XXXV Zjazd Fizykow Polskich - autor: TOMEK WOZNICZKA Sondy Sondowanie układu słonecznego Najważniejsze misje kosmiczne Technika lotów pozaziemskich Sondowanie układu słonecznego Za cel pierwszych misji sond obrano najbliższe nam ciało niebieskie - Księżyc. W pierwszych miesiącach podboju kosmosu kilka amerykańskich i rosyjskich sond próbowało dolecieć do Srebrnego Globu. Bez powodzenia. Dopiero rosyjska Łuna 1 w styczniu 1959 roku zbliżyła się i minęła Księżyc. Nie był to pełen sukces. Miała trafić w powierzchnię Srebrnego Globu i rozbić się, lecz nie wycelowała. Dopiero we wrześniu 1959 r. Łuna 2 stała się pierwszym ludzkim obiektem na Księżycu. A kolejna Łuna (3) pokazała nam po raz pierwszy, jak wygląda jego ciemna strona. Amerykanom udało się trafić w Księżyc dopiero w 1962 r., kiedy sonda Ranger 4 rozbiła się na jego powierzchni. Były to prawdziwie pionierskie lata. Czasy szlifowania techniki i umiejętności nawigacji kosmicznej. Dziś jednak, po 40 latach, nadal kosmiczne misje nie są rutyną. Na przykład w 1999 roku NASA straciła w odstępie dwóch miesięcy dwie sondy marsjańskie - Mars Polar Landera i Mars Climate Orbitera. Po co sondujemy Układ Słoneczny? Popycha nas ciekawość, ale także przezorność. Ziemskie zasoby powoli wyczerpią się, Ziemia przeludni i zaśmieci odpadami. Być może trzeba będzie w przyszłości przenieść się na inną planetę, drugą Ziemię. Najpierw trzeba jednak ją znaleźć i być przygotowanym do przeprowadzki. To jednak nie wszystko. Jednym z głównych celów misji kosmicznych jest również odkrycie, czy życie narodziło się i istnieje poza Ziemią. Być może jesteśmy rzadkim wybrykiem natury, wynikiem mało prawdopodobnego zbiegu okoliczności. Bo na razie życia poza Ziemią nie odkryto. Do tej pory nie zostało potwierdzone sensacyjne doniesienie naukowców amerykańskiej agencji kosmicznej NASA z sierpnia 1996 roku o znalezieniu śladów mikroorganizmów w marsjańskim meteorycie AHL84001, którego wiek oszacowano na 4,5 mld lat. Naukowcy spierają się, czy obłe i podłużne twory, które zobaczyli w mikroskopie elektronowym Amerykanie, to skamieliny marsjańskich mikroogranizmów, czy też naturalne kryształy o tak dziwnym kształcie. Wiemy już, że w Układzie Słonecznym próżno szukać inteligentnej cywilizacji. W minionych stuleciach, zanim jeszcze człowiek i jego maszyny wychyliły nosa poza Ziemię, panował większy optymizm. Ludziom wydawało się, że nie tylko planety, ale i Księżyc jest zamieszkany przez jakieś stwory. Francuski uczony Arago twierdził, że nawet na kometach może istnieć życie, a i człowiek mógłby tam sobie poradzić. Jeszcze pod koniec XIX wieku włoski astronom Schiaparelli widział przez teleskop sieci kanałów na Marsie, które jego zdaniem były systemem nawodnień inteligentnej cywilizacji. Potem, już w naszym wieku, wzrok astronomów z nadzieją zwrócił się ku Wenus. Wydawało się, że na tej spowitej białymi chmurami planecie panują wszelkie warunki do rozwoju życia, klimat jest ciepły, sprzyjający rozwojowi bujnej, choć mało zróżnicowanej roślinności. Twierdzono, że Wenus może być w takim stadium jak Ziemia w epoce węglowej sprzed 300-400 milionów lat. Nic z tego. Pierwsze sondy, które dotarły do Wenus w latach 60., rozwiały te nadzieje. Ludzkie maszyny były gniecione jak puszki coca-coli. Ciśnienie atmosfery było tam sto razy większe niż na Ziemi. Planeta okazała się też za gorąca, a jej atmosfera - trująca. Potem okazało się, że żadna z planet Układu Słonecznego nie jest na tyle podobna do Ziemi, by człowiek mógł tam zamieszkać bez ochronnego skafandra i zapasów przywiezionych z Ziemi. Nie tracimy jednak nadziei, że trafimy na jakieś, chociaż najbardziej prymitywne życie w naszym układzie. Na Ziemi mikroorganizmy potrafią poradzić sobie w najbardziej ekstremalnych warunkach. Spotykano je już w zimnych lodach Antarktydy, na dnie oceanów, głęboko pod powierzchnią Ziemi, bez dostępu do tlenu. Całe flotylle sond szykują się w nadchodzącej dekadzie do poszukiwań w pozaziemskiej przestrzeni życia, albo co najmniej warunków, które mu sprzyjają. Lata 90. przyniosły decydujące zmiany w bezzałogowym podboju dalekiego kosmosu. Amerykanie, którzy przodują w badaniach kosmosu, zmienili swoją strategię bezzałogowych lotów. Zamiast, jak w latach 70. i 80., wysyłać prawdziwe krążowniki kosmosu, najeżone jak największą liczbą przyrządów badawczych ciężkie do granic ładowności rakiety, a przy tym bardzo drogie, postawili na dużą liczbę bardzo tanich statków. Szansę na realizację mają dziś w USA tylko te misje, których całkowity koszt nie przekracza 250 mln dolarów. To tylko ułamek kwoty, jaką kosztowały misje sond Viking (ponad 3 mld w przeliczeniu na dzisiejsze pieniądze). Ostatnią drogą i wielką sondą jest Cassini, która w październiku 1997 r. wyruszyła w kierunku Saturna. Ma wielkość 2,5 piętra, waży prawie 6 ton i kosztowała 3,5 mld dolarów. Szefowie tej misji dostają z pewnością palpitacji serca na samą myśl o tym, że może się ona zderzyć z małym kamyczkiem zabłąkanym w przestrzeni kosmicznej albo np. mieć ukrytą wadę w komputerze. Nie jest łatwo przemierzać olbrzymie odległości. Jeśli wyobrazimy sobie Ziemię jako okrągłe winogrono, to Księżyc - wielkości pestki od wiśni - krąży w odległości około 0,5 m. Słońce (będzie miało rozmiar człowieka) świeci 150 metrów dalej. Do Jowisza (rozmiarów dużego grejpfruta) jest ponad 0,5 kilometra, do Saturna (wielkości pomarańczy) - prawie 1,5 kilometra. Uran i Neptun (cytryny) - widnieją w odległości 3 i 4,5 km. Człowiek ma w tej skali wielkość atomu. Najbliższa gwiazda odległa jest o 40 tys. km. A najdalsza ziemska sonda, Voyager, leci obecnie w odległości zaledwie ok. 10 km. Sondy Voyager 1 i 2 oraz Pioneer 1 i 2 już wyleciały poza orbitę najdalszej planety - Plutona. Znajdują się na kursie do innych gwiazd. Poruszają się jednak tak żółwim tempem, jak na kosmiczne skale odległości, że dotrą do najbliższych gwiazd za kilkadziesiąt tysięcy lat. Trzeba mieć nadzieję, że wcześniej wymyślimy szybsze sposoby podróżowania. Technika lotów pozaziemskich Na razie loty sond kosmicznych przypominają kamień wyrzucony z procy. Sonda wyrywa się spod władzy ziemskiego ciążenia na pokładzie rakiety. Ostatni stopień rakiety jest odpalany na ziemskiej orbicie i nadaje sondzie taką prędkość, by mogła pomknąć ku innej planecie, planetoidzie lub komecie. To jest jednak już ostatnie "pchnięcie". Dalej sonda leci siłą bezwładu. Ma jedynie niewielki zapas paliwa, żeby co jakiś czas korygować kierunek lotu, a u celu np. wejść na orbitę planety lub na niej wylądować. Silniki nie mogą działać non stop, gdyż szybko zabrakłoby paliwa. A nie można brać zbyt wiele paliwa w podróż, bo wyniesienie na orbitę każdego dodatkowego kilograma słono kosztuje. W zamian sondy sprytnie rozpędzają się po drodze, korzystając z siły grawitacji mijanych planet. Ten sposób napędu zwany jest metodą wspomagania grawitacyjnego. Przelatując tuż obok planety sonda jest chwytana w jej pole grawitacyjne, zatacza wokół niej łuk i potem jest wyrzucana z większą prędkością. Sonda oczywiście nie zyskuje energii za darmo. Sama wprawdzie przyśpiesza, ale planeta nieznacznie zwalnia. Można też tak zaprojektować tor lotu koło planety, aby jej oddziaływanie grawitacyjne zmniejszyło prędkość sondy. Tor lotu sondy zwykle przypomina spiralę, która zatacza kręgi wokół Słońca, zbliżając się do planet, zanim skieruje się w kierunku ostatecznego celu lotu. Taka technika lotu zaoszczędza paliwa (i pieniędzy), ale zabiera czas. Galileo np. leciał do Jowisza (rozpędzając się po drodze za pomocą Wenus i Ziemi) aż sześć lat. Co w przyszłości będzie napędzało sondy, ruszające na podbój Układu Słonecznego? Dla bezzałogowych sond kosmicznych na razie najlepszy będzie napęd jonowy. Pierwsza sonda napędzana silnikiem jonowym, zwana Deep Space 1, już wyruszyła w podróż. Niesie niewielki zapas paliwa - płynnego gazu ksenonu. Jony ksenonu są rozpędzane w polu elektrycznym silnika sondy i wyrzucane z niego z wielką prędkością. Siła odrzutu pcha sondę w przeciwną stronę. Jest to napęd cichy, ekologiczny i bardzo wydajny. Niewielki zapas paliwa wystarcza, by silnik działał nawet i kilkadziesiąt lat. W tym czasie, choć powoli i z mozołem, może rozpędzić sondę do prędkości bliskich prędkości światła. Taka szybkość pozwoli sondzie przemierzać odległości mierzone w latach świetlnych. Najbliższe gwiazdy, odległe o 4 lata świetlne, znajdą się więc w zasięgu ludzkich aparatów. W gabinetach konstruktorów rozwijane są też zupełnie fantastyczne (na razie) koncepcje. Jedną z nich jest napęd "żaglowy". Sonda rozwijałaby na orbicie gigantyczny żagiel, zbudowany z superlekkiego materiału, który łapałby powiewy wiatru słonecznego, czyli naładowanych cząsteczek (elektronów i protonów) wyrzucanych ze Słońca. Wiatr słoneczny odpychałby sondę od Słońca, kierując ją w odległe rejony Układu Słonecznego, po opuszczeniu którego sonda musiałaby oczywiście ustawić tak swój żagiel, by złapać wiatr innych gwiazd i pomknąć dalej, żeglując w przestrzeni międzygwiezdnej, tak jak dawni żeglarze po ziemskich oceanach. Inna wersja tego pomysłu mówi, że żagle sondy będą popychane przez wiązki potężnych laserów, umieszczonych na ziemskiej orbicie. Niewykle słaby wiatr słoneczny nie zdoła popchnąć zbyt ciężkich sond. Ale w tej chwili rozważa się konstrukcje miniaturowych sond, małych, lekkich i "inteligentnych", których cała chmara będzie penetrować Układ Słoneczny. Same będą wybierały cel, same też odezwą się do Ziemi, jeśli coś ciekawego znajdą.  Powrót do strony głównej Encyklopedii Kosmosu