Výzkum Venuše – 1. díl

Ta jasná hvězda, která se jako bludný poutník pomalu sune mezi hvězdami, musela lidi poutat od pradávna. Ovšem o její podstatě neměli šanci zjistit vůbec nic. Snad jen, že tento bludný poutník není jediný a že tyto objekty od svého putování po obloze dostaly název planety.

Mimořádná jasnost, která řadí Venuši po Slunci a Měsíci na třetí místo mezi objekty oblohy, umožňuje pozorovat tuto planetu i během jasného dne, zvláště pokud je pěkně modrá obloha, je úhlově dál od Slunce a víme, kam se podívat. Z této jasnosti se už v minulosti dalo usuzovat na to, že jde o objekt Zemi nejbližší, což platí samozřejmě především v době, kdy je na své oběžné dráze poblíž tzv. dolní konjunkce, tedy mezi Zemí a Sluncem. Přesně na Slunce se však trefí v průměru jen dvakrát za sto let a ještě ke všemu vždy ve dvojici krátce po sobě jdoucích přechodů. Kdo neměl to štěstí pozorovat přechody v letech 2004 a 2012, pravděpodobně už tento úkaz za svého života neuvidí. Kotouček Venuše je tehdy tak velký, že je viditelná pouhým okem a byl to opravdu mimořádný zážitek, zvláště ve spojení s magickým východem Slunce.

První pozorování

Ale jaký to musel asi být pocit, když před zhruba 400 lety namířil Galileo Galilei tehdy čerstvou novinku, dalekohled, na tuto jasnou hvězdu a spatřil cosi jako malý Měsíc? Vyjdeme-li z předpokladu, že zkoumal vše, co bylo dostupné a že Venuše se počátkem roku 1610 blížila horní konjunkci, musel ji spatřit jako malý kotouček podobný Měsíci v úplňku. A jestli ji poté pozoroval v průběhu roku, když se vynořila na večerní obloze a postupně rostl její průměr a fáze se zmenšovala ke čtvrti a do srpku, není pochyb, že na podzim téhož roku a případně v roce 1611 už měl v ruce nejdůležitější důkaz pro platnost Koperníkovy teorie o oběhu Venuše kolem Slunce, jinak by totiž nejevila všechny fáze. Jeho šifrovaný anagram pro tento objev „Cynthiae formas aemulatur Mater Amorum“ bychom mohli rozluštit asi jako „Matka Lásky napodobuje tvary Cynthie (Luny)“¹.

Jenže tím další objevy na dlouhá staletí skončily. Ač blízká planeta, pořád příliš vzdálená na pozorování dalších detailů? Ale proč? Vždyť na Marsu byly vidět světlé a tmavé skvrny i polární čepičky. Jupiter jevil pásy i zajímavý vír červené barvy. Zdálo se nepochybné, že Venuše musí být zahalena atmosférou, jinak by musely být viditelné nějaké změny na jejím povrchu. I dnes, s mnohem lepšími dalekohledy, hlásí někteří pozorovatelé, že Venuše jeví na kotoučku světlejší a tmavší místa, ale spíše se to jeví nepravděpodobné, ačkoli snímky v ultrafialové oblasti nějaké struktury oblak ukazují. Lidský zrak je totiž na tyto vlnové délky necitlivý a navíc se nechá snadno klamat, zvláště při velkém kontrastu světla a tmy.

Před sto lety

Co bylo tedy známo o Venuši po roce 1900? Byla to doba vznikajících velkých reflektorů a planetární astronomii dominovala vizuální pozorování přes obří čočkové dalekohledy. V této oblasti vynikal především Eugène Antoniadi. Jeho kresby Marsu představují dodnes nepřekonatelný vizuální výkon a to až do nástupu kvalitní astrofotografie a kosmických sond v druhé polovině dvacátého století. Podařilo se mu v nich vysvětlit kanály na Marsu jako optický klam vzniklý v menších dalekohledech. Snažil se rovněž o pozorování albedových útvarů na Merkuru a Venuši, ovšem ne tak úspěšně. U Merkuru se nechal zmást domněnkou, že má ke Slunci vázanou rotaci.

Jednu pomůcku, jak se o Venuši dozvědět více, astronomové té doby už přeci jen měli, a to už od století devatenáctého se rozvíjející obor spektroskopie. Tedy možnost, jak si osahat nedotknutelné objekty dalekého vesmíru. Najednou bylo možné zjistit z pouhého světla planety, z čeho je složeno a dokonce i jak se otáčí. A ukázalo se, že to, co nejspíš pozorujeme, je atmosféra a tím se dále ztížil další výzkum. Nadto určit už jen rotaci atmosféry bylo před sto lety velmi obtížné, šlo o to pozorovat jemný posun spektrálních čar podle toho, zda se oblaka otáčela směrem k nám, nebo od nás. Paradoxně existence atmosféry byla dokázána hned jako druhá po objevu fází. Při přechodu planety přes sluneční disk lze totiž pozorovat světlou linku sahající dovnitř slunečního kotouče a dále směrem ven. Nejlépe je patrná v polárních oblastech planety v době, kdy je planeta asi tak napůl venku nebo vevnitř. Tento vzácný zjev měl autor článku možnost osobně spatřit v červnu 2012 a nepochybně byl potvrzen již v roce 1882, kdy jej popsal Henry Russell a odhadl, že Venuše je obklopena neprůsvitnou atmosférickou vrstvou¹.

První fakta

Počátek 20. století nám tedy napověděl, že vizuálně už toho o Venuši mnoho nezjistíme. Obrovský posun tedy znamenala až léta padesátá v podobě výzkumu radarem a šedesátá s prvními kosmickými sondami. Ještě nedlouho předtím se předpokládalo, i vzhledem k neproniknutelné atmosféře, že by snad na Venuši mohly být oceány a celkem snesitelné prostředí k životu. První mikrovlnná měření z května až června 1956, však znamenala úplný zvrat². Odhalila totiž teploty přibližně 300 ± 100 °C.

Pokud jde o radarová osahávání Venuše a tím i zjišťování rotace planety, potom první taková pozorování se uskutečnila poblíž dolní konjunkce v roce 1961. Zapojily se radary v Goldstone v Kalifornii, Jodrell Bank v Británii a Jevpatorijský radar v Sovětském svazu na Krymu. Pozdější měření údaje dále zpřesňovaly, až bylo v roce 1964 jasné, že rotace planety je tzv. retrográdní, tedy opačným směrem, než obíhá planeta kolem Slunce. Nadto je rotace velmi pomalá. Činí 243,1 pozemského dne. Přitom oběh kolem Slunce Venuši trvá 224,7 dnů, což je pozoruhodný zjev. Pozorování radarem rovněž upřesnila měření velikosti planety. Ta byla nalezena o několik desítek km menší, než se dařilo měřit v dalekohledu, a sice 12 104 km v průměru. Pozorování radarem však spadají do éry počátků kosmonautiky a tím i letů k této planetě.

Vydáváme se k planetám

První kosmické sondy směřovaly logicky k našemu souputníkovi. Připomenout můžeme program Luna, který začíná v roce 1959. Již o rok později se podařilo zkoumat meziplanetární prostor mezi Zemí a Venuší a rok 1962 přinesl historicky první průlet kolem jiné planety.

Pioneer 5

Náš přehled zmiňuje, podobně jako seriál³, na který se pokusíme navázat, také tuto sondu, ačkoli přímo k Venuši neletěla. Sonda Pioneer 5 totiž na rozdíl od svých předchůdkyň neletěla k Měsíci, ale vydala se už v březnu 1960 do meziplanetárního prostoru blíže ke Slunci.

Pioneer 5 startoval 11. 3. 1960 pomocí rakety Thor-Able z Mysu Canaveral a měl hmotnost pouze 43 kg, protože raketa o mnoho více hmoty na únikovou dráhu dostat neuměla. Sonda byla stabilizována pomocí rotace a pohybovala se v prostředí mezi Zemí a Venuší, kde měřila magnetické pole, částice letící ze Slunce a ionizaci meziplanetárního prostoru. Zároveň byla vhodným zkušebním tělesem pro dálkovou komunikaci. Podle vzdálenosti a velikosti přijímací antény mohla komunikovat rychlostmi 1, 8 nebo 64 bitů za sekundu. Rekordní spojení proběhlo na vzdálenost 36 mil. km, a to 26. 6. 1960, kdy se sondou bylo komunikováno naposledy.

Sonda komunikovala standardně několikrát denně do 30. dubna a poté už jen občasně. Z hlediska výzkumu Venuše je zajímavé, že sonda jako první zkoumala prostředí, ve kterém se měly pohybovat další sondy, nebo kde se pohybuje Venuše, a zároveň ukázala na možnost komunikace ve vzdálenostech, v nichž mělo být potřeba přenášet data, až se sondy vydají k Venuši (vzdálenost oběžných drah Venuše a Země je ještě větší, asi 40 mil. km, ale určitou představu, jaké obtíže bude třeba překonat, to jistě dalo).

První průlety

Program Veněra je bezpochyby výkladní skříní sovětské nepilotované kosmonautiky, pokud odhlédneme od prvotního výzkumu Měsíce. Sověti dokázali přinést první skutečná data z atmosféry i povrchu samotného. Začátky výzkumu však nebyly jednoduché. Sondy často nedoletěly ke svému cíli kvůli selhání nosné rakety nebo během letu. Název sond jinak dobře vystihuje jejich účel, tedy let k planetě pojmenované po bohyni lásky, ale též staroslovanské bohyni plodnosti a manželství.

Sputnik 7 a Veněra 1

První meziplanetární sondy k Venuši byly připraveny ke startu v únoru 1961. Start rakety Molnija 4. února však znamenal pouze vynesení další umělé družice Země, proto byl na západě označen jako Sputnik 7, ačkoli ve skutečnosti to byl první pokus o let k Venuši. Pro selhání napájení časovače motorů čtvrtého stupně nosné rakety se však na meziplanetární dráhu sonda nedostala a koncem února zanikla v atmosféře. Nosič Molnija je ve své podstatě modifikací úspěšného nosiče rodiny raket R-7 (Semjorky). Jediným problémem tak evidentně bylo, že často nefungoval urychlovací čtvrtý stupeň.⁵

Sověti ovšem obvykle konstruovali vždy nejméně dva exempláře, v tomto případě pracovně označované jako 1VA č. 1 a č. 2. Proto hned 12. února 1961 došlo k druhému startu, někdy označovaného jako Sputnik 8, ale dnes samozřejmě jako Veněra 1, protože při tomto startu došlo k úspěšnému navedení sondy na dráhu k Venuši. Sonda se bohužel odmlčela už 27. února, když byla 4 mil. km od Země, takže nepřinesla žádná data o planetě, ale jednalo se o historicky první průlet kolem Venuše. Ten se odehrál 19. května 1961 ve vzdálenosti méně než 100 tisíc km od planety. Sonda alespoň stihla potvrdit existenci slunečního větru v meziplanetárním prostoru. Sonda byla stabilizována pomocí rotace a dále pomocí čidel ke Slunci a hvězdě Canopus, přičemž u Venuše se měla řídit i pomocí Země. Odhaduje se, že selhalo sluneční čidlo kvůli přehřátí a to vedlo ke ztrátě spojení. Kdyby nedošlo k selhání, šlo o první sondu, která by data k Zemi předávala pomocí parabolické antény.^6,7

Mariner 1 a 2

První americký program meziplanetárních letů se jmenoval Mariner. Jeho cílem nebyla jenom Venuše, ale později také Mars a Merkur. Na odkaz Marinerů navázaly plány průletu kolem několika obřích plynných planet. V průběhu realizace byly tyto sondy přejmenovány na Voyager, ale to už je jiný příběh.

Mariner 1 byla tedy první americká sonda, určená na průzkum Venuše. Nebyly by to ale začátky kosmonautiky, aby i zde nedošlo k selhání. Start se uskutečnil 22. července 1962 pomocí nosné rakety Atlas-Agena. Vrchní stupeň Agena je určitě čtenářům znám jako setkávací cíl letů Gemini. V případě startu prvního Marineru však vznikl problém s naváděcím systémem rakety a ta byla proto ve 295. sekundě po startu dálkovým povelem zničena.

Mariner 2 byl k dispozici hned o 5 týdnů později, protože šlo o sesterskou sondu. Start se uskutečnil 27. srpna 1962. Tentokrát proběhl bez problémů a sonda byla navedena na dráhu k Venuši. Tato sonda používala tříosou stabilizaci a orientaci na Slunce a Zemi. Během přeletu zažila pár zajímavých situací, jako třeba ztrátu orientace, možná po střetu s kosmickým tělískem, nebo náhlou ztrátu energie z jednoho solárního panelu, která byla posléze obnovena. Čtrnáct dnů po této poruše se však tento solární panel odebral do věčných lovišť úplně, ale to naštěstí nevadilo, protože sonda už se blížila Venuši a blíže ke Slunci si vystačila jen s jedním.

Slavný okamžik nastal 14. prosince 1962, kdy Mariner 2 nejen prolétl kolem Venuše (ve vzdálenosti 34 773 km), ale také jako první meziplanetární sonda naměřil první vědecká data. Radiometr na palubě zjišťoval teplotu na zastíněné straně, na terminátoru i osvětlené polokouli. Hodnoty kolem 220 °C až 320 °C dobře korespondují s předchozím zjištěním ze Země. Zjištění magnetometru vedla k závěru, že nedošlo k žádné podstatné změně magnetického pole během přeletu a průletu kolem Venuše, což by znamenalo, že planeta magnetické pole nemá. Z předaných dat byla také zjištěna pomalá retrográdní rotace Venuše a složení atmosféry s hlavní složkou oxidem uhličitým. Výška oblačné vrstvy byla určena na 60 km.^8,9

Sputnik 11, 12 a 13

Také Sověti během roku 1962 nezaháleli a k Venuši se měly vydat tři sondy. První dvě měly za úkol vstoupit do atmosféry, třetí byla průletová. Ovšem starty nebyly úspěšné, a tak je známe jen pod provizorními jmény. Sondy byly z novější výrobní série označované jako 2MV (Mars-Venera) a startovaly také pomocí nosné rakety Molnija. Sondy startovaly mezi 28. srpnem a 14. zářím 1962.

V případě letu sondy označované jako Sputnik 11 opět selhal až čtvrtý stupeň rakety, označovaný jako Blok-L. Konkrétně jeden z jeho pomocných motorů, starajících se o zážeh. Stupeň se tak dostal do nekontrolované rotace a sonda následně zanikla v atmosféře. Sputnik 12 postihl podobný osud, ovšem tentokrát se u Bloku-L neotevřel palivový ventil. Sputnik 13 to měl ještě smůlovatější, protože došlo k explozi pomocného motorku třetího stupně, a i když se 4. stupeň dostal na oběžnou dráhu, tak v turbočerpadle se objevily bubliny kyslíku a tak pracoval jen 0,8 sekundy a pak se vypnul. Po těchto pokusech nastala pauza trvající jen něco přes rok.^10,11,12

Projekt Zond (3MV-1)

Sověti nezaháleli a v rychlém sledu připravovali další sondy k Venuši. Tentokrát šlo o sondy nové řady 3MV, neboli Zond, které byly určeny k průletu kolem Venuše. První z nich startovala 11. listopadu 1963 na raketě Molnija-M. Protože došlo opět k selhání na třetím stupni rakety a následně sonda zanikla už 14. listopadu v atmosféře, nebylo příliš jasné, jaký měla účel a proto ji najdeme vedenou pouze jako Kosmos 21 (také 3MV-1A č. 2). Ještě v roce 1996 uveřejnila RKK Eněrgia, že sonda měla za účel let k Marsu, ačkoli je zřejmé, že v té době nebylo vhodné postavení Marsu a Země. Nakonec v roce 2011 bylo definitivně z uveřejněných dokumentů jasné, že šlo o sondu k Venuši.¹³

Vzhledem k tomuto neúspěchu byla další sonda označená jako 3MV-1A č. 4A „uzemněna“ a start další se posunul na únor 1964. Motory rakety Molnija-M se na Bajkonuru rozburácely 19. února 1964. Ani tentokrát však sonda neměla štěstí. Na třetím stupni došlo k úniku silně podchlazeného kyslíku k palivovému potrubí, které zamrzalo a následně došlo k výbuchu. Trosky rakety s družicí skončily na Sibiři.¹⁴

Pokračováním příběhu řady 3MV byl start 27. března 1964, kdy startovala sonda 3MV-1 č. 5, též Kosmos 27. Sondu tvořily dvě části o hmotnosti 950 kg s přistávacím modulem o hmotnosti 285 kg. Ten měl sestoupit do atmosféry po balistické dráze a následně měl být brzděn na padáku. Ačkoli došlo opět k selhání nosné rakety, Sověti měli na rozdíl od předchozích pokusů skvělého pomocníka, a sice zapisovač telemetrických dat. A tak byla při následujícím přeletu kosmodromu data stažena a technici se mohli dozvědět, co stálo za tímto selháním. Příčinou bylo selhání stabilizačního systému 4. stupně v důsledku přerušení dodávky elektrického proudu. Stupeň se tedy nemohl zažehnout. Pozorovatelé odhadovali, že jde o sondu k Venuši, ovšem neměli tušení, že nesla i přistávací modul. Sonda zanikla den po startu v atmosféře.¹⁵

Další pokus následoval 2. dubna 1964. Raketa Molnija-M vynesla sondu s pracovním označením 3MV-1 č. 4, též Zond 1. Ta byla identická s předchozím Kosmosem 27. Raketa tentokrát pracovala bezchybně a totéž platilo i pro čtvrtý stupeň. Jediný problém, ovšem zásadní byl, že při oddělení od Bloku-L (čtvrtého stupně), došlo k úniku z hermetické části a postupně zde klesal tlak. Protože přístroje uvnitř nebyly navrženy pro práci ve vakuu, nutně to muselo vést k selhání. Z toho důvodu nebylo vhodné označit misi jako Veněra 2, ale ani jako Kosmos. Tím vzniklo označení Zond 1. Komunikace se sondou probíhala i v květnu 1964. Sonda se též dokázala stabilizovat. To vše díky bateriím a vysílači v přistávacím modulu. Díky tomu pozemní tým provedl dva korekční manévry, jeden ve vzdálenosti 560 tisíc a druhý 14 mil. km od Země. Druhý zážeh však netrval tak, jak bylo plánováno. Během dalšího letu došlo k selhání navigace podle hvězd a přešlo se na stabilizaci pomocí gyroskopů. Díky tomu mohla pokračovat komunikace se sondou až do poloviny června. To už zbýval jen měsíc do průletu kolem Venuše. Více jsme se však o sondě nedozvěděli a tak jen víme, že proletěla 19. 7. 1964 kolem planety asi 110 tisíc km daleko.¹⁶

Ačkoli předchozí pokusy zaznamenaly mnohé neúspěchy, především na sovětské straně, základní cíl, tedy přelet k Venuši a průlet kolem ní, se povedl alespoň v případě amerického Marineru a sovětských sond Zond 1 a Veněra 1 a 2. Do roku 1965 jsme tak věděli, že měření ze Země jsou v souladu s měřením sondy Mariner 2. Definitivně bylo zřejmé, že Venuše není sestrou Země a panuje zde obrovský tlak a nesmírně vysoká teplota pod hustou oblačnou přikrývkou. Nezměrné úsilí Sovětů vyvrcholilo v dalších letech prvním úspěšným zásahem jiné planety i prvním úspěšným přistáním na Venuši. O tom ale až příště.

Zdroje:

¹ NEWCOMB, Simon. Astronomy for everybody. New York: McClure, Phillips & Co., 1902

² Mayer, C. H.; McCullough, T. P.; Sloanaker, R. M. Observations of Venus at 3.15-CM Wave Length. Astrophysical Journal, vol. 127, 01/1958

³ Historie dobývání Venuše. IAN [online]. 2005 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=1559

⁴ Pioneer 5. NSSDCA [online]. 2016 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1960-001A

⁵ Sputnik (7). Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1961/002A.HTM

⁶ Venera 1. Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1961/003A.HTM

⁷ Venera 1. Wikipedia [online]. 2016 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Venera_1

⁸ Mariner 2. Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1962/041A.HTM

⁹ Mariner 2. Wikipedia [online]. 2016 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/Mariner_2#Scientific_observations

¹⁰ Sputnik (11). Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1962/040A.HTM

¹¹ Sputnik (12). Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1962/043C.HTM

¹² Sputnik (13). Encyklopedie družic / Space 40 [online]. 2011 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.lib.cas.cz/space.40/1962/045A.HTM

¹³ Mission of Kosmos-21. RussianSpaceWeb.com [online]. 2014 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.russianspaceweb.com/3mv_kosmos21.html

¹⁴ The 3MV-1A No. 4A launch attempt. RussianSpaceWeb.com [online]. 2014 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.russianspaceweb.com/3mv_1a4a.html

¹⁵ Mission of Kosmos-27. RussianSpaceWeb.com [online]. 2014 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.russianspaceweb.com/3mv_kosmos27.html

¹⁶ The mission of Zond-1. RussianSpaceWeb.com [online]. 2014 [cit. 1. 5. 2016]. Dostupné z: http://www.russianspaceweb.com/3mv_zond1.html

Převzato: Kosmonautix.cz