Kategoria: kosmos

Kosmiczny śmietnik, czyli historia lubi się powtarzać

Wiesław Seweryn2 komentarze

Do 4 października 1957 nie nie było tam nic. Tam, czyli w bliskiej przestrzeni kosmicznej. Dziś mamy jedno wielkie, ciągle powiększające się złomowisko. Według szacunków National Geographic (grudzień 2022)1 po ziemskiej orbicie krąży 36 500 obiektów większych niż 10 cm, 1 mln obiektów o średnicy 1–10 cm i 130 mln obiektów o średnicy 1 mm–1 cm. 

Wielkości tych obiektów może nie są imponujące (poza ISS ważącą kilkaset ton i stutonową chińską stacją Tiangong-1), ale pamiętajmy, że po niskiej orbicie lata się z prędkością 27400 km/h. Oznacza to, że satelita (lub metalowy odłamek) o masie 20 g (dwadzieścia gramów) lecący z prędkością 27400 km/h posiada energię kinetyczną równą energii samochodu o masie 1500 kg jadącego z prędkością 100 km/h. 20 gramów to waga sześciennego kawałka żelaza o boku ok. 1,5 cm albo bryłki lodu o średnicy 3 cm. Niedowiarkom polecam obejrzenie początkowych scen filmu „Grawitacja” (resztę można sobie darować, fabuła jest dość miałka).

Czym są kosmiczne śmieci?

Kosmiczne śmieci to nie tylko czynne, nieczynne czy porzucone satelity, ich człony lub fragmenty. To też cała masa drobiazgów w rodzaju zestalonych cieczy, oderwanych fragmentów poszycia, drobinek farby lub niespalonych cząstek paliwa z silników na paliwo stałe. Nie są skatalogowane, no bo jak wykryć, zlokalizować i śledzić tak małe obiekty? Nawet najmniejsze drobiny mogą być zagrożeniem dla satelitów, w najlepszym wypadku tworząc na ich powierzchni efekt piaskowania, co jest szczególnie szkodliwe dla paneli słonecznych i optyki teleskopów. 

Czy ktoś nad tym panuje?

Istnieje kilka serwisów internetowych katalogujących zdarzenia związane z wystrzeliwaniem satelitów, z których chyba najbardziej kompletny jest Jonathan’s Space Report (JSR)2. Z wykresu przedstawionego na Ryc. 1. wynika, że tylko 10% skatalogowanych obiektów kosmicznych dużego kalibru to aktywne satelity (poza przekaźnikami Starlink, których jest dwa razy więcej niż pozostałych). 

Ryc. 1. Rodzaje obiektów znajdujących się na orbicie. Źródło: Jen Christiansen, na podstawie danych Jonathan’s Space Report.

Analiza danych pokazuje, że po początkowym wzmożeniu zainteresowania Kosmosem w latach 60., 70., 80. i 90. liczba startów spadła, po czym zaczęła gwałtownie, wykładniczo rosnąć. Zadecydowały o tym dwa czynniki, po pierwsze wejście Chin do kosmicznego biznesu, po drugie rosnąca z miesiąca na miesiąc konstelacja satelitów Starlink firmy SpaceX. Ryc. 2. pokazuje roczne liczby startów w poszczególnych latach. I niech te niewielkie w końcu liczby nas nie zwiodą, jeden start Starlinka to około 20 satelitów. 

Ryc. 2. Roczna liczba startów w podziale na państwa. Źródło: https://planet4589.org/space/stats/launches.html

Serwis JSR dostarcza więcej interesujących danych na temat liczby i tonażu śledzonych obiektów3. Jak widać na Ryc. 3. (lewy wykres), ich liczba rośnie wykładniczo, głównie za sprawą satelitów Starlink. Dwa gwałtowne skoki w końcówce pierwszej dekady XXI wieku (Ryc. 4.) to skutki kolizji satelity wojskowego Kosmos 2251 i satelity komunikacyjnego systemu Iridium (2009 rok) oraz chińskiego testu broni antysatelitarnej przeprowadzonego w 2007. Kilka lat później szczątki powstałe podczas tego testu trafiły rosyjskiego satelitę BLITS i do tej pory stanowią poważne zagrożenie. Tonaż krążących po orbicie obiektów rośnie wykładniczo bez zakłóceń (wykres prawy). 

Ryc. 3 Liczba i tonaż śledzonych obiektów na orbitach wokółziemskich. Źródło: https://planet4589.org/space/stats/active.html
Ryc. 4. Wzrost liczby śledzonych obiektów na orbicie. Źródło: General Catalog of Artificial Space Objects 4https://arxiv.org/pdf/2204.10025v1

Co z tym robić?

Ilość śmieci, i to bardziej sztuk niż ton, przeraża. Walnie przyczynilła się do tego inicjatywa biznesowa Elona Muska o nazwie Starlink, która ledwie przekroczyła półmetek. Docelowo liczebność konstelacji satelitów Starlink ma liczyć 12000 obiektów (z możliwością powiększenia do 32000, obecnie jest ich 6800). Według zapewnień SpaceX i warunków zgody Federalnej Komisji Łączności, satelity są wyposażone w silniki umożliwiające im deorbitację i całkowite samozniszczenie. Warto też wiedzieć, że tak wielka liczba aktywnych radiowo obiektów o niezerowym albedo (zdolności do odbijania światła5) stwarza ogromny szum elektromagnetyczny i problemy z obserwacją Kosmosu z ziemskich teleskopów. 

Ryc. 5. Satelity SpaceX pozostawiają smugi światła na tym długo naświetlanym zdjęciu gromady Plejad. Rosnąca liczba satelitów na niebie zagraża astronomii. Źródło: T. Hansen/IAU OAE/Creative Commons

Wspomniałem o wykładniczym wzroście liczby wystrzeliwanych obiektów. Dochodzi do tego rozczłonkowanie satelitów będących już na orbicie wskutek zderzeń z innymi obiektami. Częstość takich przypadków jest proporcjonalna do „tłoku” panującego na orbicie, a tym już rządzi rachunek prawdopodobieństwa. Każda kolizja powoduje powstanie wielkiej liczby odłamków i powiększenie puli.  

Amerykański astrofizyk Donald J. Kessler badając pas asteroid między Marsem a Jowiszem doszedł do wniosku, że nasilający się wykładniczo przez miliardy lat wzrost liczby zderzeń między obiektami będzie generować kolejne zderzenia coraz większej liczby coraz mniejszych obiektów, zwiększając prawdopodobieństwo następowania kolejnych kolizji. W 1978 roku doszedł do wniosku, że ta prawidłowość może być zastosowana do chmury satelitów okrążających Ziemię, ale wzrost będzie kwestią dziesięcioleci. 

Efektem syndromu Kesslera będzie coraz wyższe ryzyko kolizji wystrzelonych obiektów z pędzącym po różnych orbitach złomem, aż do całkowitego uniemożliwienia lotów.

Już w 2011 roku raport US National Research Council stwierdził, że ilość obiektów w przestrzeni osiągnęła punkt krytyczny, i od tego czasu ich ilość będzie się zwiększała samoistnie wskutek wzajemnych zderzeń. Oznacza to, że syndrom Kesslera działa już od kilkunastu lat. Raport kończy się wezwaniem do wprowadzenia międzynarodowych przepisów ograniczających ilość śmieci i wprowadzenia mechanizmów ich utylizacji.

Czy przestrzeń kosmiczna jest środowiskiem naturalnym i należy się jej prawna ochrona?

Z prawnego punktu widzenia tak, ale niekoniecznie skuteczna. Oxford English Dictionary definiuje środowisko jako „otoczenie lub warunki, w których żyje lub działa osoba, zwierzę lub roślina”. Bezpośredniego przełożenia, jak widać, nie ma. Ale przecież działalność prowadzona w przestrzeni kosmicznej ma pośredni wpływ na warunki, w jakich żyjemy. Także Traktat o przestrzeni kosmicznej z 1967 roku sugeruje właśnie taką interpretację definicji ekosystemu i środowiska naturalnego. 

Czy statki kosmiczne są bezbronne?

W zasadzie tak. Co prawda obecnie montuje się na nich tzw. osłony Whipple’a, rodzaj zderzaków, ale chronią one tylko przed skutkami zderzeń z obiektami o wielkości poniżej 1 cm. Na przykład ISS (Międzynarodowa Stacja Kosmiczna) posiada ponad 100 takich tarcz. Innym sposobem uniknięcia zderzenia jest manewrowanie, skuteczne jedynie w stosunku do obiektu o znanej orbicie lub wykrytego odpowiednio wcześnie.

W historii lotów kosmicznych zanotowano wiele kosmicznych kolizji, między innymi opisana wcześniej, między porzuconym satelitą Kosmos 2251 (950 kg) i satelitą telekomunikacyjnym Iridium 33. Do zderzenia doszło w 2009 roku nad północną Syberią. W wyniku tego wypadku powstały tysiące dużych odłamków, które krążą po orbicie do dziś. 

Jako ilustrację zagrożenia, jakie niesie zderzenie z nawet najmniejszym obiektem, można dać przykład drugiego lotu wahadłowca Challenger, gdzie okruch farby uderzył w szybę wahadłowca, tworząc krater o głębokości połowy grubości szyby.

Ciekawostką jest stosowana obecnie taktyka ochrony pojazdów kosmicznych służąca zabezpieczeniu części dziobowej statku, której spójność, zwlaszcza osłony termicznej, jest szczególnie ważna w misji powrotnej z orbity. Otóż latano „ogonem do przodu” (oczywiście tylko w próżni), gdyż część silnikowa i ładownia są mniej krytyczne pod względem bezpieczeństwa. Także podczas cumowania do ISS wahadłowiec był odwracany, aby lepiej opancerzona część rufowa podczas postoju osłaniała orbiter.

Odśmiecanie 

Odśmiecanie Kosmosu jest więc koniecznością. Warto tylko zapytać (retorycznie): skoro syndrom Kesslera jest znany od kilkudziesięciu lat, kto (do diaska) pozwolił Muskowi na takie szaleństwo? I dlaczego do kosztu każdego nowo wystrzelonego satelity nie dolicza się „opłaty recyklingowej”, podejrzewam że porównywalnej z wartością satelity?  

Ryc. 6. Wygenerowany komputerowo obraz obiektów na orbicie okołoziemskiej, które są obecnie śledzone. Około 95% obiektów na tej ilustracji to śmieci orbitalne, tj. niefunkcjonalne satelity. Kropki reprezentują aktualną lokalizację każdego obiektu. Żródło: NASA Orbital Debris Program Office Licencja: Public domain6

Startup o nazwie ClearSpace wymyślił metodę odśmiecania orbity z większych, niedziałających już satelitów, stwarzających poważne ryzyko katastrofalnego zderzenia z sąsiadami. Satelita-odkurzacz po zbliżeniu do obiektu łączy się z nim za pomocą chwytaków, a następnie tak powstały duet deorbituje i spala się w atmosferze. Rozwiązanie zostało już z powodzeniem przetestowane. Warto też wiedzieć, że w projekcie uczestniczy polski zespół inżynierów z Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej Centrum Badań Kosmicznych PAN. Niestety, skuteczność rozwiązania łączy się z dużym kosztem neutralizacji jednego obiektu, więc zasadne jest postawione wcześniej pytanie – kto za to zapłaci?

Całkowite oczyszczenie przestrzeni wokółziemskiej ze śmieci to zadanie niewykonalne. Nawet zatrzymanie wykładniczego wzrostu liczby satelitów i ich odłamków będzie bardzo kosztowne i trudne. W dodatku sprzątanie po sobie nic nie wnosi nowego do nauki, jest nieatrakcyjne i niemedialne. Koszty takiego odśmiecania będą musiały ponieść rządy, a z tym wiemy, jak jest. Środowisko naturalne i klimat doprowadziliśmy na skraj katastrofy. I co? I nic, właśnie nowa administracja Stanów Zjednoczonych ogłosiła wycofanie się z porozumień paryskich. Nie miejmy złudzeń, że Kosmos okaże się ważniejszy od ziemskiego klimatu, na ambitnych startupach pewnie się skończy. Chyba, że dojdzie do jakiejś spektakularnej katastrofy, a i wtedy nie wiadomo.  

Już Lem o tym pisał…

Pozwolę sobie zacytować odpowiednie wersy z prozy Stanisława Lema, o których przypomniał Marcin Czerwiński, nasz pokładowy lemolog nad lemologami.

„Dzienniki Gwiazdowe” (Podróż Dwudziesta Pierwsza):

Każda cywilizacja w fazie technicznej zaczyna z wolna tonąć w odpadkach, które sprawiają jej ogromne kłopoty, aż wyprowadzi śmietniska w przestrzeń kosmiczną; żeby zaś nie przeszkadzały zbytnio w kosmonautyce, umieszcza się je na specjalnie wyosobnionej orbicie. W ten sposób powstaje rosnący pierścień wysypisk, i właśnie po jego obecności można rozpoznać wyższą erę postępu.
Jednakowoż po pewnym czasie wysypiska zmieniają swój charakter, w miarę bowiem rozwoju intelektroniki trzeba się pozbywać coraz większych ilości złomu komputerowego, do którego przyłączają się stare sondy, sputniki itp. Te myślące odpady nie chcą kręcić się po wieczność w pierściennym śmietniku i pierzchają z niego, zapełniając okolice planety, a nawet cały jej system; faza ta doprowadza do zanieczyszczenia środowiska – intelektem. różne cywilizacje usiłują zrazu rozmaicie zwalczać ten problem; bywa, że dochodzi do komputerocydu, np. umieszcza się w próżni specjalne pułapki, sidła, wnyki i zgniatacze psychicznych wraków, lecz efekt podobnych akcji jest jak najgorszy, wyłapaniu ulegają bowiem tylko wraki najniżej stojące pod względem umysłowym, więc taktyka ta preferuje przetrwanie śmieci najbystrzejszych; łączą się one w gromady i szajki, urządzają naloty i kontestacje, wysuwając trudne do spełnienia postulaty, bo domagają się części zamiennych i przestrzeni życiowej. Gdy im odmówić, złośliwie zagłuszają łączność radiową, włączają się do audycji, nadają własne proklamacje, przez co planetę na tym etapie otacza strefa takich trzasków i wycia w eterze, że bębenki pękają. Właśnie po tym trzeszczeniu można z wielkiej nawet odległości rozpoznać cywilizacje udręczane plagą polucji intelektualnej. Dziwne, jak długo astronomowie ziemscy nie mogli pojąć, czemu Kosmos, podsłuchiwany radioteleskopami, pełen jest szumu i innych bezsensownych odgłosów; są to właśnie zakłócenia będące skutkiem nazwanych konfliktów, które utrudniają poważnie nawiązywanie międzygwiezdnej łączności.

  1. „Powstanie odkurzacz kosmicznych śmieci. W projekt zaangażowani Polacy” https://www.national-geographic.pl/kosmos/zlapac-zamknac-i-spalic-jak-szwajcarski-startup-zamierza-posprzatac-orbite-z-duzych-i-niebezpiecznych-kosmicznych-odpadkow-230222051339/ ↩︎
  2. „Jonathan’s Space Pages” https://keeptrack.space/resources/jonathan-space-report/ ↩︎
  3. „Satellite statistics: Satellite and Debris Population” https://planet4589.org/space/stats/active.html ↩︎
  4. „The Case for Space Environmentalism” https://arxiv.org/abs/2204.10025v1 ↩︎
  5. https://pl.wikipedia.org/wiki/Albedo ↩︎
  6. „Space debris” https://en.wikipedia.org/wiki/Space_debris ↩︎

Słońce, nasza prywatna gwiazda

Wiesław SewerynLeave a comment

Słońce to jedyna gwiazda w naszym układzie planetarnym. Unikalna, bo jedyna, ale nie niepowtarzalna. Można powiedzieć, że Słońce jest gwiazdą wyjątkowo przeciętną. Ale czy na pewno jest taka przeciętna? Tak uważano jeszcze w XX wieku, była to jedna z prawd, których nikt nie kwestionował i nie drążył. W 2006 roku odkryto jednak, że Słońce jest jaśniejsze niż 85-95% gwiazd w Galaktyce, które w większości są czerwonymi karłami. To stosunkowo młoda gwiazda I populacji, bogata w metale (tak określa się w astrofizyce pierwiastki cięższe od helu), co sugeruje jej powstanie jako efekt bliskiego wybuchu supernowej. Wokół gwiazd typu słonecznego częściej też powstają układy planetarne. Tu odsyłam do serii tekstów o powstaniu życia, szczególnie do „Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę”.

Wiek Słońca to 4,567 miliarda lat, czyli niewiele więcej niż wiek Ziemi i całego naszego układu. 

Ryc. 1. Słońce, październik 2017. Źródło: NASA’s Solar Dynamics Observatory.  https://www.quantamagazine.org/what-is-the-sun-made-of-and-when-will-it-die-20180705/

Względna wyjątkowość Słońca jako obiektu astronomicznego to nic w porównaniu z jego wyjątkową rolą w naszym życiu, od zarania dziejów. W każdej kulturze począwszy od pradawnych Słońce miało boski status. Nic dziwnego, jest symbolem życia, stałości, urodzaju i nigdy nas nie zawiodło. Nie wybuchło, nie spóźniło się ze wschodem, a kiedy zaszło, to o przewidzianej porze wzeszło. Układ Słoneczny jest układem pojedynczym z jedną gwiazdą centralną, a regularność ruchu wszystkich ciał tego układu jest wpisana w jego DNA. Co innego, gdybyśmy żyli (czy na pewno byśmy żyli?) w układzie podwójnym albo co gorsza potrójnym. Wtedy słowo „regularność” nie zagościłoby w naszym słowniku chyba nigdy. 

Boskość Słońca wynika także z jego niedostępności i tajemniczości. Tajemniczości także językowej, gdyż, to oczywiste, Słońce istniało w we wszystkich językach i kulturach świata. O aspekcie językoznawczym 'słońca’ traktuje wyczerpujący wpis Piotra Gąsiorowskiego „Niejasne jak ‘słońce’: skomplikowana historia jednego słowa”.

Rozumienie Słońca

Długo nic praktycznie nie wiedzieliśmy na jego temat. Nawet teraz, w erze zaawansowanej techniki kosmicznej mało wiemy o procesach zachodzących w jego wnętrzu i na powierzchni. O boskich aspektach Słońca już było, skupmy się więc na rozumieniu Słońca w sensie naukowym, które w starożytności bywało zadziwiająco zbieżne z rozumieniem nam współczesnym. Astronomowie babilońscy zaobserwowali na przykład nieregularność ruchu Słońca po nieboskłonie. Teraz wiadomo, że jest to spowodowane ruchem Ziemi wokół Słońca po orbicie będące lekko spłaszczonym okręgiem (elipsa). Czapki z głów!

Pierwszym uczonym, który próbował racjonalnie objaśnić naturę Słońca był Anaksagoras, według którego jest ono płonącą kulą metalu, większą od Peloponezu. Nie ma się z czego śmiać, Peloponez to serce kultury mykeńskiej, miejsce kluczowe dla greckiej cywilizacji, miejsce, mówiąc językiem współczesnym, kultowe. Inne spostrzeżenie Anaksagorasa mówiące, że Księżyc odbija światło słoneczne, też jest jak najbardziej współczesne. Inny uczony tamtych czasów, Eratostenes, obliczył odległość Słońca od Ziemi. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie to, że jego obliczenia różnią się od rzeczywistej odległości o zaledwie kilka procent. Według zachowanego przekazu jego obliczenia to 804 000 000 stadiów, czyli 148 do 153 milionów kilometrów lub 0,99 do 1,02 AU (jednostka astronomiczna). Niewiarygodne! Gwoli prawdy należy dodać, że jest to nieco naciągane, gdyż do dziś nie wiemy, ile dokładnie wynosił eratostenesowski stadion. W Delfach było to 177,36 m, w Olimpii 192,27 m, a już w Istmii tylko 165 m. Tak czy owak, dokładność niebywała. Żyjący dwa wieki później Ptolemeusz, też nie byle kto, obliczył tę odległość jako 20 razy mniejszą. 

Heliocentryzm, przypisywany Kopernikowi, był w istocie także pomysłem greckim. Rówieśnik Eratostenesa, Arystarch z Samos, był tym „mózgiem”, który sformułował zasadę heliocentryczną. Kopernikowi należy się więc srebrny medal za rozwinięcie i udowodnienie tej teorii. 

Wynalezienie teleskopu pozwoliło głębiej wejrzeć w naturę Słońca i zobaczyć na przykład plamy słoneczne. Pierwotnie tłumaczono je jako obiekty przelatujące między Ziemią a Słońcem i dopiero Galileusz postawił tezę, że znajdują się one na powierzchni Słońca a nie w przestrzeni kosmicznej.

Klasyczne badania fizyczne Słońca można przypisać Isaacowi Newtonowi, który przepuścił światło słoneczne przez pryzmat dowodząc, że białe światło jest złożeniem ‘świateł’ o różnych barwach. Kontynuacją tych badań są współczesne badania spektroskopowe. 

Przez długi czas prawdziwą zagadką była natura źródła energii Słońca. Jeszcze w połowie XIX wieku lord Kelvin sugerował, że Słońce jest stygnącą kulą cieczy. Następnie wspólnie z Hermannem von Helmholtzem sformułował teorię kontrakcji grawitacyjnej. Słabością tej teorii był jednak czas trwania takiej kontrakcji, oceniany na 20 milionów lat, a już wtedy niektóre znaleziska paleontologiczne datowano na 200 milionów lat. Cały XIX wiek można pod tym względem nazwać wiekiem ciemności i poszukiwania na oślep. Nic dziwnego, nie było jeszcze znane zjawisko promieniotwórczości. Dopiero w 1904 Ernest Rutherford zaproponował promieniotwórczość jako wewnętrzne źródło ciepła słonecznego. Od tej chwili wypadki potoczyły się szybko. Równoważność masy i energii Alberta Einsteina, synteza jądrowa Arthura Eddingtona, przewaga wodoru w masie Słońca udowodniona przez astronomkę Cecilię Payne, doprecyzowanie reakcji jądrowych zachodzących w Słońcu Hansa Bethego. Niejako zwieńczeniem tego „klasycznego” etapu badań Słońca było wykazanie przez  Margaret Burbidge, Geoffreya Burbidge’a , Williama Fowlera i Freda Hoyle’a, że większość pierwiastków powstała w reakcjach jądrowych wewnątrz gwiazd.

Wyprawy na Słońce

Podobnie jak badania Wenus („Wenus – porzucona kochanka”) misje słonecznie rozpoczęły się już u zarania ery kosmonautyki. Sondy Pioneer (6, 7, 8 i 9) były wystrzeliwane w latach 1961-1968, a ich zadaniem były długotrwałe obserwacje Słońca i pomiary danych fizycznych. Nie zbliżały się zbytnio do Słońca, krążyły po orbicie zbliżonej do orbity Ziemi, ale dostarczyły bardzo wartościowych danych o wietrze słonecznym i koronie Słońca. Badania prowadzone ze stacji kosmicznej Skylab dotyczyły między innymi wyrzutów koronalnych i promieniowania ultrafioletowego. Bardzo wartościowe dane dostarczyła (po przygodach) sonda Solar Maximum Mission wystrzelona w 1980 roku. Badała ona promieniowanie gamma, rentgenowskie i UV z rozbłysków słonecznych w okresie wysokiej aktywności Słońca. 

Misje współczesne to przede wszystkim Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), wspólne dzieło ESA i NASA wystrzelone w 1995 i działające do dziś. Oprócz obserwacji Słońca SOHO rejestruje też małe komety zbliżające się i „spalające” w jego pobliżu. 

Co jeszcze można zrobić?

Cechą wymienionych wyżej (oraz niewymienionych) misji było badanie Słońca na odległość poprzez pomiary parametrów fizycznych promieniowania i cząstek wiatru słonecznego in situ. Dopiero sonda Genesis misji Sample Return zdołała wrócić na Ziemię z próbkami cząstek wiatru słonecznego. Niestety, lądowanie próbnika (2004) skończyło się katastrofą, a większość próbek została zanieczyszczona. Naukowcy mają jednak nadzieję, że ocalałe próbki nadają się do zbadania, a wyniki badań wniosą coś do zasobu wiedzy o Słońcu.

Jest jeszcze jedna rzecz, której nie zrobiono, mianowicie „zanurzenia się” w Słońcu, konkretnie w koronie słonecznej. Celem Parker Solar Probe, próbnika wystrzelonego w 2018 w ramach programu Living with a Star jest wykonanie pomiarów wewnątrz korony słonecznej i odpowiedź na konkretne pytania dotyczące korony. Zapytacie, czegóż to jeszcze nie wiemy o koronie słonecznej? Ano wiemy bardzo mało. Nie wiemy na przykład, jak to się dzieje, że jest ona znacznie gorętsza od powierzchni Słońca (miliony stopni), jak przyspieszany jest wiatr słoneczny oraz jak powstają wysokoenergetyczne cząstki wyrzucane w Kosmos. 

Ryc. 2. Wizualizacja sondy Parker Solar Probe zbliżającej się do Słońca. Źródło: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben, domena publiczna

Pomysł takiej sondy powstał już w 1958 roku, ale, wicie rozumicie, warunki nie pozwalały. Trajektoria lotu Parker Solar Probe jest bardzo skomplikowana. W celu osiągnięcia jak najwyższej prędkości przed ostatnim etapem wejścia w koronę Słońca pojazd musiał „zaliczyć” 24 okrążenia, za każdym razem korzystając z asysty grawitacyjnej Wenus. Finał operacji odbył się 24 grudnia 2024. „Przypadkiem” dokładnie wtedy nastąpił szczyt aktywności 11-letniego cyklu Słońca. Przelot zakończył się sukcesem, a dane zostaną wysłane na Ziemię pod koniec stycznia 2025, kiedy wystąpi korzystne położenie sondy wobec Ziemi. 

Był to najbliższy Słońca przelot aparatu stworzonego ręką ludzką. Minimalna odległość wyniosła 6,1 miliona kilometrów, a temperatura, jakiej doświadczył próbnik wynosiła 980oC. Niejako ubocznym efektem tej misji jest możliwość doświadczalnego potwierdzenia szczególnej teorii względności, gdyż rekordowa prędkość statku (692000 km/h) może pozwolić naukowcom dostrzec ślady efektów relatywistycznych w trajektorii pojazdu. Osiągnięta prędkość to 0,00064 prędkości światła, czyli całkiem poważny ułamek, nawet po podstawieniu do wzoru Lorentza na relatywistyczne skrócenie długości.

I tak w sprytny sposób udalo mi się skierować Twoją uwagę, Szanowny Czytelniku, na świetny cykl artykułów o próżni autorstwa Piotra Gąsiorowskiego, którego trzecia część „Próżnia, (nie)byt skomplikowany. Część 3: Próżnie relatywistyczne” owego Hendrika Lorentza wspomina.

Przed Parker Solar Probe jeszcze dwa przeloty w pobliżu Słońca (dwa peryhelia), ale już dziś wiadomo, że była to bardzo owocna misja. Poprzednie przeloty także dostarczyły niezwykle ciekawych danych potwierdzających m.in. istnienie strefy wolnej od pyłu (DFZ) w pewnej odległości od gwiazdy.

Niezbędnik poszukiwacza pozaziemskiego życia (w granicach rozsądku)

Wiesław Seweryn3 komentarze

Co jest najważniejszą motywacją dla wysyłania kolejnych sond do bliższych i dalszych obiektów naszego Układu Słonecznego? Na pewno naukowa ciekawość. Co jeszcze? Czy są powody mniej racjonalne, czy kierujemy się nie tylko rozumem, ale i sercem? Może czujemy się samotni i po prostu szukamy braci w życiu? I podobnie jak Puchatek, im bardziej Go nie znajdujemy, tym bardziej i usilniej szukamy. Już raczej nie wierzymy w życie humanoidalne, w dwunożne i dwuręczne istoty rodem z „E.T.” Stevena Spielberga. Więc trochę odpuszczamy, luzujemy wymagania, manipulujemy definicją życia ale dalej szukamy. To już nie musi być życie takie jak tu, na Ziemi, rozwinięte życie przez duże „Ż”, mogą być także jego ślady, sprzyjające (niewykluczające) środowisko, cząsteczki i rodniki organiczne. Ciągle mamy nadzieję, że COŚ albo przynajmniej coś znajdziemy. I coś rzeczywiście znajdujemy. Od kilkudziesięciu lat, w miarę postępu możliwości technicznych, penetrujemy bliższy i dalszy Kosmos. 

Poniżej przedstawię krótki przegląd, podsumowanie obecnego stanu badań poszczególnych planet i planetoid naszego Układu Słonecznego. Badań bezpośrednich, nie obserwacji teleskopowych, bo inaczej ten wpis rozrósłby się do niestrawnych rozmiarów. 

Wenus

Tak się składa, że o Wenus pisałem niedawno (Wenus – porzucona kochanka). Warunki panujące na niej nie pozwalają, i nie pozwolą w najbliższej przyszłości, dokonywać bezpośrednich badań próbek gruntu. Jednak na podstawie badań atmosfery oraz obserwacji powierzchni planety, a także zaawansowanych symulacji komputerowym można wywnioskować, że jeszcze 300-500 milionów lat temu powierzchnia Wenus była czynna wulkanicznie. Mało tego, symulacje wykonane na podstawie wyników badań sondy Pioneer Venus wykazały z dużym prawdopodobieństwem, że 2-3 miliardy lat temu na Wenus istniały warunki sprzyjające powstaniu i utrzymaniu życia. Teraz jest „piekłem na ziemi”.

Mars

Mars jest najlepiej poznaną planetą z całej czwórki (załóżmy na potrzeby tego artykułu, że Księżyc także jest planetą). Aktywna eksploracja Marsa rozpoczęła się wiele lat temu. Po jego powierzchni poruszały się łaziki, zebrano i przeanalizowano mnóstwo próbek, myślimy o wyprawie załogowej.

Z dużym prawdopodobieństwem można przypuszczać, że w odległej przeszłości Mars był planetą cieplejszą, bardziej wilgotną, z grubszą atmosferą. Było to miliardy lat temu. I nic to, że 4 miliardy lat temu moc promieniowania Słońca wynosiła ok. 70% mocy dzisiejszej i obliczenia wykazują, że ewentualna woda na Marsie musiałaby być w postaci lodu. Ówczesne zasoby promieniotwórczego uranu i toru w bryle planety mogły (teoretycznie) roztopić wodny lód. Dowodzą tego przeprowadzone symulacje (znowu symulacje). 

Ryc. 1. Wenus, Mars i Ziemia. Domena publiczna.

Ziemia

Wiadomo, na Ziemi trwa złoty wiek, życie powstałe 3-3,5 miliarda lat temu rozwija się, a zdarzające się katastrofy nie spowodowały znaczącego dlań zagrożenia. Owszem, były wymierania, ale życie odradzało się, ewoluowało i rozwijało się dalej. Można powiedzieć, że z tej trójki tylko my mieliśmy szczęście przetrwać. Nie potrzebujemy snucia teorii i naginania faktów, życie na Ziemi istnieje, wystarczy wyjrzeć za okno albo spojrzeć w lustro (inteligentna forma życia). 

Księżyc

Każdy wie, że Księżyc, mimo swojej „skalistości”, jest jałowy jak wnętrze reaktora atomowego. Nie ma na nim śladu atmosfery ani żadnych innych przejawów obecnego czy przeszłego życia. Nie ma tektoniki i magnetyzmu, totalny bezruch i beznadzieja. Nie ma Pana Twardowskiego ani Księżycowych Ludzi (tych od Pana Kleksa). Czy Księżyc zawsze taki był? Czy po oderwaniu się od Ziemi w wyniku kosmicznej kolizji z Theą, od razu stał się taki, jaki jest obecnie? Oczywiście, że nie, ale potrzebujemy na to dowodów. I oto pojawiła się szansa na znalezienie dowodu na sejsmiczną aktywność Księżyca. 

20 sierpnia 2024 pisałem (Księżyc Zatoką Perską przyszłości (4). Woda) napisałem:

W tekstach Księżyc Zatoką Perską przyszłości?, Księżyc Zatoką Perską przyszłości (2)? Chang’e-6 wylądował i Księżyc Zatoką Perską przyszłości? (3). Regolit pisałem o serii chińskich misji Chang’e, a zwłaszcza ostatniej – Chang’e-6, która odwiedziła „ciemną” stronę Księżyca i przywiozła stamtąd pierwsze próbki skał powierzchniowych i głębinowych. O Chang’e-5 ledwie wspomniałem. Okazuje się, że to poważne niedopatrzenie, bo właśnie badanie próbek skał „piątki” przyniosło nieoczekiwane (a może z drżeniem serca oczekiwane) rezultaty. ….

O wynikach analizy próbek zebranych przez Chang’e-6 będziemy informować w Eksperymencie Myślowym, jak tylko się ukażą. Może za 4 lata, a może wcześniej.

Minęły trzy miesiące i mamy następne wyniki badań skał księżycowych. Okazuje się, że nasz satelita wykazywał dużą aktywność wulkaniczną zanim stał się martwym globem. To już trzeci obiekt kosmiczny, którego historię zaczynamy (z powodzeniem) odtwarzać.

Ryc. 2. Jowisz, Saturn (prawda, że „łyso” wygląda bez pierścieni?), Uran. Domena publiczna.

Pozostałe planety i księżyce Układu Słonecznego a także jedna asteroida

O Merkurym nie ma co mówić. Ta najbliższa Słońcu planeta z racji swojego położenia nie ma i nie miała szans na rozwój życia biologicznego w żadnej znanej formie. Brak atmosfery, szczątkowe pole magnetyczne i temperatura powierzchni wahająca się od -180⁰C do 430⁰C są warunkami ekstremalnymi. Trudno też przypuszczać, że w przeszłości były inne.

Pozostałe planety to gazowe olbrzymy: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Nie są to planety skaliste, a warunki fizyczne, z uwagi na ogromne ich masy, raczej nie pozwalają na przeprowadzenie dobrze rokujących symulacji w kierunku możliwego życia, nawet przy najbardziej karkołomnych i naciąganych założeniach i warunkach początkowych. Pozostał jeszcze Pluton, który, jak wiadomo, planetą nie jest, tak orzekła Międzynarodowa Unia Astronomiczna.

Ryc. 3. Neptun, Pluton, asteroida Bennu. Domena publiczna.

Nie bez powodu potraktowałem Księżyc na równi z planetami. Satelity największych gazowych olbrzymów mają wielkość porównywalną do Merkurego, a ponadto rokują badawczo (poszukiwanie życia) bardziej niż Wenus i Mars. Przyjrzyjmy się im, w kolejności malejących szans na znalezienie na nich przejawów życia.

  1. Europa, księżyc Jowisza. Średnica: ~3,121 km, masa: ~4,8 × 10²² kg. Porównanie z Ziemią: Nieco mniejsza od naszego Księżyca (Europa ma ~90% jego średnicy). Charakterystyka: Europa ma lodową skorupę, pod którą prawdopodobnie znajduje się ocean ciekłej wody, być może o większej objętości niż wszystkie ziemskie oceany razem wzięte. Atuty dla życia: Geotermiczne ogrzewanie dna oceanu (wywołane grawitacyjnymi siłami Jowisza) może tworzyć hydrotermalne kominy, które są potencjalnymi oazami dla życia. Eksploracja: Planowane misje, takie jak Europa Clipper (NASA), mają zbadać ten księżyc pod kątem jego habitabilności1. O starcie i celach misji Europa Clipper pisał obszernie Mirosław Dworniczak w tekście Europa Clipper – podróż w kierunku Jowisza.
  2. Enceladus, księżyc Saturna. Średnica: ~504 km, masa: ~1,08 × 10²⁰ kg. Porównanie z Ziemią: Bardzo mały w porównaniu do naszego Księżyca (około 1/7 jego średnicy). Charakterystyka: Enceladus ma podpowierzchniowy ocean ciekłej wody i wyrzuca gejzery bogate w wodę, organiczne związki oraz sól z pęknięć w lodowej skorupie. Atuty dla życia: W składzie gejzerów znaleziono organiczne cząsteczki, a woda jest w stanie ciekłym dzięki wewnętrznemu ogrzewaniu. Eksploracja: Dane z misji Cassini sugerują, że warunki na Enceladusie mogą sprzyjać życiu.
  3. Ganimedes, księżyc Jowisza. Średnica: ~5,268 km, masa: ~1,48 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Ganimedes jest największym księżycem w Układzie Słonecznym, większym nawet od Merkurego. Charakterystyka: Największy księżyc w Układzie Słonecznym, posiada wielowarstwowy system oceanów i lodu, z oceanem ciekłej wody znajdującym się prawdopodobnie między warstwami lodu. Atuty dla życia: Własne pole magnetyczne może chronić wewnętrzne warstwy przed promieniowaniem kosmicznym. Eksploracja: Bada go misja JUICE (ESA), która wystartowała w 2023 roku.
  4. Tytan, księżyc Saturna. Średnica: ~5,151 km, masa: ~1,35 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Drugi co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym, nieco mniejszy od Ganimedesa, ale większy od Merkurego. Charakterystyka: Tytan ma gęstą atmosferę bogatą w azot i powierzchniowe zbiorniki węglowodorów, takich jak metan i etan. Pod powierzchnią może znajdować się ocean ciekłej wody. Atuty dla życia: Choć warunki są zimne, chemia organiczna na Tytanie może dostarczać składników potrzebnych do powstania życia. Eksploracja: Misja Dragonfly (NASA, planowana na 2027 rok) ma badać jego powierzchnię i atmosferę.
  5. Callisto, księżyc Jowisza. Średnica: ~4,821 km, masa: ~1,08 × 10²³ kg. Porównanie z Ziemią: Czwarty co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym, porównywalny z Ganimedesem i Tytanem. Charakterystyka: Callisto jest stosunkowo nieaktywna geologicznie, ale może posiadać podpowierzchniowy ocean. Atuty dla życia: Ze względu na małą aktywność geologiczną i odległość od Jowisza, Callisto jest w niewielkim stopniu narażona na promieniowanie, co czyni ją interesującą pod kątem habitabilności.
Ryc. 4. Merkury (NASA), Europa, Enceladus (Domena publiczna).
Ryc. 5. Ganimedes, Tytan, Callisto. Domena publiczna.

Badamy również asteroidy, a jakże. Mirek Dworniczak opisał w „Kapsuła z sondy OSIRIS-REx wróciła na Ziemię„, „Ozyrys wraca na Ziemię” i „Niezwykłe odkrycie w regolicie z Bennu” przebieg misjii OSIRIS-REx oraz wstępne wyniki badań materii z asteroidy Bennu. Co odkryto w przywiezionym (przyleconym) materiale? Poczytajcie we wpisach pod podanymi linkami. Na pewno nie będzie to zmarnowany czas.

Podsumowanie. Co dalej?

Jak widać szukamy życia na wielu frontach. I jak pisałem wcześniej, w serii wpisów Życie w Kosmosie….. („Życie w Kosmosie, czyli z pamiętnika malkontenta„, „Życie w Kosmosie[2]. Chyba jednak jesteśmy jedyni” i „Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę„), raczej nic z tego nie będzie. Niech jednak hasło „poszukiwanie życia” będzie medialnym pretekstem do rozwoju czystej nauki i zaawansowanej technologii, których osiągnięcia przydadzą się nam w przyszłości w innych dziedzinach, bardziej praktycznych.

Przypisy

  1. habitabilność to zdolność planety/księżyca do zamieszkania przez złożone formy życia. ↩︎