGER – sonda NASA, která zkoumala planetu Merkur. Startovala v srpnu 2004, v letech 2006 a 2007 prolétla dvakrát kolem Venuše. Kolem Merkuru poprvé prolétla v lednu 2008. Další průlety proběhly v říjnu 2008 a září 2009. V březnu 2011 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Merkuru a od té doby prováděla komplexní měření. Název sondy je zkratkou z anglického MErcury, Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging. Sonda ukončila svou činnost 30. dubna 2015 řízeným pádem na povrch planety.

MESSENGER odstartoval 3. srpna 2004 a již 14. ledna tohoto roku uskutečnil první ze tří přeletů nad povrchem Merkuru a do poloviny března roku 2011 by měl být naveden na jeho oběžnou dráhu. Celý let sondy: mpg, 3 MB. Zdroj NASA.

Pohled na horizont Merkuru při průletu MESSENGERu dne 14. 1. 2008. Zdroj: NASA.

Hlavní cíle mise MESSENGER

Proč je Merkur tak hustý? Pro všechny vědce zajímající se o Merkur bylo vždy snad tou největší záhadou, jak se u něj vytvořilo kovové jádro o takové hustotě, že představuje 60 % hmotnosti celé planety, což je dvakrát více než u 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. Mohorovičiæovým 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.. To samozřejmě ovlivňuje i gravitaci, která je na povrchu přibližně stejná jako gravitace na MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila., jehož průměr je o 40 % větší. Při prvním přeletu již byla provedena základní měření, avšak detailní záznamy budou pořízeny až po navedení MESSENGERu na oběžnou dráhu Merkuru. Jaká je geologická historie Merkuru? O Merkuru toho víme zatím málo. A navíc to málo, co známe, bylo naměřeno již před 30 lety a této době odpovídaly i měřící přístroje, jejich měřící rozsahy, schopnosti a přesnosti. Mariner 10Mariner – deset sond NASA určených k výzkumu vnitřních planet sluneční soustavy. K Marsu byly poslány sondy s označením 3, 4, 6, 7, 8 a 9. První, Mariner 3, odstartovala 5. 12. 1964. Na řadu sond k Marsu navázal Mariner 10, který prolétl kolem Venuše a poté jako jediná sonda z počátku kosmické éry zamířil k Merkuru, kde na přelomu let 1974 a 1975 pořídil fotografie Merkuru a první informace o jeho magnetosféře. zmapoval 45 % povrchu a většina zbývající části byla nafotografována ze Země. Oboje fotografování bylo provedeno ve viditelném oboru s poměrně hrubým rozlišením. Nové fotografie z MESSENGERuMESSENGER – sonda NASA, která zkoumala planetu Merkur. Startovala v srpnu 2004, v letech 2006 a 2007 prolétla dvakrát kolem Venuše. Kolem Merkuru poprvé prolétla v lednu 2008. Další průlety proběhly v říjnu 2008 a září 2009. V březnu 2011 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Merkuru a od té doby prováděla komplexní měření. Název sondy je zkratkou z anglického MErcury, Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging. Sonda ukončila svou činnost 30. dubna 2015 řízeným pádem na povrch planety., jejichž počet již přesáhl 1 200, zachycují místa, která Mariner 10 ani neuzřel a to v rozlišení, které vědeckým týmům na Zemi již umožnilo rozřešit spory týkající se hladkých plání. Na nově získaných fotografiích jsou jasně vidět vulkanické větrací sopouchySopouch – sopečný komín, kterým vystupuje žhavé magma na povrch., podle nichž lze určit, které pláně jsou výsledkem vychrleného magmatuMagma – přírodní tavenina vznikající v hlubokých částech kůry nebo pláště planet. Jedná se o směs roztavených minerálů, pevných krystalů a rozpuštěných sopečných plynů. Může mít různé chemické složení a teplotu v závislosti na zdroji, ze kterého vzniklo. Označení magma se používá tehdy, pokud je tavenina pod povrchem, jakmile dosáhne povrchu, využívá se termín láva. a které jsou důsledkem dopadů cizích těles. Jednou z takto diskutovaných plošin je i pánev Caloris o průměru 1 550 km, na jejíchž okrajích byly objeveny vulkanické komíny. Ty za normálních okolností potvrzují teorii o sopečném původu, avšak další detaily odhalily nové skutečnosti nutící otázku vzniku jedné z nejmladších pánví ve sluneční soustavě nechat otevřenou. Jaká je povaha magnetického pole Merkuru? Když se v 70. letech k Merkuru přiblížila sonda Mariner 10, málokdo čekal, že naměří vůbec nějaké vlastní magnetické pole, avšak opak byl pravdou. Sonda objevila globální magnetické pole, jenž se zdálo mít dipólový charakter, podobně jako u Země. Bohužel údaje z Marineru 10 nebyly dostačující pro přesnější určení orientace a struktury pole. Nebylo možné rozhodnout, zda pole pochází z dob dřívějších a je pouze zamrzlé do kůry (remanentní) nebo je výsledkem fungování tekutinového dynamaMHD dynamo – magnetohydrodynamické dynamo, tekutinová varianta klasického dynama. Elektrické proudy vznikají při pohybu plazmatu nebo tekutého kovu a generují magnetické pole. Dipólová složka se mění na azimutální tzv. omega efektem a azimutální na dipólovou tzv. alfa efektem. Tekutinové dynamo nemůže být stacionární, jeho základní vlastností je překlápění magnetických pólů..    Minulý rok Jean-Luc Margot z Cornellovy univerzity ve spolupráci s americkými a ruskými fyzikálními ústavy dokončil svůj pětiletý výzkum, který se přikláněl k hypotéze tekutinového dynama a letos hned první přelet MESSENGERu potvrdil, že pole vzniká ve vnějším jádře a je živeno jeho chladnutím. Pole je velmi dynamické a komplexně interaguje s nitrem, povrchem, exosférou a magnetosférou. Jakou má Merkur strukturu jádra? Jestliže je jádro utvářeno čistým železemŽelezo – Ferrum, kovový prvek významně zastoupený na Zemi i ve vesmíru. Má všestranné využití při výrobě slitin pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace., tak mělo ztuhnout již před dlouhou dobou, avšak měření magnetického pole, pozemní radiová měření a nyní i výsledky z MESSENGERu ukazují na tekuté vnější jádro. Další informace poskytnou následující přelety. Hlavní měření jsou plánovaná na orbitální fázi. Co jsou nezvyklé materiály nacházející se na pólech Merkuru? Na pólech Merkuru se v nitrech některých kráterů nalézají neustále zastíněné oblasti, ve kterých se vyskytují materiály velmi silně odrážející radiové vlny. Spektroskopická analýza nebyla zatím provedena, je plánována na pozdější fázi, kdy bude sonda navedena na oběžnou dráhu. Které těkavé látky jsou na Merkuru významné? Dosavadní měření a pozorování prokázala, ač to bylo velmi nepravděpodobné, že Merkur má ultra tenkou atmosféru tvořenou vodíkemVodík – Hydrogenium, je nejlehčí a nejjednodušší plynný chemický prvek, tvořící převážnou část hmoty ve vesmíru. Má široké praktické využití jako zdroj energie, redukční činidlo při chemické syntéze a v metalurgii nebo jako náplň balonů a vzducholodí. Vodík objevil roku 1766 Henry Cavendish., heliemHelium – plynný chemický prvek, patřící mezi vzácné plyny a tvořící druhou nejvíce zastoupenou složku vesmírné hmoty. Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, chemicky zcela inertní. Francouzský astronom Pierre Janssen objevil helium ze spektrální analýzy sluneční korony. V roce 1895 se britskému chemikovi Williamu Ramsayovi podařilo izolovat plynné helium na Zemi. Je pojmenované po starořeckém bohu Slunce, Héliovi. a kyslíkemKyslík – Oxygenium, plynný chemický prvek, tvoří druhou hlavní složku zemské atmosféry. Je biogenním prvkem a jeho přítomnost je nezbytná pro existenci většiny živých organizmů na naší planetě. V atmosféře tvoří plynný kyslík 21 objemových %. Kromě obvyklých dvouatomových molekul O2 se kyslík vyskytuje i ve formě tříatomové molekuly jako ozon O3. Produkty hoření se nazývají oxidy, dříve kysličníky. Kyslík je třetím nejhojnějším prvkem ve vesmíru.. Dokonce byla naměřena přítomnost hořčíkuHořčík – Magnesium, lehký, středně tvrdý stříbrolesklý kov, druhý nejlehčí z kovů alkalických zemin. Využívá se při výrobě lehkých a pevných slitin, jako redukční činidlo v organické syntéze a při pyrotechnických aplikacích. V léčitelství se soli hořčíku používají od 17. století. Čistý hořčík elektrolyticky připravil sir Humphry Davy roku 1808., křemíkuKřemík – polokovový prvek, hojně se vyskytující v zemské kůře. Slouží jako základní materiál pro výrobu polovodičových součástek nebo položek pro pěstování nanostruktur. Oxid křemičitý je základní surovina pro výrobu skla a významná součást keramických a stavebních materiálů. Objev křemíku je připisován švédskému chemikovi J. Jacobu Berzeliovi (1824)., draslíkuDraslík – Kalium, velmi důležitý a reaktivní prvek ze skupiny alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organizmech. Draslík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Volný kov se poprvé podařilo připravit roku 1807 siru Humphry Davymu., sodíkuSodík – Natrium, nejběžnější prvek ze skupiny alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organizmech. Sodík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Volný kov se poprvé podařilo připravit roku 1807 siru Humphry Davymu. a vápníkuVápník – Calcium, nejvýznamnější prvek ze skupiny kovů alkalických zemin, lehký, velmi reaktivní kov. Vápenaté sloučeniny jsou lidstvu známy již od starověku - pálením vápence nebo mramoru lze získat pálené vápno. Vápník poprvé připravil sir Humphry Davy roku 1808 elektrolýzou vápenatého amalgámu.. Bude třeba nalézt procesy vedoucí ke vzniku atmosféry.

Během svého třicetiminutového průletu magnetosférou Merkuru pořídil MESSENGER hmotnostní spektrum atmosféry. Nečekaně byly naměřeny i ionty vodních molekul. Exosféra je velmi různorodá a nesymetrická jak v rozložení obsažených prvků, tak i ve své síle.

Možné vysvětlení vzniku exosféry podle Mc Cilintocka.

Je jisté, že veškerá měření jsou ještě v počátcích a že zbývá ještě hodně tvrdé práce než budou zodpovězeny všechny otázky. To co již bylo vypozorováno a naměřeno nám potvrdilo, ale i vyvrátilo spoustu domněnek a hypotéz. Světlo, ve kterém Merkur vidíme, je zas o něco jasnější a obraz ostřejší, avšak to znamená i to, že se objevily nové stíny, které bude nutno osvětlit. Co je však důležitější je to, že Merkur zas „žije“ a v letech nadcházejících nám poskytne, díky svému postavení ve sluneční soustavě, živnou půdu pro experimenty a pozorování, které by jinde byly jen stěží realizovatelné a pro něž Merkur nabízí zázemí, jaké bychom si mohli snad jen přát.

Klip týdne: Průlet MESSENGERu magnetosférou Merkuru

Průlet MESSENGERu magnetosférou Merkuru.  MESSENGER je sonda NASA zkoumající planetu Merkur po více než 30 letech od průletu Marineru 10. Ze Země startovala v roce 2004, k Merkuru dorazila v roce 2008. Po třech průletech bude navedena na oběžnou dráhu v roce 2011. Na přiloženém videu je dráha prvního průletu magnetosférou Merkuru. Grafy zobrazují pozorování pořízené plazmovým spektrometrem FIPS (Fast Imaging Plasma Spectrometer). Horní záznam zachycuje hustotu plazmatu pocházejícího ze slunečního větru a spodní těžké ionty asociované s planetou. Zdroj: NASA, 2008. (avi, 5 MB)

Odkazy