Americké sondy Voyger sú ďalej, ako všetky známe planéty našej slnečnej sústavy. „Družice sa už dostali za šokovú oblasť a posledné pozorovania ukazujú, že sa priblížili práve do oblasti heliopauzy,“ hovorí fyzik spolupracujúci s NASA Jozef Masarik.
Prečo sú misie Voyager významné?
„Tieto misie určitým spôsobom nadviazali na výsledky sond Pioneer a v oboch prípadoch je cieľom zistiť, aká je veľká slnečná sústava. Teda, až kam sa prejavujú efekty spôsobené Slnkom, dokedy prevažujú a kedy je za hranicou slnečnej sústavy väčšie množstvo častíc, ktoré nemajú pôvod v našej slnečnej sústave.“
Ako sa dá zistiť, aká veľká je slnečná sústava? A kedy vieme, že už končí?
„Toto meranie je založené na štúdiu magnetických polí generovaných Slnkom. V Slnku prebiehajú termonukleárne reakcie a pri nich sa hmota dostáva do stavu plazmy - nie je to neutrálna hmota, ale je nabitá.“
To znamená čo?
„Niektoré z častíc v Slnku majú dostatok energie, aby zo Slnka ušli. Sú to častice slnečného vetra, teda tok elektrónov a napríklad protónov, ktoré majú dostatočnú rýchlosť. Tieto nabité častice generujú magnetické polia. Keď unikajú od Slnka do určitej vzdialenosti, vypĺňajú istý priestor, bublinu, ktorú nazývame heliosféra.
Za heliosférou nemáme magnetické polia, ktoré majú pôvod v Slnku. Toto definujeme ako hranice našej slnečnej sústavy. Poslaním Voyagerov je dostať sa do oblasti, kde magnetické polia Slnka prestávajú prevažovať a začínajú mať vplyv polia z vonkajšieho priestoru.“
Ako vyzerá vonkajšok slnečnej sústavy?
„Slnečný vietor tam interaguje s medziplanetárnym priestorom. Medziplanetárne polia pôsobia proti toku častíc, ktoré unikajú zo Slnka. To spôsobuje, že slnečné častice spomaľujú.
Dostanú sa do oblasti konečného rázu či šoku a ten je charakteristický tým, že za touto oblasťou sú častice slnečného vetra s nadzvukovou rýchlosťou spomalené tak, že už sa dostávajú na rýchlosti pod rýchlosťou zvuku.“
Rýchlosťou zvuku, ako na Zemi? Teda Mach 1?
„Áno. Znamená to, že kým sa častice pohybujú nadzvukovou rýchlosťou, vzďaľujú sa od Slnka. Keď už sú pod rýchlosťou zvuku, tie radiálne rýchlosti nie sú také značné a častice sa môžu pohybovať všetkými smermi. Teda aj do strán.
A to je práve situácia, ktorá je zaujímavá teraz. Pretože v tejto oblasti, ktorú nazývame obálkou heliosféry, sa práve nachádzajú Voyagery. Tu stále prevažujú častice slnečného vetra a keď budú družice putovať ďalej, dostanú sa do oblasti, kedy sa polia prinášané zvonku a zo slnečnej sústavy vzájomne vykompenzujú a budú nulové.
Toto nazývame heliopauza. Prejaví sa tým, že nebudeme merať rýchlosť slnečného vetra. Družice sa už dostali za šokovú oblasť a posledné pozorovania ukazujú, že sa priblížili práve do oblasti heliopauzy.“
Koniec slnečnej sústavy
To je koniec slnečnej sústavy?
„Heliopauza určuje hranice slnečnej sústavy a je to oveľa ďalej, ako hociktorá planéta.“
Čo je za ňou?
„Je tam priestor, ktorý patrí našej Galaxii a nepatrí k našej hviezde. Priestor, ktorý môže zodpovedať magnetickému poľu generovanému inou hviezdou - ak by bola taká blízko - alebo je to priestor, ktorý nazývame medziplanetárny. Nepatrí k ničomu, je len výsledkom poskladania magnetických polí, ktoré generujú hviezdy. Pohybujú sa tam častice kozmického žiarenia.“
Nie je prázdny?
„Pohybuje sa tam medzihviezdny plyn a prach. To je priestor, kde sa nachádzajú iné častice, kozmického prachu, galaktického kozmického žiarenia. Nie je to absolútne vákuum, ale hustota častíc je tam pomerne nízka, nižšia, ako je v našej oblasti.
Treba si pritom uvedomiť, že Slnko každú sekundu vyžaruje asi 10 na 36 častíc slnečného vetra. Ale tá hustota so vzdialenosťou od Slnka klesá.“
Je tam niekde aj Oortov mrak, kde sa rodia kométy?
„Ten je ešte vo vnútri heliosféry. Považujeme zaň oblasť za obrovskými plynnými planétami a práve gravitačné polia týchto planét ovplyvňujú dráhy komét a posielajú ich do vnútornej časti slnečnej sústavy, vďaka čomu ich môžeme pozorovať. Mechanizmus je to veľmi podobný tomu, aký bol využitý na urýchľovanie Voygerov plynnými obrami.“
Ako je možné, že sondy zo 70. rokov sa dokázali dostať tak ďaleko a stále letia?
„Treba si uvedomiť, že tieto kozmické lety - okrem paliva na prekonanie odporu vzduchu Zeme pri štarte a prekonanie gravitácie Zeme - využívajú v kozmickom priestore zotrvačnosť. Hustota hmoty vo vesmíre je veľmi malá, a ak chceme sondy urýchliť, využívame gravitačné pôsobenie, uhlový moment hybnosti planét.
Planéty sa nejako pohybujú okolo Slnka a družice sa tiež pohybujú vzhľadom na tieto planéty. Voyagery využili jedinečné postavenie planét Jupiter, Saturna a Urán, aby práve pôsobením gravitačných síl planét boli urýchlené.“
Ako?
„Princíp je v podstate jednoduchý. Keď družica letí dostatočne blízko okolo planéty, zachytí sa okolo planéty, jej dráha je zakrivená a potom sa tá družica akoby vráti a zmení sa jej smer, v dôsledku čoho sa zmení jej rýchlosť vzhľadom na Slnko, nie vzhľadom na planétu.
Keď sa pozrieme na skladanie rýchlostí, najskôr sa planéta a družica pohybovali rôzne, potom sa pohybujú rovnakým smerom. Rovnaký smer znamená, že družica bola urýchlená. Samozrejme však vysvetlenie je v skutočnosti oveľa komplikovanejšie.“
A potom letia do nekonečna?
„Takto urýchlené Voyagery boli potom pustené do kozmického priestoru, kde je koncentrácia objektov nízka. takže proti nim nepôsobí sila, ktorá by im bránila v pohybe. Na základe zákona zotrvačnosti letia ďalej do voľného priestoru.
Dokonca podľa parametrov dráhy by sa z nášho pohľadu mohli pohybovať vo vesmíre nekonečne dlho alebo aspoň veľmi dlho.“
Nedôjde sondám energia?
„Tá je dôležitá na to, aby sme mohli so sondami komunikovať. Nie však pre samotný pohyb.“
Malá sonda strašne ďaleko
Ako dokážeme informácie z maličkej sondy letiacej strašne ďaleko zachytiť?
„Každá družica komunikuje so Zemou prostredníctvom siete obrovských antén s priemerom desiatok metrov. Nazývajú sa Deep Space Network. Práve vďaka nim komunikujú aj Voyagery.
Tieto antény máme natočené nejakým smerom a sú na rôznych miestach, aby neustále pokrývali oblohu. Všetky tieto družice majú aj vysokovýkonné antény, ktoré vysielajú na Zem údaje, ktoré družice - Voyagery alebo tie na Marse - nazbierajú.
Družica je pritom vždy orientovaná tak, aby anténa bola nasmerovaná k našej planéte. Musíme si však uvedomiť, že v súčasnosti sú Voyagery asi sedemnásť biliónov kilometrov od Zeme. To znamená, že svetlu trvá asi 16 hodín, kým príde z Voyageru na našu planétu.“
My teraz let Voyagerov riadime?
„Nekontrolujeme družice tak, aby sme určovali základný smer letu. Ale na družiciach je stále nejaké množstvo paliva, ktoré umožňuje natáčať sondy. Je potrebné, aby sme niekedy skorigovali smer antény tak, aby smerovala na Zem.
Druhá vec súvisí s nedávnymi výsledkami, podľa ktorých sa zdá, že Voyager 1 sa priblížil do oblasti heliopauzy. Má so sebou zariadenie, ktoré je schopné merať tok častíc slnečného vetra a merať ich rýchlosť. Lenže len v smere, ako sa od Slnka vzďaľujú po radiále.
Prístroje namerali, že rýchlosť sa blíži k nule. Aby sme si overili, či sme sa nedostali len do oblasti turbulentného prúdenia - táto obálka sa vyznačuje tým, že častice sú spomalené a možné sú tam rôzne prúdy - potrebovali sme natočiť družicu.
Natočili sme ju trochu iným smerom a potom sa pozerali, či častice netečú iným smerom, trebárs opačným.“
Čo je vlastne slnečný vietor?
„Tok elektrónov, protónov a v bližších oblastiach k Slnku aj veľmi malé množstvá ťažších jadier. Sú to nabité častice, ktoré generujú elektromagnetické pole.“
A kozmické žiarenie?
„Je toto isté. Ale sú tam častice, ktoré majú podstatne vyššie energie.“
Ako ich teda vieme odlíšiť?
„Dobrá rozoznávacia metóda nie je, pretože pôvod častíc je rovnaký. Ale častice s vyššími energiami - čo je vec definície - považujeme za kozmické žiarenie a tie s nižšími energiami za slnečný vietor. Dôvod je taký, že častíc kozmického žiarenia s vysokými energiami je veľmi málo a častíc slnečného vetra je veľa.“
Bol to celoľudský projekt
Spomínate si na štart Voyagerov?
„Spomínam, Bolo to v lete 1977 a ja som sa zúčastnil astronomického tábora organizovaného hvezdárňou. Vtedy sa o tom síce veľa rozprávalo, ale globalizácia ani informácie neboli také dostupné.“
Ako sa v socialistickom Československu informovalo o štarte americkej sondy?
„Pamätám si na čosi ako časopis Elektrón alebo čosi podobné, čo bola veda a technika. V dennej tlači sa takéto správy však veľmi neobjavili a internet nebol. Správy boli kusé.
Vtedy sa veľmi nezdôrazňovali vedecké informácie, zdôrazňovalo sa, že je taký celoľudský projekt - v družici je pozlátený disk s nahrávkami, potom sú tam zobrazené atóm a ďalšie výdobytky ľudstva. Jednoducho, že sme tam nechali posolstvo pre prípadné iné civilizácie, ktoré by mohli prísť do styku s Voyagermi. Navrhoval to Carl Sagan.“
Sám ste robili na vesmírnych misiách pre NASA. Ako takáto príprava vyzerá.
„Nemôžem odpovedať celkom jednoznačne, pretože ja som sa na misiách podieľal a podieľam ako vedec. Nie som zaangažovaný v príprave družice, ale v príprave experimentov. Ale keď sa človek nejako zúčastňuje, samozrejme má aj nejaké - aj keď sprostredkované - informácie.
Závisí to od misie. Voyagery sa pripravovali a uvažovalo sa o nich hneď po štarte prvých úspešných amerických družíc. Reálne sa pracovalo na príprave misie viac ako 10 rokov. Pôvodne pritom bola naplánovaná len na výskum vonkajších planét a to misia úspešne realizovala.
Preskúmala desiatky mesiacov i samotné planéty. A potom sa rozhodlo, že misiu ešte pošleme ďalej. V súčasnosti síce dostávame dáta, ale tímy, ktoré na tom kedysi robili, sú pomenené a niektoré už ani nefungujú. Mnohé dáta sú dokonca voľne dostupné.
Čiže to trvá dlhé roky?
„Sú misie, ktorých príprava trvá desať, dvadsať rokov. Neskôr však NASA zmenila taktiku a robili sa lacnejšie družice s menším počtom prístrojov. Bolo dané, že od prijatia ideového zámeru do letu družice to nesmie trvať viac ako dva a pol roka.
Avšak let človeka na Mars, o tom sa hovorí snáď od pristátia na Mesiaci a stále nevieme, kedy sa uskutoční. Takže ak sa to vôbec bude realizovať, o príprave môžeme hovoriť v desaťročiach.“
