Venuše je svými fyzickými proporcemi planetou nejvíce podobnou Zemi. Je ale také planetou extrémů, jaké naštěstí na Zemi neznáme. Některá její tajemství se nyní pokusí odhalit sonda Venus Express, další pozemský průzkumník této planety po dlouhých 15 letech. A navíc první, vyslaný evropskými vědci a konstruktéry.
Nehostinné dvojče
Srovnáme-li mezi sebou vnitřní planety Sluneční soustavy, tedy Merkur, Venuši, Zemi a Mars, zjistíme, že jsou to právě Venuše a Země, které jsou si nejvíce podobné. O Venuši se dokonce hovoří jako o naší „sesterské“ planetě. A není to označení bezdůvodné. Obě tělesa mají srovnatelné rozměry, hmotnost i hustotu. Rovněž jejich vzdálenost od Slunce je srovnatelná. Protože vznikly téměř na stejném místě protoplanetární (zárodečné) mlhoviny, také jejich složení je podobné.
Bližší pohled zprostředkovaný řadou kosmických sond a také pozemskými dalekohledy ale ukazuje naprostý opak. Venuše je planetou extrémních podmínek! Její povrch je drcen tlakem 90krát větším, než jaký naměříme na naší planetě na hladině moře. Povrch planety připomíná spíše rozpálenou výheň – sondy zde naměřily teploty až 465 ºC. A to i přesto, že Venuše odráží asi 80% slunečního záření zpět do vesmíru a na povrch dopadá pouhých 10%. Za vysoké teploty je zodpovědná spodní vrstva atmosféry, která vytváří „katastrofický“ skleníkový efekt.
Atmosféra planety je tvořena převážně oxidem uhličitým s malým množstvím vodních par. Dále se v ní vyskytují různé sloučeniny síry a rychle se pohybující oblaka s obsahem kyseliny sírové. Povrch planety je tvořen rozsáhlými pláněmi i vrchovinami a horami. Neexistuje zde desková tektonika, spíše se zdá, že povrch celé planety je pokryt jedinou deskou.
Jen dva originální přístroje
Evropská kosmická agentura (ESA) rozhodla v roce 2001, že Venuše je natolik zajímavým objektem Sluneční soustavy, že si zaslouží vyslání samostatné kosmické sondy. V té době už probíhal vývoj sond Mars Express (2003) a Rosetta (2004 – výzkum komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko). Pro stavbu nové sondy se proto přímo nabízelo využít stejného designu, zkušeností týmu konstruktérů a hlavně několika přístrojů, původně určených jako záložní pro tyto dvě výpravy. „Dostupnost existujících náhradních přístrojů ze sond Rosetta a Mars Express nám umožnila zkrátit obvyklou dobu vývoje vědecké družice.“ komentuje to Kanaďan Don McCoy, vedoucí projektu Venus Express. Jen dva z celkem sedmi přístrojů byly vyvinuty speciálně pro výpravu k Venuši.
Rok po schválení začala stavba sondy, která včetně startu a řízení provozu po celou dobu trvání výpravy přišla ESA na 220 miliónů euro (cca 6 mld. korun).
V září 2004 byla sonda pod vedením odborníků ze společnosti EADS Astrium zkompletována. Na jejím vývoji se podílelo dalších 25 subdodavatelů ze 14 evropských zemí. Následně podstoupila celou řadu testů, které prokázaly její způsobilost k meziplanetární výpravě.
Významným okamžikem bylo převezení sondy na kosmodrom Bajkonur, kam dorazila 10. srpna 2005. Od této chvíle nastala závěrečná fáze připrav ke startu. Byla otestována součinnost s nosnou raketou Sojuz a vše směřovalo ke startu plánovanému na 26. října. Příznivá poloha obou planet nabízela vhodné startovací okno, trvající až do 24. listopadu.
Uklizeno, může se startovat!
Ale ne vše probíhalo zcela hladce. Jen několik dnů před plánovaným startem byla totiž zjištěna přítomnost nežádoucích nečistot v nákladovém prostoru rakety. Sonda proto byla, společně s horním stupněm Fregat, z rakety opět sejmuta a dopravena do čistého prostředí. Po odejmutí krytu nalezli technici naštěstí jen nějaké větší částice, které byly za použití speciálních nástrojů vyjmuty. Testy tentokrát proběhly úspěšně a celá „skládačka“ mohla být znovu sestavena. Mezi členy týmu, který sondu připravil, panovala dobrá nálada. „Raketa Sojuz, kterou používáme, má velmi dobrou bilanci, takže jsem optimistický, že vše bude fungovat správně,“ liboval si švédský vědec Hakan Svedhem.
Klíčový okamžik výpravy nastal ráno 9. listopadu. Ruská raketa Sojuz vynesla sondu na oběžnou dráhu a horní stupeň Fregat ji vyslal na cestu do vnitřních částí Sluneční soustavy. Australská pozemní stanice zachytila její první signály, které potvrdily rozvinutí solárních panelů. Pozdější zprávy z řídícího střediska ESA v německém Darmstadtu, prokázaly, že všechny systému sondy pracují skutečně normálně.
Plnou parou vpřed!
Sondu čekal 350 miliónů kilometrů a pět měsíců dlouhý let meziplanetárním prostorem. Den po startu došlo na drobnou korekci dráhy a začalo testování a nastavení přístrojů. Pro tyto účely se některé z nich obrátily zpět, aby „zvěčnily“ Zemi a Měsíc. Vzhledem k velké vzdálenosti, kterou sonda během prvních dvou týdnu uletěla, se ale nečekaly žádné ohromující snímky. „… je to spíše kalibrace přístrojů než reálné snímky,“ vysvětluje Andrea Accomazzo, vedoucí operací sondy. Podstatné ale bylo, že získaná data odborníkům ukázala očekávanou správnou funkci přístrojů.
Po skončení testů byla sonda částečně „zakonzervována“ a komunikace s ní probíhala jen jednou denně. V polovině února pak proběhl ještě jeden korekční manévr. Nejdůležitějším úkolem bylo otestování činnosti hlavního motoru sondy.
Daleko i blízko
Rozhodující okamžik celé výpravy nastane 11. dubna 2006. Zážeh hlavního raketového motoru sondy by měl snížit její rychlost natolik, aby mohla být zachycena gravitačním polem Venuše. Během 53 minut trvajícího hoření přitom motor spálí 70 % z celkového množství paliva, které sebou sonda veze.
Pokud vše proběhne podle plánu, stane se oběžnicí planety, přičemž její počáteční dráha bude extrémně výstředná. V nejbližším bodě bude prolétávat jen 250 km nad povrchem, zato v nejvzdálenějším celých 320 tisíc km. Jedno takové obkroužení Venuše jí přitom bude trvat 5,5 pozemského dne.
O několik týdnů později přijde hlavní motor ke slovu ještě jednou. Tentokrát bude jeho úkolem upravit oběžnou dráhu tak, aby vyhovovala požadavkům plánovačů výpravy. Poté by měla sonda kolem planety oběhnout každých 24 hodin, s nejbližším průletem 250 km a nejvzdálenějším „už jen“ 66 tisíc km. Proměnlivá vzdálenost její dráhy umožní získat jak detailní, tak i celkový pohled na Venuši.
Ještě jednou budou všechny systémy a přístroje vyzkoušeny tak, aby byly 4. července konečně zahájeny plánované operace sondy.
„Jen“ dvoudenní výprava?
Z hlediska hypotetických obyvatel Venuše bude výprava trvat pouhé dva dny. Venuše má totiž naprosto odlišná časová měřítka od našich pozemských. Zatímco kolem Slunce oběhne jednou za 225 pozemských dnů, kolem vlastní osy se otočí jednou ze 243 dnů. Jeden den je tedy na Venuši delší než rok. A aby odlišností nebylo málo, Venuše navíc rotuje v opačném směru než naše Země.
Pokud se tedy budeme nadále řídit pozemským měřením času, je základní část výpravy plánována na téměř 500 dnů. V první polovině tohoto času se bude sonda věnovat globálnímu pozorování planety. V druhé části se pak zaměří na vyplnění mezer v předchozích pozorováních a současně i detailnímu studiu vybraných, vědecky zajímavých oblastí.
Poté odborníci posoudí „zdravotní stav“ sondy a rozhodnou o případném prodloužení mise o další dva (venušské) dny.
V lehčím, ale pozlaceném kabátě
Přestože je Venus Express dost podobná sondě Mars Express, není to její úplně „jednovaječné“ dvojče.. Základní konstrukce je sice shodná, ale v detailech se obě sondy přeci jenom liší. Je to dáno hlavně odlišnými podmínkami, kterým jsou vystaveny.
Mars Express letěl dále od Slunce, zatímco Venus Express se k němu přibližuje. Z toho vyplývá, že sonda bude na oběžné dráze vystavena čtyřikrát vyšším teplotám než je tomu v případě kolegyně studující Mars. Je proto obalena 23 vrstvami izolace a navíc je zabalena do pozlacené fólie. Ta, narozdíl od černého obalu sondy Mars Express, odráží více slunečního záření. Navíc je vybavena většími radiátory pro vyzařování přebytečného tepla.
Blízkost Slunce tak ale přináší jednu velkou výhodu. Více slunečního záření totiž znamená i více energie. Ve srovnání s Mars Expressem stačí sondě Venus Express téměř poloviční plocha solárních panelů a přesto z nich získává více elektrické energie. Její panely jsou rovněž odolnější vůči slunečnímu záření.
Hmotnost ušetřená na panelech tak umožnila naložit větší množství raketového paliva. Gravitační pole Venuše je totiž ve srovnání s Marsem devětkrát silnější, což vede k nutnosti častějších úprav oběžné dráhy sondy. Kromě toho bude na sondu také silněji působit samotné Slunce. Proto tvoří téměř polovinu z celkové hmotnosti sondy palivo pro raketové motory.
Jsou tady sopky?
Americký Magellan, který byl před 15 lety dosud poslední sondou zkoumající Venuši, pořídil pomocí radaru podrobnou mapu povrchu planety. Venus Express se zaměří hlavně na její silnou, turbulentní a toxickou atmosféru. „Náš orbiter je postaven pro globální studium atmosféry po dlouhou dobu, zatímco Magellan studoval povrch planety,“ vysvětluje rozdíly mezi sondami Don McCoy.
Vědce zajímá hlavně velice silný skleníkový jev, který vyhání povrchovou teplotu do extrémních hodnot. Studovány budou rovněž intenzivní vzdušné proudy, které jsou v horních vrstvách „venušské“ oblačnosti schopny oblétnout kolem planety za pouhé čtyři pozemské dny, zatímco na povrchu panuje téměř bezvětří.
Astronomové také očekávají, že získají odpovědi na otázky, zda funguje v atmosféře Venuše koloběh CO2 či dokonce vody jako na Zemi. Nebo je snad nahrazen podobným cyklem kyseliny sírové? Hustá atmosféra je navíc pevněji spjata s povrchem a tak bude sonda zkoumat i vzájemné působení (interakci) těchto dvou prostředí. A konečně je tu sluneční vítr a s ním i další otázka, tentokrát jeho vzájemného působení s atmosférou.
Nejen atmosférou ale bude sonda „živa“. Skrz oblačnost se pokusí odhalit tajemství „horkých skvrn“, naznačujících vulkanickou činnost. Zatímco totiž dřívější výpravy našly důkazy pro vulkanické erupce, které vedly k uložení velkého množství oxidu siřičitého do atmosféry, a to dokonce snad i v době nedávno minulé, sonda Magellan žádnou sopečnou činnost nezaznamenala. „Bylo by úžasné objevit aktivní sopku a ukázat, že planeta je stále ještě geologicky aktivní,“ říká Hakan Svedhem.
Sedm statečných
Odpovědi na výše zmíněné otázky i řadu dalších by mělo vědcům přinést sedm přístrojů, kterými je sonda vybavena. Jak už bylo řečeno, jen dva jsou pro tuto výpravu originální. Další tři přístroje pochází z projektu Mars Express a dva „zbyly“ po kometární sondě Rosetta. Sonda nese na palubě hned tři spektrometry, magnetometr, kameru s vysokým rozlišením, rádiový experiment a přístroj pro sledování plazmatu.
Kromě hlavního motoru je sonda vybavena ještě deseti malými korekčními motorky. Ty slouží pro drobné úpravy meziplanetární dráhy, změny orientace sondy a pro korigování gravitačního vlivu Slunce na oběžné dráze planety. Působení Slunce totiž povede každý den ke zvyšování nejnižšího bodu dráhy o 1,5 km.
Bez spojení není velení
Pro účely komunikace se Zemí je sonda vybavena hned dvěma výkonnými anténami. Většinu přenosu dat obstará hlavní anténa s diskem o průměru 1,3 metru. V té části dráhy Venuše kolem Slunce, na které je planeta Zemi nejblíže, bude komunikace probíhat pomocí vedlejší antény s průměrem 30 cm. Využití hlavní antény v takové situaci by totiž vedlo k vystavení přístrojů a důležitých systémů přímému slunečnímu záření, čemuž se konstruktéři sondy chtějí vyhnout.
Během startu a v prvních dnech po něm se bude sonda „domlouvat“ se Zemí prostřednictvím dvou malých, méně výkonných antén. A pokud by došlo k nějaké nepředvídatelné situaci, v jejímž důsledku by se sonda přepnula do tzv. bezpečného režimu, opět by přišly ke slovu tyto dvě malé antény. Zde na Zemi se o spojení se sondou postarají pozemské komunikační stanice ESA i NASA.
Celou činnost sondy řídí počítač, který se stará o data získaná přístroji, zpracovává informace senzorů o jednotlivých systémech a zajišťuje plnění pokynů vydaných pozemským řídícím týmem. Pro uskladnění získaných dat má navíc k dispozici záznamník s kapacitou 12 GB.
Venuše možná skrývá pod svým oblačným závojem nejedno překvapení. Věřme tedy, že sonda Venus Express bude pracovat podle představ svých stavitelů a tato překvapení pro nás odhalí.
Přístroje na palubě sondy:
ASPERA – přístroj pro studium interakce slunečního větru s atmosférou planety
MAG – magnetometr pro měření magnetického pole kolem planety
PFS – spektrometr pro měření vertikálních teplotních profilů v atmosféře, složení atmosféry a detekci vulkanické aktivity
SPICAV – vícekanálový spektrometr určený ke sledování přítomnosti vodní páry, molekulárního kyslíku a sloučenin síry
VeRa – rádiový experiment pro zjišťování hustoty, teploty a tlaku v horní atmosféře a také studium sluneční koróny
VIRTIS – vícekanálový spektrometr pro studium složení spodní atmosféry a sledování dynamiky oblaků
VMC – kamera pro snímkování ve viditelném, infračerveném a ultrafialovém záření, pořizování globálních snímků a sledování pohybů oblačnosti
Technické parametry sondy
Rozměry 1,5 x 1,8 x 1,4 m
Hmotnost na startu 1270 kg
– přístroje 93 kg
– palivo 570 kg
Solární panely 5,7 m2
– generující 800 W (v okolí Země)
1100 W (u Venuše)
Baterie 3x Li-On
Předchozí sondy k Venuši
Relativní blízkost Venuše od Země vedla k tomu, že už v šedesátých letech 20. století začaly Sovětský svaz i Spojené státy posílat sondy k této planetě. Zpočátku se jednalo o rychlé průlety kolem ní, později došlo i na oběžnice, vysazení modulů do její atmosféry či dokonce na povrch. Úspěšně zde přistály sovětské sondy Veněra, v extrémních podmínkách tu panujících ovšem nevydržely pracovat příliš dlouho.
Zatím poslední výpravou k Venuši byl Magellan, který v letech 1990 – 1994 zmapoval radarem téměř 100% povrchu planety v rozlišení 300 m/pixel. Nesmíme ještě zapomenout na sondy Galileo a Cassini, které využily gravitačního pole planety pro získaní rychlosti při cestě k Jupiteru, respektive Saturnu a při blízkých průletech se rovněž věnovaly pozorování planety.
Srovnání Venuše a Země
Hmotnost 4,87 x 1024 kg 5,98 x 1024 kg
Rovníkový poloměr 6052 km 6378 km
Střední hustota 5250 kg/m3 5520 kg/m3
Průměrná vzdálenost od Slunce 108 miliónů km 150 miliónů km
Rotační perioda 243 (pozemských) dnů 23 hodin 56 minut
Délka roku 225 (pozemských) dnů 365,25 dne
Průměrná povrchová teplota 465 ºC 15 ºC
Atmosférický tlak na povrchu 90 barů 1 bar
Nejvyšší bod 17 km (Maxwell Montes) 8,8 km (Mt. Everest)
Gravitační zrychlení na povrchu 8,9 m/s2 9,8 m/s2
