Saulės sistemoje knibžda robotų. Tai – žmonių paleisti zondai, tyrinėjantys viską nuo pačios Saulės iki jos pakraščių. Pirmojoje straipsnio dalyje supažindinau su vidinę sistemos dalį stebinčiais prietaisais, nuo Saulės iki Mėnulio. Dabar kviečiu judėti tolyn – už Žemės orbitos ribų, iki pat sistemos pakraščio ir net šiek tiek už jo.
Saulės sistemoje knibžda robotų. Tai – žmonių paleisti zondai, tyrinėjantys viską nuo pačios Saulės iki jos pakraščių. Pirmojoje straipsnio dalyje supažindinau su vidinę sistemos dalį stebinčiais prietaisais, nuo Saulės iki Mėnulio. Dabar kviečiu judėti tolyn – už Žemės orbitos ribų, iki pat sistemos pakraščio ir net šiek tiek už jo.
„Voyager 2“ kol kas yra vienintelis zondas, aplankęs visas keturias didžiąsias planetas, nors pro jas tik praskrido. Konfigūracija, tinkama tokiam skrydžiui, pasitaiko tik maždaug kas 175 metus. Šaltinis: NASA/JPL
Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų „Patreon“ platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito dolerio per mėnesį, paremti mane galite ir jūs.
Marsas. Turint omeny, kaip dažnai naujienos iš Marso skelbiamos žiniasklaidoje (ne išimtis ir šis blogas – „Marsas“ yra antra dažniausiai mano naudojama įrašų žyma, nusileidžianti tik „egzoplanetoms“), greičiausiai nenustebinsiu pasakęs, jog ši planeta ne pirmą dešimtmetį susilaukia daugiausiai žmonių dėmesio. Pirminį susidomėjimą greičiausiai bent iš dalies lėmė idėjos apie ten egzistuojančią, ar kadaise egzistavusią, protingą civilizaciją – prie to nemažai prisidėjo XIX a. italų astronomai Giovannis Schiaparellis, „atradęs“ Marso kanalus. Nors vėliau paaiškėjo, kad tiesios linijos, vagojančios planetos paviršių, tėra iliuzija, noras tirti Marsą išliko. Ankstyvojo kosmoso amžiaus mokslininkai daug vilčių dėjo ir į Venerą, bet greitai paaiškėjus, kad jos paviršius visiškai netinka jokiai gyvybei, dėmesys nukrypo į Raudonąją planetą. Pirmas Marsą sėkmingai praskrido NASA zondas „Mariner 4“, 1964-aisiais metais. Pirmieji sėkmingi orbitiniai zondai buvo sovietų ir NASA zondai, atitinkamai „Mars 2“ ir „Mariner 9“, 1971-ųjų gegužę. Pirmieji sėkmingai Marso paviršiuje nusileidę ir misijos tikslus įvykdę zondai buvo amerikiečių „Viking 1“ ir „Viking 2“, 1976-aisiais.
Carlas Saganas prie „Viking“ zondo modelio Kalifornijoje. Šaltinis: NASA/JPL
Iš viso Marsą tyrė ir tiria 28 sėkmingos misijos, iš jų net 11 aktyvios šiuo metu. Seniausia iš tų dar aktyvių Marsą pasiekė 2001-aisiais. Tai – orbitinis zondas „Mars Odyssey“, kurio duomenys davė pirmuosius tvirtus įrodymus apie vandens ledo egzistavimą Marse, taip pat ir pusiaujo regionuose. Planuojama, kad zondas veiks bent iki 2025 metų. Šiuo metu NASA turi dar du veikiančius orbitinius Marso zondus – „Mars Reconnaisance Orbiter“ (MRO) ir MAVEN. Pirmasis, panašiai kaip „Odyssey“, nuo 2006-ųjų tyrinėja planetos paviršių, zonduoja uolienų sandarą, ieško galimų nusileidimo vietų paviršinėms misijoms. Antrasis yra jaunesnis, darbą pradėjo 2014-ais, ir žiūri ne į planetą, o aplink ją: MAVEN pagrindinis tikslas – išsiaiškinti, kaip keitėsi Marso atmosfera per milijardus metų ir kaip ji kinta šiandien.
Dar penki veikiantys orbitiniai zondai priklauso kitų šalių kosmoso agentūrai. Du yra europiniai. Senesnis iš jų – „Mars Express“, įskridęs į orbitą aplink Marsą lygiai prieš 18 metų, 2003-ųjų gruodžio 25 dieną. Tiek tikslais, tiek instrumentų rinkiniu jis panašus į „Odyssey“ ir MRO. Zondas kartu gabeno ir Didžiosios Britanijos gamintą nusileidimo modulį „Beagle 2“, tačiau šio misija buvo nesėkminga – modulis nusileido Marse, tačiau ryšio su juo užmegzti operatoriams nepavyko. Naujesnis – bendras ESA ir Rusijos projektas „ExoMars“. 2016 metų pabaigoje Marso orbitą pasiekęs „Trace Gas Orbiter“ tyrinėja planetos atmosferą. Šis aparatas taip pat gabeno nusileidimo modulį, „Schiaparelli“, kurio nusileidimas vėlgi buvo nesėkmingas dėl netinkamai suveikusio parašiuto ir stabdančių raketų.
Po vieną Marso orbitinį zondą valdo Indija, Jungtiniai Arabų Emyratai bei Kinija. Indijos „Mars Orbiter Mission“ yra labai plataus pobūdžio (tiek moksline, tiek technologine prasme) įrenginys – jo tikslai apima tiek planetos paviršiaus, tiek atmosferos, tiek palydovo Fobo tyrimus. Taip pat ši misija yra technologijų bandymas, mat tai buvo pirmasis Indijos mėginimas išsiųsti aparatą už Žemės orbitos ribų. Ir visiškai sėkmingas. Žinoma, Indija rėmėsi kitų šalių sukaupta patirtimi, tačiau misiją kūrė vietiniai specialistai. Likę du orbitiniai zondai į Marsą atskrido šiemet vasarį. Tai – JAE misija „Al Amal“, arba „Viltis“, skirta ilgalaikiams atmosferos pokyčių tyrimams, bei Kinijos Tianwen-1 – plataus pobūdžio Marso paviršiaus, atmosferos ir magnetosferos tyrimų misija.
Marso tyrimų portretas – dauguma misijų, keliavusių į Raudonąją planetą. Grafikas darytas 2021 m. pavasarį. Šaltinis: NASA/JPL/Roscosmos/JAXA/ESA/ISRO/MBRSC/Jason Davis/„The Planetary Society“
Likusios trys – tiksliau keturioms – aktyvios Marso misijos yra paviršiniai prietaisai: trys marsaeigiai ir vienas stacionarus zondas. Iki šių metų visi sėkmingi nutūpimai Marse priklausė NASAi – visi kiti bandymai baigėsi sudužimais arba nesėkmėmis užmezgant ryšį su nusileidusiu prietaisu. Tarp jų buvo ir minėtieji Vikingai, vėliau Phoenix, bei trys jau baigę misijas marsaeigiai Sojourner, „Spirit“ ir „Opportunity“. Pastarasis pirmas rado įrodymų, kad Marse praeityje buvo skysto vandens. Šiuo metu Marse nuo 2012-ųjų dirba „Curiosity“, nuo 2018-ųjų – InSight, o nuo šio vasario – Perseverance. „Curiosity“ nagrinėja „Gale“ kraterį, kuriame kadaise tyvuliavo ežeras, ir Sharp kalną jo centre; vienas svarbiausių šio marsaeigio atradimų yra įrodymai, kad vanduo šiame ežere nebuvo nei labai rūgštus, nei labai šarminis, kitaip tariant, jame būtų galėjusi gyvuoti žemiška gyvybė. „InSight“ yra stacionarus zondas, nagrinėjantis Marso drebėjimus – tiek dėl vidinių procesų, tiek dėl audrų. „Perseverance“ dar tik pradeda darbus Jezero krateryje, kito senovinio ežero dugne, kur ieškos galimos praeities gyvybės pėdsakų. Taip pat „Perseverance“ yra technologijų demonstravimo misija – jame išbandytas deguonies gavybos iš atmosferinio anglies dvideginio įrenginys bei pirmasis Marso sraigtasparnis Ingenuity. Galiausiai svarbu paminėti ir pirmąjį ne NASA sėkmingą nusileidimą Marse – Kinijos nusileidimo modulį Tianwen-1 bei marsaeigį „Shurong“, kurie Marse dirba nuo šių metų gegužės. Jie yra misijos Tianwen-1 dalis, todėl neskaičiuoju kaip atskiros.
„Perseverance“ ir „Ingenuity“. Nuotrauka daryta viena iš „Perseverance“ marsaeigio kamerų. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Šią gausią robotų šeimą netrukus papildys ir daugiau prietaisų. 2022 pabaigoje turėtų išskristi ESA/Rusijos „ExoMars“ misijos antroji dalis – Kazačok nusileidimo modulis bei Rosalindos Franklin marsaeigis. Japonija 2024 metų pabaigoje ketina paleisti orbitinį zondą, skirtą Marso palydovų Fobo ir Deimo tyrimams. Per tą patį skrydžių „langą“ turėtų išskristi ir naujos NASA bei Indijos orbitinės misijos. „SpaceX“ irgi kalba apie „Starship“ skrydžius į Marsą – pirmiausia technologijų demonstravimui, vėliau ir bazės statyboms; tiesa, kol kas neaišku, kada tokie skrydžiai vyks – ilgai šnekėta apie 2022-uosius, bet panašu, kad taip greitai viskas nebus paruošta. Ir, žinoma, per 10-15 metų turėtume sulaukti žmonių skrydžio į Marsą. NASA svarsto apie skrydį sekančio dešimtmečio viduryje ar antroje pusėje, „SpaceX“ – apie gerokai ankstesnį, o kokia bus realybė, parodys tik laikas.
Asteroidų žiedas ir kiti mažieji kūnai. Asteroidai mus domina iš esmės dėl dviejų priežasčių. Pirmoji – jie yra planetų formavimosi proceso liekanos, nuolaužos, kurių nepakeitė milžiniškas karštis, gravitacija ar gyvybė. Taigi juos tyrinėdami, galime geriau suprasti, iš ko ir kaip formavosi visos Saulės sistemos planetos. Antroji priežastis – kai kurių asteroidų orbitos kertasi su Žemės orbita, taigi jie gali kelti pavojų mūsų planetai. Jei norime šio pavojaus išvengti, reikia sukurti ir išbandyti technologijas, kuriomis tokius pavojingus asteroidus pašalintume – arba pakeisdami jų orbitas, arba apskritai juos sunaikindami.
Pirmoji misija specialiai asteroido link buvo NASA zondas „NEAR Shoemaker“. Jis 1997-aisiais praskrido netoli asteroido Matildos, o 1998 ir 2000 – prie Eroto. Antrasis praskridimas leido pasiekti ir pagrindinį misijos tikslą – įeiti į orbitą aplink šį asteroidą. Orbitoje zondas sukosi apie metus, po to nusileido asteroido paviršiuje. Iš vėlesnių jau pasibaigusių misijų verta paminėti keletą. „Rosetta“ buvo ESA misija, kuri 2014-2016 metais skrajojo aplink kometą 67P/Čuriumov-Gerasimenko. NASA zondas Dawn, 2011-2012 buvęs orbitoje aplink Vestą, o 2015-2018 – Cererą, buvo pirmasis zondas, skraidęs orbita aplink du nepriklausomus kūnus.
Kometa 67P/Čuriumov-Gerasimenko. Nuotrauka daryta iš 285 km atstumo, viena iš Rosetta zondo kamerų. Šaltinis: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team/MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Dar keturios mažųjų planetų misijos į Žemę grąžino jų mėginių. Pirmoji buvo NASA misija Stardust, kuri dar 2004 metais praskrido pro kometos Wild 2 uodegą, o 2006-aisiais pargabeno mėginius į Žemę. Antroji – Japnoijos Hayabusa, kuri 2005-aisiais aplankė asteroidą Itokawa ir pargabeno mėginių 2010-aisiais. Po jos sekė Hayabusa2, kurios tikslas – asteroidas Ryugu. Asteroidą zondas tyrinėjo 2018-2019 metais, o mėginių į Žemę pargabeno maždaug prieš metus. Ketvirtoji mėginių grąžinimo misija tebevyksta: NASA zondas OSIRIS-REx asteroidą Bennu pasiekė pačioje 2018-ųjų pabaigoje, o paėmęs mėginių paliko šių metų gegužę. Kol kas jis dar pakeliui į Žemę; mėginių grąžinimas planuojamas 2023-aisiais. Beje, visos šios misijos į Žemę grąžino tik kapsules su mėginiais; patys zondai liko kosmose – kas nuskrido tyrinėti kitų kūnų, kas tiesiog buvo išjungti.
Asteroido Ryugu mėginiai „Hayabusa2“ mėginių grąžinimo kapsulėje. Didžiausių granulių dydis – apie centimetrą. Šaltinis: JAXA
Šiuo metu vyksta – tiksliau, į paskirties tašką keliauja – dar dvi įdomios misijos. Spalį pakilusi Lucy aplankys net aštuonis asteroidus: vieną Asteroidų žiede ir septynis Jupiterio trojėnus – asteroidus, kurie skrieja Jupiterio orbitoje, šeštadaliu kelio aplink Saulę prieš planetą ar už jos. Tai bus pirmoji misija, aplankiusi Jupiterio trojėnų populiaciją, bei pirmoji, praskrisianti pro tiek daug asteroidų. Misija truks labai ilgai – paskutinis praskridimas planuojamas tik 2033 metais. Kita, greitesnė misija, yra DART: pradėjusi kelionę lapkričio pabaigoje, ji jau kitąmet, rugsėjo gale arba spalio pradžioje, įsirėš į mažytį asteroidą Dimorphos, kuris sukasi aplink kiek didesnį Didymos, ir taip pakeisti pirmojo orbitą. Tai yra pirmasis praktinis gynybos nuo pavojingų asteroidų bandymas.
DART misijos planas. Atsitrenkęs į mažąjį asteroidą, zondas turėtų pakeisti jo orbitą aplink didįjį. Stebėjimai iš Žemės per kelias savaites patikrins, ar pokytis buvo toks, kaip numatyta. Šaltinis: NASA/JHU
Didžiosios planetos. Už Asteroidų žiedo prasideda, galima sakyti, beveik neištirti Saulės sistemos plotai. Bent jau lyginant tai, kiek tyrinėjamas Marsas ar Venera, didžiosios planetos tikrai atrodo primirštos. Didžiąją dalimi taip yra, žinoma, dėl kelionės trukmės – tipinis skrydis iki Saturno trunka apie septynerius metus. Visos iki šiol įvykusios misijos šia kryptimi buvo NASA projektai; tiesa, viename iš jų agentūra bendradarbiavo su ESA.
Pirmą kartą artimų vaizdų iš išorinės Saulės sistemos dalies gavome 1973-aisiais, kai NASA misija Pioneer 10 praskrido pro Jupiterį ir jo palydovus. 1995-2003 metais Jupiterį ir palydovus tyrė pirmoji dedikuota misija – Galileo. Daugybė jo instrumentų stebėjo tiek planetos atmosferą ir debesis, tiek aplinką ir tarpplanetines dulkes joje, tiek magnetosferą ir pašvaistes. Misijos pradžioje į Jupiterio atmosferą numestas specialus zondas, tyręs jos savybes iki karštis ir slėgis įveikė apsauginį skydą. „Galileo“ aptiko popaviršinius vandenynus Europoje, Ganimede bei Kalistoje, išmatavo Jupiterio žaibų stiprumą, planetos atmosferos sandarą, stebėjo Ijo vulkanizmą ir planetos žiedus.
Ijo nuotrauka, daryta „Galileo“ zondu. Ijo paviršiuje yra daugybė ugnikalnių, du garsiausi matomi ir čia: Pele – rausvo apskritimo centre apatinėje nuotraukos pusėje, ir Lokis – juoda pasaga kairėje viršuje. Šaltinis: NASA/GSFC
Šiuo metu, nuo 2016-ųjų, Jupiterį stebi zondas Juno. Jis skirtas išimtinai tik planetos stebėjimams. Septyni misijos tikslai apima planetos gravitacinio lauko ir vidinės sandaros tyrimus, magnetinio lauko sąveiką su Saulės vėju, atmosferos cheminę sudėtį bei joje vykstančius procesus, ir netgi reliatyvumo teorijos prognozių patikrinimą. Planuojama, kad misija tęsis dar bent iki 2025-ųjų. Vėliau, apie 2030-uosius, Jupiterį pasiekti turėtų dvi misijos, skirtos jo palydovams: Europa Clipper ir „Jupiter Icy Moons Explorer“; pastaroji bus pirmoji ESA misija Jupiterio link.
Viena iš daugybės nuostabiai gražių „Juno“ nuotraukų, kurioje matome Jupiterio debesis. Įdomu, kad Juno nuotraukas apdoroja ne misijos operatoriai ar netgi NASA darbuotojai, o vien entuziastingi mėgėjai. Šaltinis: apdorojimas – Gerald Eichstädt ir Sean Doran (CC BY-NC-SA), duomenys – NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
1979-aisiais įvyko pirmasis praskridimas pro Saturną. Ketveriais metais anksčiau aplankęs Jupiterį, Saturną apžiūrėjo Pioneer 11. Vėliau, 2003-2017 metais, Saturną tyrinėjo kol kas vienintelė dedikuota misija – NASA ir ESA kolaboracija Cassini-Huygens. Per keturiolika metų zondas skraidė ir aplink planetą, ir aplink daugelį jos palydovų, nustatė žiedų struktūrą bei kitimą, atmosferos ir magnetosferos savybes, padarė palydovų paviršių nuotraukų, atrado popaviršinį vandenyną Encelade. „Huygens“ buvo pirmasis ir kol kas vienintelis zondas, nusileidęs ant kieto paviršiaus už Asteroidų žiedo – 2004 metais įvykusi misijos dalis davė mums pirmuosius Titano paviršiaus vaizdus ir parodė, kad šiame palydove tikrai esama upių, ežerų ir jūrų. Planuojama, kad 2027 metais Saturno link išskris NASA zondas Dragonfly, skirtas būtent Titano tyrimams; tikslą pasiekti jis turėtų apie 2036-uosius.
Titano paviršius, kaip jį matė besileidžiantis „Huygens“ zondas. Viršutinė nuotrauka daryta dar virš atmosferos. Šaltinis: ESA/NASA/JPL/University of Arizona
„Voyager 2“, keliaudamas iš Saulės sistemos, praskrido pro visas keturias didžiąsias planetas: Jupiterį 1979-aisiais, Saturną 1980-aisiais, Uraną 1986-aisiais, Neptūną 1989-aisiais. Ši misija kol kas išlieka vienintelė, kuri iš arti pažvelgė į dvi ledines milžines. Kol kas, deja, dedikuotų misijų nėra net ruošiama, nors idėjų mokslininkams netrūksta.
Kuiperio žiedas. Už Neptūno orbitos netrukus prasideda Kuiperio žiedas – galima sakyti, išorinė Saulės sistemos dalis. Nors yra spekuliacijų, kad kažkur ten gali skrajoti dar viena didelė planeta, patvirtinti Kuiperio žiedo objektai tėra kelios nykštukinės planetos ir daugybė asteroidų ir kometų. Šie kūnai dar mažiau pakitę nuo Saulės sistemos formavimosi, nei Asteroidų žiedo populiacija, mat juos veikia daug silpnesnė Saulės spinduliuotė.
Kol kas vienintelė misija, skirta Kuiperio žiedo objektų tyrimams, yra New Horizons. 2005 metais išskridęs NASA zondas po dešimtmečio kelionės praskrido pro Plutoną ir padarė daugybę jo bei jo palydovų nuotraukų, kurios atskleidė visiškai kitokį nykštukinės planetos vaizdą. Vėliau, truputį pakeitęs trajektoriją, zondas nulėkė mažo kūno Arrokoth link ir praskrido pro jį 2019-ųjų sausį. Šiuo metu jis lekia tolyn iš Saulės sistemos. Numatoma, kad zondas turėtų veikti dar bent dešimt metų; gali būti, kad per tą laiką jis praskris arti dar kokio nors mažojo kūno, arba tiesiog skris tolyn, tyrinėdamas Saulės sistemos pakraščius. Ketvirtojo dešimtmečio viduryje jis turėtų pasiekti 90 astronominių vienetų atstumą nuo Saulės, kur Saulės vėjas pradeda lėtėti, atsimušdamas į tarpžvaigždinę erdvę. Plutonas New Horizons praskridimo metu nuo Saulės buvo nutolęs apie 33 astronominius vienetus.
Plutonas, kaip jį matė „Hablo“ teleskopas (kairėje), ir „New Horizons“ nuotrauka (dešinėje). Šaltinis: NASA/„Hubble“/„New Horizons“, montažas – „New Scientist“
Aštuntajame dešimtmetyje NASA išsiuntė keturias misijas, kurių galutinis tikslas buvo išskristi už Saulės sistemos ribų: „Pioneer 10“ ir 11 bei Voyager 1 ir 2. Ryšiai su „Pioneer“ zondais nutrūko atitinkamai 2003 ir 1995 metais, tačiau Voyageriai vis dar siunčia duomenis. Abu zondai jau išskrido iš heliosferos – Saulės vėjo burbulo. „Voyager 1“ į burbulo pakraščio regioną įskrido 2004-aisiais, o heliopauzę tikrai kirto 2012-aisiais. „Voyager 2“ šią ribą kirto 2018-aisiais.
Kas toliau? Kol kas „Voyager 1“ ir 2 yra tolimiausi žmonijos išsiųsti prietaisai. Beveik neabejotinai ateityje juos kas nors aplenks. Galbūt tai nutiks jau po kelių dešimtmečių, jei projekto Breakthrough Starshot tikslas išsiųsti spiečių mažyčių zondų į artimiausią Saulei žvaigždę Kentauro Proksimą bus sėkmingas. Zondai turėtų įgreitėti iki penktadalio šviesos greičio, taigi kelią iki Proksimos įveiks per 20 metų, o Voyagerius aplenks per pirmas kelias kelionės dienas. Jei šis projektas nepasiseks, ateityje bus kitų – robotinių, o kada nors gal ir su įgulomis. Kaip bebūtų, žmonijos noro tyrinėti nepažinta įveikti kol kas nepavyko niekam, tad greičiausiai jo neįveiks ir kosmoso nežinomybė bei pavojai.
1990 metais „Voyager 1“ padarė šešiasdešimties nuotraukų seriją, kuriose užfiksuota Saulė, Venera, Žemė, Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Tai pirmasis ir kol kas vienintelis toks „šeimyninis portretas“, aprėpiantis praktiškai
