Huygens: 10 let na Titanu

Náš příběh začíná na Zemi před asi čtyřmi miliardami let. Tehdy byla naše vlastní planeta velmi mladá a sotva se stihla utvořit atmosféra. Obsahovala pravděpodobně oxid uhličitý, dusík a dále pravděpodobně metan a další složitější organické molekuly. Dnes již můžeme tvrdit, že tato směs byla životodárná, neboť na Zemi se v geologicky krátké době poté objevil život.
Dnes žije na Zemi forma života, která se ptá sama sebe, jak to se vznikem života na Zemi bylo a zda by podobný nemohl existovat i jinde. Tím se přenáší naše mysl na jeden z největších měsíců ve sluneční soustavě. Titan obíhající Saturn je také zahalen atmosférou. Ta je převážně z dusíku, ale také zde nacházíme metan, etan i složitější organické molekuly. Snadno nás napadá, jaké to asi je na Titanu? Podobné jako na Zemi v dobách, kdy na ní vznikl život? Možná zčásti ano. Na Titanu je každopádně velmi chladno, ale to „zčásti“ nám nedá spát.

Planeta s prstenci

Planeta Saturn je známá lidem odpradávna, je bez obtíží viditelná na obloze pouhým okem. Představit si jej můžeme jako velkou kouli z plynů, na pólech mírně zploštělou, do níž bychom v jejím průměru naskládali 10 zeměkoulí. Jako jediná planeta ve sluneční soustavě je známá tím, že má tak malou hustotu, která by jí teoreticky umožnila plavat na vodě. Velmi populární je Saturn díky soustavě prstenců, které jsou nepřehlédnutelné již v malém dalekohledu.

Měsíc větší než Měsíc

Titan je velmi zvláštní. V okolí velkých planet, jakými jsou Saturn, Jupiter, ale i Uran či Neptun, najdeme řadu poměrně velkých měsíců. Většinou se jedná o tělesa složená z ledu nebo směsi ledu a hornin. Titan z tohoto přehledu vybočuje nejen svou velikostí, ale především tím, že má velmi hustou a poměrně tlustou atmosféru. Co do velikosti je Titan jen o málo menší než rekordman mezi měsíci – Jupiterův Ganymédes. S průměrem 5150 km tento Saturnův měsíc hravě převyšuje nejen náš Měsíc, ale – pro někoho možná překvapivě – i planetu Merkur.

Atmosférický koktejl

Na počátku 20. století se i na tak velikou vzdálenost, jakou je propast v podobě 1 miliardy a 200 milionů kilometrů, zdařilo pozorovat na kotoučku Titanu jakési okrajové ztemnění. Objevily se první názory, že by Titan mohl mít atmosféru. Pomohla spektroskopie – teprve díky této metodě bylo možné zkoumat, z jakých látek se skládá to, co můžeme na Titanu pozorovat. Koncem 2. světové války byl detekován v atmosféře metan (CH₄). Hlavní složkou atmosféry je však podobně jako na Zemi dusík (N₂). Naopak marně bychom zde hledali kyslík. Ultrafialové záření zde štěpí molekuly metanu na velmi reaktivní methyl (CH₃), který dává vznik složitějším uhlovodíkům – například ethanu, ethenu či ethynu. Detekovány však byly i složitější molekuly. Molekuly vzniklé ve vysokých vrstvách klesají k povrchu a zde kondenzují na nepatrně velké částice, jež vytváří neproniknutelný oranžový zákal halící rovnoměrně celý měsíc.
Radarová astronomie pomohla odhalit další záhady tohoto měsíce. Například se zdálo, že část povrchu je pevná a část tvořená tekutými uhlovodíky (metanová moře). Důvodem pro tyto domněnky byla skutečnost, že na povrchu Titanu panuje teplota kolem −180 °C, což je tak nízká teplota, že metan či etan přestávají existovat jako plyny a mění se v kapalinu.

První návštěvy

V letech 1980 a 1981 navštívily planetu Saturn sondy Voyager 1 a 2. Tyto úspěšné sondy přinesly tedy i první opravdu detailní snímky Titanu. Díky průletu sondy mohl být také přesně stanoven průměr měsíce z rádiového zákrytu a hmotnost a s tím i hustota měsíce z gravitačního vlivu na sondu. Ukázalo se tedy, že Titan má podobně jako velké měsíce Jupiteru poměrně malou hustotu (1,92 g.cm⁻³ odpovídá zhruba dvojnásobku hustoty vody) napovídající, že se skládá ze směsi hornin a ledu. Led zde pravděpodobně není jen vodní (H₂O), ale nejspíš i ze směsi vodního ledu s CH₄ či NH₃ (amoniaku).

Nahlédnutí pod závoj

Povrch je zahalen do oranžového závoje zkondenzovaných plynů, takže není možné ho pozorovat opticky. Pomohou nám jiné vlnové délky. Známý vesmírný Hubbleův teleskop se od roku 1994 zaměřil na detailní průzkum povrchu Titanu v infračerveném oboru. Na snímcích se objevily různě veliké světlé a tmavé oblasti. Nebylo jasné, o co se jedná, ale i při takto nízkém rozlišení (nejmenší detaily asi 500 km) bylo jasné, že povrch netvoří jeden velký oceán z metanu či etanu, ale že se zde vyskytují také kontinenty. Od roku 1999 se na Titan zaměřily největší dalekohledy světa počínaje havajskými Keck I a II. Velmi důležitý objev byl oznámen v roce 2002, kdy byla poblíž jižního pólu Titanu objevena metanová oblaka. Vrcholem bylo pozorování těchto oblak i ve středních šířkách Titanu ve spolupráci s havajským dalekohledem Gemini. To dokazovalo mnohem dynamičtější procesy v atmosféře, než bylo do té doby známo. Jediné pozemské pozorování, které nepřímo potvrdilo existenci kapalných moří na povrchu Titanu, se uskutečnilo v roce 2003. Použita byla anténa největšího radioteleskopu (Arecibo na Portoriku, průměr 305 metrů). Vědci z Cornellovy univerzity se na základě těchto pozorování domnívali, že pozorovali přímo efekt zrcadlení radarového paprsku na hladině těchto moří!

Cassini-Huygens

Právě poznatky, že na Titanu se možná rozkládají rozsáhlá moře uhlovodíků a na jejich dně usazeniny složitějších molekul, vedly vědce k tomu, aby vyslali sondu, jež měla tento svět prozkoumat detailněji. Mise Cassini-Huygens je poslední nákladnou sondou vyslanou k výzkumu planet sluneční soustavy. O orbitální část Cassini se postarala především americká NASA. Italská kosmická agentura dodala velikou vysokoziskovou anténu a Evropská vesmírná agentura se podílela na vývoji pouzdra Huygens. Celá tato mise je tedy výsledkem spolupráce vědců a firem z mnoha zemí světa a dokonce se na jednom z přístrojů podílel i náš vědec Jiří Švestka.

Vesmírný prak

Cesta sondy Cassini-Huygens byla poměrně komplikovaná. Po startu 15. 10. 1997 se sonda vydala nejprve dvakrát k Venuši (1998 a 1999), kde využila gravitačního pole planety k urychlení letu. Další manévr proběhl v srpnu 1999 kolem Země, pak mířila k Jupiteru, kolem něhož prolétla 31. 12. 2000 a pořizovala data paralelně se sondou Galileo, která zde dosluhovala již od roku 1995. Prvním mezníkem vedoucím k úspěšnému přistání na měsíci Titan bylo zachycení sondy Cassini-Huygens gravitačním polem Saturnu. To se mohlo stát jen díky brzdnému manévru Cassini, který byl pro úspěch mise klíčový a byl úspěšně proveden 1. 7. 2004.

Haló, tady Huygens

V přesně stanovenou dobu 24. 12. 2004 bylo uvolněno pouzdro Huygens. Byla mu udělena rotace, aby zachovalo správně svoji dráhu. Ke vstupu do atmosféry došlo 14. ledna před polednem našeho času. O tom, jak probíhá přistání, měli vědci dobrý přehled díky sledování tzv. tónů pozemskými radioteleskopy. Sonda vydávala jako potvrzení o tom, že je naživu, tóny podobné těm, jež slyšíme při vyzvánění telefonu. Tak bylo jasné, že přistání proběhlo naprosto úspěšně, ale také to, že sonda dokonce přežila dopad na povrch a překvapivě na něm pracovala ne desítky minut, ale několik hodin. Celkově byla data přenášena po dobu téměř 3 h 37 min (z toho 1 h 10 min z povrchu).

Svět, kde prší kapky jako jablka

Na snímcích z tak exotického světa se snad dalo čekat cokoli, ale když se objevily pohledy na jakási řečiště, oblaka či mlhu, cosi jako pobřeží a valouny z ledu či kamene na povrchu, nedalo se ubránit dojmu, že je to opravdu svět až neskutečně podobný Zemi. Tedy jen do okamžiku, než si člověk uvědomil, že led není vodní, nýbrž uhlovodíkový a že ani ony kanály nebyly vytvořeny ničím jiným, než pravděpodobně metanem spadlým z metanových oblak. Domněnky, že se jedná o struktury vyvolané koloběhem v Titanově atmosféře, vědci již potvrdili. Je však vyloučeno, že by právě v době přistání byla v dané oblasti pozorována nějaká tekutina. Mnohem více to vypadá, jakoby sonda spadla do pouště s občasnými řekami a oblast, jež vypadá jako jezero či moře, je nyní suchá. Jaký mají vědci dojem z místa přistání? Podle všeho se zde občas vytvoří oblaka, z nichž se poté spustí metanový liják s kapkami o velikosti jablka, které se snášejí na nízká pohoří o výšce kolem 100 metrů a z nich tečou jako mohutné řeky do níže položených oblastí připomínajících jezero či moře. Zde omývá ledové balvany se směsí písku, z nichž některé vypadají jako valouny. Samotný Huygens navíc podle všeho dopadl spíše na bláto, než cokoli tvrdého. I proto zůstal prakticky nepoškozen. Z povrchu se zahřátím od pouzdra uvolnilo velké množství metanu, což bylo detekováno jako skokové navýšení tohoto plynu v detektoru o 30 %. Nejnovější analýzy ukazují, že na Titanu je atmosférický argon 40, což naznačuje na možnou vulkanickou aktivitu, při níž nevzniká láva jako na Zemi, ale led a amoniak. Procesy jsou na Titanu podobné jako na Zemi, ale chemické složení je zcela jiné. Místo tekuté vody máme tekutý metan, místo silikátových hornin nacházíme hluboko zmrazený vodní led. Místo bláta jsou na Titanu uhlovodíkové částice klesající z atmosféry a místo lávy vulkány na Titanu chrlí proudy velmi studeného ledu.

Titanův hlas

Vysoko v atmosféře sondou lomcovaly větší poryvy větru než níže nad povrchem. Neprůhledná vrstva z uhlovodíkového smogu se ukázala být silná, sahala až do výšek kolem 30 km, přičemž původně se čekalo, že půjde fotografovat povrch již od zhruba dvojnásobné výšky. Během sestupu zachytila sonda mikrofonem také zvuky větru z tohoto světa. Kvalita záběrů není příliš vysoká, což je vykoupeno tím, že fotografování probíhalo ve velké zimě a šeru, tedy v oboru infračerveném. Některé snímky jsou superpozicí fotografování ve viditelném a infračerveném oboru, sonda měla i zdroj světla, kterým si těsně před přistáním i po něm na povrch svítila. Slunce v dálce totiž z povrchu Titanu vypadá jako větší hvězda, takže mnoho světla nedává. Hlavním cílem snímkování bylo paradoxně zjistit vlastnosti atmosféry a snímky jsou tak spíše vedlejším produktem. Přesto mají nedocenitelnou hodnotu, vždyť dorazily bez problémů z dálky přes miliardu kilometrů. Již nyní spřádají vědci plány a doufají, že se na Titan jednou vrátí například s balonem, který by mohl prozkoumat větší oblast, nebo s pojízdným robotem, možná podobným, jaký dnes zkoumá Mars. Je to hodně vzdálená budoucnost?

Zdroje a doporučujeme:

3pól: Reportáž z jiného světa
Kosmonautix.cz: Nejvzdálenější přistání od Země
ESA: Top 10 discoveries at Titan