22. března 2021
Ve finálovém výběru programu Discovery najdeme dvě mise cílící na Venuši (VERITAS a DAVINCI+), průletovou sondu kolem Neptunova měsíce Tritonu Trident a také sondu IVO k průzkumu jupiterova měsíce Io. Pokud by došlo k jejímu schválení, měla by sonda Io Volcano Observer prozkoumat svět skutečných vulkanických zázraků – na tomto malém měsíci jsou totiž stovky aktivních sopek, které neustále vyvrhují tuny roztavené lávy a sirných plynů. Kdyby se vědcům podařilo přetočit pomyslné hodiny o pár miliard let zpět, možná by mohli stejnou scénu pozorovat i na povrchu jakékoliv jiné mladé kamenné planety. V dnešní době však ve Sluneční soustavě najdeme takovou vulkanickou hyperaktivitu pouze na Io. Tento měsíc je namáhán extrémními slapovými silami, které jej na jeho eliptické dráze natahují a zase stlačují. Masivní gravitace Jupiteru spolu s gravitačními účinky nedalekých měsíců Europy a Ganymedu tak mají na dění na Io značný vliv.
Jupiterův měsíc Io
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Vědci dobře vědí, že tyto slapové síly vytváří v útrobách Io extrémní teplo – jejich následkem je tu 20× větší tepelný tok než má Země. Není také žádným tajemstvím, že právě slapové síly jsou důležitým faktorem, který ovlivňuje vznik a vývoj kosmických těles v celém vesmíru. „Ale my pořád nemáme podrobné znalosti o tom, jak vlastně tato síla funguje,“ říká Alfred McEwen, planetární geolog z Lunar and Planetary Laboratory na University of Arizona a dodává: „Hlavními otázkami zůstává, kde a jak v planetě či měsíci vzniká teplo ze slapových sil, jak toto teplo uniká k povrchu a jaký efekt má tento proces na kosmické tělesa v celém vesmíru.“
Ovšem měsíc Io se svými působivými sopkami a extrémními slapovými silami by mohl přinést odpovědi na tyto otázky – vědci by tak mohli zjistit, jak přesně funguje ona imaginární výheň v útrobách tohoto měsíce. Když se podaří pochopit procesy, které probíhají v útrobách Io, mohlo by být možné porozumět lépe vývoji různých světů. „Je to opravdu to nejlepší místo v naší soustavě k pochopení procesu ohřívání vlivem slapových sil,“ dodává McEwen. Právě on stojí v čele vědeckého týmu, který pracuje na návrhu mise IVO.
Sonda Galileo pořídila v červenci 1999 snímky Io s nejvyšším rozlišením. Mozaika je složena z fotek přes blízké infračervené, zelené a fialové flitry – barva proto odpovídá tomu, co by vidělo lidské oko.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Vývoj projektu má na starost Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) v marylandském městě Laurel a pokud bude mise schválena, měla by sonda IVO během čtyř let provést nejméně deset blízkých průletů kolem měsíce Io. Během nich by měla tento pozoruhodný svět studovat pomocí souboru specializovaných přístrojů, které budou schopné nahlédnout i pod světlý, sírou pokrytý povrch Io. Kromě toho ale mají být na palubě i snímkovací přístroje schopné pořizovat nejen fotky, ale i videa extrémních vulkanických jevů, aby bylo možné lépe sledovat cestu tepla z útrob Io na povrch.
„Chci to teplo vystopovat,“ říká Laszlo Kestay, zástupce hlavního vědeckého pracovníka mise IVO z U.S. Geological Survey a dodává: „Klíčem k tomu je porozumění toho, kde se vlastně v útrobách Io to teplo tvoří.“Podle rozložení tuhých a roztavených hornin v útrobách měsíce by mohlo být ohřívání rozloženo po celých útrobách Io, ale také může být koncentrováno blíže k povrchu. IVO má proto měřit gravitační a magnetické pole kolem měsíce, aby vědci získali představu o tom, co se děje uvnitř. Například jednou z lákavých možností je, že Io má globální magmatický oceán, který se ukrývá pod relativně chladným kamenným povrchem.
Sonda New Horizons zachytila v únoru 2007 působivý snímek 290 kilometrů vysokého výtrysku z oblasti Tvashtar . Snímek připomíná fotografie ze sond Voyager, které v roce 1979 zachytily podobné jevy od tamní sopky Pele. Sonda IVO by se k měsíci Io dostala ještě blíže.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Když bude magnetické pole Jupiteru přecházet přes měsíc, IVO zaznamená narušení magnetického pole, které vytváří proudy generované v elektricky vodivém magmatu. Přístroje tak zachytí zcela jiný signál, než jaký by přišel, pokud by útroby měsíce byly tvořeny třeba převážně ztuhlými látkami. IVO má také zkombinovat geofyzikální měření a nové topografické mapy, aby bylo možné lépe porozumět mocnosti chladnější, převážně kamenné svrchní vrstvy Io. Bylo by tedy možné zjistit, jak Země, Měsíc a další kamenná tělesa fungovala krátce po svém vzniku, kdy se jednalo o postupně chladnoucí světy s lávovými oceány.
Sonda IVO by měla svými pohyby na oběžné dráze připomínat akrobata, který se vzdálí od Jupiteru a pak v přesně načasovaný okamžiku zamíří k Io, se kterým se potká na správném místě – jednak proto, aby mohla získat co možná nejčistší měření magnetického a gravitačního pole měsíce, ale i proto, aby mohla změřit vliv Jupiteru na jeho oběžnou dráhu, což je další indikátor prozrazující informace o vnitřní struktuře. Během průletů kolem Io ve vzdálenosti až 200 kilometrů by IVO mohla nafotit zhruba 90% barevného povrchu tohoto měsíce s rozlišením 300 až 3 metry na pixel. Při každém průletu by navíc mělo být natočeno video zachycující výtrysky lávy. Při každém průletu má sondě proletět nad póly měsíce – jak během přibližování, tak i při vzdalování.
Teoretická podoba sondy IVO – Io Volcano Observer
Zdroj: https://4.bp.blogspot.com/
Bylo by tedy možné změřit rozložení tepla, které z Io vychází s přesností, jakou ještě žádná sonda neměla a jaké se ze Země nedá dosáhnout. Infračervená data z tepelného snímkovače by vědcům zase mohla prozradit cenné informace o teplotě lávy i jejím složení. IVO má dostat také hmotností spektrometr, který by měl analyzovat plyny vyvržené tamními sopkami. Tyto plyny totiž v sobě ukrývají cenné stopy o chemickém vývoji měsíce a vlastně i celého Jupiterova systému. Vědci by díky tomu mohli prostudovat zdejší kompletní historii.
„Bylo by to poprvé, kdy by někdo udělal lokální analýzu atmosféry Io a byla by to rajská zahrada pro nejrůznější objevy,“ říká Kathy Mandt, vědkyně z JPL, která na projektu pracuje a dodává: „Víme, že Io ztrácí většinu tepla svými působivými erupcemi, které snadno zastíní ty, které známe ze Země. Nejenže jsou fascinující na pozorování,ale také nám pomáhají porozumět tomu, co přesně mají tyto procesy do sebe.“
Logo mise IVO.
Zdroj: https://meetingorganizer.copernicus.org/
„Přesun tepla je motorem, který pohání všechny změny,“ říká Kestay a dodává: „Sonda IVO by mohla prostudovat, jak proudící teplo v průběhu času ovlivňuje Io i celý systém Jupiteru.“ Tuny vulkanických plynů, které jsou každou sekundu vyvrhovány z Io se snadno šíří do okolí s pomocí silného magnetického pole Jupiteru. Sonda IVO by se na tento materiál zaměřila a poskytla tak nové informace o tom, kam tento materiál míří. Jde o první krok na cestě k pochopení evolučních změn složení Io. Těkavé látky opouštějící Io se totiž šíří do okolí a obarvují třeba povrch měsíce Europa. Možná sem dokonce dopravují i chemické látky, které by mohl využívat zatím nepotvrzený život v podpovrchovém oceánu. Vědci také očekávají, že by se mohli dozvědět více o zmíněném procesu slapového ohřívání, které zřejmě hraje klíčovou roli při zahřívání vodních oceánů pod ledovým krunýřem Europy, ve kterých by mohl existovat život. To samé se ale týká i oceánů na měsících Saturnu – Titanu a Enceladu. „Když použijeme Io jako velkoformátovou přirozenou laboratoř, budeme moci lépe porozumět procesům, které jsou důležité po celé naší soustavě i mimo ni,“ uzavírá McEwen.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0094576512002196-gr3.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/io_0.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/io-galileo.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/io-new-horizons.png
https://4.bp.blogspot.com/…/RDBRnjOo-fE/s320/IVO_graphic.png
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC-DPS2019/EPSC-DPS2019-996-1.pdf
Rubrika 
Štítky: 
Nahrávání ...
Snad by někoho mohlo zajímat, proč vlastně má sonda dělat ty artistické průlety místo toho, aby kolem Io prostě jen kroužila.
Io obíhá kolem Jupitera zatraceně blízko. Víme, že všechno, co přilétá k Jupiteru, pekelně zrychlí. Sonda by proto musela zabrzdit o víc než 10 km/s, aby srovnala svou rychlost s Io a mohla se u něj gravitačně zachytit. A spotřeba paliva na takové zpomalení? Prakticky stejná jako na start ze Země na LEO. Tedy stovky tun. Nebo desítky tun xenonu a jaderný reaktor.
Prostě, člověk si řekne co je na tom, řekněme tam i přistát, ale zatím na to absolutně nemáme.
Pěkný rozbor!
Nadalo by se těch 10km/s srazit gravitačními manévry kolem velkých měsíců? Jsou tam relativně blízko.
Pan David R to tak nemyslel, ale možná to tak vyznělo – nejde o to, že by sonda nějak brutálně zrychlila samotným příletem k Jupiteru. Sondy ze Země tam tak, tak dolétnou (viz třeba sonda Juice https://youtu.be/qOrGvlBq6zI) a jsme vlastně rádi, že si je nakonec Jupiter přitáhne a celkem rozumně tam jde „zaparkovat“. Potíž je v tom, že Io je opravdu blízko a o moc blíž už k Jupiteru nechceme – abychom mohli u Io přibržďovat gravitačně, tak je potřeba jej jakoby podletět a nechat se pak gravitací měsíce přitahovat zpět, tj. brzdit. A to právě u Io moc nejde, protože je malý, lehký a proklatě blízko.
JUICE má nakonec zakotvit u Ganymedu, takže řekněme, že se na jeho dráhu umíme dostat. Ganymed obíhá po dráze s poloměrem cca 1 milion km rychlostí asi 10,8 km/s. Io obíhá po dráze s poloměrem cca 420 tisíc km rychlostí asi 17,3 km/s. Na první pohled tedy musíme zrychlit. Zdání ale klame. Pokud bychom byli na dráze, jakou má Ganymed (ale ne na jeho orbitě, třeba na opačné straně :-)), tak pro přechod na eliptickou dráhu s nejnižším bodem ve výšce dráhy Io musíme zpomalit na 8,2 km/, což jsou něco přes 2,7 km/s delta v. V nejnižším bodě této dráhy (tj. tam, kde chceme „zaparkovat“) budeme mít ale rychlost 20,7km/s, takže musíme zabrzdit dalších 3,4 km/s. Dohromady máme tedy 6,1 km/s delta v jen při „přesunu“ v rámci drah měsíců Jupitera, aniž bychom započetli to navedení na dráhu Ganymedu (tam se ale hodně udělá gravitačně právě průlety kolem těch tří větších měsíců). Část by asi šlo vyřešit gravitačně, ale asi by to nebylo už moc (to spočítat neumím :-)).
Myslel jsem to tak že sonda skutečně, i když tak tak dolétne, následně hodně zrychlí v gravitačním poli Jupitera – viz JUNO. JUICE je dobrý příklad toho, co se dá vyždímat z > 25 gravitacních manévrů, ale na Ganymedes by si musela přibalit ještě dalších několik tun paliva. Kdoví, možná s nosností Starship padlou hmotnostní limity a nebude to problém.
Popravdě moc nerozumím tomu tvrzení, že „na Ganymedes by si JUICE musela přibalit ještě několik tun paliva“. V plánu mise JUICE (https://www.airbus.com/space/space-exploration/juice-searching-for-life-on-jupiters-icy-moons.html) je to, že poslední rok má strávit na orbitě právě tohoto měsíce. JUICE váží cca 5.300 kg, z čehož 3 tuny jsou palivo. Nevím, kolik z něj má sloužit pro kterou část letu, ale předpokládám, že většina „padne“ už na přelet a zachycení u Jupiteru, takže na zachycení na orbitě Ganymedu určitě nebudou k dispozici tuny paliva (odhaduji to spíše na stovky kg).
To PetrDub:
Podľa mňa ide o preklep. Namiesto Ganymedu bol myslený Io.
Přesně tak, jde o chybu, omlouvám se myslel jsem přirozeně Io.
Nějaké to palivo se dá ušetřit na Oberthově efektu, nicméně mezi gravitačním zachycením u Ganymedu a Io je rozdíl cca 3,5 km/s a to by opravdu znamenalo tuny paliva navíc, počítáno při startu samozřejmě.
Co je větší Sci-fi? ASRG (Stirlingův motor napojený heliovým okruhem na RTG) nebo Kilopower (Reaktor napojený na strlingovy motory okruhem tekutého sodíku)?
Mně připadá, že účinnost mají oba okolo 25 %. Což znamená, že si sonda musí s sebou táhnout radiátory. Navíc ASRG je škálovatelné od 120 W, zdá se, a tedy si jich můžete vzít na cestu, kolik třeba. Kdežto Kilopower začíná na 1 000 W a tím pádem i vysoké hmotnosti (okolo 1 500 kg bez radiátoru). Taže mám za to, že s Kilopower počítá jenom ve variantě 10 kW, kde už poměr výkon:hmotnost není tak zlý, a navíc už je to taková produkce tepla, že se s tím dá počitat pro návrh habitatu pro lidi.
Samozřejmně bude brždění s ASRG trvat celou věčnost, ale ze začátku na to bude i nadbytečný výkon.
Když už scifi, hlasuji jednoznačně pro atmosférické brždění. Tepelný štít nutný. A poslat o pár dní napřed maketu, podle ní doladit výšku 1. průletu. Po posledním brzdícím průletu, bylo by jich aspoň 10, se štít odhodí a pak už stačí malé delta v na gravitační zachycení a zbude i palivo na přistání. Jen mám pocit, že se do těchle experimentů agenturám nechce, preferují betonovou jistotu bez zbytečných experimentů.
Máš to marné Dušane, můj favorit zůstává Trident :-D, nic proti IVO, to je můj kandidát č. 2 🙂
Já to vidím podobně, jako Dugi. Ne že bych se na sondy k Uranu a Neptunu netěšil, ale potřebujeme na ně silnější rakety, ta doba letu kolem dvaceti let je prostě moc. Třeba se to za pět let změní (;-)
A navíc se bojím, že kdyby se pro Triton vybrala tahle průletová mise, tak by se mohlo říct – no už jste tam misi dostali, tak zase ně chvíli utrum. Jinými slovy – Uran i Neptun si zaslouží oběžnice pro dlouhodobý průzkum.
Přeji si jednoznačně IVO, protože ta slibuje opravdu velké věci. A jako druhou DAVINCI+. Chtěl bych se dočkat nějaké další povrchové mise na Venuši, což sice není přímo tento případ, ale přímé zobrazení povrchu při sestupu se také počítá a navíc si dokážu představit, že bude zařízena i na analýzu povrchu po dopadu. O TRIDENT nestojím, tedy ne proto, že by Triton nestál za průzkum, ale průlet za 18 let?
Díky za zajímavý článek. Nezávidím komisi, která má vybrat projekt k realizaci. Všechny jsou vědecky zajímavé.
To rozhodně ano. Venuše si zaslouží víc pozornosti, po tom co byla po dekády opomíjena. U Neptunu (a Uranu) už jsme nebyli celou věčnost. A Io je tak strašně fascinující, rozhodně by stálo vidět fotky toho pestrobarevného povrchu pořízené moderními kamerami.
Kéž by mohly letět všechny…
Jo, já bych si asi musel hodit trojbokým jehlanem, abych jednu misi vybral 🙂
Když se na to podívám střízlivým pohledem, tak máme 4 mise a je tak trochu veřejným tajemstvím, že budou vybrány dva návrhy – stejně jako před lety vybrali společně Lucy a Psyche. Dva návrhy ze čtyř cílí na Venuši.Považoval bych za překvapivé, kdyby nebyl k realizaci vybrán jeden z nich. Možná ještě více bych byl překvapen, kdyby byly vybrán oba. Takže tipuju, že bude vybrána jedna mise k Venuši a pak buďto IVO nebo Trident.
Pokud bych měl být u sond k Venuši konkrétnější, tak se osobně domnívám, že by užitečnější data přinesla sonda mířící k povrchu (DAVINCI+) než oběžnice s radarovou anténou (VERITAS). Z druhé dvojice bych pak volil spíše IVO, jelikož nabízí opakovaný blízký průzkum, zatímco Trident je „pouze“ průletová mise (byť kolem zajímavého objektu).
Ostatně před rokem jsem vydal tento článek, na jehož konci je podobná úvaha rozpracována trochu podrobněji.
K Neptunu se chystají též Číňané, což by mohlo být vzato do úvah při rozhodování NASA, aby se průzkum nedubloval. Holt máme přece jen víc zajímavých cílů než možností. Takže mi z toho vychází jedna Venuše a Ió … Ale to víte. Rozhodnutí bude na nich a my budeme pokorně sedět a těšit se jako malí kluci na výsledky… pokud se toho dočkáme.
Pokud bude rozhodnutí vědecké (v což doufám), tak se nebudou chtít dublovat
Pokud bude politické, tak je budou chtít předběhnout
Nestudoval jsem to podrobně, ale 2 mise k Venuši by bylo možné vypustit současně na jedné raketě, třeba to bude také kritérium…
To by mi přišlo jako docela plýtvání potenciálem – využít dvě možnosti ke zkoumání stejného objektu.
Nevím, o jakejch cenách se tu bavíme, ale zpravidla je náklad mnohem dražší než raketa, takže úspora na raketě není tak podstatná.
Navíc, k dispozici jsou rakety všech možných parametrů, takže není problém použít dvě malé místo jedné velké