Letošní seriál TOP 5 je u svého konce a pokračování bude opět za rok v červenci. Poslední díl je zaměřen na atmosféry těles Sluneční soustavy. Jejich podrobný výzkum a dlouhodobé měření umožnila až kosmonautika, takže je to ideální téma pro náš portál. Historie výzkumu atmosfér planet sahá ještě dál do minulosti, a tak se v článku krátce zmíníme i o astronomických pozorováních. V naší soustavě je několik míst, která byla zkoumána opravdu unikátně pouze jedinou kosmickou misí a pak tu jsou planety, kde sondy atmosféru zkoumaly nejen z dálky, ale i přímo, a to i dlouhodobě. Výběr žebříčku TOP 5 je tedy obtížný, ale kritérium unikátnosti hrálo tentokrát prim.

5: Mars – od objevu řídkého závoje k meteorologickým měřením

Přemýšlím, kdy nejdříve lidé mohli usuzovat na existenci atmosféry Marsu. Patrně už v dávných dobách věřili, že i jiné blízké planety jsou obydlené a Mars byl vždy na čele těchto lákadel. Skutečné ověření existence atmosféry mohlo přijít nepřímo z pozorování polárních čepiček Marsu. I amatérský astronom by si v průběhu desetiletí snadno povšiml, že jejich velikost se mění rok od roku i během roku samotného, a tedy musí být z ledu a měnit svou rozlohu kvůli tání nebo právě díky sublimaci, tedy změně ledu na plyn v atmosféře. Zbývalo by pak vyřešit, zda se takto vzniklý plyn ztrácí do kosmu, nebo si jej červená planeta dokáže udržet a v tom by nám stačilo si uvědomit, že čepičky v zimním období opět rostou. A pokud bychom znali i teplotní poměry, došlo by nám, že zde má co do činění s tvorbou ledu nejen voda, ale i suchý led (oxidu uhličitého). Tolik spekulace, jak by to šlo ověřit amatérsky.

První prokazatelná pozorování a zákresy světlých a tmavých albedových útvarů na Marsu máme z roku 1659 od nizozemského astronoma Christiaana Huygense (jeho jméno ještě v článku uvidíme). Ten pravděpodobně také jako první pozoroval polární čepičku (prokazatelně od roku 1672). První prokazatelná pozorování změn polárních čepiček máme z let 1781 až 1784 od Williama Herschela (mj. objevitele planety Uran 1781), který správně vysvětlil změny jejich velikosti kvůli tání vodního ledu (připusťme, že nemohl vědět, že je zde nízký tlak a klasické tání to tedy není). Pozorování atmosféry tedy spadá do éry tohoto významného astronoma, neboť později pozoroval i to, jak se chová světlo hvězdy těsně předtím, než je zakryta Marsem (a tedy využíval to ke studiu samotné atmosféry planety). Pozorovatelskou éru můžeme uzavřít na počátku 19. století (1809), kdy francouzský astronom Honoré Flaugergues zřejmě jako první zaznamenal oblaka, nebo spíše zvířený prach v atmosféře.

Další průzkum atmosféry spadá do éry spektroskopie. Paradoxně první pozorování spektra Marsu v 60. letech 19. století vedla spíše k představám o složení atmosféry podobném Zemi. Pozdější pozorování z konce 19. století se přikláněla spíše k tomu, že Mars je v otázce složení povrchu a atmosféry na tom jako náš Měsíc, tedy spíše mrazivý a bez atmosféry. Teprve po polovině 20. století se podařilo spolehlivě detekovat plyny v marsovské atmosféře, která je velmi řídká. Roku 1964 se takto podařilo detekovat vodní páru a oxid uhličitý.

Když NASA v roce 1965 vyslala Mariner 4, šlo o první sondu, která úspěšně proletěla kolem Marsu a poslala zpět snímky povrchu. Přístroje ukázaly, že planeta nemá hustou atmosféru schopnou chránit před meteoritickými dopady, ale jen tenký obal. Radiometrické měření odhalilo tlak pouhých asi 600 Pa (méně než setina pozemského tlaku při hladině moře), což znamenalo, že Mars se spíše podobá suché, chladné poušti než prostředí vhodnému pro život. Překvapivě vysoký počet kráterů zpochybnil představu o živém a dynamickém světě.

Technologie Marineru 4 byla na svou dobu průkopnická. Sonda nesla televizní kameru se čtyřmi fotodetektory, které snímaly červené a zelené spektrum, a data byla doslova „páskována“ na palubní magnetofon. Přenos 22 snímků zabral několik dní. Přístroje zahrnovaly také měřič kosmického záření a magnetometr. Byla to ukázka, jak málo stačilo, aby jeden průlet kosmické sondy úplně změnil náš pohled na sousední planetu.

O deset let později přišla revoluce s dvojicí sond Viking 1 a 2 (1976). Každá nesla orbiter i přistávací modul. Landery byly vybaveny meteorologickými stanicemi, které denně měřily tlak, teplotu a rychlost větru, a to po dobu několika let. Přinesly první podrobná data o cyklických změnách počasí na Marsu, zaznamenaly námrazu, prachové bouře a přímým měřením potvrdily dominanci CO₂ v atmosféře. Vikingy navíc provedly biologické experimenty – i když jejich výsledky zůstávají dodnes diskutované, právě ony posunuly výzkum Marsu do éry „in-situ“ měření. Dnes na ně navazují také pojízdné laboratoře Curiosity a Perseverance, které také nesou na svém stožáru meteostanice. Počasí v kráteru Gale můžete sledovat živě zde.

Pozorování atmosféry Marsu jsem zařadil až na páté místo, přestože je to jediná planeta, kde máme dlouhodobě zkoumáno i podnebí, protože její pozorování bylo o něco snazší a také vyslání sondy k Marsu není příliš obtížné.

4: Venuše – od objevu atmosféry k průletu a sestupu

Pokud budeme hledat v historických záznamech, tak první pozorování atmosféry Venuše bývá připisováno ruskému multioborovému vědci Michailu Lomonosovovi. Tento všeuměl a zakladatel moskevské univerzity se totiž mimo jiné podíval ze své soukromé pozorovatelny na přechod Venuše přes Slunce v roce 1761. A traduje se, že při vstupu na kotouč hvězdy spatřil slabou aureolu, kterou považoval za atmosféru planety. Upřímně, sám jsem viděl oba tranzity Venuše v letech 2004 a 2012 a nedovedu si to dost dobře představit ani nynějším výrazně lepším dalekohledem, který současní amatéři mají, ale kdoví. Jisté je, že atmosféra Venuše je velice tenoulinká, jak ukazuje i snímek vesmírné observatoře Hinode v úvodu článku, a především to dokazuje, že toto pozorování dnes možné je. Tedy až na to, že popsaný úkaz je tak vzácný, že další dvojice přechodů nastane až v letech 2117 a 2125 a navíc nebudou z Evropy skoro vůbec k vidění.

Pozdější výzkumy se mohly soustředit jen na pozorování atmosféry Venuše ze Země, a tak víme, že při ideálních podmínkách byly pozorovány a později i fotografovány tmavší skvrny, které bychom mohli přisuzovat oblakům, jako na Zemi, ale teprve rozvoj digitální fotografie a snímání v ultrafialovém oboru spektra odhalují, že tyto útvary mohly mít reálný základ. Uvádí se, že v roce 1932 byl v atmosféře Venuše spektroskopicky detekován oxid uhličitý (CO₂), a to v odraženém slunečním spektru v infračerveném oboru kolem 800 nm. Později se podařilo detekovat ještě oxid uhelnatý (CO), kyselinu chlorovodíkovou (HCl) a fluorovodíkovou (HF).

A pak tu konečně máme první měření kosmickými sondami. V roce 1962 se k Venuši vydala sonda Mariner 2, která 14. prosince téhož roku měřila atmosféru Venuše poprvé zblízka. Mariner 2 proletěl kolem planety v nejbližším bodě 35 000 km a provedl pozorování v mikrovlnném a infračerveném oboru elektromagnetického záření. Technicky šlo o poměrně jednoduchou sondu o hmotnosti necelých 200 kg, napájenou dvěma solárními panely. Nesla přístroje pro měření teploty, magnetického pole a slunečního větru. Nejzásadnějším experimentem byl mikrovlnný radiometr, který měl zjistit, zda vysoké teploty přicházejí skutečně z povrchu, nebo jde jen o atmosférické vrstvy. Přístroje potvrdily, že teplota na povrcuh Venuše dosahuje hodnot kolem 425 °C a atmosféra je velmi hustá.

Definitivní tečku za první érou průzkumu učinila 18. října 1967 Veněra 4, která přistávala na padáku a měřila atmosféru in-situ. Ta byla vybavena robustní přistávací kapslí kulovitého tvaru o hmotnosti téměř 400 kg, která měla odolat vysokému tlaku. Kapsle vstoupila do atmosféry rychlostí přes 11 km/s a brzdila padákem. Během 93 minut sestupu vysílala údaje o teplotě, tlaku a složení vzduchu. Ukázalo se, že atmosféra Venuše obsahuje především oxid uhličitý, tlak dosahuje několika desítek atmosfér a podmínky jsou pro lidské měřítko extrémně nepřátelské. Veněra 4 tak otevřela éru přímých měření v jiných atmosférách.

Přes tento mimořádný počin jsem se rozhodl dát Venuši až na čtvrté místo, protože jde stále ještě o poměrně snadno dostupnou planetu a její atmosféra byla celkem dobře pozorovatelná i ze Země.

3: Jupiter – kratší bouřlivá návštěva

Gigantická planeta Jupiter byla dlouho známá svými barevnými pásy a Velkou rudou skvrnou. Tedy skvrna samotná zas tak dlouho ne, nebo alespoň její existence je trochu záhadou. Podobný útvar byl totiž prý zaznamenán již v 17. století krátce po vynálezu dalekohledu, ale není jisté, zda šlo o tutéž skvrnu, jakou pozorují astronomové bedlivě až od roku 1831. Nabízí se například otázka, proč by si jí nevšimli tak vynikající pozorovatelé, jako William Herschel. Každopádně povahu povrchu největší planety, tedy, že jde o plynného obra, mohla poodhalit právě i ona už velmi záhy.

Atmosféru Jupiteru máme nejlépe prozkoumanou ze všech velkých planet. V roce 1995 totiž do ní vstoupilo přistávací pouzdro sondy Galileo. Kapsle byla navržena tak, aby odolala vstupu rychlostí 170 000 km/h, což je nejrychlejší vstup do atmosféry v historii. Technicky šlo o titanovou kouli o hmotnosti 339 kg, vybavenou padákovým systémem a sadou přístrojů: spektrometry, barometry, senzory větru a blesků, ale také zákalu a množství vodíku a hélia. Přenos dat probíhal přímo do mateřské sondy Galileo, která je ukládala a odesílala na Zemi.

Sonda pronikla do atmosféry do hloubky téměř 160 km, kde tlak dosahoval 22,7 atmosfér a zřejmě sondu rozdrtil. Data ukázala, že oblast v místě sestupu byla překvapivě suchá – méně vody, než se čekalo, což naznačuje velké regionální rozdíly v atmosféře Jupitera. Naměřila také extrémní větry přes 500 km/h. Po 61,4 minutách se spojení přerušilo.

Atmosféru planety po dlouhé roky zkoumala samotná orbitální část sondy Galileo a nyní na to úspěšně navázala sonda Juno. Unikátnost v podobě sestupu do atmosféry plynného obra řadí průzkum Jupiterovy atmosféry na třetí místo tohoto žebříčku TOP 5. Horší postavení nám dává, že do atmosféry Jupiteru později vletěla i samotná sonda Galileo, ale zde samozřejmě šlo hlavně o snahu nekontaminovat měsíce Jupiteru, stejně jako tomu bylo se sondou Cassini u Saturnu, která zažila ohnivé inferno v jeho atmosféře v roce 2018. No a tím se vlastně dostáváme k místu druhému.

2: Titan – mlha se špetkou Země

Titan, největší měsíc Saturnu, je také druhým největším měsícem ve Sluneční soustavě. Byl objeven již roku 1655 Christiaanem Huygensem. tedy tím, po němž byla později pojmenována sonda, která na jeho povrchu přistála. Když byla u něj detekována atmosféra, nepřestával vědce fascinovat a musela kvůli tomu být i upravena dráha sondy Voyager 1 (která prý i díky tomu nemohla poté zkoumat Pluto). Uvádí se, že tmavnutí kotoučku Titanu ke krajům, způsobené atmosférou, si prý povšiml katalánský astronom Comas i Solá, ale prokazatelný objev se dává až do souvislosti s pozorováním Gerarda Kuipera, který roku 1944 publikoval práci o existenci atmosféry a uvádí i metan a amoniak, které by ji měly tvořit. Už samotný objev atmosféry u některého z měsíců planet byl fascinující.

Sondy Voyager 1 a 2 v letech 1980 a 1981 potvrdily, že atmosféra Titanu je složena převážně z dusíku s oblaky z metanu a dalších uhlovodíků. Přímý průzkum však umožnila až evropská sonda Huygens, vypuštěná z mateřské Cassini v roce 2005. Technicky šlo o robustní modul o hmotnosti 320 kg, chráněný tepelným štítem. Po vstupu do atmosféry rychlostí 6 km/s brzdil na padácích a během dvouhodinového sestupu měřil teplotu, tlak, rychlost větru a chemické složení. Pořizoval také snímky a zaznamenával zvuky větru a kapek dopadajících na akustický senzor.

Měření jím provedená a poté podpořená dlouhodobým pozorování sondou Cassini ukázala senzační výsledky. Titan má složitou meteorologii, včetně deště a eroze způsobené kapalným metanem a ethanem. Fotografie ukázaly říční delty a oblázky na povrchu (byť z velmi podchlazeného vodního ledu). Přidejme k tomu atmosféru tvořenou hlavně dusíkem a podobnost se Zemí je až zarážející. Huygens Evropské vesmírné agentury se stal první sondou, která přistála na tělese vnější Sluneční soustavy, a právě proto katapultovala jeho mise Titan až na druhé místo tohoto výběru.

1: Pluto – od hvězdných zákrytů k New Horizons

Je všeobecně známo, že Pluto byl dlouho považován za devátou planetu Sluneční soustavy. Mohla za to jeho odlehlost a malé rozměry. A také fakt, že až do roku 1992 jsme existenci dalších těles za dráhou Neptunu potvrzenu neměli. Do světa trpasličích planet ho definitivně poslal až objev Eris. Toto těleso prakticky stejně velké jako Pluto bylo detekováno v roce 2003 a objev definitivně potvrzen 2005, což vedlo v roce 2006 na kongresu Mezinárodní astronomické unie v Praze 2006 k přeřazení Pluta ze světa planet.

Zlom v průzkumu Pluta přinesl v roce 1978 objev měsíce Charon. Díky tomu jsme mohli lépe určit velikost, či spíše malost této podivné planety. A dalším milníkem byl právě objev atmosféry To bylo v roce 1988, kdy astronomové při zákrytu vzdálené hvězdy zjistili, že světlo hvězdy se neztratilo náhle, ale pozvolna, což znamenalo přítomnost tenkého závoje. Ze změny spektra hvězdy bylo určeno, že v atmosféře je dusík. Od té doby se zákryty staly hlavní metodou sledování změn atmosféry Pluta, protože žádná sonda tam tehdy neletěla.

Očekávání se naplnila až později, když 19. ledna 2006 odstartovala mise New Horizons. Její let k Plutu trval velmi dlouho, téměř deset roků. Když se konečně k Plutu v červenci 2015 dostala, spatřili jsme podivuhodný a rozhodně jedinečný svět. Během rychlého průletu (rychlostí 14 km/s) sonda pořídila detailní snímky i měření atmosféry. Výsledky překvapily: Pluto má aktivní atmosféru s více než deseti vrstvami oparu, složenou převážně z dusíku, ale také s metanem a oxidem uhelnatým a dalšími stopovými plyny. Atmosféra se navíc mění v čase podle toho, jak Pluto obíhá po své protáhlé dráze. Objev „modrého halo“ kolem Pluta byl vizuálně jedním z nejpůsobivějších snímků celé mise.

Pohled na tenký prstýnek atmosféry planety Venuše náš článek uvedl a pohled na prstýnek Pluta ukončil. Ať už by vaše volba pořadí byla jakákoliv, doufáme, že ta naše se vám líbila a těšíme se s vámi u pokračování seriálu TOP 5 opět za rok na viděnou.

Zdroje informací:
https://kosmonautix.cz/stitek/vyzkum-venuse/
https://en.wikipedia.org/wiki/Transit_of_Venus
https://www.aeronomie.be/en/planetary-aeronomy-encyclopedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Mars
https://science.nasa.gov/asset/hubble/seasonal-changes-in-mars-north-polar-ice-cap/
https://www.planetary.org/articles/curiosity-noctilucent-clouds
https://mars.nasa.gov/layout/embed/image/mslweather/
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Jupiter
https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Red_Spot
https://science.nasa.gov/mission/galileo-jupiter-atmospheric-probe/
https://en.wikipedia.org/wiki/Titan_(moon)
https://www.ebsco.com/research-starters/history/kuiper-discovers-titan-has-atmosphere
https://science.nasa.gov/mission/new-horizons/

Zdroje obrázků:
https://www.isas.jaxa.jp/e/topics/2012/image/0606/fig02.jpg
https://photojournal.jpl.nasa.gov/figures/PIA03170_fig1.jpg
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/missions/hubble/releases/1997/05/STScI-01EVTAGAY3RM9RYSGJVKVT9184.jpg
https://planetary.s3.amazonaws.com/web/assets/pictures/20190528_sol2410_clouds_color.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2008/05/southern_hemisphere_of_venus_in_the_ultraviolet/10004073-2-eng-GB/Southern_hemisphere_of_Venus_in_the_ultraviolet_pillars.jpg
https://planetary.s3.amazonaws.com/web/assets/pictures/_2400x1600_crop_center-center_82_line/venera-4-model.jpg
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/psd/solar/2023/07/galileo_probe.jpg
https://www.missionjuno.swri.edu/Vault/VaultOutput?VaultID=20516&ts=1751568826
https://en.wikipedia.org/wiki/Titan_%28moon%29#/media/File:Titan_in_true_color_by_Kevin_M._Gill.jpg
https://cs.wikipedia.org/wiki/Titan_%28m%C4%9Bs%C3%ADc%29#/media/Soubor:Titan-Complex_’Anti-greenhouse‘.jpg
https://hips.hearstapps.com/pop.h-cdn.co/assets/17/02/1600×800/landscape-1484165292-pia08113-16.jpg
https://ichef.bbci.co.uk/ace/standard/976/cpsprodpb/61F8/production/_85608052_85608051.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Blue_hazes_over_backlit_Pluto.jpg