Saulės sistemos šniukštinėtojai (I dalis)

Išsiųsti žmogų į kosmosą yra jei ne savižudiška, tai bent jau labai pavojinga misija. Žalinga spinduliuotė, mikrogravitacija, uždara aplinka, gyvybės palaikymo įranga… Egzistuoja tūkstantis ir vienas būdas, kaip kosmosas mus gali užmušti, kai paliekame saugų Žemės prieglobstį. Tai paaiškina, kodėl iki šiol žmonės toliausiai pabuvojo tik Mėnulyje, o pastaruosius beveik penkis dešimtmečius išvis nepalieka žemosios Žemės orbitos.

Visai kitokia situacija yra su robotais. Nors jie neturi žmogiško smalsumo ar improvizacijos gebėjimų, kurie labai reikalingi bet kokiame moksliniame tyrime, atsparumas kosminiams pavojams daro juos puikiais Saulės sistemos užkariautojais. Žinoma, padeda ir tai, kad misijos pabaigoje roboto nebūtina grąžinti į Žemę. Nuo 1959 metų, kai pirmieji žmonių sukurti aparatai sėkmingai paliko Žemės orbitą, robotiniai zondai aplankė visas Saulės sistemos planetas, dalį nykštukinių planetų, įvairius asteroidus ir kometas, ir netgi išskrido į tarpžvaigždinę erdvę. Apžvelgti visą robotinių kosmoso tyrimų istoriją reikėtų ištisos knygos, tačiau šiame dviejų dalių straipsnyje (antrąją dalį rasite čia) kviečiu trumpai susipažinti su pagrindiniais pasiekimais bei šiuo metu veikiančiais zondais.

Europos kosmoso agentūros (ESA) Saulės sistemos tyrimų flotilė – praeities, vykstančios ir kai kurios būsimos misijos.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Patreon platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito dolerio per mėnesį, paremti mane galite ir jūs.

Saulė. Iš visų misijų taikinių Saulės sistemoje tik dviejų tyrimai duoda realią greitą praktinę naudą žmonijai. Savaime suprantama, tai yra Žemės ir Saulės tyrimai. Žemės – nes jie susiję su viskuo, kas mums leidžia išgyventi. Saulės – nes kosmoso orai svarbūs tiek palydovams ir žmonėms orbitoje aplink Žemę, tiek ir elektronikai Žemės paviršiuje. Taigi Saulės stebėjimams skiriama tikrai nemažai dėmesio ir dedikuotų misijų.

Saulės stebėjimų programas galima suskirstyti į tris grupes. Pirmoji – tai antžeminės observatorijos. Seniausia vis dar veikianti yra Kodaikanalo Saulės observatorija pietų Indijoje, pastatyta britų dar 1901 metais. Visame pasaulyje panašių teleskopų veikia bent kelios dešimtys. Antroji grupė – teleskopai orbitoje aplink Žemę. Jie dažnai skirti ne tik Saulės, bet ir Žemės stebėjimams, bet yra ir dedikuotų išimtinai Saulei. Svarbiausi iš jų – NASA valdoma Saulės dinamikos observatorija (Solar Dynamics Observatory) ir Japonijos kosmoso agentūros (JAXA) projektas Hinode. Jos abi padeda suprasti, kaip Saulės magnetinis laukas įkaitina jos vainiką ir sukuria vėją, bei kaip šis vėjas sklinda erdvėe tarp Saulės ir Žemės.

Viena iš žinomiausių Saulės observatorijų – Einšteino bokštas Potsdame. Ji pradėjo darbą 1924 metais ir veikia iki šiol. Šaltinis: Wikimedia Commons

Vien iš Žemės apylinkių stebėti Saulę nepakanka, tad čia prieiname prie trečiosios grupės – palydovų, skriejančių orbita aplink Saulę. Tokių šiuo metu veikia šeši arba septyni, žiūrint kaip skaičiuosi; visi jie yra NASA arba Europos kosmoso agentūros (ESA) arba bendri šių organizacijų projektai. Seniausias iš jų yra dar 1994 metų pabaigoje paleistas WIND, skirtas Saulės vėjo stebėjimams. Jis skrieja Saulės-Žemės pirmajame Lagranžo taške – pusantro milijono kilometrų nuo Žemės, Saulės link, kur žvaigždės ir planetos gravitacija leidžia palydovui lengvai išsilaikyti toje pačioje padėtyje. Aplink tą patį tašką skraido ir SOHO (nuo 1996 gegužės) bei ACE (nuo 1997 rugpjūčio), taip pat skirti Saulės vėjo stebėjimams, bet ne tik jiems. SOHO dar atlieka helioseismologinius stebėjimus, kitaip tariant, tyrinėja Saulės vibracijas ir taip padeda geriau suprasti jos gelmių struktūrą. ACE nagrinėja Saulės vėjo ir tarpplanetinės erdvės dalelių cheminę sudėtį, taip atskleisdamas netgi Saulės sistemos formavimosi istoriją. Aplink L1 tašką sukasi ir DSCOVR, turinti vieną Saulės vėjui skirtą prietaisą; tačiau ši observatorija daugiau skirta Žemės stebėjimams.

2006 metų gruodį paleista misija STEREO, susidedanti iš dviejų palydovų – A ir B. Atsiplėšę nuo Žemės, jie ėmė skristi orbita aplink Saulę – A šiek tiek arčiau, nei Žemė, B šiek tiek toliau. Po kurio laiko jie nuo Žemės ir vienas nuo kito nutolo pakankamai, kad galėtų stebėti Saulę iš skirtingų pusių ir teikti informaciją apie tą žvaigždės pusę, kuri konkrečiu metu nusisukusi nuo mūsų. Tokia konfigūracija leido gerokai pagerinti prognozes apie Saulės žybsnius ir vainikinės masės išmetimus. Deja, 2014 metais STEREO-B ėmė nekontroliuojamai suktis, ryšys buvo prarastas, o ketverius metus trukę bandymai pataisyti situaciją – bevaisiai. Paskutinis kontaktas su palydovu trumpam užmegztas 2016-ųjų pabaigoje, jo misija oficialiai nutraukta 2018-aisiais. Tuo tarpu STEREO-A vis dar veikia.

Šiuo metu Saulės link skrenda dar du zondai, kurių tikslas – priartėti ypatingai arti žvaigždės ir tyrinėti ją taip detaliai, kaip joks kitas ankstesnis prietaisas. NASA misija Parker Solar Probe išskrido 2018-aisiais ir netrukus pasiekė labai elipsinę orbitą, kurios metu priartėja per mažiau nei septynis milijonus kilometrų prie Saulės paviršiaus, o nutolsta 109 milijonus kilometrų, kiek daugiau, nei Venera. Šių metų lapkričio pabaigoje zondas praskrido 8,5 milijono kilometrų atstumu nuo Saulės, bet iki numatomos misijos pabaigos 2024-aisiais praskries dar du kartus, kiekvieną kartą vis arčiau. Zondas tiria kintančias Saulės vėjo ir magnetinio lauko savybes skirtingu atstumu nuo Saulės, taip pat stebi Saulės paviršiuje ir vainike vykstančius procesus.

Parker Solar Probe skrieja per Saulės vainiką. Dailininko vizualizacija. Šaltinis: NASA GSFC/CIL/Brian Monroe

Pernai vasarį išskridusi ESA misija Solar Orbiter nepriskris taip arti Saulės, kaip Parker Solar Probe. Bet jos orbita išskirtinė kitu aspektu – ji gerokai nutols nuo ekliptikos plokštumos. Ekliptika yra Žemės orbitos plokštuma, kitų planetų orbitų plokštumos su ekliptika sudaro ne didesnį nei šešių laipsnių kampą. Tuo tarpu Solar Orbiter pasisuks 24 laipsnių kampu ir priartės prie Saulės arčiau, nei Merkurijaus orbita. Tai leis jam pažvelgti į žvaigždės ašigalius. Ašigaliuose vykstantys magnetiniai procesai, Saulės vėjo judėjimas tame regione ir kiti duomenys padės reikšmingai patikslinti Saulės aktyvumo modelius ir pagerinti prognozes. Be to, priešingai nei Parker Solar Probe, Solar Orbiter turi fotokamerą, kuria darys Saulės nuotraukas iš mažesnio atstumo, nei bet kuris kitas zondas. Ir jau padarė – pernai birželį, priartėjęs maždaug 77 milijonų kilometrų atstumu.

Merkurijus. Pirmoji Saulės sistemos planeta kelia savitų iššūkių tyrimams. Iki jos sudėtinga nuskristi, sunku įeiti į orbitą ir ten išlikti, o ir stipri Saulės šviesa reikalauja gerų aušinimo technologijų. Tai iš dalies paaiškina, kodėl Merkurijus iki šiol sulaukė tik dviejų dedikuotų svečių – Mariner 10 ir MESSENGER. Abu jie buvo NASA zondai. Mariner 10, veikęs 1973-1975 metais, praskriedamas fotografavo Venerą, o paskui įėjo į orbitą aplink Saulę, kuri jam leisdavo reguliariai praskristi arti Merkurijaus. Iš viso įvykdyti trys praskridimai, kurių metu nufotografuota apie pusę planetos paviršiaus, aptiktas ir išmatuotas magnetinis laukas.

MESSENGER, išskridęs 2004-aisiais, buvo pirmasis zondas, įėjęs į orbitą aplink Merkurijų; tam jam prireikė daugybės manevrų aplink Žemę, Venerą bei tą patį Merkurijų, kol galiausiai orbita pasiekta po septynerių metų. Palyginimui, septynerius metus truko ir Cassini kelionė iki Saturno. MESSENGER Merkurijų tyrinėjo ketverius metus, nufotografavo visą planetos paviršių, rado vandens ledo ašigaliniuose krateriuose, matavo magnetinį ir gravitacinį lauką, kraterių savybes.

Merkurijaus paviršiaus nuotraukos, gautos MESSENGER zondo spektrometru. Spalvos ne visai tikros ir stipriai paryškintos, bet parodo paviršiaus uolienų įvairovę. Šaltinis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Šiuo metu į Merkurijų skrenda jungtinė Europos (ESA) ir Japonijos (JAXA) misija BepiColombo. Išskridusi 2018 pabaigoje, ji tikslo link irgi keliauja septynerius metus, iki 2025-ųjų; tiesa, šiemet zondas jau praskrido 200 kilometrų atstumu nuo Merkurijaus paviršiaus ir pasinaudojo planetos gravitacija, kad šiek tiek sulėtėtų. Misijos tikslai panašūs į MESSENGER, tačiau naujesni instrumentai bei kitokia orbita leis papildyti ir patikslinti senesnius duomenis. Tarp klausimų, į kuriuos tikimasi atsakyti šia misija, yra tiek Merkurijaus paviršiaus ir branduolio savybių ir evoliucijos tyrimai, tiek pašvaisčių paieška, tiek netgi reliatyvumo teorijos tikrinimas.

Venera. Pirmasis žmonių prietaisas, praskridęs šalia Veneros, buvo sovietų zondas Venera 1 1961-ųjų pradžioje; deja, jis sugedo pakeliui ir duomenų neatsiuntė. Pirmuosius duomenis iš Veneros apylinkių atsiuntė amerikiečių Mariner 2 1962-ųjų pabaigoje. Iš viso Venerą aplankė 23 sėkmingos dedikuotos misijos, dar keli prietaisai praskrido šalia jos pakeliui į kitas vietas Saulės sistemoje. Šaltojo karto metais Venerą daug daugiau tyrinėjo sovietai, tuo tarpu NASA koncentravosi į Marsą. Šiais laikais amerikiečiai Venerai irgi skiria ne tiek daug dėmesio – paskutinė dedikuota NASA misija į šią planetą buvo Magellan, dirbusi 1990-1994 metais. Ji sudarė pirmąjį visą planetą apimantį venerlapį – tiek paviršiaus darinių, tiek topografijos ir netgi gravitacinio lauko schemą. Dar ir šiandien Magellan duomenys atskleidžia įvairių naujų žinių apie Veneros paviršių formavusius – ir formuojančius – reiškinius.

Veneros paviršius. Venerlapis sudarytas iš Magellan duomenų, kai kurie tarpai užpildyti Pioneer bei Venera misijų duomenimis. Šaltinis: NASA / JPL / Caltech (McAuley)

Pastaraisiais dešimtmečiais Venerą daugiau tyrinėjo Europa ir Japonija. ESA zondas Venus Express sėkmingai dirbo 2006-2014 metais; jis daugiausiai nagrinėjo Veneros atmosferą ir jos ilgalaikius pokyčius. JAXA zondas Akatsuki turėjo pasiekti Venerą 2010 metais, bet jam nepavyko įeiti į orbitą; po penkerių metų pakartotas bandymas buvo sėkmingas, ir zondas dirba iki šiol. Jis taip pat tyrinėja planetos atmosferą, jos sluoksnių sąveiką bei debesų formavimąsi.

Šiuo metu dėmesys Venerai vis didėja. Nemaža dalimi tai lėmė pernykštis atradimas (nors vėliau ir sukritikuotas ir beveik neabejotinai paneigtas) apie fosfino dujas planetos atmosferoje bei vis gausėjantys įrodymai, jog Veneroje yra (ar bent jau visai neseniai buvo) aktyvių ugnikalnių. Įvairios kosmoso agentūros ir netgi viena privati kompanija vysto septynias Veneros misijas – orbitinius, atmosferinius ir nusileidžiančius zondus. Artimiausia iš jų yra kompanijos Rocket Lab misija tyrinėti Veneros atmosferą ir ieškoti ten galimai esančios gyvybės. Ji turėtų išskristi 2023 metais. Indijos misija turėtų išskristi 2024-aisiais, dvi NASA misijos – 2028 ir 2029 ar 2030 metais, Jungtinių Arabų Emyratų – 2028, Rusijos – 2029, Europos – 2031 metais. Nors dar anksti tvirtai teigti, kad visos šios misijos pakilimo aikštelę pasieks sėkmingai, visgi galime tikėtis, kad dešimtmečio pabaigoje ir sekančio pradžioje Venera sulauks daug naujų svečių iš kaimyninės planetos.

Žemė. Nors Žemė yra vienintelė planeta, kurią galime kiek norėdami tyrinėti iš arti, pažvelgti į save iš kosmoso dažnai taip pat labai naudinga. Apskritai aplink Žemę sukasi tūkstančiai palydovų; daugelis jų teikia visiškai kasdienes paslaugas, tokias kaip palydovinė televizija, navigacija ar interneto ryšys. Bet kai kurie skirti būtent Žemės, kaip planetos, stebėjimams ir tyrimams.

Seniausiai „veikiantis“ Žemės stebėjimams skirtas palydovas yra LAGEOS-1, paleistas dar 1976 metais. „Veikiantis“ rašau kabutėse, nes iš tiesų ten niekas neveikia – LAGEOS-1, kaip ir 1992 paleistas LAGEOS-2, yra tiesiog masyvus metalinis rutulys, nusagstytas veidrodžiais. Abu rutuliai skrieja maždaug 6000 km aukštyje, kur kitokių palydovų yra labai mažai. Jų orbita – ypatingai stabili, beveik nekintanti per dešimtmečius. Vienintelė jų paskirtis – atspindėti lazerio spindulius, siunčiamus iš įvairių stočių Žemėje, ir taip leisti toms stotims sutikrinti tarpusavio atstumus su mažesne nei vieno centimetro tūkstančiui kilometrų paklaida. Toks atstumo matavimas leidžia tyrinėti tektoninių plokščių judėjimą, labai tiksliai įvertinti Žemės formą ir jos kitimą.

LAGEOS zondai, nors ir labai stabilioje orbitoje, visgi po truputį artėja prie Žemės. Skaičiuojama, kad jie turėtų nukristi maždaug po 8,4 milijonų metų. LAGEOS-1 yra įmontuota „laiko kapsulė“ – plokštelė su dvinariais skaičiais, Žemės orbita ir žemynų padėtimis prieš šimtus milijonų metų, šiandien ir po 8,4 milijonų metų. Tikimasi, kad ji padės ateities protingoms būtybėms suprasti, kada šis zondas buvo paleistas į kosmosą. Šaltinis: NASA

Seniausias veikiantis zondas, sudėtingesnis už diskotekos rutulį, yra NOAA-15, besisukantis aplink Žemę ašigaline orbita ir stebintis atmosferos sąlygas, kosminę aplinką bei vandenynus. Jis veikia nuo 1998-ųjų, kaip ir Tarptautinė kosminė stotis. Dauguma kitų Žemės stebėjimų zondų irgi yra panašios paskirties prietaisai – teikia duomenis meteorologinių reiškinių ir klimato modeliuotojams, geologams, okeanologams bei kitiems mokslininkams. Palydovų valdytojai – toli gražu ne tik „didžiosios“ kosmoso agentūros, tokios kaip NASA, ESA, JAXA, Kinijos CNSA ar Rusijos Roscosmos. Tarp daugiau nei aštuonių dešimčių palydovų rasime ir Korėjos, Turkijos, Brazilijos ar Alžyro aparatų.

Vienas iš įdomesnių Žemės stebėjimų palydovų yra DSCOVR, arba Giliojo kosmoso klimato observatorija (Deep Space Climate Observatory). Paleista 2015 metais, ji skrieja ne aplink Žemę, o aplink Saulę, pirmajame Lagranžo taške (kaip ir aukščiau minėtas WIND). Nuo mūsų planetos nutolusi pusantro milijono kilometrų, ji visada yra beveik tiksliai tarp Saulės ir mūsų, tad mato visą dieninį Žemės pusrutulį. Taip ji nuolatos stebi vandenynų, biosferos, debesų ir atmosferos sandarą bei pokyčius. Vienas prietaisas nukreiptas į kitą pusę, Saulės link, ir laukia Saulės aktyvumo pasireiškimų. Jei pro DSCOVR pralėktų iš Saulės išmestos medžiagos pliūpsnis, galintis sukelti geomagnetinę audrą, observatorija perspėtų žmones 15-60 minučių iki audrai pasiekiant Žemę.

Garsiausia DSCOVR nuotrauka – Mėnulis, skriejantis prieš Žemę. Čia, aišku, matome tolimąją Mėnulio pusę. Ji apšviesta Saulės spindulių, tačiau atrodo tamsi, nes visos Mėnulio uolienos yra tamsesnės, nei Žemės debesys. Šaltinis: NASA/NOAA

Mėnulis. Šaltojo karo metais Mėnulis buvo pagrindinis kosminių lenktynių tarp JAV ir Sovietų Sąjungos tikslas. Kiekviena šalis 1958-1976 metų laikotarpiu paleido ne vieną dešimtį zondų palydovo link. Tai buvo ir praskrendantys, ir orbitiniai, ir nusileidžiantys zondai. Šešios misijos sėkmingai Mėnulin nugabeno žmones. Trys automatinės misijos sėkmingai pargabeno Mėnulio grunto mėginių.

Vėliau Mėnulis buvo kiek primirštas – Sovietų Sąjunga, o vėliau ir Rusija, apskritai nebevykdė misijų palydovo link, NASA irgi į Mėnulį atsigręžė tik 1994-aisiais. Estafetę šiek tiek perėmė JAXA, ESA, Indijos ISRO ir, pastaraisiais metais, Kinija.

Šiuo metu Mėnulį tyrinėja šešios aktyvios misijos. Seniausia iš jų yra NASA Mėnulio apžvalgos zondas (Lunar Reconnaisance Orbiter, LRO). Kaip galima spręsti iš pavadinimo, šis zondas daugiausiai skirtas Mėnulio paviršiaus žvalgymui, paviršiaus uolienų klasifikavimui bei galimų nusileidimo vietų paieškai. Kita NASA misija, ARTEMIS, susideda iš dviejų zondų, kurie stebi Saulės vėjo poveikį Mėnulio paviršiui. Jie yra didesnės THEMIS misijos dalis – dar trys analogiški zondai stebi Žemės magnetosferos sąveiką su Saulės vėju. Misija pradėta 2007 metais; tiesa, ARTEMIS zondai Mėnulį pasiekė 2011-aisiais. Nuo 2019-ųjų vidurio aplink Mėnulį skrieja Indijos zondas Chandrayaan-2, dešimčia metų ankstesnio Chandrayaan-1 įpėdinis. Jis, panašiai kaip ir LRO, tyrinėja Mėnulio paviršių, charakterizuoja ten esančius mineralus, ieško vandens pėdsakų. Chandrayaan-2 gabeno ir nusileidimo modulį Vikram bei mėnuleigį Pragyan, bet jų nusileidimas nebuvo sėkmingas.

Likusios trys šiuo metu aktyvios Mėnulio misijos priklauso Kinijai. Pirmoji Kinijos Mėnulio misija, Chang’e 1, buvo orbitinis zondas, veikęs 2007-2009 metais. Vėliau, 2010-2011 metais, sekė antras orbitinis zondas Chang’e 2, o 2013 metų gruodį ant Mėnulio paviršiaus sėkmingai nutūpė Chang’e 3, kuris tebeveikia iki dabar. Iš jo išvažiavo ir mėnuleigis Yutu, kuris veikė iki 2016 metų vidurio. Chang’e 3 buvo pirmasis sėkmingas nutūpimas Mėnulyje nuo 1976 metų. 2015-ųjų pradžioje į orbitą aplink Mėnulį įskrido Chang’e 5-T1, technologijų bandymo misija, kuri atliko pagrindines užduotis ir buvo palikta orbitoje vėlesniems tyrimams. Pagrindinė Chang’e 5 misija įvyko prieš metus – pernai lapkričio pabaigoje pakilęs erdvėlaivis per savaitę nuskrido iki Mėnulio, nusileido, surinkto beveik du kilogramus paviršiaus medžiagų mėginių ir gruodžio viduryje grąžino juos į Žemę. Tuo tarpu 2018 metų gruodį (atrodo, kad kinams patinka misijas vykdyti, ar bent jau pradėti, gruodžio mėnesį) Mėnulyje nusileido Chang’e 4, iš kurio išvažiavo Yutu-2. Tai buvo pirmasis, ir kol kas išlieka vienintelis, sėkmingas nutūpimas tolimojoje Mėnulio pusėje. Kinija labai sparčiai vejasi JAV Mėnulio misijų patirtimi; kalbama, kad apie 2030-uosius Mėnulį gali pasiekti ir kinų taikonautai. Tad antrosios lenktynės į Mėnulį tik prasideda.

Yutu-2 mėnuleigis, ką tik nuvažiavęs nuo pakylos Chang’e 4 zonde. Šaltinis: CNSA, China Daily

Pirmos dalies pabaiga. Planuodamas šį straipsnį tikėjausi, kad į pirmą dalį sutalpinsiu visą vidinę Saulės sistemos dalį, iki Marso imtinai. Visgi to padaryti neišeina, nes arti Žemės ir Saulės visko vyksta ypatingai daug. Tačiau Marsą rasite antroje dalyje; ten bus ir Asteroidų žiedo, didžiųjų planetų ir Saulės sistemos pakraščių tyrimai.

Laiqualasse

3 komentarai

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *