Sonda New Horizons se nezadržitelně blíží ke svému dalšímu cíli. Poté, co splnila svůj hlavní úkol a poskytla nám první podrobné fotky a informace o trpasličí planetě Pluto, pro ni vědci našli nadstavbový úkol. Na Nový rok si totiž připíše další unikát – proletí kolem zatím nejvzdálenějšího objektu v historii. Cílové těleso má generické označení 2014 MU69, které se někdy nahrazuje provizorním názvem Ultima Thule. Finální název bude vybrán až příští rok, aby odpovídal tomu, co o objektu New Horizons zjistí. Emily Lakdawalla vytvořila mimořádně detailní souhrn informací věnovaný této události a my jej použijeme jako základ pro tento článek.

K maximálnímu přiblížení New Horizons k Ultima Thule dojde 1. ledna ve 12:41 SEČ při vzájemné rychlosti 14,16 km/s. Vědci a fanoušci se už nemohou dočkat fotografií tohoto drobného světa, který je pozůstatkem z doby vzniku Sluneční soustavy. Zatím nemáme ani tušení, jak by mohl tento objekt vypadat a celkově naše znalosti tohoto světa jsou značně omezené. Pravděpodobně má průměr mezi 20 a 35 kilometry, což je asi 10× více, než kometa 67P/Čurjumov-Gerasimenko, kterou studovala sonda Rosetta z oběžné dráhy. Vypadá to, že 2014 MU69 má velmi nepravidelný tvar – vědci spekulují o tom, že se může jednat o dvě tělesa obíhající blízko sebe, nebo o slepenec dvou objektů (jako u komety 67P). Povrch by mohl mít načervenalý nádech, přičemž se může jednat o úlomek většího tělesa.

Stejně jako tomu bylo při průletu kolem Pluta, tak ani nyní nebude New Horizons během maximálního přiblížení komunikovat se Zemí. Plně se zaměří na sběr dat a fotografií, na které má jen omezený čas. Nakonec se však od Ultima Thule vzdálí a otočí svou anténu vstříc Zemi. Data z ní poletí k naší planetě rychlostí světla více než šest hodin.

V rámci datových přenosů před průletem i po něm se dočkáme i fotografií pořízených kamerou LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), jejíž fotografie Pluta ve stupních šedi všem vyrazily dech. Těšit se můžeme i na barevné fotky s menším rozlišením, o které se postará kamera MVIC (Multicolor Visible Imaging Camera), která je součástí přístroje Ralph. První fotky, které dorazí, rozhodně nebudou tím nejlepším, co nám sonda nabídne. Důvody budou popsané níže. Předtím se však podívejme na harmonogram několika dní kolem průletu.

Před samotným průletem dojde ke dvěma komunikačním oknům a po průletu budou tyto komunikační fáze tři. Výše přiložený obrázek ukazuje, jak kvalitní fotografie můžeme kdy očekávat. Jako náhrada za Ultima Thule posloužila kometa 67P/Čurjumov-Gerasimenko, jejíž fotky ze sondy Rosetta byly upraveny, aby odpovídaly tomu, co můžeme čekat od New Horizons. Úpravy spočívaly jak v úpravě velikosti, tak i v rozostření a lehkému zašumění. Z mnoha důvodů totiž fotky Z New Horizons nebudou tak ostré, jako od Rosetty – všechny fotky ale mají velmi podobný fázový úhel (pozice sondy vůči cílovému tělesu a Slunci) – u Rosetty 10° a u New Horizons to bude 11°.

Je potřeba zdůraznit, že výše uvedené časy jsou termíny stažení, které se mohou lišit od času zveřejnění. Data z New Horizons totiž nejsou (na rozdíl od misí jako Curiosity, Opportunity, InSight či dříve Cassini) automaticky zveřejňovány na webu, jakmile dorazí na Zemi. Pozemní operátoři je totiž musí zpracovat, doplnit popisky a NASA pak fotografie zveřejní zřejmě v době největšího mediálního zájmu. Ve výsledku tak může mezi přijetím obrázku a jeho zveřejněním uplynout klidně i celý den – pamatujme na to, až budeme netrpělivě čekat na nové fotky. Kde tedy sledovat aktuální informace o průletu? Tady je pár tipů:

• Twitter Emily Lakdawalla, byť sama píše, že nebude v době průletu v Applied Physics Laboratory
• Twitterový oficální profil mise a Twitter hlavního vědeckého pracovníka Alana Sterna
• Heidi Hammel, členka Planetary Society Board bude v APL, stejně jako Mat Kaplan z Planetary Radio
• Oficiální webová stránka projektu na webu APL a na webu NASA
• Příslušná diskusní vlákna na webech unmannedspaceflight.com a nasaspaceflight.com
• “The New Horizons Kuiper Belt Extended Mission,” článek Alana Stern na webu arXiv
• “Great Expectations: Plans and Predictions for New Horizons Encounter with Kuiper Belt Object 2014 MU69 (‚Ultima Thule‘),” článek od Jeffrey Moora na webu arXiv
• Já ještě doplním pro české a slovenské čtenáře, že o aktualitách mise budeme informovat na našem Facebooku, Twitteru, fóru i na našem webu. Vzhledem k termínu konání události i s přihlédnutím k tomu, že fotografie dorazí až později, nebudeme průlet pokrývat ani psaným online přenosem.

Kromě již zmíněných kamer LORRI a MVIC disponuje New Horizons i několika dalšími vědeckými přístroji. Prostředky dálkového průzkumu obsahují třeba přístroj LEISA, který společně s kamerou MVIC tvoří přístroj Ralph. LEISA má za úkol měřit spektrum v infračervených oblastech. Alice je ultrafialový spektrograf schopný měřit složení i provádět zákrytová měření hvězd, což se hodí k hledání komy kolem 2014 MU69. Sonda ale disponuje i trojicí přístrojů pro měření místních podmínek v okolí. Jde o měřič nabitých částic PEPSSI, měřič slunečního větru SWAP a čítač prachových částic SDC. Pozemní týmy rozdělily průlet do tří hlavních fází:

• Přibližovací fáze byla nejdelší – začala 16. srpna letošního roku a skončila 24. prosince, tedy zhruba týden před největším přiblížením. Během této fáze sonda pořizovala snímky pro optickou navigaci a hledala objekty představující riziko – například prstence nebo malé měsíce. Zatím se nic podobného u Ultima Thule neobjevilo, takže by průlet snad měl být bezpečný. V této fázi měly nejvíce práce přístroje měřící podmínky v okolí sondy – zjišťovaly, jaké podmínky z hlediska elektromagnetických polí a částic panují v meziplanetárním prostoru.
• Hlavní fáze trvá deset dní – od 24. prosince do 2. ledna. Prakticky veškerá věda se odehraje během dvou dnů kolem maximálního přiblížení. Právě tehdy bude sonda ostošest fotit a provádět spektroskopická měření mapující povrch Ultima Thule. Z těchto údajů bude možné později vyčíst složení látek na povrchu, určit rychlost otáčení, hledat prach, prstence a případné oběžnice.
• Odletová fáze bude trvat od 3. do 8. ledna. Po ní začne 20 měsíců dlouhé období odesílání všech naměřených údajů – hotovo by mělo být až v září roku 2020!

Hned několik věcí je v případě 2014 MU69 komplikovanějších než v případě Pluta. Ultima Thule je malé, tmavé a špatně viditelné těleso. Sonda uvidí i tři dny před průletem jen tečku. 2014 MU69 je tmavší a také na něj dopadá méně slunečních paprsků, než na co byla kamera LORRI stavěná. I kvůli malým rozměrům Ultima Thule musí New Horizons proletět mnohem blíže než v případě Pluta, aby mohla na povrchu spatřit zajímavé detaily. Z toho vyplývá potřeba výrazných změn úhlů pohledu v době průletu.

The #NewHorizons spacecraft is on final approach to #UltimaThule! Lots happening to get ready for our historic #NYE19 flyby in the #KuiperBelt. Get the latest from Mission Principal Investigator Alan Stern in this new blog post –> https://t.co/yDyVDmo4bf pic.twitter.com/cGjYCbaR6Q

— NASA New Horizons (@NASANewHorizons) December 20, 2018

Výše jmenované faktory mohou způsobit, že snímky z LORRI budou trochu rozmazané a také budou obsahovat více šumu než v případě fotek Pluta. MVIC je těmito faktory ovlivněna méně, takže je možné, že New Horizons se pokusí slabé osvětlení a velkou rychlost průletu kompenzovat pomalejším snímkovacím přesunem po povrchu, aby měly přístroje dost času na správnou expozici.

Další výzvou je to, že Ultima Thule byla objevena až v roce 2014. Objekt obíhá hodně daleko od Slunce, takže od objevení se po své dráze jen drobně posunul. Nemáme tedy k dispozici pozorovací data z dalšího časového úseku. Navigátoři tedy nemají k dispozici úplně přesné informace o oběžné dráze, jaké by potřebovali. Naše znalosti o pozici 2014 MU69 v ose našeho pohledu od Země jsou nepřesné v řádu několika tisíc kilometrů. Sonda se navíc k cíli blíží ze stejného směru, jakým objekt vidíme i my. Perspektiva z jiného úhlu nám tedy nepomůže a nebylo možné zpřesnit tyto údaje.

Jak se New Horizons přibližuje k Ultima Thule, je tato nepřesnost stále větším problémem – velmi snadno se může stát, že by sonda celou dobu hleděla do jednoho místa, kde by čekala cílový objekt a ten by přitom byl jinde – na fotkách bychom tak viděli jen černou tmu posetou hvězdami. Aby k ničemu podobnému nedošlo, provede New Horizons během průletu kompletní skenování celé oblasti, ve které se tento drobný objekt může nacházet. Jinými slovy vznikne velké množství fotografií, na kterých nic nebude, ale naopak budeme mít jistotu, že na nějakém snímku je Ultima Thule zachycena.

Pouhé tři dny před průletem se 2014 MU69 jeví nejlepší kameře LORRI jen jako jednopixelový objekt. Sonda do dnešního dne pořizovala každý den sérii snímků pro navigační účely a hned je odesílala k Zemi. Na základě těchto dat mohli odborníci zmenšit výše zmíněnou nepřesnost a tři dny před průletem je poslední možnost k aktualizaci údajů o orientaci během průletu. Teprve až v dalších desítkách hodin se z malé tečky vyloupne svět, který jsme ještě nikdy nespatřili zblízka. Zatím ještě Ultima Thule vypadá podobně jako okolní hvězdy, ale již brzy se zvětší.

Když se bude chýlit 29. prosinec ke konci, začne sonda pořizovat větší objemy vědeckých dat. Kamera pořídí dlouhoexpoziční snímky určené k hledání malých měsíců a pak se sonda začne řízeně otáčet ve všech třech osách – důvod je prostý – přístroje měřící podmínky v okolí sondy tak budou moci kompletně zmapovat toto okolí. Pomalu se začne i s pořizováním krátkoexpozičních snímků cílového tělesa, ale oproti fotkám z LORRI nenabídnou o moc lepší kvalitu. Na konci dne začne sběr vědeckých dat naplno. Detailní pozorování s vysokou frekvencí snímků umožní vytvořit světelnou křivku 2014 MU69, díky které zjistíme, jak se povrch objektu jeví v různých pozicích rotace, po dobu zhruba šest hodin.

Ještě před snímkováním tak sonda získá informace o rychlosti otáčení Ultima Thule i o pozici jejích pólů – předtím budou k dispozici jisté náznaky, ale tato fáze sledování umožní určit tyto parametry velmi přesně. Rotuje 2014 MU69 pomalu nebo rychle? Míří její pól ke Slunci nebo jej naopak uvidíme ze strany? To zatím nevíme a dozvíme se to až když data dorazí na Zemi. Barevné snímky zase pomohou určit, jak se barvy na povrchu mění podle „zeměpisné“ šířky, ale MVIC stále uvidí objekt jen jako jednopixelový.

30. prosince započne další šestihodinový vědecký blok zaměřený na výše popsané oblasti – půjde tedy o harmonogram obsahující barevné fotky, hledání družic a měření světelné křivky. Stejné úkoly se zopakují i 31. prosince ráno. Po jejich splnění začne nejintenzivnější fáze. Poslední komunikační možnost se Zemí před průletem začne v 8:06 (podle hodin na sondě) a my tento signál obdržíme ve 14:14 SEČ. Nejkvalitnější fotky, kterých se dočkáme, nám ukáží 2014 MU69 jen jako shluk několika málo pixelů. A pak už nám nezbude nic jiného, než čekat.

Sonda zatím bude mít mimořádně nabitý program. 1. ledna ve 12:41 SEČ sonda proletí kolem Ultima Thule v nejmenší vzdálenosti, ale se Zemí v této fázi mluvit nebude. Její čas v okolí tohoto objektu je až příliš cenný na to, aby se zdržovala odesíláním dat. Každou sekundu musí využít pro sběr informací, které uloží do palubní paměti. Sonda by se nám měla ozvat 1. ledna v 16:28 SEČ, tedy zhruba čtyři hodiny po maximálním přiblížení k Ultima Thule. Je však potřeba zdůraznit, že půjde jen o krátkou zprávu oznamující (doufejme) dobrý stav palubních přístrojů. V tomto komunikačním okně nedojde k přenosu žádných vědeckých dat.

Těch se dočkáme ve stejný den, ale o pár hodin později – konkrétně ve 21:15 SEČ nastane čtyřhodinová komunikační fáze v rámci které by měly dorazit fotografie, na kterých bude mít Ultima Thule průměr 100 pixelů (viz vizualizace výše). Sám Alan Stern říká těmto prvním komunikačním příležitostem New York Times, nebo NYT. Naráží tím na fakt, že se během nich přenesou data důležitá pro vědce i pro veřejnost.

Druhý balík vědeckých dat začne přicházet 2. ledna ve 2:55 SEČ. Zde bychom se již měli dočkat fotky cílového objektu s šířkou 200 pixelů, ale není to jisté. Velmi záleží na tom, kde Ultima Thule při snímkování byla – viz výše rozebíraná nepřesnost. Pokud snímek nebude v této zásilce, měl by dorazit v komunikačním okně, které začne 2. ledna v 17:44 SEČ.

Průletem však věda neskončí. V odletové fázi se řídící tým pokusí vyslat signál k 2014 MU69, odrazit jej od jeho povrchu a zachytit na New Horizons. Přístroj Alice pohlédne do Slunce a bude v případné komě hledat stopy plynů. Něco podobného se dělalo už u Pluta a i tentokrát budou vědci hledat prstence a prach ve slunečním svitu kolem 2014 MU69. Sonda se však bude od Ultima Thule rychle vzdalovat a aktivita tedy pomalu utichne. Nastane fáze, při které bude potřeba odeslat všechny naměřené údaje. Pokud půjde všechno podle plánu, nashromáždí New Horizons u tohoto malého světa 50 gigabitů měření, přičemž už u Pluta jich bylo 55. Ultima Thule však obíhá podstatně dál než Pluto, takže přenosová kapacita bude menší. Očekává se, že kompletní přenos potrvá 20 měsíců, takže hotovo by mělo být na podzim roku 2020.

A kdy tedy uvidíme krásné fotky Ultima Thule? kdy se dočkáme snímků s největšími detaily? Musíme být trpěliví, protože k tomu dojde zřejmě až po nějakém čase. Bude se jednat o zhruba 900 snímků ve fázi největšího přiblížení, přičemž 2014 MU 69 bude jen na několika z nich. Určit, které fotky zachycují povrch Ultima Thule ještě před odesláním na Zemi, chvíli potrvá. Nejprve bychom se měli dočkat snímků s menším rozlišením, díky kterým získáme lepí představu o pozici 2014 MU69.

Na základě těchto znalostí pak bude možné zúžit počet fotek, které mohou obsahovat cíl. Pozemní týmy chtějí stahovat i metadata všech snímků, ještě než dojde k odeslání samotných fotek. Tato metadata budou obsahovat informace jako je třeba histogram snímků na obrázku – pokud na fotce je Ultima Thule, pak by medián pixelových hodnot měl vypadat jinak, než když je na snímku jen prázdný prostor. Odborníci pak vytvoří seznam fotografií, které vypadají nadějně a požádají sondu o jejich zaslání. Jde však o dlouhý proces, takže ty nejlepší fotky by mohly dorazit zhruba do konce února.

Zdroje informací:
http://www.planetary.org/

Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2018/05/ultimathule.jpg
http://pluto.jhuapl.edu/News-Center/PI-Perspectives/images/20181127-01.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/KBO_2014_MU69_HST.jpg
http://planetary.s3.amazonaws.com/…/20181213_simulations_flyby_downlinks_info-01.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/nh_ultima_thule_first_detection_v3.jpg
http://pluto.jhuapl.edu/Galleries/Featured-Images/pics800wide/LORRI_Search.png
https://upload.wikimedia.org/…Transparent.png/643px-New_Horizons_Transparent.png
https://s22380.pcdn.co/wp-content/uploads/prime_flyby_trajectory.png
https://pbs.twimg.com/media/DuT86EQXgAAfu_2.jpg
https://upload.wikimedia.org/…comparison.png/473px-2014MU69_67P_size_comparison.png
https://images-assets.nasa.gov/image/PIA21943/PIA21943~orig.jpg
http://pluto.jhuapl.edu/Galleries/Featured-Images/pics/UT_first_1x1_detection.png