Niezwykła misja sondy New Horizons

Sonda New Horizons została wystrzelona z przylądka Canaveral na Florydzie 19 stycznia 2006 r. W odróżnieniu od sond omawianych w dwóch poprzednich felietonach, które przed wyprawieniem się do najodleglejszych zakątków Układu Słonecznego rozpędzały się za pomocą odpowiednich manewrów w polach grawitacyjnych planet bliskich Ziemi (głównie Wenus), sonda New Horizons poleciała prosto do celu.

Siłowy start

Rakieta Atlas V 551 – wspomagana przez pięć doczepionych z boku rakiet na paliwo stałe, za pomocą której New Horizons wyniesiono w przestrzeń – była tak potężna, że od razu nadała sondzie prędkość 16 km/s (blisko 60 tys. km/h), co pozwalało na lot bezpośrednio do celu. Przy tej ogromnej szybkości sonda New Horizons już po dziewięciu godzinach przeleciała obok Księżyca. Przypomnijmy, że pojazdy kosmiczne serii Apollo, za pomocą których pierwsi ludzie dotarli na Księżyc, potrzebowały aż 69 godzin lotu na pokonanie dystansu od Ziemi do naszego naturalnego satelity.

Co więcej, rakieta wynosząca sondę na tyle precyzyjnie skierowała ją w kierunku celu, że z większości planowanych korekt trajektorii można było zrezygnować. Napiszmy jednak wreszcie, jaki był cel tej misji?

Tajemniczy Pluton

Wcześniej omawiane sondy kosmiczne badające dalekie planety: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna, nie brały pod uwagę Plutona. To ciało niebieskie krążące wokół Słońca po bardzo odległej orbicie przez pewien czas było traktowane jako dziewiąta planeta Układu Słonecznego. Do takiego traktowania szczególnie przywiązani byli Amerykanie, bo była to jedyna planeta, którą odkrył 18 lutego 1930 r. ich rodak, Clyde William Tombaugh. Niestety, 24 sierpnia 2006 r. Międzynarodowa Unia Astronomiczna uznała, że Pluton planetą nie jest.

Czytaj więcej

Historia świata

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.

Oczywiście, wywołało to wiele dyskusji, ale astronomowie kwestionujący opinię, że Pluton jest planetą, mieli rzeczowe argumenty. Po pierwsze, jest on bardzo mały. Jest mniejszy od naszego Księżyca, a także od wielu księżyców innych planet. Większe od niego są cztery księżyce Jowisza (Kallisto, Ganimedes, Europa oraz Io), księżyc Saturna (Tytan) oraz księżyc Neptuna (Tryton). Po drugie, porusza się po orbicie bardzo odbiegającej od orbit innych planet naszego układu. Wszystkie planety obiegają Słońce mniej więcej na tej samej płaszczyźnie, nazywanej ekliptyką. Tymczasem orbita Plutona jest nachylona pod kątem 17o do ekliptyki. Co więcej, orbita ta jest bardzo ekscentryczna: zamiast (jak typowe planety) obiegać Słońce po orbicie prawie kołowej – jest eliptyczna. Odległość Plutona od Słońca, w momencie gdy jest najbardziej oddalony, jest w przybliżeniu 50 razy większa niż odległość Ziemi od Słońca (tzw. jednostka astronomiczna), ale gdy się zbliża po elipsie do naszej gwiazdy – jest oddalony od Słońca tylko o niecałe 30 jednostek astronomicznych, więc wchodzi głęboko poniżej orbity Neptuna.

Sonda New Horizons została wysłana, żeby przyjrzeć się temu osobliwemu ciału niebieskiemu z bliska i wyjaśnić przynajmniej kilka zagadek z nim związanych.

Lot przez pas planetoid

Dobrze wycelowana i potężnie rozpędzona sonda New Horizons (przypominająca kształtem i rozmiarami fortepian) 7 kwietnia 2006 r. przecięła orbitę Marsa i wleciała w głąb pasa planetoid. O tym kosmicznym młynie, w którym bezładnie latają i zderzają się kawałki materii o wielkości od kilku milimetrów do rozmiarów sporej góry, pisałem we wcześniejszych felietonach. Planując lot sondy New Horizons, konstruktorzy nie przewidzieli dla niej żadnych zadań w owym pasie, ale skoro cała aparatura naukowa sondy była w bardzo dobrym stanie, to chociażby dla jej wypróbowania postanowiono coś zbadać. Wykryto, że sonda będzie przelatywać koło planetoidy, która nie miała nazwy, ale była notowana przez astronomów pod numerem 132524 APL. Takie planetoidy są ewidencjonowane i śledzone, bo mogą zmienić orbitę i np. skierować się w kierunku Ziemi, gdzie ich uderzenie wywołałoby niewyobrażalny kataklizm. Nakazano więc wykonanie zdjęć owej planetoidy i oceny jej składu chemicznego.

Okazało się, że ma ona 2,5 km średnicy. Przy fotografowaniu nie można było użyć głównego systemu rejestracji obrazów, jaki miała przygotowana sonda, nazwanego LORRI, bo był on przystosowanych do robienia zdjęć przy bardzo małym oświetleniu w odległych od Słońca obszarach przebywania Plutona, a w pasie planetoid było o wiele za jasno. Użyto więc pomocniczego aparatu fotograficznego o nazwie Ralph. Uzyskano znakomite zdjęcia, a sonda udowodniła, że potrafi bardzo sprawnie śledzić obserwowane obiekty mimo bardzo szybkiego poruszania się. Szansa na sukces całej misji wydatnie się zwiększyła.

Badanie Jowisza

Od czasu opisanych w poprzednich felietonach pionierskich badań Jowisza przez sondy Pioneer i Voyager Jowisz znajdował się pod obserwacją, a wiedza na jego temat była bardzo bogata. Sonda New Horizons nie musiała go więc badać. Ponieważ jednak jej aparatura była nowocześniejsza niż sond wysyłanych wcześniej, ta eksploracja także mogła wzbogacić wiedzę naukową. Dodatkowo można było wypróbować działanie wszystkich urządzeń. W związku z tym 4 września 2006 r. zrobiono zdjęcie Jowisza przy użyciu głównego aparatu fotograficznego LORRI. Fotografia wykonana z odległości 291 mln km wyszła bardzo dobrze.

Czytaj więcej

Kosmos

Per aspera ad astra!

Po okresie odkrywania wszystkich zakamarków naszej planety (bieguny, szczyty najwyższych gór, głębie oceanów) ludzie postanowili sięgnąć dalej. Chcieli wyrwać się z Ziemi, żeby sięgnąć Kosmosu! Pierwsze kroki w tym zakresie realizowano, wysyłając sondy bezzałogowe.

W styczniu 2007 r. rozpoczęła się eksploracja najpierw księżyca Kallisto, a potem samego Jowisza. Nowością było wykonywanie zdjęć w podczerwieni, co dostarczało nowych informacji o atmosferze Jowisza i o toczących się w niej burzach. Zaobserwowano ogromną erupcję wulkaniczną na księżycu Io i zmierzono, że pióropusz tej erupcji osiągnął wysokość 330 km, a potem opadł na powierzchnię księżyca. Po raz pierwszy udało się to obejrzeć tak dokładnie.

Ponieważ odległość Jowisza od Ziemi – chociaż ogromna – jest znacznie mniejsza niż w przypadku Plutona, przesyłanie zdjęć było łatwiejsze. W efekcie w otoczeniu Jowisza sonda New Horizons przebywała do czerwca 2007 r. i wykonała więcej zdjęć, niż spodziewano się wykonać przy Plutonie. Skorzystano także z asysty grawitacyjnej Jowisza w celu przyspieszenia lotu sondy, dzięki czemu lot w najodleglejsze rejony Systemu Słonecznego na spotkanie z Plutonem skrócono aż o trzy lata! Definitywne zakończenie prac w okolicy Jowisza nastąpiło 28 czerwca 2007 r.

Przelot przez miliony kilometrów próżni

Podczas lotu do Plutona wszystkie przyrządy naukowe sondy wyłączono, żeby nie zużywać energii elektrycznej. W tym „stanie hibernacji” czuwał tylko komputer pokładowy, który przesyłał okresowo na Ziemię sygnał informujący, że wszystko jest w porządku. 8 czerwca 2008 r. uśpiona sonda New Horizons przecięła orbitę Saturna, 18 marca 2011 r. – orbitę Urana, a 25 sierpnia 2014 – orbitę Neptuna. Była pokusa, żeby uruchomić aparaturę sondy i próbować obserwować tzw. trojany Neptuna, ale zdecydowano się skupić na przygotowaniach do badania Plutona.

6 grudnia 2014 r. wysłano rozkaz „budzenia” sondy. Włączyły się wszystkie przyrządy naukowe i na drugi dzień na Ziemię dotarł sygnał, że sonda jest gotowa do działania. Zaczęto wykonywać zdjęcia Plutona i jego największego księżyca – Charona. 12 grudnia 2015 r. NASA opublikowała pierwsze takie zdjęcia wykonane z odległości 203 mln km, ale oczywiście oba ciała niebieskie wyglądały jak małe kropeczki.

Kierownictwo misji miało jednak w tym czasie poważne zmartwienie. W ciągu lat, jakie minęły od startu sondy New Horizons, astronomowie na Ziemi uzyskali lepsze możliwości obserwacyjne i odkryli, że poza dużym Charonem wokół Plutona krążą też mniejsze księżyce. Nadano im nazwy Nix i Hydra, a na zdjęciach wykonanych przez New Horizons 25 kwietnia 2015 r. wykryto dwa kolejne, jeszcze mniejsze księżyce: Kerberos i Styks. Zapanowało przerażenie, że jeśli w otoczeniu Plutona jest więcej takich niewielkich skalnych obiektów, to sonda jest narażona na katastrofalne zderzenie! Na szczęście więcej mikroksiężyców nie znaleziono i sonda mogła bezpiecznie zbliżyć się do Plutona.

Upragnione spotkanie

Największe zbliżenie nastąpiło 14 lipca 2015 r. Sonda New Horizons znalazła się wtedy w odległości 12,5 tys. km od powierzchni Plutona, który został w związku z tym dokładnie obfotografowany. Fotografowana była także powierzchnia Charona, do którego sonda zbliżyła się na odległość 29 tys. km. Badano geologię i morfologię obu powierzchni oraz ich skład chemiczny. Określano także właściwości atmosfery Plutona, jego rozmiary i masę. Sfotografowano także te cztery małe księżyce, które wywołały początkowo takie przerażenie, i określono ich wymiary (maksymalna średnica: 30 km).