Objev gravitačních vln: „Bude levnější chleba?“

Padesát let po nich vědci pátrali. Před několika měsíci byly gravitační vlny jedním z pozemských detektorů skutečně zachyceny. Co si od nich vědci slibují?

Před sto lety je předpověděl Albert Einstein. Z rovnic jeho teorie vyplynulo, že hmota deformuje prostor, který se kolem ní nachází. Pokud se hmota pohybuje nestejnoměrně, je urychlována nebo zpomalována. V obou případech reaguje s prostorem kolem sebe – vytváří se vlny, které prostor deformují podobně, jako akustické vlny mění při svém pohybu hustotu vzduchu.

Už padesát let se vědci snaží o zachycení gravitačních vln. Povedlo se to poprvé loni na podzim. V polovině září zaznamenal experiment LIGO v USA zřetelný signál, který vznikl před 1,3 miliardami let při kolizi  dvou černých děr ve vzdálené galaxii. Povaha signálu naznačuje, že se nejednalo o supermasivní černé díry, které jsou součástí jader galaxií. Hmota obou objektů se odhaduje na 29a 36 hmotností Slunce.
Zachycené gravitační vlny po sto letech potvrzují další aspekt Einsteinovy teorie relativity. Jejich význam je ale daleko hlubší. Dá se srovnat s astronomickou revolucí, kterou přinesl objev prvního teleskopu.
 Chleba sice asi levnější nebude, rozhodně ne v dohledné době. Bude možná jednoho vzdáleného dne lehčí nebo těžší, pokud se lidstvo naučí gravitací manipulovat, můžeme říci s úsměvem.
Jaký je momentální a reálný přínos tohoto objevu? Co přesně nám přinese tento nový svět – svět gravitační astronomie?

Existence černých děr

Černé díry jsou velice hmotné objekty, které byly dodnes pouze logickou součástí důmyslných teorií.
 Jejich existence byla teorií předpokládána, předvídána a dokonce propočítána – díky jejich gravitačnímu vlivu na své okolí.
 Jejich existenci potvrzovala řada nepřímých pozorování . Odpovídaly mu pohyby hvězd, které se nacházejí blízko galaktického centra. Díky masivnímu gravitačnímu působení černých děr se tvořily tzv. „gravitační čočky“, které astronomie využívá k průzkumu velice vzdálených objektů. Přímo a jednoznačně se ale zatím černé díry nepodařilo pozorovat. Problém spočívá v našem přístupu k informacím o vesmíru. Zakládají se na identifikaci elektromagnetického záření  - světla, radiovln, rentgenového nebo gamazáření, apod.
Černá díra se ale (z principu věci) dá pozorovat jen velice špatně. V optické části spektra není vidět vůbec. Tyto objekty pozorujeme jen za specifických podmínek na jiných vlnových délkách.
Zachycením gravitačních vln, kterými černé díry při urychlení pohybu deformují časoprostor, se otevřely nové možnosti, nový „kanál“, kterým můžeme přijímat informace o vesmíru kolem nás. Pro pozorovaní černých děr to znamená, že lidstvo získalo první přímý důkaz jejich existence.

Pohyb rychlostí světla

Rychlost světla je v našem vesmíru limitující konstantní rychlostí. Odpovídá maximální rychlosti, kterou se může ve vesmíru pohybovat informace. Touha překonat ji, nebo jí alespoň dosáhnout, je věčným snem, kterého se lidstvo nejspíš v dohledné době nezbaví. Průzkum mechanismů, které k dosažení rychlosti světla vedou, bude mít jistě i v budoucnu vysokou prioritu. Pohybují se i gravitační vlny rychlostí světla? Odpověď na tuto otázku zatím nemáme, vědci na ní ale budou v nejbližší budoucnosti intenzivně pracovat.
Gravitační vlny, které byly zachyceny experimentem LIGO, byly výsledkem souhry náhod. Signál, který nikdo neočekával, byl detektorem identifikován během testovacího provozu. Vědci, obsluhující tento experiment, plánují cílený průzkum objektů, o nichž se domníváme, že vysílají gravitační vlny (tedy tělesa, která jsou momentálně urychlována nebo zpomalována). Budou pak porovnávat elektromagnetické signály, které objekt vyslal, s jeho gravitačními vlnami. Hlavně časová posloupnost jednotlivých pozorovaných jevů by měla dát odpověď na otázku, jak rychle se gravitační vlny vlastně pohybují.
Ale k čemu nám bude znalost rychlosti šíření gravitačních vln?
Analogicky k ostatním silám, které ve vesmíru pozorujeme, by měla být gravitace zprostředkovávána specifickým druhem částic. Dostaly jméno gravitony. Jejich vlastnosti jsou zatím neznámé – pokud se ale podaří definovat rychlost, kterou se gravitace šíří, budeme moci určit hmotnost gravitonů. Částice, které vlastní klidovou hmotnost, nemohou dosáhnout rychlosti světla. Pouze graviton, který klidovou hmotnost nemá,  by se  mohl touto limitující rychlostí pohybovat tak, jak to dělají fotony (částice, které zprostředkovávají elektromagnetickou sílu).

Vývoj vysoce precizní laserové techniky

Vedlejším produktem honby za gravitačními vlnami – je vylepšení techniky, kterou k ní vědci používají.
V minulosti se už mnohokrát ukázalo, že největšího technického rozvoje dosáhlo lidstvo tehdy, když mělo dostatek motivace. Motivací byly bohužel v minulosti nejčastěji různé konflikty a války. Pokud poskytne hledání gravitačních vln podobnou motivaci, je to podle mě možná největší okamžité a reálné pozitivum.

Důkaz kosmických strun

Kosmická struna je defekt vznikající pravděpodobně v raném vesmíru. Jde o tenkou velmi hustou trubici přibližně průměru protonu, která je buďto uzavřená nebo nekonečná. Uzavřené struny se mají tendenci vyzařovat ve formě gravitačních vln. Teorie říká, že se to bude moci pozorovat hlavně tehdy, když se tyto struny „nalomí“. Detektory jako LIGO nebo Virgo by měly umět takto vzniklé gravitační vlny objevit. Nebyl by to sice důkaz teorie strun, byl by to ale pokrok v oblasti základního výzkumu.
Vlastnosti neutronových hvězd
Neutronové hvězdy jsou pozůstatky explozí enormně masivních hvězd, které se v důsledku své obrovské gravitace zhroutily a zahustily natolik, že elektrony a protony jejich hmoty splynuly a vytvořily tak neutrony. Na jejich povrchu panuje extrémně silná gravitace, která z nich tvoří prakticky ideální koule. Přesto na jejich povrchu mohou existovat miniaturní „pohoří“, vysoká jen několik milimetrů. V souvislosti s vysokou rotační rychlostí neutronových hvězd by pak měly být tyto nerovnosti zdrojem gravitačních vln. Pokud neutronové hvězdy těmito vlnami odevzdávají část své energie, měla by se jejich rotace teoreticky zpomalovat. Zachycením jejich gravitačních vln a jejich analýzou se jistě podaří lepší náhled do fyziky těchto zvláštních hvězd.

Hvězdné exploze

Co způsobuje exploze hvězd? Zatímco se některé supermasivní hvězdy hroutí, kolabují a vytvářejí neutronové objekty, z jiných se stávají přímo černé díry. Počítačové simulace sice dokáží napodobit procesy, které v masivních hvězdách probíhají, nedokáží ale počítačový model přivést k explozi. Gravitační vlny slibují nalezení poslední části mozaiky, ze které se vývoj supertěžkých hvězd skládá. Díky jim budou moc vědci v budoucnu stávající modely vylepšit nebo zavrhnout.

Rozpínání vesmíru

Jak rychle se rozpíná náš vesmír? O tom, že k rozpínání vesmíru skutečně dochází, svědčí tzv. červený posuv u vzdálených objektů. Čím větší je vzdálenost mezi námi a těmito zdroji elektromagnetického záření, tím více je zdeformováno spektrum (rozložení jednotlivých komponent) jejich světla. Metoda, kterou konkrétní vzdálenost měříme, je založena na existenci specifického druhu supernov (typu 1a), díky kterým je možné vzdálenosti kalibrovat. Supernovy typu 1a mají totiž teoreticky identické vlastnosti. Platí to pro většinu z nich, bohužel ale ne pro všechny. Odchylky, které pak způsobují chybu v měření vzdáleností, by se mohly díky průzkumu gravitačních vln eieminovat. Gravitační vlny by se mohly stát nezávislým mediem a mohly by pomoci k přesnějšímu měření vesmírných vzdáleností. Stačily by k tomu dostatečně navzájem vzdálené detektory, které umožňují triangulaci (zaměření) zdroje gravitačních vln a z jejich síly vyplývající vzdálenost zdroje.
Od přesnějšího měření vzdáleností je pak už jen malý krok k přesnější definici rozpínání vesmíru.

Raný vesmír

Gravitační vlny by se mohly stát novým „kanálem“, díky kterému budou vědci moci nahlédnout do velice vzdálené minulosti vesmíru. Doposud bylo možno přímo pozorovat jen elektromagnetické záření, které se uvolnilo dlouho po Velkém Třesku. Díky gravitačním vlnám by se mohlo podařit přímo pozorovat následky inflační fáze – enormní expanze vesmíru, která probíhala krátce po jeho vzniku. Právě inflační fáze je jedna z nejtajemnějších jevů, které nám vesmír nabízí k prozkoumání. Rozpínání během ní probíhalo mnohonásobnou rychlostí světla a je důvodem, proč nikdy nemůžeme dohlédnout na konec vesmíru. Pozorujeme totiž vesmír pomocí světla – které je omezeno svou rychlostí, zatímco vesmír se kdysi rozpínal daleko vyšším tempem.

...?...
Velkou neznámou samozřejmě zůstávají všechny ostatní objevy, které si dnes neumíme představit.  Možná díky gravitačním vlnám objevíme nové jevy. Možná vypátráme podstatu temné hmoty, která se v našem vesmíru projevuje pouze svou gravitací.

Objev gravitačních vln otevřel dveře, kterými se nám možná povede vejít do vesmíru. Ta cesta bude nepochybně ještě dlouhá a kamenitá, zároveň ale už dnes svádí Neznámem a slibuje, že odhalí některá dosud nerozluštěná vesmírná tajemství.

Vědci poprvé zachytili gravitační vlny

Signál, na který čekali vědci téměř padesát let, a jehož zveřejnění včera nadchlo odborníky, byl zachycen už v září 2015. Paralelně ho zaregistrovaly oba LIGO-detektory v USA. 

Vědci objevili gravitační vlny, které způsobila vzdálená kolize dvou černých děr. Jev, který je vyvolal, se odehrál už před dlouhou dobou – obě černé díry se nacházejí ve vzdálenosti zhruba 1,3 miliardy světelných let. Jejich hmotnost se odhaduje na 29 a 36 hmotnosti Slunce. Splynuly do jedné větší s hmotností 62 sluncí. Zbylá energie, která odpovídá hmotě tří Sluncí, byla při této masivní katastrofě ve zlomku vteřiny vyzářena ve formě gravitačních vln.

Dvě černé díry, které krouží kolem společného těžiště. Při jejich splynutí do jednoho objektu se během krátké doby uvolní velké množství energie v podobě gravitačních vln. Zdroj: NASA, http://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/images/largesize/PIA17562_hires.jpg

Poprvé v historii bylo pozorováno gravitační „zčeření“ časoprostoru na Zemi - a ne jen úbytek hmoty u vzdálené kosmické katastrofy. Před tímto objevem nebyli vědci ani moc jistí tím, že černé díry s hmotností několika desítek Sluncí reálně existují.

Gravitační vlny

Nedají se přímo porovnávat s elektromagnetickými nebo akustickými vlnami. Gravitační „vlny“ jsou pokřivením geometrie vesmírného prostoru. Předpověděl je Albert Einstein rok poté, co v roce 1915 zveřejnil svou všeobecnou teorii relativity. Jejich existence vyplývá z Einsteinových rovnic a většina vědců je v počátku považovala spíše za matematickou hříčku než za reálný jev.
Podle Einsteinovy teorie, jejíž správnost byla  v poslední stovce let mnohokrát potvrzena, se gravitační vlny při svém pohybu vesmírem  projevují deformací tří prostorových dimenzí a času. Gravitace tak podle Einsteina není pouhou silou, ale vlastností čtyř dimenzionálního systému prostoročasu.
Každá hmota deformuje prostoročas a ovlivňuje tak dráhu ostatních těles. V případě, že se hmotná tělesa urychlují, křiví nejen prostor kolem sebe, ale vysílají také speciální vln, kterým říkáme gravitační. Pohybují se rychlostí světla. Pokřivením prostoru je přitom míněn jev, při kterém se mění vzdálenosti jednotlivých bodů hmotných těles. Původně perfektně kruhový objekt mění například svůj tvar na lehce oválný, aby se pak vrátil do svého původního stavu. Tento jev se dá nejlépe přirovnat k šíření akustických vln. Ty stlačují vzduch, gravitace v určitém časovém úseku stlačuje a deformuje prostor.
Gravitační vlny mohou transportovat obrovské množství energie. Přesto jsou tyto vlny těžko prokazatelné, protože prostor je „pevný“ a na jeho pokřivení je potřeba opravdu enormní množství energie.

Druhy a vlastnosti gravitačních vln

Vlastnosti gravitačních vln (například jejich frekvence) závisí na druhu těles,  které je vyvolaly. Čím těžší je těleso, které vlny vyslalo, tím menší frekvenci mají.
Supernovy vysílají například gravitační vlny s frekvencí až 1000 Hz. Rychle rotující neutronové hvězdy, vysílají vlny s frekvencí 10 – 10 000 Hz. Systémy, které se skládají z neutronové hvězdy, která obíhá černou díru, vydávají gravitační vlny s nižší frekvencí. Ta přímo závisí na dobu vzájemného oběhu obou těles. Čím blíže obě tělesa jsou, tím vyšší frekvenci mají jejich gravitační vlny. Dvojice neutronových hvězd může zpočátku vysílat hlubší frekvence, které se postupně zvyšují až dosáhnou několika set Hz. Supermasivní černé díry, které disponují hmotami 100 000 až několik miliard Sluncí, produkují vlny v oblasti kolem milihertzu. Na podzim pozorovaný jev, při kterém se spojily dvě černé díry s hmotnostmi několika  desítek Sluncí, vyprodukovaly vlny s frekvencí pod 100 Hz.

Nepřímý důkaz gravitačních vln

První nepřímý důkaz gravitačních vln přinesli vědci už v sedmdesátých letech. Astronomové Russel Hulse a Joseph Taylor pozorovali dvě neutronové hvězdy, které kroužily kolem společného těžiště, jejichž vzájemná vzdálenost se neustále zmenšovala. Systém přitom ztrácel přesně tolik energie, kolik předpověděl ve své teorii Albert Einstein. Oba vědci dostali za svůj objev v roce 1993 Nobelovu cenu.

Přímý důkaz gravitačních vln

Z šedesátých let pochází první detektor, který měl gravitační vlny prokázat v přímém experimentu. Jeho autor, Joseph Weber, tvrdil, že vlny skutečně zachytil, výsledky jeho experimentů se ale nepovedlo duplikovat. Měření pomocí cylindrického detektoru byla později považována za chybná.
V sedmdesátých letech vědci začali konstruovat přístroje, které používaly laserové interferometry. Jsou složené ze  dvou, k sobě navzájem kolmo postavených ramen, kterými probíhá laserový paprsek. Přicházející gravitační vlny pak obě ramena deformují různým způsobem, což se projeví na laserem vysílaném paprsku a vytvoří specifický druh signálu.
Technologický skok představují experimenty, které opustí povrch Země, aby pracovaly na oběžné dráze nebo ve větší vzdálenosti od Země. Před několika měsíci odstartovala mise LISA Pathfinder, která má měřit gravitační vlny přímo ve vesmíru. Může odhalit i nízkofrekvenční signály, pocházející ze superhmotných černých děr, které se nacházejí v centrech galaxií.
Paralelně s ní pracují a jsou neustále zdokonalovány pozemské detektory LIGO v USA, Virgo v italském městě Sascina a GEO600 v německém Hanoveru.
Z principu věci se dají na pozemském povrchu zachytit signály mezi 30  3000 Hz. Jediným z experimentů,který zpracovává objekty s nízkou frekvencí gravitačních vln, je experiment „Advanced LIGO“ v USA. Umí zachytit i signál, který má méně než 100 Hz.

Jak probíhal experimentální důkaz gravitačních vln na Advanced LIGO

LiGO zahrnuje dvě observatoře. Jedna z ncih se nachází v Hanfordu, ve státě Washington. Druhá je v Livingstonu, ve státě Luisiana. Jsou tak od sebe vzdáleny 3000 kilometrů. Z porovnání gravitačních vln, které se pohybují přesně danou rychlostí (rychlostí světla), se díky rozdílnému času dopadu na oba detektory dá určit místo, odkud k nám přicházejí. Díky velké vzájemné vzdálenosti se také daří eliminovat některé lokální vlivy, které mohou experiment narušit - například vibrace a zemětřesení.
Observatoře jsou postaveny do tvaru písmene „L“. Délka jednotlivých ramen, ve kterých se pohybují laserové paprsky, je kolem 4  kilometrů. Hanfordský experiment vlastní také druhý interferometr, který je dlouhý 2 kilometry.

Schéma interferometru. Zdroj: von MOBle in der Wikipedia auf Englisch [Public domain], via Wikimedia Commons

„Máme něco jako pravý signál!“

První pozorování měla být experimentem „Advanced LIGO“ provedena 18. září. Vědci ale pozorovali dotyčný signál už 14. září. Věnovali se právě přípravám a testům, když je překvapila čistá a tak dlouho předpovídaná modulace. Mnozí z nich zprvu nevěřili, že je „pravá“ a nejedná se o součást testů.
Analyzátor signálů Marco Drago byl první,  kdo signál zaregistroval. Pracuje v německém Hanoveru, kam počítače předávají výsledky experimentů z USA. Spolu se svým kolegou, Andrewem Lundgrenem se pak snažili provolat na pracoviště LIGO do USA. Tam v té  době panovala hluboká noc, takže žádného ze svých kolegů nezastihli. Skvělou zprávu jim zprostředkovaly až hromadné emaily, které skupina vědců z Německa  rozeslala celému týmu: „Zdá se, že máme něco, co vypadá jako pravý signál.“
Díky počítačovým simulacím vědci vědí, jaký signál mají hledat. Teoretičtí fyzici a analyzátoři mohou vypočítat, co se děje při vzájemné kolizi dvou černých děr. Je proto známo, jaké gravitační vlny systém vysílá a jaké efekty pak při zachycení v pozemském detektoru vyvolají. V průběhu minulých let byly propočítány tisíce možných kosmických katastrof a definovány signatury, kterými by se měly projevit.
Oba detektory, jak v Livingstonu, tak Hanfordu (USA) zaregistrovaly stejný signál. V tomto případě odpovídal systému dvou černých děr, které kolem sebe nejprve krouží, aby pak splynuly do jednoho objektu.

Plány do budoucna

V průběhu dalších experimentů, které se mají konat v září 2016, chtějí vědci pozorovat další typické efekty. Během dalšího roku by chtěli zkoumat hmotnosti různých černých děr. V roce 2034 by měl začít pracovat vesmírný detektor eLISA. Ten bude mít jinou konfiguraci a bude se tak moci koncentrovat na měření gravitačních vln jiných těles – černých děr s tisíci nebo milióny hmotností Slunce, nebo dvojic bílých trpaslíků.

Eros, Vesta a Ceres - největší a nejzajímavější objekty v pásu asteroidů

Pás asteroidů dává na výběr - je vám sympatičtější malá planetka, nebo spíše volnější shluk kamenů? 

Ceres – ledový obr

Největším objektem v pásu asteroidů je trpasličí planetka Ceres. Je zároveň jedinou trpasličí planetkou vnitřního Slunečního systému.
Její hmota se odhaduje na 9,39 × 1020 kg, zhruba jednu šesti tisícinu hmoty Země. Ceres tak je 3,5x hmotnější, než ten největší z ostatních asteroidů.

Porovnání velikostí Měsíce a největších asteroidů. Zdroj: By No machine-readable author provided. PedroPVZ assumed (based on copyright claims). [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Confronto_Ceres_Lua.jpg

Má téměř kulový tvar s rozměry 963x891 km. Jeden oběh kolem Slunce jí trvá 4,5 roku. Den na Cereru má jen 9 hodin. Obíhá Slunce zhruba uprostřed pásu asteroidů v průměrné vzdálenosti 2,77 AU.
Sonda DAWN, která se aktuálně nachází na její oběžné dráze, zachytila detaily na povrchu planetky. Objevila množství kráterů. Ten největší z nich má průměr 284 kilometrů a leží nedaleko rovníku. Povrch je tvořen jemným prachem, regolitem, bohatým na uhlík. Albedo (odrazivost) planetky je tedy velice malá, zhruba 0,09. Sonda objevila také výrazně světlejší skvrny. Jsou tvořeny ledem.

Zdroj: By NASA, ESA, and A. Feild (STScI) [Public domain], via Wikimedia Commonshttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ceres_Cutaway.jpg

Hustota planetky je celkem malá – kolem 2 g/cm3. Dá se proto očekávat, že obsahuje hodně vody. V jejím nitru se nachází kamenné jádro, kolem kterého se utvořil plášť z lehčích minerálů a ledu. Teplo, které bylo k rozdělení hmoty nutné, může pocházet z radioaktivního rozpadu izotopu hliníku.
Pokud se Ceses skládá ze 17 – 27 % vody, znamenalo by to, že disponuje zhruba pětinásobným množstvím, než jaké máme k dispozici na Zemi. Z povrchu planetky se navíc uvolňuje vodní pára, jak ukázaly snímky, pořízené teleskopem Herschel. Ze dvou míst na povrchu uniká až 6 kg vodních par za vteřinu.

 Mapa Ceres. Zdroj: von NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA (http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA19977.jpg) [Public domain], via Wikimedia Commons https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/PIA19977-Ceres-CompositionMap-Dawn-20150930.jpg

Celkově je planetka Ceres spíše tristní a nepříjemné místo. Na jejím povrchu panuje ve dne teplota kolem -60 °C. V noci je mráz  samozřejmě vyšší. Tvrdý a zmrzlý led, pokrytý  prachem, je zbrázděn krátery. Výlet na Ceres vám zprostředkuje následující video:
http://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/videos/2016/Ceres_HAMO_color_dt_600x340.mp4

Vesta – planeta v mini vydání

Dalším markantním zástupcem asteroidů je Vesta. Je velká zhruba 500 km a jeden oběh kolem Slunce jí trvá 3,5 roku. Na jejím povrchu se nachází zbytky lávy a tekutého magmatu, takže to vypadá, jako by byla její hmota hned po samém vzniku tělesa několikrát přetavena. To je dost zvláštní. Na to,  aby měly rozvinutou vulkanickou činnost, jsou totiž asteroidy příliš malé. Vesta se liší od většiny ostatních asteroidů také tím, že má relativně vysoké albedo (odrazivost povrchu).

Vesta, fotografovaná sondou DAWN. Zdroj: von NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA ([1], [2]) [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vesta_from_Dawn,_July_17.jpg?uselang=de

Vesta patří k diferencovaným (rozvrstveným) asteroidům. Vrstvení probíhalo při vysoké teplotě, kterou mohl obstarat například radioaktivní rozpad izotopů hliníku/26. Hmota se rozdělila na lehčí a těžší frakci – těžší části klesly do centra planetky. Vesta vlastní bazaltickou kůru, plášť, který  obsahuje minerály olivíny a kovové, železo-niklové jádro. Má tedy podobnou stavbu jako kamenné planety a tím i naše Země. V pásu asteroidů tvoří výjimku. Je možné, že podobných planetek dříve existovalo více, do dnešní doby se ale uchovala ale jen jedna – Vesta. Ostatní jsme buď zatím neobjevili, nebo už byly zničeny při vzájemných kolizích. Napovídají tomu (na Zemi nalezené) kovové meteority, které jsou nejspíše pozůstatky železných jader dávno zaniklých, diferencovaných asteroidů.
Ani Vestě se nevyhnuly masivní kolize. Na snímcích Hubble teleskopu je vidět několik kráterů s průměrem 150 km. Jeden z nich je dokonce 450 km široký. Tento superkráter dosahuje hloubky 8 km. V jeho centru se nachází hora vysoká úctyhodných 13 km.

 Povrch Vesty. Zdroj: von NASA/JPL-Caltech/ASU (http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA18788.jpg) [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PIA18788-VestaAsteroid-GeologicMap-DawnMission-20141117.jpg?uselang=de

Vesta je mateřským tělesem pro meteority skupiny HED (Howardity, Eukrity a Diogenity), které dostaly jméno achondrity. Z povrchu planetky byly pravděpodobně navíc před zhruba miliardou let díky kolizím odděleny tzv. „vestoidy“, malé asteroidy se stejnými vlastnostmi, jaké má Vesta.

Eros – první asteroid, na kterém přistála pozemská sonda
Eros je poměrně malý objekt s rozměry jen 33x13x13 km. Obíhá Slunce v pásu asteroidů – a částečně i uvnitř dráhy Marsu. Jeden oběh mu trvá 1,76 let.

Srovnání velikostí Ceres, Vesty a Eros. Zdroj: By NASA/JPL Image modified by Jcpag2012 [Public domain or Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eros,_Vesta_and_Ceres_size_comparison.jpg

Je to první asteroid, na kterém přistála pozemská průzkumná sonda. Objevila na jeho povrchu četné krátery a pozůstatky po kolizích s jinými asteroidy. Našla na něm volně ležící kameny a regolit, jemný prach, který je znám z povrchu Měsíce.

Sonda Near. Zdroj: By The original uploader was Pikarl at German Wikipedia (NASA) [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Near_Eros.jpg

 Sonda NEAR byla součástí programu Discovery (inovativního a na nové technologie zaměřeného vesmírného programu NASA v devadesátých letech).  Odstartovala k pásu asteroidů v roce 1996.  Na místo určení dorazila o tři roky později. První pokus o navedení na oběžnou dráhu asteroidu nevyšel kvůli poruše a následně přerušenému spojení. O rok později se manévr zdařil, takže mohla mise zdárně pokračovat. Fotografovala povrch a zkoumala ho šesti různými přístroji.

Asteroid Eros. Zdroj: By Christine Mouser (NASA/GSFC) [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Asteroid433eros.jpg

Protože sonda po splnění všech cílů stále ještě fungovala, navedlo ji řídící středisko k povrchu asteroidu. NEAR, která původně nebyla k přistání uzpůsobena, ta udělala z asteroidu Erosu (po Měsíci, Marsu a Venuši) čtvrté vesmírné těleso, na kterém přistála lidmi vyrobený přístroj.  Letos 12. Února to bylo přesně patnáct let od chvíle, kdy sonda dosedla rychlostí kolem 1,5 m/s na jeho povrch. Téměř do poslední chvíle pořizovala snímky, takže nejlepší fotografie měly rozlišení až 1 cm. Kontakt se Zemí měla NEAR i po přistání. Ještě 16 dní od ní řídící středisko dostávalo sporé informace. Poté byl kontakt navždy přerušen.

Pás asteroidů mezi Marsem a Jupiterem

Mezi oběžnými drahami Marsu a Jupiteru se nachází vesmírné vrakoviště. Jak vzniklo a jaké poklady v něm byly nalezeny?

Asteroidy mezi  planetami Mars a Jupiter

Jsou větší než 500 m a všechny mají jedno společné: nacházejí se mezi drahou Marsu a Jupitera. Objeveno jich zatím bylo přes 600 000. Odhadem se v této oblasti musí nacházet několik miliónů větších nebo menších těles. Kromě několika set velkých asteroidů se v této oblasti nacházejí ještě statisíce daleko menších objektů, tzv. meteoroidů.
Starší teorie považovaly objekty za drahou Marsu za výsledek kosmické katastrofy. Kdysi se na tomto místě měla nacházet planeta s poetickým názvem Phaeton. Srážkou s jiným kosmickým tělesem se měla roztříštit na kusy, ze kterých se pak vytvořily dnešní asteroidy.
Dnes víme, že vznikly jinak. Ani když sečteme veškerou jejich hmotu, nedostaneme ani zdaleka takové množství, jaké by bylo potřeba ke vzniku třebas i jen malé planety. Všechny dohromady by nevytvořily ani na daleko menší těleso – Měsíc.
Dnes platná teorie říká, že pás asteroidů vznik z hmoty, ze které se nevytvořila pevná planeta kvůli gravitačnímu vlivu Jupitera. Ten narušil jednu z nejdůležitějších fází – aglomeraci tamní hmoty. V první fázi vzniklo nejspíš několik tuctů asteroidů, které se následně vzájemnými srážkami tříštily do menších a menších objektů.Výsledkem je několik set tisíc menších a 200 asteroidů větších, než 100 km. Podle jejich drah a jiných vlastností se asteroidy dělí do různých skupin. Tyto skupiny jsou zjevně pozůstatky jednotlivých původních velkých těles, ze kterých postupem času a četnými srážkami vznikly.

 Pás asteroidů. Zdroj: By Joshua Doubek [Public domain], via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Asteroid_Belt_around_Earth.jpg

Některé asteroidy mají tvar koule. Jedná se přitom o větší objekty, které mají zpravidla průměr větší než 160 km. Menší objekty totiž  nemají dostatečně velkou gravitaci, takže se nemohou samy od sebe „zakulatit“. U těch pozorujeme většinou  více či méně „bramborovitý“ tvar. Poměrně rychle (v rozmezí několik až několika desítek hodin) rotují kolem své vlastní osy. Jejich povrch je zpravidla posetý krátery, pocházejícími ze vzájemných srážek s meteoroidy. Neozbrojeným okem asteroidy zpravidla vidět nemůžeme. Výjimku tvoří jen Ceres, největší z nich. Proto byla tato tělesa objevena až v 19. Století, s příchodem větších a lepších teleskopů. Ani dnes neznáme zdaleka všechny.

Asteroidy ve Sluneční soustavě

Díky kolizím, ke kterým občas mezi asteroidy dochází dodnes, se mohou  jednotlivé objekty z pásu asteroidů vymanit – a mohou se pak vydat na cestu do Slunečního systému.
Některé z nich se mohou dostat na eliptickou dráhu, která kříží dráhu naší planety. Mohou nám být potenciálně nebezpečné – je známo, že srážky Země s asteroidy vedly na Zemi v minulosti nejméně pětkrát ke globálním katastrofám.
Obzvláště velké objekty jsou proto katalogizovány, jejich dráhy jsou neustále sledovány a znovu a znovu propočítávány. Reálné nebezpečí, které od nich hrozí, je oceněno tzv. „turínskou stupnicí“.

Turínská stupnice

Její jednotlivé stupně jsou pro názornost označeny barvami: bílá, zelená, žlutá, oranžová, červená.
ŽÁDNÉ NEBEZPEČÍ (bílá)
Stupeň 0
Pravděpodobnost srážky je nulová nebo je tak malá, že jí lze považovat za nulovou. Týká se také malých objektů jako meteory a tělesa, která shoří v atmosféře, stejně jako řídký případ meteoritů, které dopadnou na zem a jen vzácně způsobí škody.
NORMÁLNÍ (zelená)
Stupeň 1
Běžný objekt, jehož blízký průlet kolem Země představuje neobvyklé riziko. Současné výpočty udávají, že pravděpodobnost srážky je velice malá a není důvod znepokojovat veřejnost. Nová pozorování nejspíše povedou k přeřazení na stupeň 0.
VYŽADUJE POZORNOST ASTRONOMŮ (žlutá)
Stupeň 2
Objekt, který se přibližuje, avšak takový průlet kolem Země není úplně neobvyklý. Zasluhuje pozornost astronomů, není však důvod znepokojovat veřejnost, protože skutečná srážka je nepravděpodobná. Nová pozorování nejspíše povedou k přeřazení na stupeň 0.
Stupeň 3
Blízké přiblížení, vyžaduje pozornost astronomů. Současné výpočty udávají 1% a větší pravděpodobnost srážky schopné vyvolat lokální katastrofu. Nová pozorování nejspíše povedou k přeřazení na stupeň 0. Pozornost veřejnosti je přivolána pokud průlet nastane do 10 let.
Stupeň 4
Blízké přiblížení, vyžaduje pozornost astronomů. Současné výpočty udávají 1% a větší pravděpodobnost srážky schopné vyvolat regionální katastrofu. Nová pozorování nejspíše povedou k přeřazení na stupeň 0. Pozornost veřejnosti je přivolána pokud průlet nastane do 10 let.
HROZBA (oranžová)
Stupeň 5
Blízké přiblížení, které představuje vážnou, avšak stále nepotvrzenou hrozbu regionální katastrofy. Kritická pozornost astronomů je potřeba pro nezvratné určení, zda srážka nastane nebo ne. Pokud má přiblížení nastat do 10 let, vládní úřady by měly být varovány.
Stupeň 6
Blízké přiblížení, které představuje vážnou, avšak stále nepotvrzenou hrozbu celosvětové katastrofy. Kritická pozornost astronomů je potřeba pro nezvratné určení, zda srážka nastane nebo ne. Pokud má přiblížení nastat do 30 let, vládní úřady by měly být varovány.
Stupeň 7
Velmi blízké přiblížení velkého objektu. Pokud má nastat v tomto století, představuje nebývalou, ale stále nejistou hrozbu celosvětové katastrofy. Pro takovou hrozbu v tomto století, mezinárodní společenství by mělo být varováno, zvláště za účelem naléhavého a nezvratného určení, zda srážka nastane nebo ne.
JISTOTA SRÁŽKY (červená)
Stupeň 8
Jistá srážka schopná způsobit lokální katastrofu při dopadu na pevninu nebo tsunami při dopadu blízko pobřeží. Taková událost nastává průměrně mezi jednou za 50 let, až jednou za několik tisíc let.
Stupň 9
 Jistá srážka schopná způsobit regionální katastrofu při dopadu na pevninu nebo velká tsunami při dopadu do oceánu. Taková událost nastává průměrně mezi jednou za 10 000 let, až jednou za 100 000 let.
Stupeň 10
Jistá srážka schopná způsobit celosvětovou katastrofu, která může ohrozit celou civilizaci, ať již zasáhne pevninu nebo oceán. Taková událost nastává průměrně jednou za 100 000 let nebo méně často.
Jaké aktuální a reálné nebezpečí nám tedy opravdu hrozí od asteroidů? Naštěstí není moc velké. Dosud nejvyšší stupeň č. 4 měla až do roku 2012 planetka Apophis. Další planetka 2004 VD17 dosáhla stupně č. 2, celá řada objektů dosáhla stupně č. 1. Všechny však byly později sníženy na stupeň  0.

Apophis - potká nás stejný osud jako dinosaury?

Za potenciálně nejnebezpečnější asteroid je momentálně považován Apophis. Kolem Slunce oběhne jednou za 334 dní. Dvakrát přitom kříží dráhu Země a dostává se tak občas do její bezprostřední blízkosti.
Na základě pozorované hvězdné velikosti ve viditelné oblasti spektra a předpokládaného albeda byl průměr asteroidu Apophis odhadnut na 410 m. Z pozorování v infračervené části spektra vychází průměr o něco menší, zhruba 320 m. Žádná mapa povrchu dosud neexistuje a ani jeho chemické složení zatím není známé. Fotografie o asteroidu moc informací nepřinesou, protože se na nich většinou objevuje jen jako nepatrná, světlá tečka.

Při srážce Země s tímto, několik set metrů velkým, asteroidem by se uvolnila energie odpovídající 900 megatunám TNT. Pro srovnání – největší, lidstvem způsobená exploze (car-bomba, vodíková puma SSSR) měla ekvivalent 50 megatun TNT.
Situace a poškození by byly srovnatelné se zemětřesením stupně 8,0.
Škody, které by srážka způsobila, by záležely na oblasti, kam, asteroid dopadne. Pokud by cílem byla pevnina, zničil by jen oblast několika set kilometrů od epicentra. Při dopadu do oceánu  by naopak vznikly obří tsunami, vlny, které by zdevastovaly daleko větší území – pobřežní pásmo postiženého oceánu. Jejich výška by se mohla pohybovat od 30 do 100 metrů.
Jakkoliv by byla podobná srážka dramatická, nedá se srovnat s katastrofou, která v dávné minulosti nechala vymřít dinosaury. Srážka, která by vyvolala globální zkázu planety, by musela mít 100x větší energii, než jaká se může vyvinout při srážce s tělesem o velikosti asteroidu Apophis.
Aktuálně z něj strach mít nemusíme. Pro další dva blízké průlety v roce 2029 a 2036 byl tento asteroid zařazen na stupeň 0 na turínské stupnici.

Trojané - průvodci planet

Asteroidy nacházíme poměrně často v tzv. lagrangeových bodech na drahách jednotlivých planet. Není divu – v těchto oblastech se ruší vzájemně gravitace dotyčné planety a Slunce. Tělesa, které se sem jednou dostala, se už nemohou sama a bez přídavných zdrojů energie z těchto oblastí vzdálit.
Asteroidům, uvízlým v langrangeových bodech, se říká Trojané. Nejsou pro příslušnou planetu nebezpeční právě proto, že jsou pevně ukotveni v její gravitační pasti.
Typicky se nacházejí trojané na stejné oběžné dráze jako sama planeta, předbíhají ji ale o 60 úhlových stupňů nebo se za ní na její oběžné dráze o 60 stupňů opožďují.  
Asteroidy jsou často zachycovány také v přímém gravitačním vlivem planet. Rekrutují se pak z nich jejich měsíce. Patří k nim jak Marsovi souputníci Phobos a Deimos, tak většina Jupiterových (55 ze 63) měsíců a některé měsíce Saturnu a Uranu a Neptunu.

Budoucnost ve výzkumu Marsu

Planeta je dnes dobře zmapována, existuje topografická mapa, udávající výšku jednotlivých oblastí, máme k dispozici dokonce i mapu minerálů na Marsově povrchu. Známe procesy, které probíhají v atmosféře, víme, že je na planetě obrovská zásoba vody. Kudy se bude ubírat další průzkum?

Další sondou, která se má v dohledné době vydat k rudé planetě, bude Exo Mars *). Bude hledat stopy života a zabývat se geofyzikálním výzumem půdy Marsu, podobně jako InSight. Na rok 2020 je naplánována sonda, která má nasbírat vzorky horniny a vrátit se s nimi zpátky na Zemi, Mars Sample Return.

Jednoho dne bezpochyby vyrazí k Marsu i lidská posádka.

Poslední mise k rudé planetě byly a dosud jsou neobyčejně úspěšné - a to nejen ve vědeckém smyslu slova, ale i mediálně. Zvlášť Marsovská „vozítka“ Spirit, Oportunity a Curiosity se už roky těší nezmenšené pozornosti. Jejich aktivity máme možnost sledovat téměř live na různých webových stránkách NASA. Orbitální sondy fotografují obrovské množství někdy až uměleckých fotografií povrchu rudé planety. Ani ony nezaostávají v mediální působivosti za svými přistávacími moduly, které pro změnu zachycují úžasné formace písečných dun, vrstvených kamenů nebo dávno vyschlých řek, na které se podíváte v příštím blogu.

Veškeré mediální aktivity, které jsou určeny široké veřejnosti, nejsou ničím jiným, než sbíráním "pozitivních bodů". Bude to totiž jednoho dne právě ona široká veřejnost, kdo rozhodne o tom, jestli  máme vydat nemalou část rozpočtu na mise s lidskou posádkou. Osobně si myslím, že veškeré peníze, které nepůjdou jednoho dne do vojenského sektoru ale dostanou se vědcům na (jakýkoliv) průzkum (jakékoliv) planety, jsou pro lidstvo výhrou.

V tomto smyslu: klikejte na odkazy, prohlížejte si úchvatné fotografie, každý váš klik je registrován jako váš zájem. Zájem voličů politiků, kteří za nás budou jednoho dne o použití těchto peněz rozhodovat..

Příště: Umění na Marsu

*) Blog byl  napsán v době před startem sondy, další informace následují později

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.