Hned dvě různá tělesa sluneční soustavy jsou cílem kosmické sondy Dawn. Jedná se o vůbec první výpravu do nitra hlavního pásu planetek. Sonda během následujících let navštíví nejdříve jednu z největších planetek sluneční soustavy Vestu a poté trpasličí planetu Ceres.
Ke startu došlo ve čtvrtek 27. září 2007 ve 14.34 LSEČ z kosmodromu na Cape Canaveral na Floridě. Na dlouhou cestu do vesmíru vynesla sondu osvědčená raketa Delta 2. Ačkoliv pro samotnou sondu to byl začátek putování sluneční soustavou, pro hlavního výzkumníka projektu Chrise Russella (University of California, Los Angeles) a jeho spolupracovníky naopak vyvrcholení mnohaletého úsilí. A o tom, že se rozhodně nejednalo o jednoduché období pro všechny zúčastněné, svědčí i Russellova slova: „Bylo to tak trochu jako emotivní jízda na horské dráze.“
Krkolomná cesta na startovací rampu
Projekt nabral během vývoje zpoždění a náklady na něj výrazně vzrostly. Inženýři totiž museli řešit předem neočekávané problémy. Situace dospěla do stadia, kdy NASA, jež výpravu v rámci programu „Discovery Project“ financuje, ji v loňském roce zcela zrušila! Naštěstí o několik týdnů později, na základě doporučení nezávislého panelu, kosmická agentura své rozhodnutí přehodnotila a výprava byla zachráněna.
Přesto nebyl všem problémům konec. Start se totiž měl uskutečnit už vloni v červenci, ale kombinace okolností jej znovu o čtvrt roku zpozdila. Nejdříve nepřálo počasí, poté nastal problém s nosnou raketou a následně nebylo k dispozici letadlo či loď, jež by start rakety sledovaly. Kvůli zpoždění nastala termínová kolize se startem sondy Phoenix Mars Lander. Vzhledem k omezenému startovacímu oknu této sondy bylo nakonec rozhodnuto o přeložení startu sondy Dawn na září.
Výprava s řadou prvenství
Sonda nakonec všechny problémy překonala a nyní se nachází v meziplanetárním prostoru a má před sebou téměř 5 miliard kilometrů putování. „Je to výprava mnoha ,poprvé´. Dawn bude první misí do srdce pásu asteroidů. Bude to první sonda, která navštíví a bude obíhat kolem dvou nebeských těles, a bude to naše první návštěva trpasličí planety,“ říká Jim Adams, zástupce ředitele NASA pro planetární vědy. Loňským rozhodnutím Mezinárodní astronomické unie byla planetka Ceres společně s Plutem a Eris zařazena právě do kategorie trpasličích planet.
Sondy k planetkám
Vůbec první sondou, která navštívila planetky hlavního pásu, byla sonda Galileo. Během svého putování k Jupiteru prolétla v letech 1991 a 1993 v blízkosti planetek Gaspra a Ida. V období 2000 a 2001 obíhala sonda NEAR planetku Eros a na konci své mise na ni dokonce měkce dosedla. V roce 1999 experimentální sonda Deep Space 1 a o tři roky později sonda Stardust navštívily další planetky. A konečně v předchozích letech japonská Hayabusa zblízka zkoumala malou planetku Itokawa.
Cestou navštíví starou Vestu
První zastávkou sondy Dawn bude asteroid Vesta, který je se svými rozměry 580 x 575 x 460 km druhým největším objektem v hlavním pásu asteroidů. Pokud vše půjde podle plánu, měla by k němu sonda dorazit v roce 2011. Na oběžné dráze Vesty stráví devět měsíců, během kterých důkladně prozkoumá jedno z nejstarších těles ve sluneční soustavě. Vesta má vysokou hustotu a je tvořena materiálem, který vznikl na samotném počátku historie našeho planetárního systému. Část jejích hornin jsou čediče, které krystalizovaly před 4,5 miliardy let. David Lindstrom, vědecký pracovník projektu, k tomu říká: „Skutečně se vracíme zpátky v čase, zpět k úsvitu sluneční soustavy.“
Vědce velmi zajímá také ohromný kráter, která se nachází na jižní „polokouli“ planetky. Jeho průměr dosahuje úctyhodných 450 km. Pokud by se kráter podobných proporcí nacházel na Zemi, pokrýval by celý Tichý oceán! Kráter je pozůstatkem dávné kolize s jiným tělesem, při kterém bylo do okolního prostoru vyvrženo obrovské množství materiálu. Část meteoritů (asi 5 %), které nacházíme na zemském povrchu, pochází právě z planetky Vesta.
Je tam voda?
Poté se sonda od Vesty odpoutá a vydá se na cestu ke svému druhému cíli. Tento meziplanetární „skok“ bude trvat další tři roky. V roce 2015 vstoupí Dawn na oběžnou dráhu trpasličí planety Ceres.
Ceres je největším tělesem v pásu asteroidů a obsahuje celou čtvrtinu veškeré hmoty, která se v této části sluneční soustavy nachází. Na rozdíl od Vesty – a ostatních planetek – se jedná o objekt téměř sférického tvaru, jeho průměr činí téměř 1000 km. Mezi oběma planetkami jsou ovšem i další a mnohem důležitější rozdíly. Předně Ceres má podstatně nižší hustotu. To naznačuje, že by mohla obsahovat značné množství vodního ledu. Někteří vědci dokonce spekulují o tom, že podobně jako Jupiterův měsíc Europa i Vesta má pod zmrzlou kůrou obrovský rezervoár vody.
Každopádně nitro Ceresu je diferencované, to znamená, že prošlo roztavením, těžší materiál klesl do nitra a vytvořil pevné jádro, které je obklopeno lehčí, ledovou kůrou. Dalším z důsledků tohoto procesu je téměř kulový tvar planetky. „Ceres je malou planetou,“ uvádí Mark Sykes (University of Arizona), který se na projektu Dawn rovněž podílí.
Trpasličí planetky
V srpnu roku 2006 na valném shromáždění Mezinárodní astronomické unie v Praze vyvrcholila mnohaletá diskuze o tom, co je vlastně Pluto a další velká ledová tělesa, objevovaná na periferii sluneční soustavy. Pluto byl nakonec vyjmut ze seznamu planet a zařazen do nově vytvořené kategorie „trpasličí planeta“. Společně s ním sem patří i doposud největší planetka z hlavního pásu asteroidů – Ceres – a objekt Eris, nedávno objevený v Kuiperově pásu, který je svými rozměry srovnatelný s Plutem. Předpokládá se, že právě za drahami Neptuna budou objeveni další budoucí členové této kategorie.
Efektivní pohon
Návštěva jednoho kosmického tělesa, jeho opuštění a přesun k dalšímu objektu spojený s opětovným zabrzděním a vstupem na oběžnou dráhu, to vše je poměrně komplikovaný plán pro jednu kosmickou výpravu. Aby si s ním sonda Dawn byla vůbec schopna poradit, je vybavena trojicí iontových raketových motorů a téměř půl tunou xenonu, který slouží jako palivo pro ně. Pokud bychom pro stejný účel použili klasické chemické motory, museli bychom sondu naložit hned několika tunami paliva. Cena za takovou výpravu by dramaticky narostla. A pro její start by byla potřeba mnohem silnější – což znamená dražší – raketa.
Iontový motor využívá elektrické energie produkované solárními panely k ionizaci plynu – v tomto případě tedy xenonu – a následnému urychlování elektricky nabitých iontů, které jsou směrovány do trysky a dochází k produkci tahu. Tah je nesrovnatelně nižší, než je tomu v případě chemických motorů, ale obrovskou výhodou iontových motorů je možnost nepřetržitého chodu. V případě sondy Dawn se předpokládá, že během trvání výpravy budou iontové motory v chodu asi 2000 dnů.
Modrý plamen
Nepřetržitý chod umožňuje kumulaci tahu, čímž iontový motor v určitém delším časovém intervalu překoná klasický raketový motor, ovšem se spotřebováním nesrovnatelně menšího množství paliva. Iontový motor sondy Dawn zrychlí sondu z nuly na 100 km/hod. za 4 dny, ale spotřebuje přitom jenom necelý kilogram paliva. Iontový pohon je ve srovnání s chemickými motory 10x efektivnější – tedy na stejné množství spotřebovaného paliva vyprodukujeme 10x vyšší tah. Marc Rayman (JPL), systémový inženýr projektu, k tomu říká: „Ionty unikají z trysky rychlostí téměř 150 000 km/hod… Motor skutečně emituje chladné, modré světlo jako je tomu ve filmech science fiction.“
Během celého trvání výpravy dosáhne sonda díky iontovým motorům takové změny rychlosti, která je srovnatelná s výkonem celé rakety Delta 2 Heavy včetně devíti motorů na pevné palivo, prvního, druhého i třetího stupně. Marc Rayman dodává: „Rád tomu říkám ,trpělivé zrychlování´“.
Hlavní pás asteroidů
V oblasti blízké rovině ekliptiky mezi drahami Marsu a Jupitera se nachází většina planetek sluneční soustavy. Zde přítomné planetky jsou pozůstatky původního „stavebního materiálu“, který v důsledku gravitačního působení Jupitera nebyl využit pro vytvoření další planety. Je také zdrojem celé řady meteoritů, které byly nalezeny na zemském povrchu. V hlavním pásu vznikly – a dodnes vznikají – srážkami mezi zde přítomnými tělesy.
Malá elektrárna
Ačkoliv má sonda Dawn na palubě hned tři iontové motory, v provozu bude vždy jenom jeden z nich. Nicméně i tak budou ke svému chodu potřebovat určité množství elektrické energie. Získávat ji bude sonda ze slunečního záření prostřednictví solárních článků. Ty jsou umístěny na rozsáhlých solárních panelech o délce 9 metrů. Jejich rozpětí od jednoho konce ke druhému měří celkem více než 21 metrů.
Tyto mohutné solární panely jsou schopny sondě dodat energii až 11 kW. To stačilo k pokrytí spotřeby 10 průměrných amerických domů. Sonda samozřejmě takové množství energie nepotřebuje. Protože ale Ceres obíhá ve třikrát větší vzdálenosti od Slunce než naše Země, je v těchto končinách dostupné množství slunečního záření podstatně menší. Proto i produkce energie nebude dosahovat výše uvedené hodnoty.
Historie planetek
Ceres byl objeven v roce 1801 italským astronomem Giuseppem Piazziim jako vůbec první planetka.
Vestu objevil německý astronom Heinrich Wilhelm Olbers v roce 1807.
Pohled do historie
Dostat kosmickou sondu na místo určení za pomoci iontových motorů je sice zajímavé a neotřelé, nicméně pro výzkumný tým je to stále jen část úkolu. Hlavním cílem je studium formování sluneční soustavy a jevů, které se na něm podílely. Dvě největší tělesa z této části planetárního systému, která jsou zároveň tak odlišná, k tomu poskytují vskutku vhodné podmínky. „Je to srovnávací planetologie v tom nejlepším slova smyslu,“ podotýká David Lidstrom.
Iontové motory
Vůbec první kosmickou sondou, která výhradně závisela na použití iontového motoru, byla experimentální Deep Space 1 na konci 90. let minulého století. Od té doby tohoto pohonu využilo několik dalších sond. Evropská Smart-1 za jeho pomoci navštívila Měsíc. A už zmíněná japonská Hayabusa jej využila při návštěvě blízkozemní planetky Itokawa.
