Zdobywanie Kosmosu. Sondy, którym pozwolono odlecieć do gwiazd

Opisane w poprzednim felietonie powodzenie misji sondy Pioneer 10, która jako pierwsza opuściła Układ Słoneczny i odleciała w przestrzeń międzygwiezdną, sprawiło, że jej śladem wysłano następne automatyczne próbniki. O ich zadaniach i osiągniętych sukcesach opowiem w tym felietonie.

Publikacja: 16.02.2024 11:38

Artystyczne wyobrażenie widoku na Układ Słoneczny z Voyagera 1 NASA, ESA, and G. Bacon (STScI) /Hunt

Artystyczne wyobrażenie widoku na Układ Słoneczny z Voyagera 1 NASA, ESA, and G. Bacon (STScI) /Huntster /Wikimedia Commons

Foto: ESA/Hubble

Sukces sondy Pioneer 10, o którym pisałem w poprzednim felietonie, zachęcił ludzkość do powtórzenia tego eksperymentu z bardzo podobnym scenariuszem. Pioneer 10 dokonał trzech rzeczy: bezpiecznie przedarł się przez pas planetoid, zbliżył się do Jowisza i wykrył jego pasy radiacyjne oraz magnetosferę, które mogły niszczyć aparaturę elektroniczną następnych sond wysłanych w ten rejon, nadesłał na Ziemię dobre zdjęcia Jowisza wykonane po raz pierwszy „z bliska”, a potem odleciał w przestrzeń międzygwiezdną, stając się pierwszym obiektem, który opuścił Układ Słoneczny.

Pioneer 11, czyli „powtórka z rozrywki”

Pioneer 11 miał dokonać tego samego, ale dodatkowo miał także zbliżyć się do Saturna i pokazać z bliska tajemniczą strukturę jego pierścieni.

Sondę wystrzelono 6 kwietnia 1973 r. z przylądka Canaveral na Florydzie. Bezpiecznie przeszła pas planetoid, zbliżyła się do Jowisza 3 grudnia 1974 r. i zrobiła zdjęcia jego atmosfery. Jowisz ma wprawdzie skaliste jądro otoczone warstwą metalicznego wodoru, ale głównie jest to ogromna kula zbudowana z gazów. Cenne były zwłaszcza zdjęcia obszarów biegunowych (niemożliwych do obserwacji z Ziemi nawet przez największe teleskopy, bo Jowisz jest do nas stale obrócony bokiem). Pioneer 11 sfotografował też z bliska tajemniczą wielką czerwoną plamę, którą astronomowie obserwowali przez 359 lat, nie wiedząc, co właściwie widzą. Fotografia ujawniła, że jest to ogromny antycyklon – gigantyczny huragan wirujący ustawicznie w tym samym miejscu w atmosferze planety.

Czytaj więcej

Tajemnica czarnych dziur „zombie”

Pole grawitacyjne Jowisza skierowało sondę w kierunku następnej ogromnej planety – Saturna, otoczonego tajemniczymi pierścieniami. Saturn jest bardzo daleko od Ziemi: 1 miliard 319 milionów km. Sonda Pioneer 11 dotarła do niego 1 września 1979 r., zrobiła zdjęcia jego pierścieni, wykryła nieznany księżyc (Epimeteusz) i poleciała w przestrzeń międzygwiezdną, gdzie za 4 miliony lat zbliży się do gwiazdy lambda Aquilae. Obecnie znajduje się w odległości ok. 17 mld km od Ziemi.

Dwie odkrywcze wyprawy do najdalszych planet

Sondy Pioneer pozwoliły obejrzeć dwie największe planety w Układzie Słonecznym, ale poza możliwością eksploracji były nadal mało widoczne z Ziemi planety Uran i Neptun. Dlatego w drugiej połowie lat 70. XX w. intensywnie pracowano nad stworzeniem programu badawczego, który obok badań Jowisza i Saturna – nadal cieszących się dużym zainteresowaniem astronomów – pozwoliłby zbliżyć się także do tych najdalszych planet Układu Słonecznego. Do realizacji owej misji wystrzelono w krótkim odstępie czasu dwie bogato wyposażone sondy kosmiczne Voyager 1 i Voyager 2. Wykorzystano fakt, że w 1977 r. wszystkie cztery interesujące planety zbliżały się do położenia, w którym jednym lotem (trwającym około dwóch lat) można się było zbliżyć do nich wszystkich, wykorzystując do koniecznych zmian prędkości i kierunku lotu oddziaływanie grawitacyjne mijanych planet.

20 sierpnia 1977 r. jako pierwszy wystartował Voyager 2, który miał bogatszy program badawczy, ale potem wyprzedził go wystrzelony 5 września 1977 r. Voyager 1. Aby dotrzeć do najdalszych zakątków Układu Słonecznego, oba próbniki potrzebnej do tego energii nabrały za pomocą manewru nazywanego asystą grawitacyjną. Nie wchodząc w szczegóły, polega to na tym, że sonda zbliża się do jakiejś planety, a jej przyciąganie w połączeniu z ruchem na orbicie bardzo znacząco przyspieszają lot sondy. Sondy Voyager wykorzystały w tym celu planetę Wenus (bliską Słońca), która dała im tak potężny impuls grawitacyjny, że bardzo przyspieszyły, lecąc w kierunku planet położonych najdalej od Słońca.

Plon wyprawy Voyagera 1

Większego przyspieszenia nabrała sonda Voyager 1, dlatego wyprzedziła wcześniej wystrzeloną sondę Voyager 2 i jako pierwsza zbliżyła się 4 stycznia 1979 r. do Jowisza, robiąc 18 tys. zdjęć planety i jej licznych księżyców. Tych księżyców Jowisz ma aż 95, ale największe to: Io, Europa, Ganimedes i Kllisto. Te księżyce obserwował przez teleskop już Galileusz. Voyager 1 zbliżył się do nich i zrobił dobre zdjęcia ich powierzchni, wykrywając m.in. to, że na Io są aktywne wulkany. Na zdjęciach dostrzeżono także, że Jowisz też ma pierścień, ale oczywiście znacznie mniejszy niż Saturn, z Ziemi niewidoczny.

Po minięciu Jowisza Voyager 1 wykorzystał jego grawitację, żeby skierować się do Saturna. Przelot obok tej planety był tak zaplanowany, żeby przelecieć możliwie blisko Tytana – jej największego księżyca. Aby dokładnie wycelować w owego Tytana, sonda 9 kwietnia 1979 r. uruchomiła swoje silniki i dokonała niewielkiej korekty toru lotu. Zrobiono to aż za dobrze, bo kolejne odczyty kierunku lotu sondy pokazały, że teraz to ona zderzy się z Tytanem! 10 października 1979 r. włączono silniki po raz kolejny, żeby bezpiecznie przelecieć obok Tytana. Udało się – sonda przeleciała w odległości 4000 km od powierzchni atmosfery Tytana i zebrała dane pokazujące, że ten bardzo odległy od Ziemi glob ma atmosferę i chmury. To rzadkość w Systemie Słonecznym. Sonda wykonała 16 tys. zdjęć mimo niekorzystnego oświetlenia (bardzo odległe Słońce słabo tam już świeci). Oczywiście, większość zdjęć poświęcono na zobrazowanie unikatowych pierścieni Saturna, ale fotografowano także księżyce, do których sonda się zbliżyła, i odkryto trzy nowe księżyce (z Ziemi niewidoczne).

Czytaj więcej

Rakietowe nieszczęścia Sowietów

Potem sonda opuściła Układ Słoneczny i obecnie znajduje się w odległości ok. 24 mld km w przestrzeni międzygwiezdnej i oddala się od nas z prędkością 61 tys. km/h.

Voyager 2 w pobliżu Jowisza i Saturna

Jak wspomniałem wyżej, Voyager 2 został wystrzelony wcześniej, ale jego „bliźniak” Voyager 1 poruszał się szybciej i wcześniej dotarł do największych planet Układu Słonecznego. Zbliżając się do Jowisza 24 kwietnia 1979 r., Voyager 2 zaczął fotografować co kilka dni powierzchnię jego atmosfery, co wyświetlane jako kolejne klatki filmu w fascynujący sposób pokazuje, jak ta atmosfera się kłębi i przemieszcza. Taki film jest w internecie i warto go obejrzeć!

9 lipca 1979 r. sonda zbliżyła się na odległość 650 tys. km od szczytu jowiszowych chmur i zaobserwowała w nich wyładowania atmosferyczne. Voyager 2 miał też za zadanie zbliżyć się do księżyca o nazwie Europa, którego Voyager 1 obserwował tylko z daleka. Na podstawie tych badań wysunięto przypuszczenie, że pod skorupą lodową pokrywającą powierzchnię tego księżyca jest ocean ciekłej wody. Zrodziło to spekulacje, że na Europie można będzie znaleźć żywe istoty (kosmitów!), ale to tyko spekulacje.

Korzystając z pola grawitacyjnego Jowisza, Voyager 2 rozpędził się i skierował w stronę Saturna. Pierwsze obserwacje tej planety Voyager 2 rozpoczął 5 czerwca 1981 r., gdy odległość wynosiła 77 mln km. Obawiano się, że sonda przeleci zbyt daleko od planety i nie otrzyma kolejnej porcji energii grawitacyjnej, potrzebnej do penetracji okolic jeszcze dalszych planet: Urana i Neptuna. W związku z tym 19 sierpnia 1981 r. na rozkaz z Ziemi Voyager 2 skorygował tor lotu w taki sposób, że tydzień później przeleciał na wysokości około 100 tys. km nad szczytami chmur Saturna i dostał porcję dodatkowej energii. Rozpędził się do prędkości gwarantującej, że po ukończeniu badań definitywnie opuści nasz Układ Słoneczny.

Przebywając w sąsiedztwie Saturna, Voyager 2 zrobił zdjęcia jego księżyców i pierścieni, przy czym zastosował obserwację, gdy kolejne pierścienie przesłaniały odległą gwiazdę. Na tej podstawie obliczono rozmiary pierścieni z dokładnością do 100 m!

Spotkanie z Uranem i Neptunem

Rozpędzony i skierowany w kierunku Urana Voyager 2 zaczął go obserwować od 4 listopada 1985 r. Obserwacja była utrudniona, bo do tak odległych fragmentów Układu Słonecznego dociera już bardzo mało światła (Słońce jest tam widoczne jako jedna z gwiazd!). Aby zrobić zdjęcie, trzeba było je długo naświetlać, a sonda w tym czasie pędziła z prędkością 68 tys. km/h. Trzeba więc było stosować specjalne zabiegi (kompensacja ruchu sondy za pomocą jej silniczków), żeby uniknąć efektu „poruszonego zdjęcia” – znanego wszystkim fotografom. Co więcej, sygnał radiowy niosący owe fotografie wędrował na Ziemię prawie 3 godz. i docierał tak słaby, że odebrać go mogły tylko największe radioteleskopy z czaszami anten o średnicy 64 m. Niemniej udało się wykonać ponad 6 tys. zdjęć Urana i jego księżyców oraz jego pierścieni – bo okazało się, że on także takie pierścienie ma, chociaż o wiele mniejsze niż Saturn. Największe zbliżenie do Urana miało miejsce 24 stycznia 1986 r. Odległość sondy od szczytu chmur wynosiła 82 tys. km. Obserwacje tej planety i jej otoczenia ukończono miesiąc później. Na zdjęciach była widoczna powierzchnia pięciu znanych księżyców, z których najciekawsza okazała Miranda, a także odkryto 10 księżyców wcześniej nieznanych. Zaobserwowano również niezwykły układ pomarańczowych chmur wokół południowego bieguna planety, która w całości zabarwiona jest na niebiesko.

Czytaj więcej

„Ten drugi”, czyli zapomniani zdobywcy Kosmosu

Po ukończeniu tych badań Voyager 2 wyruszył na spotkanie z ostatnią planetą Układu Słonecznego – Neptunem. Żeby do niego dotrzeć, musiał zmienić tor swego lotu, co zrobił 14 lutego 1986 r. Wtedy aż na 2,5 godziny włączono silniki sondy, żeby ją prawidłowo ukierunkować. Zużyto mnóstwo zabranego z Ziemi paliwa, ale udało się! 5 maja 1989 r. Voyager 2 zaczął przesyłać na Ziemię pierwsze fotografie Neptuna. Sygnały wysyłane przez sondę na Ziemię musiały przebyć tak długą drogę, że nie mogły być odczytane nawet przez największe radioteleskopy, dlatego zastosowano metodę łączenia radioteleskopów w sieć nazwaną Deep Space Network i w ten sposób zdjęcia z sondy udało się odebrać. Na fotografiach były uwidocznione cztery znane księżyce Neptuna i sześć nowo odkrytych. Ważna była powierzchnia pokrywy chmur samej planety, ponieważ to pozwoliło na ustalenie okresu jej obrotu, niemożliwego do obliczenia na podstawie obserwacji z Ziemi. Największe zbliżenie do Neptuna miało miejsce 25 sierpnia 1989 r., gdy sonda zbliżyła się do szczytów jego chmur na odległość 4,5 tys. km. Dokonane pomiary pozwoliły na wyznaczenie masy planety, co było ważne, bo wcześniejsze oszacowania okazały się błędne i prowadziły do zagadek, gdy usiłowano obliczeniowo ustalać ruch na orbicie zarówno Neptuna, jak i Urana. Wykazano także, iż Neptun również ma pierścienie – oczywiście marniutkie w porównaniu z masywnym Saturnem – a na największym księżycu o nazwie Tryton zaobserwowano czynne gejzery. Badania Neptuna i jego księżyców zakończono 2 października 1989 r.

Po zakończeniu tych badań Voyager 2 skierował się już poza granice Układu Słonecznego i obecnie zmierza do odległych gwiazd – m.in. do najjaśniejszej na ziemskim niebie gwiazdy: Syriusza. Dotrze tam za 300 tys. lat. Obecnie jest w odległości 20 mld km od Ziemi i ucieka ku gwiazdom z prędkością 55 tys. km/h. Ale jego aparatura naukowa działa i nadal przesyła na Ziemię cenne wyniki pomiarów informujących, jakie właściwości ma przestrzeń międzygwiezdna!

W tym artykule nie udało mi się opowiedzieć o chyba najciekawszej sondzie kosmicznej dalekiego zasięgu New Horizons, która została wystrzelona 19 stycznia 2006 r. w celu zbadania Plutona. Ona także już jest w przestrzeni międzygwiezdnej, ale o jej misji napiszę w kolejnym felietonie.

Autor jest profesorem Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

Sukces sondy Pioneer 10, o którym pisałem w poprzednim felietonie, zachęcił ludzkość do powtórzenia tego eksperymentu z bardzo podobnym scenariuszem. Pioneer 10 dokonał trzech rzeczy: bezpiecznie przedarł się przez pas planetoid, zbliżył się do Jowisza i wykrył jego pasy radiacyjne oraz magnetosferę, które mogły niszczyć aparaturę elektroniczną następnych sond wysłanych w ten rejon, nadesłał na Ziemię dobre zdjęcia Jowisza wykonane po raz pierwszy „z bliska”, a potem odleciał w przestrzeń międzygwiezdną, stając się pierwszym obiektem, który opuścił Układ Słoneczny.

Pozostało 95% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Historia świata
Pasażerowie "Titanica" umierali w blasku gwiazd
Materiał Promocyjny
Wykup samochodu z leasingu – co warto wiedzieć?
Historia świata
Odzwierciedlają marzenia i aspiracje panny młodej. O symbolice dywanu posagowego
Historia świata
Bezcenne informacje czy bezużyteczne graty? Kapsuły czasu trwalsze od fundamentów
Historia świata
Ludobójstwo w Rwandzie – szczyt obłędu
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Historia świata
Prezydent, który zlecił jedyny atak atomowy w historii. Harry S. Truman, część III