Na počátku tohoto roku patřil k nejtajemnějším místům Sluneční soustavy. Oranžový svět halící se do záře Saturnových prstenců, vzbuzoval řadu zcela zásadních otázek. Na některé z nich vědci nyní konečně získali odpověď.
Kosmická laboratoř
Řeč je o Titanu, největším měsíci planety Saturn. Obrovi, který je větší než třeba planety Merkur a Pluto. Výjimečnost Titanu však spočívá především v jeho atmosféře. Už sama existence plynného obalu je v případě přirozeného satelitu planety jev velmi neobvyklý. Ve Sluneční soustavě dokonce neexistuje žádný podobný exemplář. A aby nebylo podivností málo, je Titanova atmosféra velmi hustá a přímo přesycená řadou nesmírně zajímavých organických látek, z nichž některé můžeme směle označit za základní stavební kameny života. Je možné, že na Titanu se v současné době vyskytují podobné sloučeniny, které se vyskytovaly na mladé Zemi před čtyřmi miliardami roků. Titan se tak stal ideální laboratoří, ve které bychom mohli získat odpovědi na celé zástupy otázek, souvisejících se vznikem života nejen na naší Zemi. Právě proto byla v roce 1997 vyslána k Titanu americká sonda Cassini, která na palubě nesla pouzdro Huygens. To počátkem roku 2005 sestoupilo skrz atmosféru přímo na povrch měsíce a po cestě vykonalo celou řadu důležitých měření.
Je snad Titan předobrazem Země?
Mise to byla a vlastně stále ještě je zcela výjimečná. Vždyť i při pohledu těmi největšími pozemskými dalekohledy se Titan jeví jako pouhá oranžová koule, vznášející se v temné černi kosmického prostoru. Oranžové zabarvení je způsobeno hustou atmosférou, která dokonale zakrývá Titanův povrch a dává měsíci na první pohled velmi obligátní vzhled. Zdání však klame… Pokud bychom se přiblížili na vzdálenost několika tisíc kilometrů, mohli bychom na Titanu pozorovat první detaily. Nad neprostupnou vrstvou oranžových oblak by bylo možné zahlédnout namodralé oblačné závoje tvořené složitými uhlovodíky. Plynný obal tohoto satelitu je převážně vytvořen z dusíku, argonu a metanu. Jeho oranžovou barvu mají na svědomí organické látky, které se nazývají tholiny. Jejich základní strukturu přitom tvoří uhlíkové, vodíkové a dusíkové atomy. Právě tholiny byly s největší pravděpodobností přítomny také na Zemi krátce po jejím vzniku.
Spící sonda se probouzí
Pouzdro Huygens bylo po sedm roků nedílnou součástí sondy Cassini. Putovalo společně s ní mrazivým kosmickým prostorem a tiše čekalo, až přijde jeho čas. Po celou dobu bylo propojeno s Cassini kabely, které tvořily spletitou pupeční šňůru zajišťující komunikaci a také přísun nezbytné elektrické energie. Samotný Huygens však většinu cesty ke svému cíli prospal. Lépe řečeno, byl v klidovém stavu a probouzel se na pokyn pozemských vědců pouze jednou za půl roku na dobu tří hodin. Během této doby technici dálkově prováděli testy všech palubních zařízení a kontrolovali, zda pouzdro nevykazuje nějaké nečekané anomálie. První klíčový okamžik celé mise nadešel 25. prosince 2004. Sonda Cassini, která již několik měsíců „parkovala“ na oběžné dráze kolem planety Saturn, poslala Huygens na samostatnou cestu směrem k Titanu. I po přeseknutí pupeční šňůry s Cassini bylo pouzdro stále ve spánkovém režimu a vyčkávalo, dokud jej neprobudí palubní hodiny. Tento okamžik byl naplánován tak, aby sonda začala pracovat krátce před tím, než dosáhne svrchních vrstev Titanovy atmosféry.
„Budík zazvonil“ 14. ledna 2005. Všechny palubní systémy začaly pracovat zcela bezchybně a pouzdro se vydalo na nejobtížnější část cesty. Čekal jej průlet skrz hustou atmosféru Titanu a dost možná i přistání na jeho povrchu.
Pod ochranou štítu
Co se tehdy dělo při přistávacím manévru? Představme si, že jsme na palubě Huygense a nacházíme se asi ve vzdálenosti 1270 kilometrů od Titanova povrchu. V této výšce je atmosféra ještě značně řídká. Pod námi pozorujeme oranžovou a téměř jednolitou vrstvu oblaků a nad nimi jemná namodralá mračna. Do atmosféry jsme vstoupili pod relativně strmým úhlem 65 stupňů rychlostí asi šest kilometrů za sekundu. Místo přistání nás čeká na denní straně Titanu na jižní polokouli. Noříme se do hlubších a hlubších vrstev atmosféry, které jsou hustší a hustší. Se zvyšujícím se odporem atmosféry roste i tření, ale naštěstí nás chrání tepelný štít. Ten se během prvních tří minut ohřeje na teplotu až 1800 stupňů Celsia. Atmosféra klade výrazný odpor a pouzdro se tak ve výšce 180 kilometrů prudce zpomalí na pouhých 400 metrů za sekundu. To je signálem pro vymrštění prvního padáku o průměru necelých tří metrů. Jeho úkolem však není brzdit náš strmý let, ale pouze vytrhnout zadní kryt pouzdra, který až do této chvíle chránil vědecké přístroje. O pár vteřin později následuje ve výšce 160 kilometrů vystřelení hlavního padáku o průměru více než osm metrů, který stabilizuje let pouzdra. Zároveň dochází k odhození tepelného štítu a Huygens začíná komunikovat se sondou Cassini, vyčkávající na oběžné dráze kolem Saturnu. Postupně se k životu probouzejí jednotlivé přístroje a sonda pracuje na plné obrátky.
Sestup do oranžové mlhy
Nejdůležitějším experimentem, který probíhá v této fázi letu, je chemická analýza atmosféry. Malá čerpadla nasávají skrze filtry okolní plyn a ukládají jej do speciálních zásobníků pro jeho pozdější rozbor. Během sestupu na něj bude dost času a tak je zatím hlavním úkolem sondy sběr vzorků. Na jemných filtrech se zachytí drobné částečky prachu a ledu, vznášející se v atmosféře. I ty čeká chemická analýza.
Kamery začínají okolí snímkovat ve výšce 150 kilometrů. O dalších 30 kilometrů níže dojde k vymrštění třetího a zároveň posledního padáku o průměru tři metry, na kterém se pouzdro snese až k povrchu. Náš let však neprobíhá zrovna klidně. Kromě škubnutí, které pokaždé vyvolalo otevření dalšího padáku, cítíme, jak se sonda kýve a otáčí kolem své osy. Ani to však není na závadu. Díky rotaci může kamerový systém pořídit panoramatické snímky celého okolí. I s tím technici počítali. Pokud bychom se teď rozhlédli kolem sebe, moc bychom toho neviděli. Hustá atmosféra odstíní většinu slunečních paprsků, dohlednost je proto maximálně několik metrů. Vše se halí do temně oranžového odstínu. Nevidíme nic, než jen naoranžovělou mlhu.
Tvrdé přistání
Ve výšce 60 kilometrů Huygens automaticky vyšle k povrchu radarový signál. Ten mu umožní přesně učit jeho výšku a naplánovat přistání. V zorném poli kamer se konečně začínají objevovat první detaily povrchu. Jsme teď už jen asi 30 kilometrů vysoko a z mlhavého oparu pod námi vystupují nejasné obrysy krajiny. Zatím vidíme jen střídající se světlé a tmavé plochy, nicméně viditelnost se stále zlepšuje. Protože ani v tuto chvíli není zcela jisté, zda se sondě přistání podaří, jsou veškerá dosud získaná měření odeslána ve výšce 20 kilometrů na sondu Cassini. Povrch se nezadržitelně blíží.
Pro získání spektrálních snímků atmosféry se ve výšce jen 700 metrů nad povrchem zapíná 20wattová výbojka. Povrch už je velmi blízko a každým okamžikem nás čeká poměrně tvrdé přistání. Naše rychlost je stále něco kolem 20 kilometrů v hodině. Dopad pouzdra tedy proběhne s podobnou intenzitou, jako kdybychom narazili na kole do cihlové zdi. Krátký, ale silný náraz a stojíme pevně na povrchu! Celý přistávací manévr trval 2 hodiny a 32 minut. Huygens byl po celou dobu odkázán pouze sám na sebe a své počítačové programy. Spojení se Zemí nebylo možné, navíc signál od něj k naší planetě letěl více než hodinu. Všechno proběhlo zcela automaticky, podle předem sestaveného scénáře, který myslel na řadu nejrůznějších komplikací.
Ledová říše
Vraťme se nyní zpátky do reality, a podívejme se, co všechno se podařilo objevit. Prvním překvapivým faktem byla obrovská výdrž celé sondy Huygens. Původně vědci předpokládali, že by mohlo pouzdro na povrchu fungovat nanejvýš půl hodiny. Díky výborné tepelné izolaci však nakonec pracovalo celé čtyři hodiny! Z toho po dobu 1 hodiny a 12 minut přímo komunikovalo s mateřskou sondou Cassini. Postupem času však Cassini nezadržitelně zmizela za obzorem a spojení bylo nenávratně přerušeno. To ale neznamená, že by Huygens přestal vysílat. Naopak, vydržel být aktivní ještě další tři hodiny. Jeho slabý, ale přeci jen slyšitelný signál totiž zachytily obří pozemské radioteleskopy.
A jak to vypadalo v místě přistání? Teplota při povrchu Titanu dosahuje mrazivých
-180 stupňů celsia. Díky tomu existuje většina látek na tamním povrchu ve zmrzlém stavu. S jedinou výjimkou, kterou je metan. Ten se za této teploty vyskytuje jak v podobě ledu, tak v kapalném a plynném stavu. Obdobně se chová voda při teplotě 0 stupňů celsia na Zemi. V pozemské atmosféře díky tomu probíhá takzvaný hydrologický cyklus. Voda se vypařuje z oceánu, moří a řek, stoupá do atmosféry, kde opětovně kondenzuje, tvoří oblaka a snáší se na zem v podobě deště či sněhu. Podobnou roli, jako voda v atmosféře pozemské, hraje metan v atmosféře Titanu. Je ho tam tolik, že bychom zde klidně mohli očekávat metanové řeky nebo jezera.
Metanový svět
S jistotou můžeme říci, že Huygens přistál na pevné zemi. Ta je pokryta pravděpodobně ledovými valouny tvořenými zmrzlým vodním ledem s příměsí různých uhlovodíků, působících jako tmavé nečistoty. Valounky bychom mohli přirovnat ke špinavé sněhové kouli, která je zmrzlá na kámen. Kromě větších balvanů pokrývá celý povrch jemná ledová krusta, pod kterou se ukrývá směs ledové tříště a uhlovodíků, vytvářející materiál konzistencí podobný vlhkému písku či jílu. Na snímcích z místa přistání vidíme, že rozměry většiny ledových valounů nepřevyšují několik centimetrů. Zajímavým detailem je jejich usazení do prašného materiálu. Fotografie nám tak připomínají vyschlé říční koryto, plné oblázků ležících v bahně.
Je dost pravděpodobné, že nejsme tak daleko od pravdy. Na záběrech, které byly pořízeny před přistáním z výšky 8 km, jsou totiž jasně patrné tmavé linie, až nápadně připomínající říční systém. Jde o rozsáhlé kanály, které ústí do velkého jezera (tmavá oblast). Vědci se nemýlili, když předpokládali, že těmito kanály proudí kapalný metan. V současné chvíli jsou však kanály a jezera asi vyschlé. Metan na Titanu nejspíše prší jen v některých ročních obdobích. Kanály se pak naplní a svádějí přívaly metanových srážek do nižších oblastí, kde vznikají jezera. Jejich tmavé zabarvení má původ v uhlovodících, které se usazují z atmosféry na povrch a přívalovými dešti jsou snášeny do kanálů a jezer. Titan je tedy velmi živým světem. Rozhodně živějším, než například takový Mars. Rozsáhlá erozní činnost modeluje povrch stejně, jako voda modeluje povrch Země.
Kryovulkanismus
Metan ale není jedinou látkou, která by mohla na Titanu existovat v kapalném stavu. Součástí atmosféry je i čpavek, který se na povrchu vyskytuje v podobě zmrzlé čpavkové vody. Tu obsahují i podpovrchové vrstvy, které zahřívá působení planety Saturn. Jednoduše řečeno, velká planeta měsíc různě stlačuje, ten se třením ohřívá a dává tak za vznik exotickým kapalinám. Zmrzlá čpavková voda taje a místy se dere na povrch, kde opětovně tuhne. Tomuto jevu, kdy na místo žhavého magmatu na povrch vyvěrá podchlazená kapalina, říkáme kryovulkanismus (kryo znamená v řečtině led). Díky chemickému rozboru atmosféry (především izotopů argonu) víme, že Titan měl a snad i má vulkány, chrlící do okolí kryolávu, tvořenou vodním ledem a čpavkem. Je pozoruhodné, kolik společných rysů nacházíme na tak odlišných světech, jako je Země a Titan. Jednomu vládne voda, druhému metan.
Bylo by však předčasné domnívat se, že přistáním pouzdra Huygens výzkum Titanu končí. Právě naopak! Jsme na samém začátku. Vědecké týmy totiž nyní stojí před nesnadným úkolem interpretace obrovského množství naměřených dat, které zaberou nejen následující měsíce ale pravděpodobně i celé roky. Je tedy téměř jisté, že řada tajemství Titanu teprve čeká na své odhalení. Doufejme, že budou co nejzajímavější.
Více se dozvíte
http://www.esa.int/SPECIALS/Cassini-Huygens/index.html
http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm
Základní informace o Titanu
Vzdálenost od Saturnu 1 221 870 km
Vzdálenost od Slunce 1 427 000 000 km
Průměr (s atmosférou) 5 550 km
Průměr (pevné jádro) 5 150 km
Hmotnost 1/45 hmotnosti Země
Povrchová teplota 94 K (-180 °C)
Tlak atmosféry při povrchu 1,5krát větší než na Zemi
Doba rotace (Titanův den) 15,95 pozemských dnů
Složení Titanovy atmosféry
Molekula Vzorec Množství
Hlavní složky Procenta
Dusík N2 87-99
Argon Ar 0-6
Metan CH4 1-6
Minoritní složky Miliontiny procenta
Vodík H2 2000
Uhlovodíky
Etan C2H6 20
Acetylen C2H2 4
Etylen C2H4 1
Propan C3H8 1
Sloučeniny dusíku
Kyanovodík HCN 1
Sloučeniny kyslíku
Oxid uhelnatý CO 50
Oxid uhličitý CO2 0.01
Sonda Cassini:
výška: 6,7 m
průměr: 4 m
Některé detektory jsou vysunuty až do vzdálenosti 11 m od sondy na teleskopickém rameni.
hmotnost: 2125 kg
plánovaná životnost: 4 roky
počet vědeckých experimentů: 12
Cena: 2,245 miliardy EUR (cca 67 miliard Kč)
Pouzdro Huygens:
průměr: 2,7 m
hmotnost: 349 kg
plánovaná životnost po přistání: 30 min.
počet vědeckých experimentů: 6
Cena: 460 milionu EUR (cca 14 miliard Kč)
Cassini a Huygens
hmotnost s palivem: 5,82 t
hmotnost paliva: 3,1 t
