Výzkum Venuše – 6. díl

Už víme, že mise dvojice Veněra 11 a 12 dopadla rozpačitě. Aby pouze úspěšně přistála přistávací pouzdra a něco měřila, to už se jeví ve světle dřívějších událostí, jako málo úspěšná záležitost. Přeci jenom se očekávalo, že se sondy pokusí také prozkoumat nějaké vzorky povrchu a navíc měly fotografovat povrch a to se vůbec neuskutečnilo. A tak se další dvojice sond Veněra měla hlavně pokusit napravit pověst lídra ve výzkumu povrchu Venuše.

Veněra 13 a 14

Pokud jde o samotné sondy, v základu nebylo příliš co měnit. Využita byla klasická úspěšná technologie průletové sondy, která uvolní přistávací pouzdro. Opět šlo o kouli ukrývající samotný přistávací modul stejné konstrukce s aerodynamickým brzdícím štítem. Nápadnou změnou prošel snad jen prstenec dole, kde přibyly kovové zuby, které měly za úkol během sestupu omezit nežádoucí kmity a otáčení modulu. Modifikace se pochopitelně dočkalo přístrojové vybavení – snahou bylo napravit chyby, které se udály při misi Veněry 11 a 12.

Průletový modul obsahoval opět jen omezený arzenál přístrojů, aby se ušetřila hmotnost pro landery. Tentokrát nesl hned dva detektory gama paprsků, jeden ve spolupráci s Francií. Dále na konci slunečního panelu byl rakouský magnetometr. Jinak, jako obvykle, zjišťoval vlastnosti slunečního větru a vysokoenergetických částic kosmického záření.

Přistávací modul nesl akcelerometry pro měření atmosféry od výšek 110 do 63 km a také pro měření dopadu na povrch. Měřil teplotu a tlak, dále obsahoval UV fotometr a plynový chromatograf pro zjištění složení atmosféry, hmotnostní spektrometr pro zjištění chemického a izotopového složení, a hydrometr měřil obsah vodních par. Výskyt aerosolů měřil opět nefelometr, jejich složení potom rentgenový fluorescenční spektrometr. Rozložení a spektrální charakteristiku záření měřil spektrofotometr. Experiment GROZA-2 měl opět detekovat případnou elektrickou aktivitu v atmosféře a nesl také mikrofon (mimo jiné pro detekci seismicity po přistání). Vítr se měřil z dopplerovského experimentu při přistání.

Na povrchu byly připraveny pracovat tyto přístroje/experimenty: dvě panoramatické barevné TV kamery, vrták a analýza nabraných vzorků, rentgenový fluorescenční spektrometr pro měření složení hornin, rotační kónický penetrometr pro zjištění vlastností půdy s možností měření elektrického odporu půdy a chemický indikátor oxidace.

Řada přístrojů byla vylepšena, nadto oxidační indikátor a hydrometr byly přidány nově. Klíčové vylepšení čekalo na krytky kamer a zlepšení se dočkalo i rádiové spojení, které umožnilo ještě rychlejší přenos dat a díky tomu mohly být kamery vybaveny filtry „clear“, R, G a B (barevné snímky). Plán byl nafotografovat okolí čtyřikrát během hodiny přes jednotlivé filtry, ovšem tak, že kdyby došlo k přerušení spojení už po 30 min, tak se snímalo nejdřív celé 180° panorama černobíle a potom vždy 60° sekce z panoramatu přes jednotlivé filtry.

Vrtací souprava pochopitelně musela vzít v úvahu teplotní roztažnost při teplotách kolem 500 °C na povrchu. Plán byl se během dvou minut provrtat do asi 3cm hloubky, odebrat asi 2 cm³ a odebrané vzorky prozkoumat do 30 minut plánované životnosti sondy. Informace o tempu vrtání měly poskytnout fyzikální charakteristiky vrtaného podloží.

Veněra 13

Start proběhl 30. října 1981 a postarala se o něj standardně raketa Proton-K s urychlovacím blokem D-1. 27. února 1982 bylo uvolněno přistávací pouzdro a to vstoupilo 1. března do atmosféry Venuše. Došlo k aerodynamickému brzdění a ve výšce 62 km byl odstřelen vrchní kryt a otevřen padák. Pracoval jen 9 minut a od výšky 47 km sestupovalo pouzdro jen s pomocí aerodynamického brzdného límce. Od otevření padáku až na povrch trval sestup asi hodinu. Dopad se uskutečnil rychlostí 7,5 m/s v hornatém terénu oblasti Phoebe regio na souřadnicích 7,55° j.š. a 303,69° v.d.

Veněra 14

Sonda odstartovala 4. listopadu 1981. Na rozdíl od třináctky potřebovala o jeden korekční manévr po cestě navíc, protože první neproběhl podle plánu. Přistávací pouzdro bylo uvolněno 3. března 1982 a o dva dny později vstoupilo do atmosféry. Vzhledem k pomalé rotaci planety dosedlo opět poměrně blízko k předchozímu v téže oblasti Venuše na souřadnicích 13,055° j.š. a 310,19° v.d.

Výsledky

Při přistávání byla zpřesněna měření v atmosféře. Bylo například zjištěno, že vodních par je více, než zjistily spektrometry Veněr 11 a 12, protože vlhkoměry byly v tomto přesnější. Nejvíce vody bylo obsaženo v oblačných vrstvách mezi 40 a 60 km. GROZA-2 potvrdil, že zaznamenaná elektrická aktivita z předchozích přistání nemohla pocházet od případných výbojů vzniklých na sondách, avšak samy nezaznamenaly žádnou bleskovou aktivitu.

Po přistání byly odstřeleny krytky kamer a historicky poprvé se to povedlo na obou stranách. Proběhly také ostatní experimenty a vysílání z povrchu trvalo rekordních 127 minut v případě Veněry 13 a 57 minut u Veněry 14. Penetrometr čtrnáctky bohužel dosedl přesně do místa, kde ležela odhozená krytka kamery. Obě sondy dosedly v místě pokrytém plochými balvany nebo výchozy hornin, mezi nimiž vidíme tmavý písek. Pouze u Veněry 13 bylo opět zaznamenáno zvíření prachu po přistání, který ale rychle sedl zpět. Kamery Veněry 13 tedy stihly odeslat všechna čtyři panoramata pro každý filtr a přes přítomnost kalibrační výklopné tyče je barva snímků jen co nejvíce přibližná realitě, protože není známa přesná kalibrace kamer pro teploty, tlak a světelné podmínky na povrchu. Barevné panorama stihla odeslat i Veněra 14.

Vrty z povrchu odhalily odlišné druhy bazaltů (výlevných hornin, podobných oceánskému dnu na Zemi). Veněra 13 naměřila bazalt bohatý na draslík, který je na Zemi poměrně vzácný, zatímco Veněra 14 naměřila naopak bazalt s malým obsahem draslíku a také menším zastoupením síry, což podle vědců naznačovalo na mladší horniny a také běžnější, například jako na středooceánských hřbetech na Zemi. Měření vodivosti povrchu ukázalo na překvapivě slušně vodivý materiál, někde na úrovni polovodičů. Měření oxidačních vlastností ukázalo na spíše redukční vlastnosti atmosféry bohaté na oxid uhličitý.

Teplota v místě přistání Veněry 13 byla 465 °C a tlak 89,5 atmosfér, zatímco v případě Veněry 14 to bylo 475 °C a tlak 93 atmosfér.

Poslední mise v programu Veněra

Ačkoli přehled programu Veněra se chýlí k závěru, stihneme se podívat ještě na dvě oběžnice Venuše s tímto názvem a nakonec i na dvě přistávací pouzdra, která na povrch dosedla, ale už v rámci mise Vega, který měl jako hlavní cíl návštěvu Halleyovy komety. Další dvě sondy dostaly za úkol usadit se na oběžné dráze a zmapovat podrobněji některé části povrchu Venuše.

Radarové mapy vznikaly již mezi roky 1967 a 1972, kdy se na Venuši zaměřily největší pozemské radary a složitou technikou dopplerovské metody a radarové interferometrie se jim podařilo detekovat struktury na povrchu, především vysoce odrazivé oblasti Alfa a Beta Regio.

Detailní radarovou misi plánovali také Američané už od konce sedmdesátých let, ovšem nakonec ji odložili a letěla až jako Magellan na konci let osmdesátých. Sověti také disponovali výkonným, ale také energeticky náročným a těžkým radarovým systémem, kterým byli schopni sledovat povrch Země. Ačkoli se nezdálo příliš pravděpodobné, že by jej dokázali upravit na lehčí variantu a poslat k Venuši, nakonec se jim to k roku 1983 povedlo a mise proběhla celkem dobře. Obě sondy byly úspěšné a při rozlišení 2 km zmapovaly severní šířky od 30° k pólu.

Veněra 15 a 16

Jak víme, první mapu Venuše pořídil Pioneer Venus v roce 1978. Její rozlišení bylo jen 150 km, ale každopádně to byl skvělý počin. Poblíž rovníku měřila v úzkém pásu s rozlišením 30 km. Měření byla použita pro výběr místa přistání Veněry 13 a 14. Veněry z roku 1983 byly navrženy k mapování pouze čtvrtiny povrchu, ovšem s rozlišením 2 km nebo lepším.

Pokud jde o konstrukci sond, poprvé od série Veněra 9 až 14 došlo ke změně tělesa sondy, protože bylo třeba jej prodloužit o jeden metr, aby se vešlo o 1300 kg více paliva, které umožnilo umístit tak těžkou sondu na oběžnou dráhu kolem Venuše (5300 kg sonda a 2500 kg palivo). Také množství dusíku pro orientační systém bylo navýšeno třikrát na 114 kg. Dále byla ke klasické dvojici solárních panelů přidána ještě jedna dvojice, aby bylo radar čím napájet. Komunikační parabolická anténa byla zvětšena z 1,6 na 2,6 metru a tím se podstatně zvýšila přenosová rychlost se Zemí z 6 na 108 kbit/s (pomocí 64 a 70m antén). Radar se syntetickou aperturou (SAR) umožňoval zaměřit úzký paprsek na povrch a provádět detailní mapování. Tvořila jej parabola 6×1,4 m. Vedle něj byla namontována menší metr veliká parabola pro rádiový výškoměr, který se díval 10° mimo snímaný radarový paprsek.

Mapování probíhalo vždy v době, kdy se sonda přiblížila povrchu a po dobu 16 minut se data zaznamenávala na dva magnetofonové pásky. Tím byl nasnímán pruh o šířce 120×7500 km. Anténa radarového výškoměru produkovala po zpřesnění data s výškovým rozlišením 50 metrů.

Kromě radaru a výškoměru stojí za zmínku ještě podrobně snímající východoněmecký spektrometr, který v mnoha vlnových délkách studoval teplotní rozložení v atmosféře od výšky 90 do 65 km, zastoupení aerosolů, vody a kyseliny sírové ve vrchních vrstvách oblačnosti a dynamiky oblak a atmosféry.

Na sondě nechyběl detektor kosmického záření a slunečního větru, což poskytlo dlouhou řadu dat ze stejných přístrojů již od mise Veněry 1.

Průběh mise

Veněra 15 startovala 2. června 1983, Veněra 16 startovala 7. června. Vstup na oběžnou dráhu kolem Venuše se uskutečnil 17., respektive 22. října 1983, měření byla započata 11. listopadu. Polární dráha družic byla skloněna 87,5° k rovníku a rovina drah byla vůči sobě navzájem skloněna o 4°, aby místa, která případně nenasnímá jedna, snímala druhá. Oběžná dráha byla tvořena protáhlou elipsou s nejbližším bodem dráhy kolem 1000 km od Venuše a nejvzdálenějším 65 tisíc km a oběžná doba byla 24 hodin.

Zajímavý detail je, že podobné rozlišení, kolem 1–2 km, má na Venuši i 300m radar Arecibo v Portoriku, ovšem ten to dokáže jen v rovníkové oblasti a nedokáže přidat přesná výšková měření.

Mise Veněry 15 skončila vyčerpáním dusíku pro orientační systém v březnu 1985. Šestnáctka pracovala do května téhož roku. Dráha nebyla změněna ani jednou (např. s cílem zvýšit rozlišení).

Mapování odhalilo zajímavé struktury na povrchu, jako

• koróny – velké kruhové nebo oválné struktury se soustřednými kruhy
• dómy – ploché, přibližně kruhové vyvýšené struktury, některé s centrální prohlubní (kalderou)
• arachnoidy – propadlé dómy s paprskovitými trhlinami všemi směry
• tessery – velké oblasti s lineárními valy a údolími

Koróny už viděli ze Země z Areciba, ovšem myslelo se, že jde o impakty zalité lávou. Na Venuši neprobíhala desková tektonika, jako na Zemi a tak byly všechny struktury přisouzeny vlivu tepla z pláště Venuše pod nepohyblivým povrchem. Nejstarší se jeví tessery, které jsou přikryty mladšími lávovými příkrovy. Ačkoli i velká tělesa nemusí dopadnout až na povrch, odezva takového dopadu se objeví na povrchu a proto bylo na snímcích napočítáno na 150 impaktních kráterů. Jejich analýzou bylo ovšem zjištěno jejich nízké stáří v rozmezí 500 až 1000 mil. let, což odpovídá i vzniku tesser, které napovídají intenzivním přeměnám povrchu.

Infračervený spektrometr Veněry 16 selhal, ale měření Veněry 15 fungovala po dobu dvou měsíců a potvrdila, že horní vrstvy oblačnosti jsou ze 75 až 85 % tvořeny oblaky kyseliny sírové a příměsí vodních par a oxidu uhličitého. Ve větších výškách je oxid sírový a vodní pára. Výskyt oblak byl zaznamenán od výšek 47 do 70 km a v polárních oblastech o 5 až 8 km níže. Průměrná povrchová teplota byla změřena 500 °C. Ve spektru nebyly odhaleny žádné organické molekuly.

Ke kometě

S tím jak se blížil návrat Halleyovy komety (1986), plánovaly všechny možné agentury po světě nějakou misi k této kometě. A nešlo jen o Američany a Sověty. Své plány měla i Evropská vesmírná agentura a také Japonci. Jak dnes víme, celá flotila sond nakonec kolem Venuše prolétla, ovšem mezi nimi nebyla žádná americká (nepočítaje vzdálený průzkum). USA shodou okolností vycouvaly z finančních důvodů i z další ambiciózní mise ke kometě (dnes známé jako Rosetta-Philae), ale vynahradily si to v budoucnu u jiných komet blízkými průlety a impaktorem. Hezky tento průzkum shrnul animovaný seriál Once upon a time (Rosetta).

Z pohledu kosmických sond je důležité, že gravitace Venuše funguje jako urychlovač nejen při cestě k Merkuru, ale například i ke kometě. Proto se v SSSR připravila dvojice sond Vega, které byly ve skutečnosti odvozené od programu Veněra a to včetně přistávacích modulů, které na Venuši vypustily. Kromě nich byly vypuštěny balónové aerostaty. Vzhledem k tomu, že Sověti letěli ke kometě kolem Venuše jaksi „navíc“, nabídli místenku na sondě v rámci široké mezinárodní spolupráce, což bylo v době tzv. železné opony celkem neobvyklé. Výjimkou byla mise Sojuz-Apollo v roce 1975, nebo dlouhodobá francouzsko-sovětská spolupráce počínaje rokem 1974.

Původně plánovaná mise velkého společného francouzsko-sovětského balónu byla v rámci spolupráce přepracována do podoby klasického landeru s menším balónem (váhový limit). Tím se jednoduše umožnilo z vrchní části koule uvolnit balón a ze spodní části přistávací modul. Balón pak mohl plout ve výšce asi 50 km a jeho baterie měly mít životnost kolem 50 hodin. Plán původně počítal s balónovou misí k výročí 200 roků od letu bratří Montgolfiérů (1984), ale i posun o jeden rok byl nakonec hezkým počinem v této oblasti.

Pokud jde o název sond, vychází z ruštiny, a protože anglický název mise Venus-Halley se řekne v přepisu z azbuky Veněra-Gallej, vychází nám z toho zkráceně název Vega (což je i název jedné z nejjasnějších hvězd oblohy). Jednalo se o nejúspěšnější sovětskou meziplanetární misi, protože se povedla do puntíku a svým způsobem šlo i o velký úspěch umu československých inženýrů.

Vega 1 a 2

Sondy Vega byly poslední sovětskou misí k Venuši a završily tak dlouhodobou snahu, započatou v roce 1961. Šlo o nejvíce ambiciózní a nejvíce úspěšný projekt. Celkově se dá říct, že počínaje misí Veněra 9 se Sovětům dařilo a mise z roku 1985/1986 byla takovým zlatým hřebem.

Vzhledem k tomu, že šlo o mezinárodní projekt, na palubě byla řada přístrojů různých států. Za zmínku stojí, že na otočné platformě pro kamery se podíleli vědci z Československa. Přístroje dodali Francouzi, Němci, Poláci, Maďaři, Rakušané, Bulhaři, ale také Američané. Projekt byl mimořádný tím, že Sověti nabídli na rovinu spolupráci a ne jen participaci na misi.

Základní modul sondy byl shodný s těmi z Veněry 9 až 14, ale připojily se k němu větší solární panely, jako nesly Veněry 15 a 16. Dovnitř se podařilo také dostat více paliva (590 místo 245 kg). Proti prachu z komety nesly hliníkový štít (samozřejmě z více vrstev, což je účinnější, než jedna silná vrstva kovu).

Pokud jde o zmíněnou platformu pro kamery, ta byla klíčovým prvkem. Předchozí sondy se totiž při snímkování natáčely celé, ale to nebylo u Vegy možné a proto na ni byla umístěna 82 kg těžká otočná plošina, která byla úspěchem československých vědců. Vtip byl v tom, že do soutěže byla ta naše přijata spíše pro formu, protože se předem počítalo s umístěním té sovětské, jenže ta dvakrát selhala při vibračních testech simulujících start rakety a tak byla nakonec na sondách použita ta naše. Plošina umožňovala otáčení o 220° v jedné rovině a o 60° v kolmém směru. Zaměřování mělo přesnost 5 úhlových minut a velkou stabilitu zaměření na cíl.

Přistávací moduly byly prakticky shodné s posledními Veněrami, pouze pod aerodynamickým štítem vidíme přidané struktury pro další snížení turbulencí.

Balóny byly plněny héliem na vysoký tlak. V plánované výšce letu ve střední vrstvě oblačnosti (54 km) byl očekávaný tlak 0,5 atmosféry a teplota příjemných 30 °C. Povrch balónu musel být prostupný pro rádiové vlny. Jinak balón měl průměr 3,4 metru a hmotnost necelých 12 kg (s héliem 14 kg). Gondola s přístroji o hmotnosti 7 kg visela na 13 metrů dlouhém laně.

Balón nesl dopplerovský experiment, kónickou anténu, anemometr, teploměry a tlakoměry, fotometr, nefelometr a také baterie s kapacitou 300 Wh. Výdrž byla očekávána v rozmezí 46 až 52 hodin. Anténa vysílala k Zemi na 18 cm (blízko neutrálnímu vodíku 21 cm), což mělo usnadnit příjem pouze 4,5 W vysílače. Data byla zaznamenávána do paměti o velikosti 1 kB a odesílána v dávkách. Na Zemi se pomocí radioteleskopů sítě VLBI (interferometr z radioteleskopů po celé Zemi) skládala data o poloze a rychlosti pohybu balónů. Sledování zajišťovala jednak sovětská síť včetně nové 70m antény postavené speciálně pro tuto misi a potom mezinárodní síť DSN s anténami 64 m ve Španělsku, v Austrálii a USA. Do interferometru se ale zapojily i antény astronomů v mnoha dalších zemích.

Sondy startovaly 15. a 21. prosince 1984. Bylo to poprvé, co vysílali Sověti start rakety Proton v televizi. A pochopitelně Američané poprvé oficiálně sledovali polohu sond (ačkoli dříve tak samozřejmě také činili, ale tajně). Jako obvykle, dva dny před vstupem do atmosféry, byla uvolněna přistávací pouzdra. Vega 1 vstoupila do atmosféry 11. června a Vega 2 potom 15. června. To bylo vlastně jen krátce poté, co byla ukončena mise Veněry 16.

Vstup do atmosféry byl naplánován na noční straně planety, což mělo pomoci balónům zůstat déle chráněné před slunečním žárem. Sondy pak provedly úhybné manévry a proletěly 39 tisíc respektive 24 500 km od Venuše a v březnu 1986 úspěšně fotografovaly jádro Halleyovy komety (ze vzdálenosti 8 až 9 tisíc km), přičemž vrcholem byl průlet Giotto pouze 500 km od jádra komety.

Přistávací pouzdro Vegy se rozdělilo ve výšce 64 km a uvolněný balón se začal nafukovat ve výšce 55 km. O dva km níže byl uvolněn padák a balón pak vystoupal zpět nahoru do 54 km. Přistávací modul sestupoval klidněji díky úpravám aerodynamického límce.

Vega 1 poté přistála na souřadnicích 7,11° s.š. a 177,48° v.d. severně od východních partií Afrodite Terra. Povrchová teplota v místě přistání byla 467 °C a tlak 97 atmosfér. Přenos dat byl omezen jen na 20 minut, aby se pošetřily baterie průletové sondy, která nemířila solárními panely na Slunce. Ve výšce 17 km zaznamenala Vega 1 elektrickou anomálii a vzniklý otřes vedl ke zmatení čidel, přičemž se předčasně vyklopila vrtačka a rentgenový spektrometr a začaly pracovat předčasně. Podobné elektrické anomálie ve výškách 12 až 18 km zaznamenaly i předchozí landery, kromě Veněry 9 a 10 a Vegy 2.

Vega 2 přistála na souřadnicích 7,52° j.š. a 179,4° v.d. Teplota byla 462 °C a tlak 90 atm. Podobně jako v prvním případě, přenos dat trval jen 22 minut kvůli úspoře baterií na sondě. V případě této sondy proběhla měření na povrchu normálně.

Přistávací modul Vegy 1 naměřil pomocí plynového chromatografu přímou detekcí výskyt kyseliny sírové a to ve výškách 63 až 48 km (1 miligram na metr krychlový). Rentgenový fluorescenční spektrometr poprvé detekoval také fosfor, což by mohlo vysvětlovat zákal pod oblačnou vrstvou (končící ve 33 km) v podobě kyseliny fosforečné.

Analýza vrtu Vegy 2 odhalila horniny bohaté na křemík a hliník. Vyšší obsah síry naznačoval větší stáří. Podobné horniny nacházíme například na pohořích na Měsíci.

Připomeňme, že balóny putovaly po dobu 30 hodin po noční straně a unášeny rychlými větry se poté dostaly na stranu denní. Balóny nakonec vydržely vysílat po dobu 46,5 hodiny. Putovaly na vzdálenost asi 10 tisíc km. Dá se předpokládat, že byly posléze zničeny na denní straně Venuše.

Náš seriál nyní pozastavíme pohledem na jádro komety a příště nás čeká další velmi významná mise, a sice Magellan.

Zdroje

¹⁸ Wesley T. Huntress, JR., Mikhail Ya Marov, Soviet Robots in the Solar System: Mission Technologies and Discoveries, New York, Springer, 2011

⁴⁴ Vrtání do povrchu Venuše. Don P. Mitchell [online]. 2004 [cit. 5. 6. 2016]. Dostupné z: http://mentallandscape.com/V_Venera11.htm

⁴⁵ Radarové mapování Venuše. Don P. Mitchell [online]. 2004 [cit. 5. 6. 2016]. Dostupné z: http://mentallandscape.com/V_RadarMapping.htm

⁴⁶ Vega. Don P. Mitchell [online]. 2004 [cit. 5. 6. 2016]. Dostupné z:http://mentallandscape.com/V_Vega.htm

Převzato: Kosmonautix.cz