Ve čtvrtek 30. dubna 2015 dopadlo před půl desátou hodinou večerní našeho času na povrch Merkuru těleso o hmotnosti přes 500 kg. Merkur není chráněn prakticky žádnou atmosférou, takže jeho povrch je na neustálé bombardování nepochybně zvyklý. Přesto zažil za bezmála 4,5 miliardy let své existence premiéru, neboť to bylo poprvé, co na Merkur dopadlo umělé těleso. Byla jím meziplanetární sonda Messenger. Marně čekaly antény Sítě dálkového spojení, zda nezachytí signál sondy, která by se vynořila z radiového stínu. Byla by to bezesporu smutná událost, kdyby dopad sondy nebyl předem plánovaný. Využijme tuto událost k rekapitulaci její mise, během které vykonala celkem 4 104 oběhů nad povrchem první planety sluneční soustavy.
Messenger pozoruje Rachmaninovu pánev na Merkuru. Umělecká vize NASA.
|
MESSENGER – sonda NASA, která zkoumala planetu Merkur. Startovala v srpnu 2004, v letech 2006 a 2007 prolétla dvakrát kolem Venuše. Kolem Merkuru poprvé prolétla v lednu 2008. Další průlety proběhly v říjnu 2008 a září 2009. V březnu 2011 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Merkuru a od té doby prováděla komplexní měření. Název sondy je zkratkou z anglického MErcury, Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging. Sonda ukončila svou činnost 30. dubna 2015 řízeným pádem na povrch planety. NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. Merkur – planeta nejbližší Slunci. Je to skalnatá planeta, posetá krátery podobně jako náš Měsíc. Jde o nejmenší planetu vůbec. Je téměř bez atmosféry. Teplota povrchu tohoto tělesa kolísá mezi −180 °C a 430 °C. Merkur se otočí kolem vlastní osy jednou za 59 našich dní. Jeho doba oběhu kolem Slunce trvá 88 dní. Jde o příklad vázané rotace (spinorbitální interakce) v poměru 2:3 způsobené slapovými silami. Dráha Merkuru kolem Slunce je protáhlá elipsa, která se stáčí vlivem přítomnosti ostatních planet. Malá část stáčení perihelia dráhy (43″ za století) je způsobena efekty obecné relativity. Magnetosféra – oblast magnetického vlivu planety nebo jiného nebeského tělesa. U naší Země je dipólové magnetické pole vytvářeno v jádru elektrickými proudy o řádové hodnotě 109 A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféry planet jsou přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru. |
Sonda MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging mission) se na svou vesmírnou pouť vydala 3. srpna 2004, kdy byla z Mysu Canaveral vypuštěna na palubě nosiče Delta II. Přestože Zemi a Merkur dělí průměrná vzdálenost 150 milionů kilometrů, trvala cesta na oběžnou dráhu Merkuru více než 6,5 roku, což je o 6 měsíců déle než doba, jakou cestovala slavná sonda Galileo k Jupiteru, který je v průměrné vzdálenosti pětkrát větší. Důvod této zjevné neúměry je zřejmý, pokud si porovnáme únikovou rychlost sondy ze Země (11,2 km/s), kterou musí sonda dosáhnout, aby se mohla vydat k Merkuru, a únikovou rychlost z Merkuru (4,3 km/s), pod kterou musí být sonda zbržděna, aby tuto planetu obíhala. Pokud si navíc uvědomíme, že sonda se při nejjednodušší trajektorii nachází na vysoce excentrické dráze s přísluním poblíž dráhy Merkuru, je rychlost sondy v přísluní asi desetkrát vyšší, než je horní mez pro oběžnou dráhu Merkuru. Zbrždění sondy na desetinu původní rychlosti by si vyžádalo obrovské množství paliva, což by náklady na celou misi neúměrně prodražilo. Z toho důvodu byla rychlost sondy před finálním bržděním pomocí motorů snížena gravitací planet při opakovaných průletech v jejich blízkosti (jedná se tedy o opak „gravitačního praku“). Úspora nákladů na palivo je však vykoupena delší dobou letu. Messenger se tak rok po svém startu vrátil k Zemi (2. srpna 2005), následovaly dva průlety okolo Venuše (24. října 2006 a 5. června 2007). Ještě na heliocentrické dráze prolétl Messenger třikrát kolem Merkuru (14. ledna 2008, 6. října 2008 a 29. září 2009) a teprve 18. března 2011 byl zahájen manévr, během kterého byla sonda čtvrthodinovým bržděním motorem navedena na oběžnou dráhu planety. Tato dráha byla vysoce excentrická – zatímco v apocentru se Messenger vzdaloval až na 15 000 km od Merkuru, v pericentru ji doslova pohlcovalo horko sálající z povrchu planety, vzdáleného pouhých 200 km.
Na tomto videu si můžete prohlédnout, jak složité byly manévry prováděné
při letu sondy Messenger. Zdroj: NASA. (mp4/h264, 4 MB)
Merkur před Messengerem...
Před příletem Messengeru byl Merkur z vesmíru zkoumán pouze při trojici průletů sondy Mariner 10 v letech 1974 – 1975. Mariner 10 poskytl snímky 45 % povrchu planety s rozlišením 1 km/pixel, objevil magnetické pole planety, zjistil přítomnost vodíku a hélia v tenké atmosféře (složení atomsféry bylo posléze na základě pozemních pozorování zpřesněno, v exosféře planety byla potvrzena přítomnost iontů sodíku, draslíku a vápníku). Rozbor radarových signálů pozemských přístrojů naznačil možnost přítomnosti ledu v permanentně zastíněných kráterech v polárních oblastech planety. Amplituda librací planety také naznačila, že Merkur má kapalné vnější jádro.
...a po něm
Z pohledu veřejnosti je jednoznačně největším objevem sondy Messenger faktické potvrzení přítomnosti vodního ledu na dně kráterů v polárních oblastech, kam nikdy nedopadá sluneční záření. Odhad objemu přítomné vody se pohybuje v rozmezí 100÷1000 km3, což je asi jedna desetimilióntina až milióntina objemu vody na Zemi. Tato voda má zřejmě původ zejména v planetkách z vnějších oblastí Hlavního pásu, destabilizovaných gravitačními perturbacemi Jupiterem, které vyvolaly tzv. pozdní těžké bombardování vnitřních planet sluneční soustavy (podrobnější informace o této fázi vývoje sluneční soustavy nalezne čtenář v AB 3/2015).
| Obrázek severní polární oblasti Merkuru, vzniklý složením více snímků. Oblasti vysokého radarového odrazu z pozemských přístrojů jsou vyznačeny žlutě, oblasti, které se během všech průletů Messengeru nacházely ve stínu, jsou vyznačeny oranžově. Je patrné, že všechna místa vysoké radarové odezvy leží na permanentně zastíněných místech, což podporuje hypotézu o tom, že jsou tvořeny vodním ledem. Zdroj: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Carnegie Institution of Washington, National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory. |
První spektroskopická analýza povrchu odhalila, že složení křemičitanové části planety se odlišuje od ostatních terestrických planet, zejména nízkým obsahem železa na povrchu. Svým složením se horniny na povrchu nejvíce podobají pozemskému komatiitu, vyvřelé horniny tvořené utuhnutým vysokoteplotním magmatem, pocházejícím z velkých hloubek. Povrch planety také obsahuje vyšší procento těkavých prvků, než kolik vyplývá z modelů vzniku a vývoje planet. Například obsah síry v povrchových horninách je přibližně o řád větší než na Zemi nebo Marsu. Podrobné snímkování povrchu planety s rozlišením až 10 m/pixel odhalilo pozůstatky rozsáhlé vulkanické činnosti, jako jsou rozsáhlé planiny tvořené utuhlou lávou, nebo vulkanické nánosy, které vznikly výrony pyroklastických proudů, tvořených směsí plynů, magmatu a sopečného popela, vytvořených při sopečných explozích. V oblasti usazenin uvnitř kráterů jsou přítomny propadliny, jejichž okolí je na snímcích velmi světlé. Vznikly pravděpodobně únikem těkavých látek v geologicky nedávné době. Tektonická minulost Merkuru byla ovlivněna zejména deformacemi spojenými s kontrakcí planety při jejím chladnutí. Odhadovaný průměr před kontrakcí Merkuru je přibližně o 20 km větší než ten dnešní. Tektonika planety však také byla silně ovlivněna deformacemi při vzniku dopadových kráterů a impaktních pánví.
| Chladnutí planety po její akreci způsobilo zmenšení objemu, na což kůra Merkuru reagovala vytvořením četných zlomů, které vytvořily útesy, jako je tento, táhnoucí se z levého dolního rohu směrem vpravo nahoru. Barevné kódování odpovídá topografické výšce – červená nad ideálním povrchem planety, modrá pod ním. Zdroj: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Carnegie Institution of Washington. |
| V oblasti impaktové pánve Raditaldi se nachází podivné útvary, připomínající „vyžrané díry“. Vznikly patrně lokální erozí, způsobenou únikem těkavých složek. Zdroj: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Carnegie Institution of Washington. |
Magnetické pole Merkuru má v prvním přiblížení dipólovou strukturu, která je samozřejmě prostorově silně deformována interakcí se slunečním větrem, což ostatně není překvapivé. Zajímavé ale je rozložení indukčních čar procházejících povrchem planety, tedy závislost magnetické indukce na magnetické šířce. Na severu se magnetické siločáry dostávají blíže k magnetickém pólu planety než na jihu. Díky této asymetrii vzhledem ke geografickému rovníku planety je magnetické pole na severní polokouli planety přibližně třikrát silnější než na polokouli jižní. Magnetický rovník planety je vůči geografickému posunut o 500 km (0,2 poloměru planety) severním směrem a tuto asymetrii si pole zachovává i ve vzdáleném magnetickém ohonu planety. Takováto asymetrie nebyla zatím pozorována u žádné jiné planety a nevyplývá ani z modelu planetárního dynama. Obrovské železné jádro planety zaujímá 85 % jejího poloměru a je zčásti kapalné, velikost tuhého vnitřního jádra však není známa. Narozdíl od zemského jádra je však jádro Merkuru obklopeno ještě vrstvou pevného sulfidu železnatého, která teprve dosedá na silikátový plášť.
Model planetárního dynama předpokládá, že magnetické pole je generováno díky konvektivnímu proudění ve vnějším jádru. Hnací silou konvekce je potom radiativní ochlazování povrchu planety. Jenže z měření vyplývá, že plášť planety má všude zhruba stejnou tloušťku, takže asymetrií konvektivnho proudění v severní a jižní polokouli planety asymetrii magnetického pole vysvětlit nelze. Numerické simulace magnetohydrodynamického dynama ukázaly, že kvazi-stabilní asymetrie magnetického pole lze docílit za předpokladu, že jsou zdroje konvekce rozmístěny v celém objemu jádra (nejen na jeho hranici) a že tok tepla na rozhraní pláště a jádra je u rovníku vyšší než v ostatních částech planety. Na potvrzení této domněnky si budeme muset počkat nejméně do roku 2022, kdy by na oběžné dráze Merkuru měla zaparkovat euro-japonská sonda BepiColombo.
| Magnetické pole v okolí severního magnetického pólu planety je třikrát silnější než magnetické pole v okolí jižního pólu. Jižní magnetická „polární čepička“, kde jsou siločáry pole otevřené a napojují se na meziplanetární magnetické pole, je proto mnohme větší, než ta severní. Jižní polární oblasti jsou proto více vystaveny vlivům kosmického počasí, způsobeného dopadaním nabitých částic na povrch planety. Zdroj: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Carnegie Institution of Washington. |
Pouť sondy Messenger, zakončená dopadem na povrch tohoto nehostinného tělesa, významně rozšířila obzory našeho poznání. Po třiceti letech od návštěvy Marineru 10 jsme se konečně dozvěděli, jak vypadá celý povrch planety. Na mnoho otázek nám sonda odpověděla, ale, jak už to u vesmírných misí (naštěstí) bývá, mnoho nových sama otevřela, a tak se můžeme těšit na další výzkum této unikátní planety.
Odkazy
- John Hopkins University Applied Physics Laboratory: Messenger homepage
- NASA: Messenger homepage
- Jakub Rozehnal: O původu vody na Zemi; AB 3/2015
- Miroslav Horký: Model magnetosféry Merkuru a sonda MESSENGER; AB 16/2012
- Martin Batelka: MESSENGER – Návrat na Merkur; AB 35/2008
- Jana Sainerová: MESSENGER, posel dobrých zpráv o planetě Merkur; AB 2/2008
