Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 45 (vyšlo 7. prosince, ročník 10 (2012)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Curiosity a život na Marsu

Ivan Havlíček

Planeta MarsMars – 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. je jedinou planetou, na jejíž povrch se můžeme dalekohledem přímo podívat. Je tak v průběhu jedné noci patrné, že Mars rotuje téměř stejnou rychlostí jako Země. Již po hodině je i malým dalekohledem zřejmé, že se tmavá a světlá místa na kotoučku Marsu vlivem otáčení posunula. Je to tak nápadné a pohled není za jasné pozemské noci už ničím jiným rušen, že velmi dlouho, téměř až do poloviny dvacátého století, astronomové spekulovali, zda má Mars vůbec atmosféruAtmosféra – plynný obal vesmírného tělesa, který si těleso drží vlastní gravitací. Atmosféru mají především planety. Málo hmotné atomy z atmosféry relativně snadno unikají do meziplanetárního prostoru.. Parametry martovy dráhy způsobují na jeho povrchu podobné sezónní změny, jaké pozorujeme na Zemi. Na Marsu jsou, již jen podle velikosti polárních čepiček a zbarvení povrchu oblastí na ně bezprostředně navazujících, viditelné změny jako důsledek probíhajících ročních období.

Mars – 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.

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.

Rover – automatické vozítko schopné vlastního pohybu určené k výzkumu těles slunenčí soustavy. Rovery využívá především NASA k výzkumu Marsu.

Gigantická technická díla realizovaná v devatenáctém století, jako třeba Suezský průplav, spolu s úspěchy při konstruování velkých refraktorů daly vzniknout romantickým snům o jeho obyvatelích. Téměř v každé populární knize, která popisuje historii objevování Marsu, jsou zmíněny Schiaparelliho kanály. Ve své době mělo jít o gigantická vodní díla inteligentních Marťanů, kteří jimi přivádějí vodu z polárních oblastí do vyprahlých pouští kolem rovníku a přizpůsobují si tak tvář planety k obrazu svému. S postupujícím planetárním výzkumem založeným na rozvoji kosmonautiky zůstali lidem podobní Marťani schopní teraformovatTeraforming – přizpůsobení cizích planet pro možný pobyt lidí. Prozatím ve futurologických úvahách do různě podrobných kroků promýšlené vytvoření biosféry na cizích planetách. planetu dnes už jen ve fantastické literatuře. Technické možnosti automatizovaných robotů, které byly postupně na Mars vysílány, se ale každou jejich novou generací zvyšují. První meziplanetární pouzdra, která na planetě přistála, změřila jen několik fyzikálních charakteristik a orbitální moduly snímkovaly povrch Marsu s neustále se zvyšujícími podrobnostmi. Dnešní kosmické stroje jsou schopné z oběžné dráhy změřit koncentraci nejen vody v podpovrchových horninách, ale i mnoha dalších chemických sloučenin a určit tak pravděpodobnost výskytu mnoha minerálů. Jsou známy globální údaje o martově atmosféře, jejíž převládající složkou je kysličník uhličitý. Stále se však nepodařilo rozhodnout, zda na Marsu jsou nebo alespoň někdy v minulosti byly podmínky, které považujeme za klíčové pro existenci života, jaký známe na ZemiZemě – 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. Mohorovičićovým 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.. Přitom odpověď na tuto otázku byla hnacím motorem všech projektů, které pro výzkum Marsu prozatím lidé připravovali a ještě jistě připravovat budou.

Deník Giovanniho Schiaparelliho

Pozorovací deník Giovanniho Schiaparelliho s kresbou Marsu v opozici roku 1890. Na obrázku zakreslené povrchové tvary byly pozdějšími astronomy vysvětleny jen jako klamné obrazy vzniklé nedostačující pozorovací technikou.  Schiaparelli pozoroval Mars refraktorem o průměru 21,5 cm. Zdroj: Osservatorio Astronomico di Brera.

Na Mars bylo dosud vysláno 39 sond a z nich bylo jen 15 úspěšných. Úspěch zde znamená, že se podařilo navést sondu na oběžnou dráhu, nebo bezpečně přistát a získat očekávaná data. Od doby VikingůViking – dvojice sond NASA vypuštěná k Marsu ve dnech 20. 8. 1975 a 19. 9. 1975. Obě měly orbitální i přistávací modul. Mise byly úspěšné a bez větších problémů trvaly několik let., které byly v polovině sedmdesátých let vůbec prvními úspěšnými laboratořemi schopnými přímého povrchového průzkumu, se technika v mnohém zdokonalila. Dosud však stále zůstává nerozhodnuto, zda na Marsu živé organismy jsou, nebo alespoň kdysi v minulosti byly, či zda je to planeta bez života. Současný přímý terénní průzkum je prováděn zejména terénními vozítky, které jsou schopny autonomního pohybu po planetě a mohou si vybrat, jaké části povrchu budou zkoumat. Způsob, jakým to dělají, je tedy omezen jejich pohybovými možnostmi a přístrojovým vybavením, které si s sebou na Mars přivezly. Na Marsu dnes pracují dvě takové pojízdné aparatury. Z předchozí generace dvojice roverů je ještě stále aktivní Opportunity, který přistál na povrchu 25. ledna 2004 a od té doby najezdil již více než 35 km. Dnes se nachází v blízkosti kráteru Endeavour. Dvojice identických vozítek Spirit a Opportunity byla vybavena zejména kamerami a spektrometry. Rovery byly navrženy pro průzkum klimatických podmínek, mikroskopický a spektroskopický průzkum minerálů a hornin a samozřejmě pro hledání čehokoliv, co by mohlo být vysvětleno jako projevy živých struktur. Výsledkem byla průkazná přítomnost vody na Marsu, jejíž vliv byl rozpoznán v erodovaných strukturách povrchových hornin. Rovery současně nalezly minerály a horniny, jejichž původ je na Zemi přítomností vody podmíněn. Druhým aktivním vozítkem je nejnovější projekt MSL (Mars Science Laboratory) pojmenovaný Curiosity (Zvědavost).

Curiosity je pojízdná laboratoř již třetí generace, která je mnohem větší než všichni předchozí průzkumníci. Laboratoř nese také mnohem složitější vybavení a je schopná přímého průzkumu hornin a zemin, který provádí několika rozdílnými metodami v uzavřeném prostředí s  přesně kontrolovatelnými vlastnostmi. MSL Curiosity je vybavena 17 kamerami, z nichž klíčové jsou tři systémy – MastCam s vysokým rozlišením na stožáru, MAHLI na robotickém rameni schopný snímat detaily velké jen 12,5 μm a MARDI určený pro detailní záznam povrchu při přistávacím manévru. Dalším typem výbavy jsou čtyři analytické experimenty, jejichž klíčovými přístroji jsou zejména spektrometry. Tyto experimenty jsou navrženy k detailnímu geologickému a atmosférickému průzkumu. ChemCam ostřeluje laserem horniny a analyzuje odpařený materiál. APXS analyzuje složení hornin pomocí rentgenové spektroskopie a ostřelováním hornin částicemi alfa. Prostřednictvím experimentu CheMin by mělo být možné rozlišit detailní chemické složení minerálů, které v sobě váží vodu. Bylo by tak možné usuzovat na její přítomnost v době, kdy horniny vznikaly. Klíčovým fyzikálně chemickým experimentem je SAM, cca 40 kg velký komplex velikosti mikrovlnné trouby vybavený plynovým chromatografem a dvěma spektrometry. SAM obsahuje pec, ve které jsou vybrané vzorky půdy vyžíhány při teplotě 1 000 °C a následně jsou analyzovány výsledky tohoto děje. Experiment je určen zejména pro vyhledávání organických uhlíkatých molekul a sloučenin. Curiosity je dále vybavena dvěma detektory radiace DAN a RAD, přístrojem MEDLI pro průzkum atmosféry při sestupném manévru a analyzátorem REMS měřícím fyzikální charakteristiky prostředí, ve kterém se laboratoř nachází. Podrobnosti k jednotlivým aparaturám a přístrojovému vybavení Curiosity jsou velmi podrobně popsány na stránkách mise, za prohlédnutí stojí interaktivní diagram. Curiosity je tedy komplexní pojízdná laboratoř, která by měla být schopná nashromáždit velmi detailní poznatky o martově povrchovém složení a o jeho atmosféře v místech, kde se zrovna pohybuje.

Kráter Gale, místo přistání

Kráter Gale, kam přistála laboratoř Curiosity (mp4, 21 MB). Zdroj: NASA.

Místo přistání bylo záměrně vybráno velmi pečlivě uvnitř kráteru Gale. Zde je, podle předchozích průzkumů, terén tvarován zejména naplaveninami sesutými z centrálního pohoří uvnitř kráteru. Bude tady určitě mnoho nejrůznějších hornin, které mohly vzniknout přeměnou dřívějších souvrství. Není ale možno vyloučit ani pro průzkum přístupné velmi staré horniny odhalené při sesuvech. Samotné místo, do kterého bylo vozítko raketovým jeřábem spuštěno, bylo zvoleno na rovinatém dnu kráteru, kde byly podmínky pro bezpečné přistání velmi výhodné. Jelikož je Curiosity již dosti velkým zařízením a přístrojové vybavení je oproti předchozím automatům také energeticky mnohem náročnější, panely slunečních baterií by byly příliš velké a pro jeho provoz nepraktické. Celá aparatura je tedy poháněna radioizotopovým termoelektrickým generátorem. Životnost mise je tak závislá na „vybití baterií“. Napájení by mělo vydržet alespoň jeden marťanský rok, tedy zhruba dva pozemské.

Tři generace martovských vozítek

Tři generace martovských vozítek. Vpředu je Sojourner z mise Pathfinder, který jezdil po Marsu v roce 1997. Vlevo jedno z dvojčat roverů Spirit a Opportunity, které přistály v roce 2004 a jejichž program stále probíhá. MSL Curiosity je ta největší aparatura na kolech zaparkovaná vpravo. Zdroj: NASA.

Trasa pohybu Curiosity

Trasa pohybu Curiosity od svého přistání v srpnu do listopadu 2012. Curiosity dosud urazila více než půl kilometru. Místo přistání MSL bylo pojmenováno po Ray Bradburym, vizionáři a autorovi Marťanské kroniky, klasického díla vědeckofantastické literatury, který zemřel 5. června 2012. V pravém horním rohu snímku jsou zřetelné erodované struktury naplavených hornin.. Zdroj: NASA.

Laboratoř Curiosity přistála na Marsu 6. srpna 2012. Vozítko by mělo být aktivní jeden marťanský rok a za tu dobu by se mělo pohybovat uvnitř nebo v okolí kráteru Gale. Mohlo by najezdit 5 až 20 km. Cílem mise je zejména podrobný průzkum místních zemin a hornin, nebude proto potřeba cestovat příliš daleko. Prozatím to podle výsledků a provedených rozborů vypadá, že mise bude velmi úspěšná. Za první čtyři měsíce se podařilo provést velmi přesná měření atmosféry. Atmosféra se na denní straně vlivem slunečního svitu ohřívá, její objem se tím nad ohřátým povrchem planety zvětšuje a na noční straně opět chládne a houstne. Je možné, že se tyto pravidelné změny také podílejí na úniku plynného obalu Marsu do vesmírného prostoru a jsou částečně i důvodem, proč Mars postupně ztrácí atmosféru.

Kolísání atmosférického tlaku

Ohřev

Kolísání atmosférického tlaku v průběhu dne a noci. Na denní straně ohřátý vzdušný obal řídne a na noční zase houstne. Těmto cyklickým změnám také odpovídají změny radiace povrchových hornin. Hustší atmosféra více brání sublimaci podpovrchových látek a tedy také úniku radiace do prostoru, která je s touto sublimací spojena. Graf nahoře odpovídá období od 25. srpna do 1. září. Zdroje NASA PIA 16479, 16478.

Autoportrét Curiosity

Autoportrét Curiosity při nabírání vzorků zemin a jejich analýze z písečné duny pojmenované Rocknest. Snímek byl poskládán z 55 obrázků pořízených kamerou MAHLI umístěnou na robotickém rameni. Na tomto místě byla Curiosity od 2. října do 16. listopadu. Zdroj: NASA.

Zahřívání písku

Zahříváním jemného písku nabraného z duny Rocknest v peci SAM byly nalezeny sloučeniny síry, kyslíku, a chlóru. Chlór by mohl pocházet z chloristanů, což jsou soli kyseliny chloristé, které obsahují chloristanový aniont (ClO4). Chloristany byly nalezeny také při misi Phoenix Polar Lander. Síra by mohla mít původ v sirnících nebo síranech. Sirníky bývají obsaženy v horninách souvisejících s vulkanickými procesy.
Zdroj: NASA.

Zahřívání písku

Plyn odpařený při zahřívání pískových zrn z duny Rocknest obsahuje vodní páru, kysličník uhličitý, kysličník siřičitý a molekulární kyslík. Zdroj: NASA.

Chlor

První průzkum zeminy v místě Rocknest prokázal přítomnost jednoduchých organických uhlíkatých sloučenin, které obsahují vodík, kyslík a chlór. Tyto látky jsou na Zemi považovány za nezbytnou podmínku existence živých struktur, nebo alespoň složitějších organických molekul, ze kterých se živé organismy utvářejí. Chlorované uhlovodíky mohou vznikat reakcí uhlovodíků s chloristany nebo s chloristanovými ionty. Zdroj: NASA.

V současnosti výzkum probíhá a je jasné, že jediný výsledek analýzy hornin na jednom místě není prokazatelným důkazem existence živých struktur na cizí planetě. Můžeme dostat jen takové odpovědi, na které jsme si připravili své otázky.  Laboratoř je vytvořena pro rozsáhlou chemickou a fyzikální analýzu, ale přeci jen v omezeném rozsahu experimentů. Bude možné provádět kvalitativní a kvantitativní rozbory nashromážděných hornin a půd a z nich pak předpovídat minulost planety. Je ale možné, že se misi MSL Curiosity podaří skutečně průlomový objev. Jde zatím o nejsložitější a nejlépe vybavenou analytickou aparaturu, která se k průzkumu cizích světů vypravila.

Klip týdne: MSL Curiosity

Jedenáctiminutová animace zobrazující misi MSL Curiosity od startu z oběžné dráhy Země přes přistávací manévr pomocí raketového jeřábu až po práci pojízdné laboratoře na povrchu Marsu. MSL Curiosity přistála na Marsu v oblasti kráteru Gale dne 6. srpna 2012. Zdroj: NASA (mp4, 103 MB)

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage