V diskusi k mému předchozímu článku (více zde...)se objevily mj. příspěvky týkající se sond, které jsou na periferii sluneční soustavy. Kde vlastně končí náš vesmírný domov? Právě toto zjištění je jedním z úkolů rekordně vzdálených kosmických sond.
Oortova zásobárna planet
Při pohledu od sousedních hvězd je nejvzdálenější oblastí kolem Slunce řídká kulovitá obálka drobných těles, jejíž vnější část dosahuje až třetiny vzdálenosti k nejbližší hvězdě, tj. přes 100 000 AU (AU – astronomická jednotka, 149 597 870 km). Název nese po dánském astronomovi Janu Oortovi, který hypotézu o její existenci poprvé zveřejnil v roce 1950. Gravitační působení Slunce však převládá ve volném prostoru ještě třikrát dál, do vzdálenosti kolem 300 000 AU. Oortův oblak je pozůstatkem pradávné mlhoviny, z níž Slunce vzniklo a pro nás je zdrojem kometárních jader, které díky gravitaci okolních hvězd občas změní svou dráhu směrem ke Slunci. Tyto komety jsou většinou dlouhoperiodické a jejich úhel k rovině ekliptiky (tj. oběžné dráhy Země kolem Slunce) je náhodný, případně proletí kolem Slunce pouze jednou.
Není vyloučeno, že zatím jedinou známou planetkou pocházející z Oortova oblaku je Sedna. Její dráha (76 až 915 AU) je menší než vnitřní poloměr Oortova oblaku (kolem 50000 AU), ale to je pravděpodobně důsledek gravitačního působení hvězdy, která kdysi prolétla v blízkosti našeho Slunce.
Ve vzdálenosti přibližně 600 až 1000 AU od Slunce leží tzv. rozptýlený disk, v němž se pohybují tělesa s poměrně velkými sklony k rovině oběžných drah planet. Někteří astronomové tuto oblast považují za část Kuiperova pásu a nazývají ji Kuiperův rozptýlený pás a jeho tělesa označují jako objekty rozptýleného Kuiperova pásu).
Kuiperův (nebo též Edgeworthův-Kuiperův) pás je oblast ve Sluneční soustavě, která se nachází za dráhou Neptuna ve vzdálenosti přes 30 AU od Slunce. Je pojmenován po astronomovi Gerardu Kuiperovi, který v roce 1951 navrhl teorii o původu některých komet z bližší oblasti než Oortův oblak. Protože však podobnou myšlenku vyslovil o více než deset let dříve irský astronom Kenneth Edgeworth (1940), bývá někdy do názvu přidáváno i jeho jméno. Kuiperův pás je v podstatě úložiště planetezimál, tedy malých kamenných nebo ledových těles zformovaných při zrodu sluneční soustavy, ležící zhruba v rovině ekliptiky.
V současnosti je známo více než 1000 těles patřících do Kuiperova pásu (z nichž definitivní označení dostalo 100 těles), ale odhadujeme, že jich je kolem 700 000. Zpravidla mají velikost jen několik desítek až stovek kilometrů, avšak vyskytují se zde i tělesa o průměru několika tisíc kilometrů. Dvě z nich patří mezi trpasličí planety – Eris a Pluto (Pluto je od Slunce vzdáleno 39,5 ± 9,8 AU). Z Kuiperova pásu pocházejí také některé komety.
Heliosféra
Prostor kolem Slunce není samozřejmě prázdný; je tu meziplanetární prach, atomy plynu a dominuje v něm sluneční magnetické pole a částice slunečního větru. Sluneční vítr je proud částic, který všemi směry vychází ze Slunce. Jeho hlavním zdrojem je sluneční korona. Teplota sluneční korony je tak vysoká, že sluneční gravitace nedokáže částice slunečního větru udržet. Přesný mechanismus toho, jak mohou být částice slunečního větru urychlovány na rychlost průměrně 450 km/s (ale někdy i 800 až 1000 km/s) dosud neznáme. Sluneční vítr obsahuje protony, allfa částice (jádra hélia) a elektrony a jeho intenzita se zvyšuje po velkých slunečních erupcích.
Celé této rozsáhlé bublině, vytvářené slunečním větrem a unášené Sluncem mezihvězdným prostorem říkáme heliosféra. Není kulová, nýbrž má protáhlý tvar ve směru pohybu a podobá se obřímu vejci. V určité vzdálenosti od Slunce, kdesi za oběžnou dráhou Pluta, se sluneční vítr proudící nadzvukovou rychlostí poměrně prudce zpomaluje, protože naráží na atomy řídkého plynu z mezihvězdného prostředí, které tvoří asi 10% hmoty naší Galaxie. Je sice bilionkrát řidší, než nejlepší pozemské laboratorní vakuum, ale heliosféra se v něm pohybuje podobně, jako se pohybuje loď na vodě. Tam, kde rychlost slunečního větru klesá pod rychlost zvuku, vzniká rázová vlna. Předpokládáme, že ve směru pohybu Slunce se nachází asi 230 AU od nás.
Sluneční vítr se potom stáčí ve směru toku mezihvězdné hmoty a tvoří "ohon", podobný komě komety v blízkosti Slunce. Této oblasti s tokem pomalejším než je rychlost zvuku se říká heliosférická obálka. Její vnější povrch, kde se ionizovaný sluneční vítr setkává s mezihvězdnou hmotou, se nazývá heliopauza. Předpokládáme, že ve směru pohybu Slunce je od nás asi 100 až 120 AU. Údaje o poloze heliopauzy zřejmě nejsou konstantní a její okamžitá poloha závisí na intenzitě slunečního větru, související se sluneční aktivitou: heliopauza pod jeho tlakem neustále mění tvar, její vzdálenost od Slunce je v různých směrech různá a tedy ani hranice sluneční soustavy v prostoru nejsou neměnné.
Právě touto neklidnou oblastí nyní prolétá sonda Voyager 1 – v roce 2002 se už zdálo, že sluneční částice v okolí končí svůj „aktivní život“, aby vzápětí sondu znovu obklopil sluneční vítr. I když část přístrojů na sondě Voyager 1 dosud funguje, bohužel právě detektor plasmových vln, který by přímo měřil částice slunečního větru, je částečně porouchán. V každém případě jsou však sondy Voyager na nejlepší cestě proniknout ven z obří bubliny, kde převládne mezihvězdná hmota, tedy materiál vyvržený z okolních hvězd. Určitou představu o tomto dosud nezmapovaném území již astronomové mají. Hubbleův kosmický teleskop totiž pořídil snímek oblasti poblíž Velké mlhoviny v Orionu. Tam, ve vzdálenosti 1500 světelných roků od nás kolidují hvězdné větry dvou různých hvězd a vytvářejí podobnou rázovou vlnu.
Zprávy z periferie
Vnějším prostorem sluneční soustavy prolétají v současnosti čtyři kosmické sondy, které nám poskytly nesmírně cenné informace a provedly měření, s nimiž se původně při jejich startu vůbec nepočítalo, protože byly primárně určeny pro planetární výzkum.
Pioneer 10 startoval 3. 3. 1972, prolétl jako první sonda kolem Jupiteru (4. 12. 1973 ve výši 140 000 km nad hladinou mraků) a nyní, koncem ledna 2007, se nachází ve vzdálenosti 92,425 AU asi 3° severně od roviny eklitipky. Od Slunce se vzdaluje rychlostí 12,143 km/s, takže za rok urazí 2,561 AU; tato rychlost je téměř konstantní a zmenšuje se už jen nepatrně (od r. 2000 o necelých 100 m/s).
Přesná měření parametrů dráhy koncem 80. let prokázala, že za drahami Neptunu a Pluta se nenachází žádná další hmotnější planeta a v roce 1992 byla stejnou metodou zjištěna existence neznámého tělesa Kuiperova pásu, kolem kterého sonda prolétla (bohužel zobrazovací systém byl už mimo provoz). 31. 3. 1997 byl projekt formálně ukončen pro nedostatek finančních prostředků, avšak sledování sondy pokračovalo nejprve v rámci nácviku operací pro tehdy chystanou sondu Lunar Prospector, později pro kalibraci v projektu SETI Phoenix s využitím velkého radioteleskopu v Arecibo.
Roku 1998 stále ještě pracovaly dva přístroje – pro měření kosmického záření a detekci nabitých částic, ostatní byly pro úsporu elektrické energie postupně odpojeny. V srpnu 1999 se Pioneer 10 nacházel ve vzdálenosti 73,16 AU od Slunce, radiozotopický zdroj elektrické energie dosud fungoval (napětí v síti 27,5 V) a napájel jak telemetrický systém, tak poslední zapojený přístroj – Geigerův teleskop kosmického záření.
Poslední vědecké údaje byly na Zemi předány 27. 4. 2002 ze vzdálenosti 80,22 AU, kdy palubní napětí kleslo ze standardních 28 V na 26 V. Relace byla vysílána rychlostí 16 bit/s a stařičký James A. Van Allen získal po třiceti rocích posledních 33 minut záznamu dat kosmického záření. Principiálně podobný detektor byl umístěn již na první americké družici Explorer 1 v roce 1958 a Van Allen jím objevil pásy zvýšené radiace kolem Země, známé dnes jako „Van Allenovy pásy“. Od oněch časů snad nebylo dne, aby slavný profesor z Iowy neměl na svém stole čerstvé záznamy měření kosmického záření – nejprve z okolí Země a od počátku 70. let i ze vzdálenějšího prostoru... byl vědecky aktivní do pozdního věku a zemřel 9. 8. 2006, měsíc před svými 92. narozeninami.
Za dva milióny let ...
Signály Pioneeru 10 už poté nebylo možné dešifrovat. 22. 01. 2003 byl znovu vyslán na sondu povelový signál anténou v Goldstone o výkonu 325 kW a po 22 h 35 min byla zaznamenána odpověď ze vzdálenosti 82,15 AU od Slunce. Úroveň signálu byla –185 dBm, tj. na samé hranici citlivosti přijímače. Experti došli k závěru, že palubní napětí kleslo pod 24 V, což pro vysílač již nestačí. Další pokusy o navázání spojení –ani v únoru a březnu 2003, ani pro kontrolu v březnu 2006 – se už nezdařily.
Ztichlá sonda teď prolétá pustým, bezbřehým vesmírným oceánem. Za 126 tisíc let na ni přestane dominantně působit gravitační pole Slunce a Pioneer 10 vpluje do galaktického prostoru, aby se po dvou milionech let přiblížil ke hvězdě Aldebaran ve vzdálenosti 68 světelných roků.
Téměř identická sonda Pioneer 11 startovala 6. 4. 1973, prolétla kolem Jupiteru (3. 12. 1974 ve výši 42 828 km nad hladinou mraků) a poté „nad plán“ zamířila k Saturnu, kolem něhož prolétla 1. 9. 1979 ve výši 21 400 km nad hladinou mraků. Během 80. let byla většina přístrojů postupně odpojena pro úspory energie. Poslední přenos informací se uskutečnil 30. 9. 1995, poté se Země dostala mimo zorné pole antény, poslední slabý signál byl zřejmě krátce zachycen ještě v listopadu 1995.
Sonda se však sama už neuměla zacílit směrovanou anténou na Zemi a nejsme tudíž schopni zjistit, zda dosud vysílá – zřejmě již dávno nikoli. Nyní se nachází ve vzdálenosti 73,05 AU od Slunce na hyperbolické dráze se sklonem 14,5° severně od roviny ekliptiky a vzdaluje se rychlostí 11,54 km/s, tj. 2,434 AU za rok. Dlouhodobě směřuje na obloze do souhvězdí Orla; hvězdu Lambda Aql mine za čtyři miliony let.
Dál se nikdy žádný lidský výrobek nedostal
Dalšími vesmírnými poutníky se stala dvojice identických sond Voyager. Třikrát mohutnější, mnohem dokonalejší, plně stabilizované v prostoru.
Číslo 1 startoval 5. 9. 1977, číslo 2 už 20. 8. 1977, ale náskok mu podle plánu vydržel jen do 19. 12. 1977. Voyager 1 proletěl kolem Jupiteru 5. 3. 1979 ve vzdálenosti 349140 km, Saturnu 12. 11. 1980 ve vzdálenosti 186 420 km a pokračuje po hyperbolické dráze se sklonem 34,8° k rovině ekliptiky ven ze sluneční soustavy.
Od 17. února 1998 je nejvzdálenějším tělesem, které lidé vyrobili – předehnal totiž pomyslně Pioneera 10. Loni v létě (17. 8. 2006) tato sonda překročila vzdálenost 100 AU, tedy zhruba 15 miliard kilometrů od Slunce a nyní se nachází ve vzdálenosti 101,68 AU od Slunce, od něhož se vzdaluje rychlostí 17,13 km/s, takže za rok urazí 3,61 AU. Současnou vzdálenost od Země 102,13 AU překonává signál 14,16 hodin. Někdy kolem roku 2028 se předpokládá dosažení heliopauzy a přibližně za 40 tisíc let se relativně přiblíží (na vzdálenost 1,6 světelného roku) ke hvězdě AC+79 3888 v souhvězdí Žirafy.
Voyager 2 měl mnohem pestřejší osud – a také komplikovanější, protože už od listopadu 1978 funguje na záložní vysílač. 9. 7. 1979 proletěl ve vzdálenosti 721 880 km od Jupiteru a 26. 8. 1981 kolem Saturnu ve vzdálenosti 161 080 km od Saturnu. Průlet byl zvolen tak, aby tu došlo k dalšímu gravitačnímu urychlení, takže Voyager 2 zamířil ještě k Uranu (24. 1. 1986 ve vzdálenosti 107 090 km) a konečně k Neptunu (25. 8. 1989 ve vzdálenosti 29 215 km).
Nyní se nachází ve vzdálenosti 81,82 AU od Slunce, od něhož se po dráze se sklonem 31,2° na jih od ekliptiky vzdaluje rychlostí 15,56 km/s, takže za rok urazí 3,28 AU/rok. Cesta k Zemi, dlouhá 82,602 AU trvá signálům 11,45 hodin. Heliopauzy dosáhne kolem roku 2030, za téměř 100 tisíc let na ni přestane dominantně působit gravitační pole Slunce a v roce 296000 proletí kolem hvězdy Sirius, k níž se však nepřiblíží na víc než 4,3 světelného roku.
S oběma Voyagery je dosud udržováno oboustranné spojení, vysílají modulovaný signál a tedy i informace o prostředí, kterým prolétají. Oba dosud spolehlivě fungují a jsou od nich pravidelně přijímána data. Týdně věnuje síť Deep Space Network každému z nich nejméně 75 hodin, z toho 10 až 18 hodin jsou vytíženy největší, tj. 70 m antény.
Jak dlouho ještě? Pokud se nestane nic neočekávaného, mají obě sondy ještě pár let aktivního života před sebou. Do roku 2010 by mělo být zajištěno oboustranné vysokorychlostní rádiové spojení. Při obvyklé týdenní spotřebě hydrazinu zbývá dost pohonných látek pro systém stabilizace a orientace v prostoru (z původních 104 kg je nyní v nádržích 28,2, resp. 30,0 kg), které by mohly vystačit nejméně do roku 2025.
Termoelektrické generátory zvolna degradují: příkon po startu byl 475 W, koncem roku 1995 byl 341 W (resp. 345 W), koncem roku 2000 byl 315 W (resp. 317 W), v létě 2006 asi 290 W (resp. 291 W), takže při postupném odpojování přístrojů po roce 2016 by měla „šťáva“ vystačit nejméně do roku 2020. Slabý rádiový signál „majáku“ by měl být registrovatelný do roku 2025. Definitivní konec představuje zřejmě doba, kdy sluneční čidlo přestane rozlišovat Slunce od ostatních hvězd, tedy kolem roku 2030...
Noví poutníci se vydají na cestu
Konečně připomeňme, že 19. 1. 2006 se na cestu k Plutu vydala sonda New Horizons, která se odletovou rychlostí 16 km/s stala dosud nejrychlejším vypuštěným tělesem. Pouhých 9 hodin jí stačilo k dosažení Měsíce, 7. 4. 2006 proťala dráhu Marsu a 28. 2. 2007 proletí ve vzdálenosti 2,3 miliony km od Jupiteru poblíž dráhy měsíce Callisto - získá nejen nová data, ale i urychlení gravitačním manévrem. 8. 1. 2008 překříží dráhu Saturnu, 11. 3. 2011 protne dráhu Uranu, 24. 8. dráhu Neptunu a 14. 7. 2005 proletí v těsné blízkosti Pluta.
Počítá se však s další činností, při níž budou zkoumána dosud neobjevená tělesa Kuiperova pásu. Elektrickou energii dodává radioizotopický termoelektrický generátor, v němž jako zdroj tepelné energie slouží 11 kg oxidu plutoničitého 238PuO2: po startu byl příkon 240 W, v roce 2015 se počítá minimálně s 200 W. Konec aktivní činnosti se nepředpokládá dřív než kolem roku 2022. New Horizons je v této chvíli vzdálena 5,019 AU od Slunce, vůči němuž se pohybuje rychlostí 19,443 km/s a její dráha má sklon 0,7° k ekliptice; cestu k Zemi (5,523 AU) letí signál 0,77 hodiny.
Výzkum vnějšího prostoru tedy bude pokračovat. Počátkem 20. let 21. století by se měla na cestu vydat malá specializovaná sonda Interstellar Probe o hmotnosti asi 200 kg, která by byla urychlená na 14 AU za rok pomocí dvousetmetrové sluneční plachetnice a rozšířila naše poznatky až do vzdálenosti 400 AU...
 O autorovi:
Ing. Marcel GrünNarodil se 20. listopadu 1946 v Chebu. Vystudoval fakultu strojní ČVUT a pokračoval pedagogikou. Věnuje se zejm. výuce a popularizaci astronomie, kosmonautiky a kosmického výzkumu. Na svém kontě má několik knih a byl oceněn i jako popularizátor vědy; od r. 1999 nese jeho jméno planetka č. 10443. Desítky let působil v různých funkcích v České astronomické společnosti, nyní je mj. členem Rady pro kosmické aktivity při MŠMT, předsedou Sdružení hvězdáren a planetárií a předsedou dozorčí rady České kosmické kanceláře, u jejíhož zrodu stál. |
