Mars - sondy a úspěchy v novém tisíciletí

Přichází rok 2001, letopočet, který většina z nás nejspíš spojuje s filmem „Vesmírná odysea“. Jaké jméno tedy musela dostat sonda, která toho roku vyrazila k Marsu?

Na počest slavného filmu dostala pojmenování 2001 Mars Odyssey. Mapa Marsu už je v té době kompletní,  sonda tedy dostala za úkol průzkum minerálů na povrchu planety. Byla to právě Mars Odyssey, která objevila na Marsu velké množství ledu a přitahla k Marsu zájem odborníků i široké veřejnosti.

 Mars Odyssey 2001. Zdroj: NASA, http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA04244.jpg

Mise měla původně obsahovat orbitální část a přistávací modul, ten byl ale přesunut na jeden z pozdějších startů. Orbitální část sondy kromě vlastního programu pomáhala v komunikaci mezi Zemi a dalšími, příštími Marsovými sondami. Přenášela například zhruba 95 % dat, která vysílala z Marsu  o několik let později vozítka Spirit a Oportunity, stejně jako přistávací modul sondy Mars Phoenix.  Mars Odyssey se zabývala také měřením hodnoty radiace na Marsu. Ty umožní odhadnout nebezpečí, které bude na této planetě hrozit eventuálním kosmonautům. Kromě toho zaslala na Zemi velké množství detailních fotografií, které se dají obdivovat na hlavních webových stránkách projektu. http://mars.nasa.gov/odyssey/multimedia/images/

V roce 2010 oslavila Odyssey  nový rekord – je nejdéle fungující kosmickou sondou Marsu. Ještě v roce 2012 pracovala pro misi Mars Science Laboratory. Loni, tedy v roce 2015 oslavila svůj 60 000. oblet rudé planety. I dnes, po patnácti letech, je sonda aktivní. To je obrovský úspěch pozemské techniky, zvláště když si zpětně promítneme všechny problémy a nehody, které komplikovaly a ukončily polovinu minulých misí ještě dřív, než pořádně začaly. 

O dva roky později, v roce 2003 opustily Zemi dvě sondy, nesoucí (dnes proslulá) Marsovská vozítka Spirit a Oportunity. Sonda Mars Exploration Rover A (oficiální jméno pro Spirit), přistála na Marsu jen pár dní před svou sesterskou sondou Mars Exploration Rover B (Oportunity).  Místa jejich přistání byla zvolena tak, aby se sondy nacházely na opačných polokoulích Marsu.

Spirit. Zdroj: NASA, http://www.nasa.gov/centers/jpl/missions/mer.html

Myslím, že k žádné předchozí ani žádné následující misi si veřejnost nevytvořila tak vřelý vztah, jako právě k těmto dvěma vozítkům, která popojížděla po povrchu cizí planety a zásobovala Zemi obrovským množstvím fotografií a výsledky svých experimentů. Jejich osud jsme mohli dlouhé roky pomocí internetu sledovat téměř live. Sondy nabídly pozemskému publiku pohled na „každodenní Mars“, na úžasné, exotické kamenné formace v takovém rozlišení, jakého nikdy nedosáhnou orbitální sondy. Na to, abych popsala jejich někdy vítěznou, někdy komplikovanou cestu na Marsově povrchu, bych potřebovala hned několik blogů.

Vozítka byla řízena ze Země. Jejich denní radius byl kolem 100 metrů. Celkem urazila na Marsu kolem 30 kilometrů. Zkoumala půdu Marsu a hledala v ní stopy života, věnovala se také klimatu a geologii planety. Spirit ukončil svou aktivitu v roce 2011, kdy definitivně uvízl v písku. Oportunity pracuje dodnes. Momentálně se nachází v oblasti Marathon Valley. Snímky, které pořídily Spirit a Oportunity, jsou k nahlédnutí na webové stránce http://mars.nasa.gov/mer/gallery/images.html

V roce 2003 odstartovala k Marsu další evropská sonda – Mars Express. Její jméno napovídá, že byla vyvinuta relativně rychle na základě poznatků, které získala ESA při projektování (při startu ztracené) sondy Mars 1996.

Mars Express. Zdroj: NASA, http://marsprogram.jpl.nasa.gov/express/gallery/artwork/marsis-radarpulses.html

Nesla na palubě malý přistávací modul Beagle 2, který měl zkoumat vzorky kamenů a mohl také provádět mělké vrty do marsovské horniny. Beagle 2 se po přistání na planetě už neozval, nejspíše se převrhl nebo skončil v malém kráteru a ztratil možnost komunikace. Mars Express doplňuje svými experimenty americké sondy. Má například na palubě radar, který provádí hloubkový průzkum planety a objevil velké množství ledu pod jeho povrchem. Při průzkumu atmosféry objevil jak metan, tak formaldehyd, plyny, které jsou důležitou součástí při hledání života na Marsu. Obrázky z této mise si  můžete prohlédnout na webové stránce 

ESA:http://www.esa.int/spaceinimages/Missions/Mars_Express/(class)/image?

mission=Mars+Express&keyword=+--%253E+Keyword&idf=+--%253E+ID&Ic=on&subm3=GO

Další sondou, která se vydala k Marsu, byla v roce 2005 Mars Reconnaissance Orbiter. Je to jedna ze spíše větších sond, trend se totiž vrací ke komplexnějším, dražším a mohutnějším projektům.

Mars Reconnaissance Orbiter. Zdroj: NASA, https://solarsystem.nasa.gov/multimedia/gallery/PIA04916.jpg

Má k dispozici tři kamerové systémy, mimo jiné i kameru s vysokým rozlišením, zkoumá klima planety, hledá zásoby ledu a ohlíží se po místech, vhodných k přistání příštích misí. Tím, že pořizuje fotografie vybraných oblastí s rozlišením 35 cm, snad eliminuje nebezpečí, které hrozí malým přistávacím modulům od neočekávaně hrubého povrchu nebo menších kamenů, které mohou modul zbytečně poškodit. Jak je u amerických misí zvykem, slouží také jako komunikační relé dalším Marsovským misím.

Snímky, které sonda posílá k Zemi dokáží skutečně nadchnout. Viděli jste film  „Marťan“? Vychutnejte si například obrázek kráteru v oblasti Acidalia Planitia, který ve filmu hostil přistávací základnu Ares 3. Více fotografií naleznete zde: http://mars.nasa.gov/mro/multimedia/images/

Acidalia Planitia, místo, kde měla stát filmová základna Ares 3. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona, http://mars.nasa.gov/mro/imgs/2015/10/mars-the-martian-hirise-ares-landing-site-PIA19913-full.jpg

V roce 2007 startovala k Marsu sonda Phoenix. Byl to vylepšený dvojník sondy Mars Polar Lander, který ztroskotal při přistání v roce 1999.

 Phoenix. Zdroj: NASA /JPL/Corby Waste , http://phoenix.lpl.arizona.edu/images.php?gID=66&cID=1

Její přistávací část byla vysazena v oblasti severního pólu. Už tím, že se podobně jako na Zemi, severní pól Marsu čas od času ocitá v naprosté tmě, byla délka mise od samého počátku omezena na dobu, po kterou bude Phoenix dostával dostatek sluneční energie. Na rozdíl od orbitálních sond, které mohou sloužit tak dlouho, dokud se nezničí přístroje na jejich palubě, byla tedy mise Phoenixu relativně krátká.

Obrázky, která sonda zaslala na Zemi si můžete prohlédnout zde:http://www.jpl.nasa.gov/news/phoenix/images.php Věnovala se roli vody na Marsu. V jeho půdě našla a kolem sebe pozorovala led, tvořící se během změny ročních období.

Po dlouhé době se měla k Marsu v roce 2011 vydat další ruská sonda. Měla název Phobos Grunt. Odvážný projekt počítal s přistávacím modulem, který nasbírá zhruba 250 g vzorků Marsovské horniny a pomocí vratného modulu je transportuje zpět na Zemi. Mělo se jednat o první vratnou misi k Marsu. Je sporné, zda se na ní podepsal spíše kdysi všudypřítomný vliv propagandy, nebo naopak zoufalé pokusy o finanční zabezpečení. Na palubě měl být například čínský náklad, kvůli kterému se sonda stala příliš těžkou pro stávající rakety, takže bylo nutno narychlo vyvinout nový pohonný systém. Problémy byly jak s designem, tak softwarovým zabezpečením projektu. Sonda nakonec ztroskotala nejspíše kvůli vadnému sofwaru, i když ruské zdroje uváděly selhání hardwaru. Sonda sice vystoupala úspěšně na oběžnou dráhu kolem Země, pak se ale nestačil včas odpojit její vysílač. Sondě se vybily baterie. O pár měsíců později shořela v pozemské atmosféře.

Dalším vozítkem, které k sobě přitahuje mediální pozornost veřejnosti je v roce 2011 vyslaná sonda Mars Science Laboratory - Curiosity. Je to po misi Viking zatím nejdražší Marsovská mise s rozpočtem 2,5 miliardy dolarů (běžné náklady na „malé a jednoduché“ mise se pohybují v rozmezí několika set miliónů dolarů). Trend tedy vede jednoznačně znovu ke komplexním a dražším projektům poté, co se podařilo vyřešit technickou spolehlivost přístrojů. Ta byla dříve důvodem selhání velkých misí.

Sonda přistála v kráteru Gale. K přistávacímu manévru byly poprvé použita lana a malý jeřáb,  který spustil vozítko na povrch planety. Sonda zkoumá půdu a hledá v ní stopy života. Aktuální informace od ní (respektive jejího týmu) můžete dostávat například na twitteru - https://twitter.com/MarsCuriosity?lang=de 

Čas od času posílá sonda na Zemi tzv. "selfie". Ty dělají dojem, jako by vedle ní stál jiný robot a vyfotografoval ji. Nedejte se zmást, nejedná se o omyl - sonda nejprve nafotografuje několik snímků z různých úhlů a tým v ovládacím středisku z nich pak sestaví výslednou fotografii,  na které už není vidět rameno, které drží fotografickou kameru.

Tyto skoro až roztomilé a humorné snímky pak ukazují Curiosity, jak hrdě pózuje na okraji srázu, nebo (jako v následujícím obrázku) bedlivě studuje nějaký, jistě velice zajímavý, detail Marsova povrchu, zatímco se zuby-nehty snaží udržet na nebezpečném svahu. Trošku přitom připomíná známou filmovou figurku E.T. 

Curiosity, selfie. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/MSSS, http://www.nasa.gov/jpl/msl/pia19142 

Selfie, prezentovaná Curiosity-týmem, jsou složena z několika snímků tak, že na nich už není vidět teleskopická ruka, která ve skutečnosti drží snímkující fotoaparát.

Další úžasné snímky, které na Zemi Curiosity posílá, můžete shlédnout na webové stránce https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/images/index.html

Další zemí, která se rozhodla zúčastnit výzkumu Marsu je Indie V roce 2013 vyslala k Marsu sondu Mars Orbiter, čistě technologickou misi, která měla natrénovat opuštění pozemského orbitu a přiblížení k planetě. Šlo spíše o nové zkušenosti z meziplanetárního letu, než o výzkum Marsu jako takového. Pro Indii to byla teprve druhá mise, která nekončí na oběžné dráze kolem Země (první byla sonda Chandrayaan, která se vydala k Měsíci). Indii stála tato mise 74 miliónů dolarů, což je jen asi desetina rozpočtu sondy MAVEN, která startovala krátce po ní.

Americká MAVEN zkoumá klima Marsu a hledá vysvětlení pro ztrátu jeho husté atmosféry. Eviduje působení slunečního větru a existenci krátkodobých atmosférických změn (v řádu několika let). Mise startovala v roce 2013. Na snímky, které poskytuje tato sonda, se můžete podívat na webové stráncehttps://www.nasa.gov/mission_pages/maven/images/index.html

Mars sondy v 80. a 90. letech – nové cíle, nové hranice

Po roce 1975 lety k Marsu ustaly. Všechna prvenství byla dosažena, dobývání planety už nemohlo sloužit sovětské propagandě. USA se v té době věnovaly projektu Space Shuttle.

Osmdesátá léta

Po delší době se v roce 1988 vydaly k Marsu sovětské sondy Phobos 1 a 2. Jejích cílem nebyla tentokrát samotná planeta, ale její měsíc Phobos, který sliboval ještě jedno, poslední prvenství v případě, že by na něj povedlo usadit přistávací modul. Pozměněná politická situace v bortícím se Sovětskému Svazu dovolila, aby se projektu zúčastnily i některé evropské státy.

Phobos 1 a 2. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/phobos.html

Sonda se měla přiblížit Marsu a zaujmout silně eliptickou oběžnou dráhu. Poté měla zaujmout místo 30 – 80 m nad povrchem Phoebosu. Její přístroje měly zkoumat povrchový materiál a vysadit dva přistávací moduly. Ty měly být aktivní ještě rok a pozorovat seismickou aktivitu a magnetické pole měsíce.

Phobos 1 se ztratila už po cestě k Marsu, a to kvůli chybnému naváděcímu signálu. Otočila se nesprávným směrem a ztratila tím zdroj energie, sluneční záření. Když to řídící středisko po třech dnech zaregistrovalo, byly už její baterie vybité a sonda nereagovala. Automatické systémy, které by podobné chybě zabránily nebo ji korigovaly, sovětská sonda na palubě neměla.

Schema - Mise osmdesátých let. Červeně - sovětské mise. Modře americké mise. Lebkou jsou označeny mise, které ztroskotaly.

Druhá sonda svou misi splnila.  Pořídila zajímavé snímky planety v infračerveném spektru a zachytila také slabé magnetické pole planety. Poté se začala blížit měsíci Phobos. Uprostřed přibližovacího manévru se sonda navždy odmlčela. Nejspíše ji poničil elektrický výboj, který zasáhl řídící jednotku.

Mars Observer. Zdroj: NASA, http://www.jpl.nasa.gov/images/spacecraft/marsobserver/craft1-browse.jpg

Devadesátá léta

Další cestu k Marsu podnikla americká sonda, Mars Observer. Startovala až v devadesátých letech, v roce 1992. Na oběžné dráze Marsu měla strávit až pět let. Kontakt se Zemí bohužel ztratila těsně před tím, než se na ni dostala. Stihla pořídit jen dva snímky planety z větší vzdálenosti, poté nejspíše selhal jeden z tranzistorů, který řídil palubní hodiny. Selhání této neobvykle drahé mise (po nehodě raketoplánu Challenger bylo potřeba pro sondu vyvinout úplně jinou pohonnou jednotku) bylo šokem. Politické vedení země nemělo pro výzkum Marsu moc velké pochopení a ztráta projektu byla chápána hlavně jako finanční ztráta.

Od této chvíle měly dostávat přednost menší, zato pružnější mise, které nestály tolik peněz.

 Mars Global Surveyor. Zdroj: NASA, http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/gallery/20061121a.html / http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/gallery/images_mgs-mons.html

V roce 1996 se vydala jako náhrada za Mars Observer sonda Mars Global Surveyor. Tato mise byla naštěstí úspěšná.

Po problémech s jedním ze slunečních kolektorů zaujala sonda své místo na oběžné dráze kolem Marsu a celkem 7 let pořizovala snímky ve vysokém rozlišení. Laserovým paprskem měřila kromě toho výšku jednotlivých formací a vytvořila tak první topografickou mapu Marsu. V roce 2001 zaslala k Zemi svůj 100 000. snímek a stala se tím úspěšnější než Viking 1 a 2 dohromady. Mise byla několikrát prodloužena. V roce 2006 zaslala svou 240 000. fotografii. Mezitím přestaly pracovat některé přístroje. V tomto roce se úspěšná sonda navždy odmlčela.

Mars 96. Zdroj: NASA, http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/gallery/

V roce 1996 odstartovala v Rusku, ve kterém mezitím proběhly rozsáhlé politické změny, sondu s vysokou evropskou účastí. Dostala jméno Mars 96. Při startu došlo k chybě na 4. stupni pohonné rakety, takže se sonda nedostala ani na pozemský orbit a zřítila se do oceánu. Duplikáty jejích přístrojů byly ale přepracovány a mohly být použity v dalším projektu – Mars Express.
Ve výčtu misí pomalu přicházíme k sondám, které si mnozí znás dobře pamatují.
V roce 1996 vyrazila k Marsu sonda Mars Pathfinder. Přistála v oblasti Ares Vallis a Tiu Vallis.

Pathfinder. Zdroj: NASA, http://www.seds.org/spaceviews/pathfinder/images.html

Vzpomínáte si na film s poskakujícím přistávacím modulem? Poprvé v historii byly pro přistání namísto brždění raketovými motory, použity airbagy, kterými byla sonda kompletně obložena. Nebyla to jediná premiéra, během této mise bylo použito větší množství nových technologií. Maličké vozítko s názvem Rover Sojourner vážilo 11 kilogramů a vydrželo pracovat 84 dní. Zkoumalo kameny až do vzdálenosti 12 m od přistávacího modulu.

Mise byla mimořádnou mediální atrakcí. V době rychle se rozvíjejícího internetu ji snad poprvé mohla veřejnost sledovat téměř „na živo“, neomezená tím, co přinese měsíce nebo roky později televizní vysílání nebo odborný časopis. Webové stránky projektu měly denně kolem 40 000 000 návštěv.
Přistávací modul čerpal svou energii ze slunečních baterií, což se mu nakonec stalo osudným. Jejich nízký výkon nestačil sondu prohřát, takže se nakonec v roce 1998 odmlčela. Mise byla výjimečná svou inovativností. Ve srovnání s ostatními sondami předala relativně malé množství údajů. Rover nafotografoval 550 snímků, provedl 15 analýz kamenů. Přistávací modul pak zaslal na Zemi 16500 fotografií a 2,6 GB informací.

Nozomi byl název sondy, která měla být první neamerickou a nesovětskou návštěvou u Marsu. Japonský projekt měl nejprve vystoupat na oběžnou dráhu kolem Země. Poté měl být naveden k Měsíci a pomocí jeho obletu nabrat rychlost na cestu k Marsu, manévrem, kterému se říká swing-by.  Při něm se ale nepodařilo použít hlavní tah motorů a sonda tak neměla dostatečně vysokou rychlost na to, aby mohla vyrazit na svou několikaměsíční cestu. Zůstala další čtyři roky na oběžné dráze kolem Slunce. Následovně ji měly k cíli dovést další manévry, například dva swing-by kolem Země. Po tolika letech ale na sondě selhaly důležité komponenty, které byly poškozeny kosmickým zářením. Povedlo se ji sice navést k Marsu, v té době byla ale už nepoužitelná. Netečně kolem něj prolétla ve vzdálenosti 870 km a skončila svou pouť na oběžné dráze kolem Slunce.

Mars Climate Orbiter. Zdroj: NASA, http://www.jpl.nasa.gov/pictures/solar/mcoartist.html)

Další sonda, která byla náhradou za v roce 1992 ztracený Mars Observer, byla vypuštěna v roce 1998. Měla převzít průzkum atmosféry, kterou původně chtěla zkoumat mise Mars Observer (druhou část experimentů v rámci rozptýlení experimentů do menších a jednodušších misí převzal Mars Global Surveryor v roce 1996).

Byla nazvána Mars Climate Orbiter. Sonda se ztratila během vstupu na Marsovu oběžnou dráhu. Při kontrole její dráhy se ukázalo, že se Marsu přiblížila místo na 160 km až na 57 km. Vstoupila tím do jeho atmosféry a nebržděna žádnými systémy – v ní shořela. Možná si někteří z vás vzpomenou, co tento debakl způsobilo ... ano, byly to nesprávné jednotky, ve kterých byly uváděny změny kursu. Na projektu pracovaly dva týmy – jeden počítal v evropském, metrickém systému a druhý v americkém systému. Korektury kursu byly od samého počátku mise špatně zaprogramovány. Mise tak byla vlastně od samého začátku určena k zániku. Je téměř neuvěřitelné, že to nikdo z obou týmů během letu neodhalil. Vysvětlení nabízí snad jen vysoká specializace, kdy se tým odborníků zabývá jen vlastním úsekem a nezajímá se o to, co probíhá mimo něj.

 Mars Polar Lander. Zdroj: NASA, http://www.solarviews.com/cap/craft/mpl2.htm (image link)

O rok později, 1999, opustila Zemi další sonda, Mars Polar Lander. Po zkušenostech s misí Pathfinder byla tato sonda vysazena blízko jižního pólu v době, kdy tam probíhalo jaro. Sonda neměla selhat proto, že by měla málo energie a zamrzla by. Měla mít vlastní možnost komunikace se Zemí ale také možnost se napojit na obě následnické sondy Mars Orbiteru. Vzhledem k tomu, že na Marsu pracovala jen jedna z nich, Mars Global Surveyor,(Mars Climate Orbiter se, jak jsem zmínila výše, roztříštil o planetu díky chybě v přepočtech jednotek), měla sonda přesto možnost vykonat svou misi bez omezení. Mars Polar Lander se odmlčel těsně před přistáním. Dlouho nebylo zřejmé, co se s ním vlastně stalo. Při pozdějších testech pro následující misi se pak ukázalo, že na vině byl nejspíš vadný senzor, který příliš brzo vypnul hlavní brzdící motory. Sonda tak nemohla provést měkké přistání a roztříštila se o povrch Marsu.

Po debaklu velkých komplexních sond, jako například Mars Orbiter v roce 1992, tedy víceméně selhal i následující americký program Discovery, který byl propagován sloganem „Rychlejší, levnější, lepší“. Ani menší sondy, které si mezi sebou rozdělily úkoly dřívějších komplexních sond, neměly lepší spolehlivost a ve skutečnosti stály dohromady stejné množství peněz, jako ty původní. Navíc se ukázalo, že ta část teze, která propaguje rychlý vývoj nových technologií - je nesprávná.
Meziplanetární sondy, to není jen tuna konkrétních přístrojů – jsou to také tuny papíru, které byly potištěny během úspěšných i neúspěšných testů. Díky minulým negativním zkušenostem ale dnes víme, že vše, co má opravdu dlouhodobě fungovat i v nehostinných vesmírných podmínkách, potřebuje ke svému vývoji rozsáhlé testy. Sondy musí mít „plán B“ a zdvojené systémy, aby se předešlo výpadkům při nepředvídaných nehodách.

Do nového tisíciletí vstupovala NASA s předsevzetím, dodat svým projektům stabilnější a spolehlivější techniku.

Podaří se tento záměr? Příště: Mars v novém tisíciletí – 2001: Vesmírná odysea 

Schema - Mise devadesátých let. Červeně - sovětské mise. Modře americké mise. Černou barvou znázorněna japonská mise. Lebkou jsou označeny mise, které ztroskotaly.

Mars - sondy sedmdesátých let

Sedmdesátá léta

V roce 1971 se otevřelo velice výhodné startovací okno, které sondám dovolilo nižší úvodní rychlost a tím pádem i nižší rychlost, se kterou vstoupí na oběžnou dráhu Marsu. Sondy, které okna využily bylo nutno tedy i méně brzdit, musely na palubě nést méně paliva. Celkově výhodnou pozici se rozhodly využít obě velmoci. USA naplánovaly misi Mariner 8 a 9, Sověti sondy Mars 2 a 3.

Mariner 8 měl spolu se svou sesterskou sondou za úkol kartografii Marsu. Mariner 8 měl zaujmout oběžnou dráhu, která ho přivede nad severní polokouli, Mariner 9 nad jižní. První sesterská sonda měla při startu smůlu. Poté, co selhala řídící jednotka nosné rakety, se zřítila do oceánu. Později se mělo ukázat, že za nehodu mohla vadná dioda, součástka, která stála jen několik centů.

V závodě o další prvenství (první přistávací modul na povrchu Marsu) chtěl Sovětský Svaz vyslat hned tři sondy. První z nich měla mít vyšší rychlost, předstihnout ostatní sondy a dorazit k Marsu jako první. Měla zaujmout místo na oběžné dráze a vybrat pak místo, na kterém by se vyplatilo přistát pozemnímu modulu, který k planetě dorazí později.

Tuto úlohu převzala relativně těžká Kosmos 419. Měla na palubě dostatek paliva na to,  aby mohla zabrzdit u planety a zaujmout své místo na její oběžné dráze. Jak už asi tušíte a jak je vidět z jejího "maskovaného" názvu, selhala. Díky chybě v programování (špatně zadanému momentu, ve kterém měl začít pracovat poslední stupeň nosné rakety, se dostala jen na oběžnou dráhu kolem Země. Jak to bylo tehdy ve zvyku, dostala nenápadné jméno Kosmos 419, aby ji nikdo nemohl identifikovat jako neúspěch. Shořela pak v naší atmosféře dva dny po startu.

Sovětská sonda s přistávacím modulem  Mars 2 přiletěla k planetě ve stejném roce, 1971. Její start i let proběhl bez problémů. Přistání se ale nezdařilo. Modul se dostal do atmosféry pod špatným úhlem, takže selhaly jeho padáky. Sonda se tak roztříštila o povrch Marsu v oblasti Hellas. Orbitální část obletěla planetu 362x. Snímkovala povrch z oběžné dráhy, pracovala až do roku 1972. Protože ale na planetě v té době vypukla rozsáhlá prachová bouře, nebyly její snímky příliš kvalitní. Když bouře ustala, byl film, na který sonda snímky ukládala, už vypotřebován. Stala se tak první „obětí“ nevypočitatelnosti planetárního počasí.

Mars 3. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/spacecraft/mars3_iki.jpg

Stejného startovacího okna využila v roce 1971 ještě sonda Mars 3. Také ona doletěla k planetě bez větších problémů. Její přistávací modul dosáhl povrchu planety neporušen, pracoval ale jen 20 vteřin. Dodnes není úplně jasné, co se s ním vlastně stalo. Mohly za přerušení spojení se Zemí problémy při přistání? Sonda se možná převrhla, nebo na ni spadl část jejího vlastního padáku. Orbitální část pracovala do roku 1972. Nacházela se na velice eliptické dráze, proto se Marsu přiblížila jen každých 11 dní. Experiment na její palubě přesto prokázal ionty v atmosféře Marsu.

Mariner 9. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/database/MasterCatalog?sc=1971-051A

Také USA vyslaly v tomto startovacím okně druhou sondu  - Mariner 9. Vzhledem k tomu, že její sesterská sonda, která se měla koncentrovat na severní polokouli, při startu selhala, musela být během letu Mariner 9 přeprogramována. Sonda pak kartografovala planetu, fotografovala vulkány i polární čepičky planety. Zachytila také oba Marsovy měsíce, Phobos a Deimos. Zaslala na Zemi celkem 7329 fotografií. Množství dat, které sonda poskytla bylo na tehdejší dobu opravdu úctyhodné – Mariner 9  zaslal celkem  54 Gigabitů informací. Na její počest dostal obří kanál, protínající Marsův povrch, název  „Vale Marinaris“.

Nacházíme se v roce 1973 a závod „o Mars“ pokračuje. USA započaly vývoj mise Viking, která měla startovat v roce 1975. Sovětský Svaz se rozhodl Američany předejít a vyslat další mise už během tohoto startovacího okna. Jelikož byly tentokrát podmínky pro start a dosažení Marsu horší než v roce 1971, musely mít sondy na palubě více paliva a méně vědeckých instrumentů. Byly tedy rozděleny do čtyřech misí – dvě orbitální sondy a dvě sondy s přistávacími moduly. Dostaly jména Mars 4, 5,  6 a 7. Všechny měly problémy.

Jako první měly odstartovat obě orbitální stanice, které měly převzít komunikaci s přistávacími moduly. Už před startem se objevil jeden zásadní problém – nečekaně vysoká koroze na spojích určitých tranzistorů. Ukázalo se, že v rámci úsporných opatření přestal jejich výrobce  pro spoje používat zlato. Nahradil jej hliníkem, který měl ovšem životnost maximálně dva roky. Pravděpodobnost, že sondy dosáhnou Mars neporušené, tedy rapidně klesla. Přesto se politbyro rozhodlo, že sondy poletí.

Mars 4. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1973-047A

Mars 4 odstartovala bez problémů. Ty na sebe ale podle očekávání nenechaly dlouho čekat, když vadné spoje transistorů způsobily výpadek palubního počítače. Sonda se stala víceméně neovladatelnou. Protože se už nedaly ani zapnout brzdící motory, musela Mars minout. Během průletu kolem něj alespoň pořídila několik snímků a změřila jeho ionosféru. Prokázala tak poprvé existenci ionosféry na Slunci odvrácené, noční straně planety.  Sonda pak skončila na oběžné dráze kolem Slunce, kde měřila sluneční vítr a kosmické záření.

Mars 5 odstartovala bez problémů, stejně tak se dostala i na oběžnou dráhu kolem Marsu. Ukázalo se ale, že ztrácí vzduch. Na vině byl nejspíš mikrometeorit, který sondu poškodil. Vzhledem k tomu, že její přístroje pracovaly v podmínkách, jaké panují na Zemi, tedy i za přítomnosti vzduchu a odpovídajícího tlaku, byl únik atmosféry ze sondy velkým problémem. Přístroje se neuměly adaptovat na vakuum. Chlazení například spoléhalo na větrání vzduchem. Vědecký program se tedy musel zkrátit a urychlit. Sonda zachytila kolem stovky snímků podobné kvality, jaké zaslal na Zem Mariner 9. Objevila také slabé magnetické pole Marsu. Poté selhala komunikace, nejspíš jako následek poklesu atmosférického tlaku uvnitř sondy.

Mars 6 byl název pro jeden z obou přistávacích modulů. I ten doplatil na vadné tranzistory na své palubě. Řídící středisko s ním ztratilo kontakt už během letu k Marsu. Sonda kupodivu sama a bez pomoci ze Země přešla k přistávacímu manévru. Podařilo se jí přistát na planetě, hned poté se ale odmlčela. Není zcela jasné, jaký osud ji potkal. Je možné, že se převrhla nebo roztříštila při přistání. Data, která zaslala orbitálnímu modulu, byla nepřesná a diskutabilní. Orbitální část navíc v té době sama trpěla degenerovanými tranzistory. Vadné součástky ještě více znehodnotily data, zasílaná k Zemi. 

Sondu Mars 7 postihl podobný osud – už během cesty k Marsu částečně ztratila komunikaci se Zemí. Nejspíš vlivem výpadku elektroniky se nezdařil ani přistávací manévr. Přistávací část se oddělila příliš brzy, sonda tak kolem Marsu jen proletěla. Skončila na oběžné dráze kolem Slunce.

Fiaskem všech čtyřech sond se znovu potvrdilo, že i malá chyba může mít v kosmonautice obrovské následky. Podobnou zkušenost udělala mise Mariner 8 v USA, když ztratila jednu sondu díky výpadku jedné jediné diody.

Přichází rok 1975 a na scénu vchází mise Vinking 1 a 2. Sovětský Svaz se v této době zabýval návštěvami na Venuši a k Marsu v tomto startovacím oknu už žádnou další sondu nevyslal. Souboj „o Mars“ definitivně vyhrály USA.

Viking 1. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/spacecraft/viking_orbiter.jpg

Obě sondy programu Viking byly sestaveny z orbitálního a přistávacího modulu. Hlavním cílem této mise už nebyla kartografie. Sondy tentokrát hledaly stopy života na Marsu. Pořizovaly také snímky s vysokým rozlišením a zkoumaly i složení atmosféry.

Sonda zaujala na oběžné dráze nejprve  geostacionární (tedy vůči povrchu planety stálou) pozici. Zhruba měsíc pak vědci hledali příhodné místo pro přistání povrchového modulu. Přistávací modul sondy Viking měl přistát v roce 1976, v oblasti Chryse Planitia. Zvolili pro něj co nejníže položenou oblast a doufali, že řídká atmosféra v ní bude přeci jen o něco hustší a dovolí použití padáku, jehož brzdný účinek závisí právě na hustotě atmosféry.

Vikingu 1 byl převeden na nižší oběžnou dráhu. V nejnižším bodě byl odděle přistávací modul. Orbitální část byla znovu vyvedena na vyšší dráhu, zatímco přistávací modul se vydal k povrchu planety. Zabržděn byl výše zmíněným padákem a raketovým motorem. Sonda fungovala až do roku 1982, tedy celých šest let.

Přistávací modul druhé sondy, Viking 2 byl vysazen na severní plošině Utopia, v daleko nepříznivějších klimatických podmínkách. Pracoval proto jen do roku 1980. Obě sondy byly enormně úspěšné. Orbitální části sond zaslaly na Zemi přes 56 000 snímků, přistávací moduly pak 4500.  Zdokumentovaly proměny během jednotlivých ročních období na Marsu a provedly nespočet experimentů. Sondy se staly právem obrovským úspěchem americké kosmonautiky.

Tím skončila první část průzkumu Marsu, doba, která se dá nazvat průkopnickou. Často přemrštěné nároky, příliš rychlé závody ve vývoji techniky – vedly nezřídka ke kolapsu celých kompletních misí.

Obě velmoci se ale ze svých chyb poučily.

Dnes jsme zvyklí, že se mise k cizím tělesům Sluneční soustavy daří. Případné problémy,  které nelze při dobývání nových „hranic poznání“ nikdy vyloučit, dnes vnímáme jako selhání. Věda a technika, kterou  dnes mají vědci k dispozici, nás rozmazlila natolik, že možná už ani nevnímáme, jak velkou dávku štěstí potřebují tyto novodobé expedice i přesto, že se mohou spolehnout na dokonalost počítačových výpočtů a spolehlivost prozkoušených raketových motorů. 

Příště: Příště: Mars – 80. a 90. léta – nové cíle, nové hranice

Mars – nejoblíbenější a nejčastěji navštěvovaná planeta Sluneční soustavy. Šedesátá léta

Nachází se v našem nejbližším kosmickém sousedství. Dobře se pozoruje pozemskými teleskopy a je vidět i neozbrojenýma očima. Už od starověku přitahoval pozornost hvězdářů svou zvláštní, načervenalou barvou.

Fascinuje nás dodnes – není tedy divu, že se právě k této planetě vydalo největší množství pozemských sond.

Kosmické sondy se k němu přiblíží během několika měsíců, přesto není přistání na Marsu běžným, ani jednoduchým počinem.

Cesta k němu trvá v ideálním případě 237 – 280 dní. Díky eliptické dráze Marsu totiž jeho vzdálenost od naší rodné planety kolísá mezi 55 a 101 milióny kilometrů. Jeden rok na Marsu (tedy jeden oběh kolem Slunce) odpovídá zhruba dvěma pozemským rokům. Čas od času je vzájemná pozice Země a Marsu velice výhodná – otevírá se tzv. „startovací okno“.

Startovací okno

 je v kosmonautice omezený, většinou poměrně krátký časový úsek, v němž může být vypuštěna sonda bez použití neúnosně velkého množství paliva. Dráha bývá zvolena tak, aby se sonda a cílová planeta setkaly v jednom bodě. Při meziplanetárních letech existuje optimální datum, kdy je vzájemné postavení Země a cíle nejvýhodnější z hlediska množství paliva nebo příletového času k němu. Startovací okno však trvá i jistý čas před a po optimálním datu. Mimo startovacího okna není možné cíl danými prostředky dosáhnout.

Dobývání Marsu začalo v šedesátých letech. Z dosavadních zhruba 40 misí ztroskotala téměř polovina, a to hlavně při přistání na planetě. Na vině byla nedokonalá technika, ale také místní proměnlivé podmínky. Marsova atmosféra se mění v závislosti na denní době a na ročním období. Tlak na povrchu Marsu se kolísá až o 30 %. Není proto úplně jednoduché odhadnout a připravit přistávací procedury.

Šedesátá léta

Jedna z průkopnických sond, Mars 1960A, Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/masterCatalog.do?sc=MARSNK1

Šedesátá léta byla poznamenána soubojem dvou velmocí, USA a Sovětského Svazu. Prvenství v té či oné kategorii bylo okamžitě použito k propagandě.

Na oběžnou dráhu kolem Země se jako první dostal Sovět Jurij Gagarin. Na Měsíc se pro změnu jako první podíval Američan. Souboj o Venuši „vyhrály“ sovětské sondy, u Marsu měli větší štěstí a úspěch Američané.

Startovací okno pro cesty k Marsu se otevírá zhruba každé dva roky, když se obě planety nacházejí relativně blízko sebe. 

Po dvou neúspěšných sovětských pokusech v roce 1960, které skončily selháním pohonné jednotky, se v listopadu 1962 vydala k Marsu série tří sovětských sond. První z nich dosáhla jen oběžné dráhy Země a byla promptně  a diplomaticky přejmenována na„Sputnik 22“. Když o něco později na oběžné dráze kolem Země explodovala, způsobily její zbytky mezinárodní krizi. Trosky, které se po zániku začaly snášet k Zemi, samozřejmě vyplašily americký varovný systém, který byl v pohotovosti kvůli kubánské krizi.  

První pozemská sonda, která se dostala k Marsu, byla sovětská Mars 1, která startovala v roce 1962. Protože bylo ale už při startu poškozeno polohovací zařízení, které koordinovalo její natočení směrem k Zemi, byl signál, kterým komunikovala, stále slabší až slabší. Ve vzdálenosti 106 miliónu kilometrů pak ustal nadobro. Bylo to ještě před přistáním na Marsu. Sonda proletěla kolem Marsu v roce 1963, aniž by měla kontakt se Zemí. K jeho opětovnému navázání došlo až později. I když Mars minula. Údaje, které nasbírala, pomohly ve vývoji následujících misí.

I třetí sesterská sovětská sonda z roku 1962 skončila svou pouť na oběžné dráze kolem Země. Poté, co selhaly motory, které jí měly dát urychlení na cestu k Marsu, dostala jméno „Sputnik 24“. Shořela v atmosféře dva měsíce po startu.

Sovětský Svaz vyvíjel v roce 1964 novou startovací raketu a proto využil startovací okno k Marsu jen pro jednu jedinou sondu. Američané toho roku vyslali k Marsu hned dvě sondy:  Mariner 3 a 4. Obě byly identické a měly stejné vybavení. Pokud jedna z nich selže, měla ji druhá nahradit.  První z nich, Mariner 3 ztratila radiové spojení se základnou už po devíti hodinách letu. Nepodařilo se jí otevřít sluneční kolektory. Nový, lehký materiál (skelné vlákno) krycího pláště sondy se totiž během startu spekl a přilepil se na její povrch.

Mariner 3 a 4, Zdroj: NASA, https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mariner_3-4.jpg

O tři týdny později startovala k Marsu sonda Mariner 4. U ní už byl použit původní, těžší ale stabilnější plášť z kovu. Sonda doletěla k Marsu bez problémů. Podařilo se jí poprvé vyfotografovat planetu zblízka. Z výšky 10 000 km zachytila  její povrch hned 22x. Některé snímky byly sice nepoužitelné, zbytek jich ale ukazuje Marsův povrch, který se v ničem podstatném neliší například od měsíčního povrchu. Kromě toho provedla sonda měření atmosféry a potvrdila, že se skládá převážně z CO2. Naměřila u Marsu slabé magnetické pole. Občasný kontakt se základnou na Zemi měla tato sonda ještě v roce 1967. Její záložní „sestra“, Mariner 5 byla později „recyklována“. Obdržela jiné přístroje a absolvovala cestu k Venuši.

Sovětský Svaz vypustil během startovacího okna v roce 1964 sondu „Sond 2“. Byla to nejspíš přepracovaná měsíční sonda. Při startu došlo k poškození, takže se otevřel jen jeden ze dvou solárních panelů. Díky tomu měla sonda velice málo energie. Řídící středisko ztratilo kontakt v době, kdy byla vzdálena 95 miliónů kilometrů.

Mariner 6 a 7. Zdroj: NASA, http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/masterCatalog.do?sc=1969-014A

Vzhledem k tomu, že souboj „o první průlet kolem Marsu“ pro sebe rozhodly USA, soustředily se teď obě mocnosti na vývoj orbitální sondy, která by mohla zakotvit na oběžné dráze Marsu a která by mohla planetu delší dobu studovat.

Další americké sondy se proto vydaly k Marsu až v roce 1969. Mariner 6 a 7 byly větší a nesly více přístrojů. Zaměřily se na výzkum atmosféry. Provedly také první důvěryhodné chemické analýzy a zjistily její složení. Kromě toho pořídily přes 200 snímků, na kterých zachytily 20 % povrchu planety.  

Stejně jako USA, se i Sovětský Svaz v té době koncentroval na vývoj těžších a stabilnějších sond, které by mohly pracovat na oběžné dráze Marsu.

„Mars 1969A“ se nedostala ani na oběžnou dráhu Země. Explodovala krátce startu. Stejný osud sdílela i její sesterská sonda Mars F, u které vybuchla pohonná jednotka už několik sekund po startu.

Existuje na Marsu život?

Jak vznikl život? A jak se vyvíjel? Mars byl v minulosti příjemně temperovanou planetou s obrovským oceánem. Měl ke vzniku života podobné podmínky, jako pravěká Země. Překvapí nás existence života na Marsu?

Už v 18. století pozorovali hvězdáři zvláštní tmavé skvrny, které se pohybovaly po Marsově povrchu. Mizely za obzorem a znovu se objevovaly. Byly považovány za vegetaci, která se mění během ročních období. Polární čepičky planety byly objeveny ještě o něco dříve, v 17. Století. Teprve v 19. Století ale byly teleskopy natolik dokonalé, že se jejich pomocí dala určit délka dne na Marsu. Ukázalo se, že je skoro stejně dlouhý jako na Zemi. Tím ale vzájemná podoba obou planet nekončí. Stejně jako na Zemi se na Marsu střídají roční období, protože má podobně skloněnou rotační osu. Díky dvojnásobné délce Marsova roku jsou ovšem roční období dvojnásobně dlouhá.

V polovině 19. století vědci předpokládali, že se na Marsu rozkládá rozsáhlý oceán a pevnina, kterou obývají cizokrajné živé organismy. Byly pozorovány dokonce kanály, pokrývající Marsův povrch. Ty měly být naopak pozůstatkem dávné civilizace. Později se mělo ukázat, že šlo jen o optický klam, způsobený nedokonalými teleskopy.

Už na přelomu 20. století čekalo na vědce zklamání, když se ukázalo, že Marsova atmosféra neobsahuje ani kyslík, ani vodu. Přesto až do startu první sondy (Mariner) někteří vědci doufali, že na povrchu planety naleznou sondy alespoň mech nebo lišejníky. Jejich přání se nevyplnilo. Povrch Marsu je suchý a chladný, podobný pozemským pouštím. Planeta nevlastní ochranné magnetické pole, takže je jeho povrch do hloubky několika metrů dezinfikován kosmickým zářením. Přesto dávný lidský sen - najít na Marsu stopy života - nikdy nezemřel. 

Obrázek: Obličej na Marsu. Zdroj: NASA, http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01141

Zdrojem pro spekulace se na dlouhou dobu stal jeden ze snímků, pořízený sondou Viking 1. Snímek oblasti Cydonie, který připomíná lidskou tvář, se stal jednou z nejznámějších fotografií Marsu. Na jeho základě se vyrojilo nespočet úvah a teorií o existenci inteligentního života, který nám pomocí speciálně zbudované hory posílá zprávu o své existenci. Zmiňována byla i možnost návštěvy Marsu mimozemšťany. 

Zdroj: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:HiRISE_face.jpg

Teprve v roce 1998 přinesla sonda Mars Global Surveyoer zozuzlení záhady – veškeré tvary, které mohly na fotografii při určitém nasvětlení připomínat lidský obličej, jsou výsledkem eroze hornin. Snímky, které nyní byly pořízeny s daleko větším rozlišením, prokázaly přirozený původ záhadného útvaru, který kdysi na fotografiích Viking 1 vypadal jako lidský obličej.

Přesto se neustále objevují (a jistě i v budoucnosti budou nadále objevovat) obrázky, které se s trochou fantazie dají vyložit jako výsledky aktivity inteligentních bytostí. Jedná se přitom ale jen o optické klamy nebo jevy, které způsobila sama sonda, pořizující fotografie.

Podmínky pro vznik života

Pro vznik života, jak se dnes domníváme, musí planety splnit několik podmínek. Jednou z nich je přítomnost tekuté vody. Další podmínkou je přítomnost organických sloučenin, nebo jejich komponent – vodíku, kyslíku, dusíku a uhlíku. Poslední nezbytností je přítomnost vhodného zdroje energie.

Vývoj života je komplikovaný proces. Ani poté, planeta splnila nutné podmínky, na ní nemusí nutně z neživé hmoty vzniknout živá.  Na základě našich dnešních znalostí nemůžeme dokonce ani potvrdit, že vývoj života na Zemi nebyl pouhou náhodou. I když se zdá, že vědci našli logickou cestu, kterou se vývoj života na naší planetě ubíral, jistotu získáme až po jejím prověření mimo naši rodnou planetu.

Spekulace o mikroskopických formách života

Mars má jen velice řídkou atmosféru a nízkou povrchovou teplotu. Navíc není jeho povrch chráněn magnetickým polem. Rozsáhlý a inteligentní život je na něm nemožný – jak to ale vypadá s mikroby? Mohou na naší sousední planetě přežít mikroby?

Už přes deset let se vědci snaží zkoumat stav Marsovy atmosféry a určit v ní koncentraci plynů, které by mohly prozradit existenci mikroskopických forem života. Jedná se hlavně o metan a formaldehyd. Metan se rozloží v atmosféře za zhruba 340 let, zatímco formaldehyd z ní zmizí během 7,5 hodiny.

V atmosféře planety se skutečně metan nachází. Zdá se, že se do ní dostává ročně 150 tun tohoto plynu. Pokud ale chceme vysvětlit i existenci formaldehydu, je potřeba, aby se ze zdrojů metanu uvolnilo ročně 2,5 miliónu tun.

Mikroorganismy jsou jen jedním ze tří možných zdrojů metanu. Dalším  jsou komety, které mohou přinést chemikálii z vesmíru a také vulkanismus, díky kterému se může uvolňovat z útrob planety. Při geotermické reakci, tzv. serpentizaci, vzniká plyn z vody, CO2 a minerálu olivínu, který se na Marsu celkem hojně vyskytuje. Kromě toho se může formaldehyd vytvořit z plynů atmosféry a ledu za účasti kosmického záření. Argumentem proti geologickému vzniku těchto dvou chemikálií je fakt, že k jejich tvorbě by byl potřeba zdroj energie,  který jsme na povrchu planety nenašli.

Hloubkové vrty možná přinesou jistotu

Pokud se na vzniku obou chemikálií podílí mikroorganismy, je velice pravděpodobné, že se nacházejí hluboko pod povrchem Marsu. Kosmické záření sterilizuje půdu až do hloubky několika metrů, ukázaly počítačové simulace.

Možná že budoucí vrty najdou na Marsu důkazy pro někdejší život – fragmenty RNA. V každém případě se ale vědci budou snažit nalézt také skutečný život, živé buňky. Jejich snem je oživení nalezených mikroorganismů a jejich rozmnožení. Na podobné objevy si ale musíme ještě chvíli počkat. V průběhu momentálně plánovaných blízkých misí k nutným hloubkovým vrtům zatím ještě nedojde.

Metan – známka života na Marsu?

Obrázek: Výskyt metanu v atmosféře Marsu. Zdroj: NASA, http://www.nasa.gov/mission_pages/mars/news/marsmethane_media.html

V roce 2003 panovalo na severní Marsově polokouli léto. Právě v té době byl Mars pozorován třemi pozemskými teleskopy, které na planetě zaregistrovaly několik výronů metanu. Ukázalo se, že produkce metanu závisí na povrchové teplotě a na ročním období. Někteří vědci v tomto faktu vidí podporu své teorie o mikrobech, žijících v Marsově půdě. Bylo by to jen logické - na  Zemi totiž produkují živé organismy 90 % tohoto plynu, jen 10 % připadá na geologické procesy. 

Zatím nejpřesnější měření koncentrace metanu dodal robot Curiosity. Zaznamenal 60 dní trvající výron metanu v kráteru Gale, který byl kdysi rozsáhlým jezerem a je dnes proto ideální oblastí, ve které můžeme hledat zbytky nebo stopy života. Přístroje na palubě robota prokázaly, že je koncentrace metanu v atmosféře o něco menší,  než by  měla být při vzniku tohoto plynu geologickými procesy. Je také menší  než ta, kterou naměřily teleskopy na Zemi. Rozdíl  mezi koncentrací, pozorovanou pozemskými teleskopy a skutečným stavem na povrchu planety lze vysvětlit nejspíš vlivem pozemské atmosféry, která výsledky zfalšovala.

Pozorovaný výron metanu, který se udál během Marsova léta v kráteru Gale, obohatil okolí sondy až desetinásobnou koncentrací, než jakou pozorovala předtím. Po skončení výronu se koncentrace metanu znovu upravila do původní podoby.

Metan – pouze výsledek geologických změn?

Obrázek: Malé tornádo, pozorované na povrchu Marsu. Zdroj: NASA, http://marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/press/spirit/20050527a.htm

Jiní vědci považují metan na Marsu za produkt geologických proměn. K jeho vzniku může dojít i během elektrických výbojů a malých tornád, které nacházíme na povrchu planety. Laboratorní simulace tuto domněnku potvrdily. Vědcům se povedlo syntetizovat metan pomocí elektrických výbojů nad ledovým blokem. 

Jak tento proces funguje? Už v pozemských podmínkách vzniká v  malých tornádech napětí až 10 000 Voltů. Na Marsu, který vlastní jen řídkou atmosféru, se mohou tvořit tornáda daleko vyšší. Vznikají v nich tak ještě intenzivnější výboje. Ty pak štěpí molekuly vody a CO2. Přes různé mezistupně se může chemickou reakcí těchto rozštěpených zbytků molekul vytvořit i metan.

Silným argumentem pro tuto variantu vzniku metanu na Marsu – je jeho lokální výskyt. Ten by odpovídal zřídkavým a lokálně omezeným atmosférickým jevům, tornádům, která čas od času během planetárního léta vznikají nad povrchem planety. Nevysvětluje ale dlouhodobý výron, pozorovaný robotem v kráteru Gale. 

Nejpravděpodobnější je, že se na výskytu metanu na Marsu podílejí různé mechanismy. Budou se jim věnovat i budoucí mise k rudé planetě.

V polovině března například odstartuje k Marsu mise ExoMars Trace Gas Orbiter (evropské společnosti ESA). Jak už napovídá její název, bude se věnovat průzkumu atmosféry, konkrétně plynů jako je metan.

Stopy života v meteoritech, které pochází z Marsu

Obrázek: Meteorit ALH84001. Zdroj: NASA, http://wwwcurator. jsc.nasa.gov/curator/antmet/marsmets/alh84001/ALH84001,0.htm

27. prosince 1984 byl v Allan-Hillsově oblasti v Antarktidě objeven 1,94 kg těžký meteorit. V roce 1993 následovalo překvapení – malý kámen pochází z Marsu. Před 16 milióny let byl při kolizi planety s větším asteroidem vymrštěn do Sluneční soustavy. Náhoda se postarala o vhodnou dráhu a dovedla ho nakonec do blízkosti Země.

Dostal název ALH 84001. Při bližším ohledání vědce zaujala jeho zvláštní struktura. Připomínala organické tvary, jaké známe ze Země. Okamžitě vzplanulo množství nadějných teorií – v kameni, který byl nalezen v antarktickém ledu, se měly skrývat zkameněliny někdejších živých organismů, pocházejících z Marsu.

Obrázek: Struktura meteoritu ALH 84001. Zdroj: NASA, http://web.archive.org/web/2/curator.jsc.nasa.gov/antmet/marsmets/alh84001/ALH84001EM1. Htm,

Dnes téměř jistě víme, že se nejednalo o zbytky života. Zvláštní organicky vypadající formace vznikly chemickou cestou. Vědci dokonce po průzkumu meteoritu určili teplotu, při které vznikaly. Na Marsu musela v době jejich transformace vládnout teplota kolem 18 °C a musela na něm existovat voda, která se na chemických reakcích podílela. Ta pronikla trhlinami v hornině a přinesla s sebou i rozpuštěné minerály. Když se později voda vypařila, vytvořily se z původně rozpuštěných minerálů usazeniny podobně, jako vzniká kotelní kámen ve varné konvici.

 Obrázek: Nakhla meteorit. Zdroj: NASA, http://www-curator.jsc.nasa.gov/antmet/mmc/Nakhla.pdf

Další posel z Marsu, Nakhla-meteorit, byl prozkoumán v roce 1999. Stopy aminokyselin, které v něm byly nalezeny, mohly být ale i kontaminací pozemským životem, proto jsou výsledky nepřesvědčivé. V roce 2006 vědci ulomili kousek meteoritu, aby mohli prozkoumat čerstvou a nekontaminovanou vrstvu materiálu. Našli v něm uhlíkaté sloučeniny, které se sice tvarem podobají pozemské buňce, případně baktériím, mohou být ale stejně tak výsledkem neorganických procesů. Podobné útvary byly nalezeny i v meteoritech Shergotty a Yamato000593 - které také pocházejí z Marsu. 

Obrázek: Metorit Yamato000593. Zdroj: NASA, http://curator.jsc.nasa.gov/antmet/mmc/Y000593.pdf

Mimozemšťané - to jsme hlavně my!

Zatím se tedy zdá, že pokud chceme na Marsu pozorovat inteligentní život, musíme se o něj postarat sami. Jak by podobný pokus mohl vypadat, předvedl před nedávnem skvělý film "Marťan". 

Je na Marsu voda? Ano! Na Marsu se našly dokonce zbytky oceánu

Planeta Mars je nejen relativně blízko, je Zemi také relativně podobná. Není tedy divu, že přitahuje pozornost jak vědců, tak široké veřejnosti. Voda, která na něm byla objevena, zaručuje, že zájem o něj hned tak neopadne.

Atmosféra

Atmosféra Marsu je svým složením podobná Venušině. Skládá se z 95,3 % z CO2 (oxidu uhličitého), 2,7 % N2 (dusíku) a 1,6 % Ar (argonu). 0,4 % připadají na ostatní plyny, například na vodní páru. Tím ale veškerá podoba končí. Atmosférický tlak  na povrchu Marsu dosahuje jen setinu pozemského a s Venušiným (který je 90x vyšší než na Zemi) se nedá vůbec srovnávat.

Teplota na povrchu planety dosahuje v průměru -53 °C. Stejně jako u Země se ale liší na pólech a na rovníku. V průběhu polární noci může klesnout až na -130 °C, zatímco na rovníku může vystoupat až na +30 °C. Za tuto relativně vysokou teplotu může skleníkový efekt,  způsobený oxidem uhličitým. Mars je totiž ve skutečnosti příliš daleko Slunce na to, aby vlastnil tak vysoké teploty, jaké na něm sondy našly.

Obrázek: Západ Slunce na Marsu, jak ho zachytila sonda Mars Exploration Rover. Zdroj: NASA, Mars Exploration Rover, http://marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/press/spirit/20050610a.html

I jeho polární čepičky jsou tvořeny zmrzlým CO2. Během Marsovy zimy kondenzuje na povrchu planety až třetina tohoto, v atmosféře hojně zastoupeného, plynu. Na „jaře“ pak sublimuje - přechází přímo z pevného skupenství do plynného, aniž by prošel kapalným skupenstvím. To má za následek silně proměnlivý atmosférický tlak, který se může lišit až o třetinu. 

V dávné minulosti, zhruba před 3,5 miliardami let, byly teplota a tlak na planetě tak vysoké, že na jejím povrchu existovala tekutá voda. V pozdější době pak část atmosféry unikla do vesmíru, jiná část se pak nejspíše proreagovala s kamenným povrchem planety.

Odkud pochází pojem „nadmořská výška“ u planety, na které chybí tekutá voda?

Na Marsu dnes větší množství tekuté vody nejspíše nenajdeme.  Důvodem jsou jak nízké teploty, při kterých voda zamrzá a mění se na led – a také nízký atmosférický tlak, při kterém se voda rychle vypařuje a led sublimuje. I u Marsu ale běžně označujeme výšku pohoří pojmem nadmořská výška. Planeta ovšem nemá žádný oceán, jak je tedy možné určit výšku „nad mořem“? Vědci jednoduše určili pomyslný bod, který slouží jako umělá „výška nula“. Považují za ni na Marsu výšku, ve které odpovídá atmosférický tlak trojnému bodu vody.

Trojný bod udává teplotu a tlak, při kterých jsou v jednosložkovém systému v rovnováze současně tři fáze (např. pevná, kapalná a plynná) a systém nemá žádný stupeň volnosti. V příslušném grafu se pak protínají tři křivky, křivka tání, nasycených par a sublimační křivka, aby určily jednoznačný bod, který se označuje za „trojný“.

Proč je zrovna trojný bod pomyslnou hranicí?

Voda může být v tekutém stavu jen tam, kde panuje vyšší tlak, než jaký přísluší trojnému bodu vody. Tlak se zvyšuje úměrně tomu, jak vysoký sloupec atmosféry dané místo pokrývá, tedy v závislosti na hloubce nebo výšce dané oblasti. Vyšší tlak a tím i volnou tekutou vodu tedy najdeme jen ve větší hloubce, než ve které leží trojný bod. Ten se díky tomu stává hranicí existence oceánu, který ve skutečnosti - neexistuje.

Komplikované?

Situaci nezjednodušuje ani proměnlivý tlak na povrchu Marsu. Ve svém nejteplejším místě vykazuje planeta o 30 % větší atmosférický tlak, než na nejchladnějším. Mapa, která znázorňuje „nadmořskou“ výšku, proto využívá střední hodnoty tlaku. Tekutá vodu pak můžeme, podle ročního období, najít nezřídka dokonce i v místech, které jsou na mapě naznačena nahnědlou barvou a na kterých by měla být existence tekuté vody teoreticky vyloučena. O tom, jestli v těchto oblastech bude voda skutečně v tekutém skupenství, pak rozhoduje teplota v dané oblasti.

Obrázek: Mapa Marsu podle nadmořské výšky. Severní polokoule vesměs umožňuje existenci tekuté vody. Zdroj: NASA / JPL / USGS, http://mola.gsfc.nasa.gov/images.html and http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02993

Reálný systém, který se nachází na povrchu Marsu je zároveň ještě daleko komplikovanější. Stejně jako je tomu u pozemských vyschlých jezer nebo moří, obsahuje i povrch i naší sousední planety velké množství různých solí.  Díky jim může existovat tekutá voda i při nižších teplotách, nebo při nižším tlaku, než bychom očekávali u čisté vody.

Přesně takovou slanou vodu objevila na Marsu sonda, která zkoumala povrch pomocí spektroskopu. Objevila ve vodě rozpuštěné chloráty a perchloráty. Roztoky jsou opravdu koncentrované, obsahují 50 – 100 g soli ve 100 ml vody.

Voda na Marsu včera a dnes

Díky činnosti různých automatických sond víme, že se voda na Marsu v minulosti podílela na tvorbě údolí, nalezených na jeho jižní náhorní plošině. Některá z nich vypadají, jako by je formovalo velké a náhle uvolněné množství vody, jiné zase připomínají spíše koryta řek, kterými tekla voda pomalu a dlouho. Jsou rozvětvené a připomínají pozemské řeky. I v některých hodně starých kráterech se nacházejí příznaky vodní eroze.

V útvarech, které připomínají vodní řečiště, se na Marsu nacházejí oblázky, zasazené do jemného  sedimentu. Z velikosti těchto kamínků (několik milimetrů až centimetrů) se dá odečíst síla vodního proudu, který je kdysi transportoval. ˇŘeka je unášela rychlostí kolem jednoho metru za vteřinu a musela být hluboká několik centimetrů až metr. Na to, aby se přemisťovaly z místa vzniku do dnešní polohy pomocí větru, jsou tyto kameny příliš velké, musely být tedy přemisťovány vodním tokem.

Místo tekuté vody - led

Odhalila ho sonda Mars Express, která z oběžné dráhy zkoumala povrch planety pomocí radaru. V hloubce 60 – 80 metrů (a možná i hlouběji) se na Marsu nachází pevný led. Sedimenty a zmrzlá voda byly nalezeny především tam, kde vědci předpokládají bývalý Marsův oceán. Ten musel existovat před zhruba 3 miliardami let. Doba, po kterou se oceán na planetě udržel, by mohla odpovídat jednomu až dvěma miliónům let. Poté voda částečně zamrzla, částečně se vypařila a unikla do vesmíru. Větší množství vody bylo ale na planetě přítomno ještě asi miliardu let poté, co zmizel jeho rozsáhlý oceán. 

Na Marsu ještě nedávno sněžilo

Americká sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) zaslala před několika lety na Zemi úžasné fotografie polárních oblast Marsu. Odhalila na nich čerstvě vzniklé krátery po srážce planety s malými meteority. Na jejich dně byl objeven – sníh. Nacházel se v tak čisté formě, že zároveň nemohl být součástí kráteru samotného a hmoty, kterou by například mohla na planetu přinést některá z ledových komet. Tento materiál obsahoval jen 1 % nečistot, takže je nejspíše produktem marsovského počasí – vypařil se v teplejších oblastech planety a kondenzoval nebo vysněžil na chladném pólu.

Obrázek: Led, odhalený nárazem meteoritu. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona, http://mars.nasa.gov/mro/multimedia/images/?ImageID=5786

Krátery, ve kterých byl led nalezen, byly velké jen několik metrů a byl jen zhruba 30 – 60 cm hluboké. Kolize, díky kterým tyto krátery vznikly, sice nebyly zaznamenány, musely ale proběhnout v průběhu roku 2008 - na dřívějších snímcích se krátery nevyskytovaly. Led v nich byl pokryt jen slabou vrstvou Marsova prachu, byl tedy spíše novějšího data. Nepatrná tloušťka na povrchu usazeného prachu, pod kterým se led nachází, by mohla znamenat, že na Marsu existovalo větší množství tekuté vody ještě v nedávné minulosti – před několika tisíci lety. V nížinách planety se mohla tekutá voda objevit například následkem náhlé vulkanické aktivity nebo po srážce s asteroidem, kdy se uvolní větší množství tepla.

Aby objasnili procesy, které mohou vést k vrstvení čistého ledu blízko pólů planety, analyzovali vědci (tým kolem Edwina Kitte v Berkeley, Kalifornii) chování řídké Marsovy atmosféry. V počítačové simulaci se ukázalo, že vlhký a zahřátý „vzduch“ může na Marsu stoupat až rychlostí kolem 200 km/h do výšky 35 kilometrů. Přitom se tvoří husté mraky, ze kterých pak sněží ledové krystaly s velikostí až 2 mm.

Sonda Phoenix, která přistála v blízkosti severního pólu planety, pak potvrdila, že na planetě skutečně sněží. Na Marsu tedy existuje, podobně jako na Zemi koloběh vody, i když je tato planeta na první pohled vysušenou pouští.

Jak rozsáhlý byl někdejší Marsův oceán?

Na otázku, jak rozsáhlý musel být Marsův oceán, dal odpověď tým vědců, vedený G. L. Villanueva. Důmyslným způsobem se jim podařilo vytvořit mapu dnes již neexistující vodní plochy.

Normální, běžná voda se skládá z molekul, tvořených dvěma atomy vodíku a jednoho atomu kyslíku. Všeobecně známou je i varianta nazývaná „těžká voda“, ve které jsou oba atomy vodíku nahrazeny atomy deuteria (těžkého vodíku). Vědci použili k detekci bývalého oceánu na Marsu jinou variantu – polotěžkou vodu. V jejích molekulách je deuteriem nahrazen jen jeden atom vodíku. Přesto je takováto molekula těžší (přesně vzato – o 6 %) než „běžná“ voda – a hůře se vypařuje a uniká do vesmíru. Teoreticky by se proto měla na Marsu nacházet větší koncentrace polotěžké vody právě tam, kde se dříve nacházel oceán. 

Video: s laskavým svolením NASA - oceán na Marsu. Zdroj: https://www.youtube.com/watch?v=-s_SsAMuusg&rel=0

Tým vědců pozoroval pomocí Havajských teleskopů a přístrojů v Chile chemické složení Marsovy atmosféry a vytvořil mapu výskytu HDO a H2O. Na planetě bylo objeveno sedmkrát více polotěžké vody, než kolik je jí na Zemi. Znamená to, že Mars v minulosti ztratil obrovské množství vody, vědci ji odhadují na 23 miliónů krychlových kilometrů. To by odpovídalo oceánu, který by mohl celou planetu pokrýt až do výšky 137 metrů. Ve skutečnosti se tento oceán nacházel na severní polokouli (v minulém blogu jsem zmínila, že se právě tam nachází rozsáhlá nížina) a byl až 1,6 kilometru hluboký.

V těchto místech budou vědci jistě v budoucnosti pátrat po zmrzlém ledu, který je skrytý pod vrstvou zeminy a tím je chráněn před účinky kosmického záření. A největší optimisté budou jistě v tomto podzemním ledovém království pátrat po zbytcích nebo stopách života na Marsu.