Bon Voyage! Sonda s příkonem ručního šlehače slaví 45 let

Celé dobrodružství začalo na Floridě vypuštěním dvou družic z kosmodromu Cape Canaveral. Nejdříve v srpnu 1977 vyletěla „dvojka“, v září následoval start „jedničky“. Měly za cíl prozkoumat planety Jupiter, Saturn a jejich měsíce. Původně plánovaná životnost sond byla odhadována na pět let, následně došlo k prodloužení na dvanáct let a nyní už víme, že oba Voyagery zvládly i další obdivuhodné pokračování a spolehlivě pracují již pětačtyřicet let.

Modrá tečka naviguje

K dnešku již obě družice překročily hranice Sluneční soustavy a vstoupily do mezihvězdného prostoru. Voyager 1 překonal 23 miliard kilometrů, což je ve vesmírném měření 160x vzdálenost Země – Slunce. Jde tedy o nejvzdálenější objekt od Země, který vyrobili lidé. Stejnou vzdálenost by překonal, kdyby si od té doby dvakrát denně zaletěl na Měsíc a zpět.

I přes pozdější start předletěla jednička dvojku a nyní letí rychleji. To se může zdát paradoxní, neboť Voyager 1 využil gravitační prak (manévr pro urychlení s využitím gravitace jiných vesmírných těles) pouze dvou planet – Jupiteru a Saturnu, zatímco Voyager 2 měl k dispozici stejné dvě planety a k nim navíc Uran s Neptunem. Jenomže pro pozorování Neptunova měsíce Tritonu musel Voyager 2 zvolit manévr, který jej naopak přibrzdil. Voyager 2 tedy obětoval svou původně vyšší rychlost, aby mohl provést blízké pozorování Tritonu.

Jak tohle všechno vůbec víme? I přes nehostinnost hlubokého vesmíru družice stále fungují a komunikují s námi. Pracují v teplotě blízké absolutní nule (−273.15 °C), bez atmosféry, s všudypřítomnou radiací, s rizikem občasné srážky s vesmírným prachem, a to celých pětačtyřicet letech bez jakékoliv údržby. Takový přístroj můžeme směle označit za technologický zázrak. I když konstruktéři NASA využili při navrhování Voyagerů maximum tehdy dostupných znalostí, stále fungující družice předčily všechna očekávání. Přitom kdysi špičkovou technologii použitou ve Voyagerech buď už nepoužíváme nebo ji považujeme za legračně zastaralou – například data ukládaná na magnetické pásky přetáčené tam a zpět.

Navíc samotná komunikace napříč Sluneční soustavou není vůbec samozřejmá (natož mimo Sluneční soustavu). Abychom dosáhli nepřetržitého kontaktu, musí na vzdálené družice stále mířit anténa i navzdory otáčení Země. Nestačí tedy komunikovat z jednoho místa na Zemi, ale prostřednictvím sítě antén rozmístěných na třech kontinentech. Stejně tak anténa Voyageru musí neustále mířit k Zemi, jenže jak v neznámém prostředí plném hvězd najdete Zemi, jste-li pětačtyřicet let starý počítač a kolem sebe vidíte pouze velmi vzdálené a těžko identifikovatelné objekty? Přesněji – nejste ani počítač, ale malá kalkulačka...

V případě vyhledávání Země vám naštěstí vesmír přeje: stačí se otáčet dokola a najít nejjasnější objekt. Přičemž široko daleko nejjasněji září naše Slunce a někde „blízko“ u něj obíhá modrá tečka....

Bylo potřeba vyřešit i další hlavolamy. Například: kde vezmeme nezbytnou energii na takový provoz? Přístrojům na palubě většiny družic obíhajících kolem Země dodává energii Slunce pomocí solárních panelů, nicméně Voyager je ve své vzdálenosti od Slunce už tak daleko, že sluneční energie nedostačuje. Proto nese Voyager radioizotopový termoelektrický generátor – jinými slovy malou „jadernou elektrárnu“ – a z tepla generovaného při rozpadu plutonia vyrábí termoelektrické články elektřinu.

Výhoda jaderného paliva spočívá v tom, že stačí malý objem na dostatečný energetický výkon dodávaný po dlouhou dobu. Poločas rozpadu plutonia 238 je 87,7 let. To znamená, že za takový čas klesne generované teplo na polovinu. V našich pozemských podmínkách je to opravdu dlouho, ale v porovnání s délkou životnosti Voyagerů není ani tento jaderný zdroj dostatečný. Operátoři se tedy musejí vypořádávat s postupně se snižujícím výkonem malé palubní elektrárny.

Vzdalují se a slábnou

Náklady (od začátku mise) vyčíslila NASA po dosažení Neptunu (v roce 1989) na 865 milionů USD bez započítání inflace. Lidé pro misi odpracovali 11 tisíc „člověko-roků“, tedy ekvivalent jedenácti tisíc lidí pracujících po jeden rok nebo tisícovky lidí pracujících jedenáct let. To mimochodem představuje třetinu úsilí odhadovaného pro stavbu Cheopsovy pyramidy.

K čemu je vlastně takové obří úsilí dobré a co jsme se dozvěděli? Ačkoliv astronomové studují Jupiter již po staletí, Voyagery přinesly mnohá překvapení. Například „velkou červenou skvrnu“ vědci identifikovali jako komplexní bouři pohybující se proti směru hodinových ručiček. Pozorování aktivní sopečné činnosti na povrchu jednoho ze šestnácti Jupiterových měsíců jménem Io – bylo vůbec prvním pozorováním aktivních vulkánů na jiném tělese Sluneční soustavy.

Největší vulkán, nazvaný Pele vrhá síru i ostatní materiál přes 300 kilometrů vysoko. Vulkány na měsíci Io jsou zřejmě ohřívány slapovými silami vznikajícími obíháním kolem Jupitera. Významný pohyb a tedy i teplo vznikají také narušováním orbity dalšími dvěma měsíci Europou a Ganymedem. Tento dynamický systém způsobuje pohyb pevného povrchu nahoru a dolů o 100 metrů. Pro představu: maximální rozdíl mezi přílivem a odlivem na Zemi dosahuje maximálně 18 metrů, a to mluvíme o pohybu vody, nikoliv pevného povrchu.

Oba Voyagery poté pokračovaly k Saturnu, druhé největší planetě Sluneční soustavy. Domů poslaly úchvatné obrázky prstenců a objevily rovněž tři do té doby neznámé měsíce Atlas, Prometheus a Pandora. Také změřily kompozici atmosféry, přičemž se ukázalo, že obsahují menší podíl helia, než se očekávalo.

Voyager 1 nakonec po průletu kolem Saturnova měsíce Titan změnil směr a vydal se přímo k hranicím Sluneční soustavy na dlouhou pouť do prázdnoty.

Poté, co Saturn úspěšně pozoroval také Voyager 2, ukázalo se, že by pravděpodobně mohl zamířit ještě k Uranu, a to dokonce se všemi přístroji zapnutými. Takové pokračování původně nikdo neplánoval, ale NASA navýšila rozpočet a autorizovala průlet kolem Uranu, kde došlo k odhalení do té doby neznámého magnetického pole planety a deseti nových měsíců. NASA následně podpořila i odbočku k Neptunu, kam Voyager 2 doputoval v srpnu 1989. Změřil tam například nejrychlejší vítr na všech planetách, vanoucí rychlostí 2 000 kilometrů za hodinu.

Voyager 1 mezitím nezadržitelně mířil mimo Sluneční soustavu. Studoval meziplanetární prostor a vědci doufali, že se jeho přístrojům podaří změřit heliopauzu – teoretickou hranici mezi heliosférou a mezihvězdným prostorem. A skutečně, 25. srpna 2012 měření na palubě Voyageru 1 potvrdilo konec heliopauzy, čímž Voyager 1 oficiálně vstoupil do mezihvězdného prostoru. Stejnou událost zaznamenal 5. listopadu 2018 i Voyager 2.

Na Valentýna 1990 pořídil Voyager poslední fotografie pro „rodinný portrét“ Sluneční soustavy. Je mezi mezi i snímek s naší planetou: Země pozorovaná Voyagerem ze vzdálenosti šesti miliard kilometrů je jen nepatrná modrá tečka. Astronom Carl Sagan při té příležitosti namluvil video pale blue dot, které ilustruje nepatrnost našich problémů a malichernost našich sporů na všech úrovních v porovnání s nekonečností vesmíru.

Poté mohli operátoři zadat povel k vypnutí palubního teleskopu. Voyager už se totiž příliš vzdálil od všech těles a slábnoucí „jaderná elektrárna“ neumožňovala napájet všechny přístroje.

Všechno nejlepčí, Země!

Voyager 1 nyní disponuje elektrickou energií pro čtyři z deseti palubních přístrojů. Má k použití 249 W, tedy podobně jako rychlonabíjení moderního telefonu nebo příkon malého ručního šlehače. Dochází také palivo používané k udržování směřování antény k Zemi, přičemž není jisté, do kdy zvládne pro účely orientace rozpoznávat Slunce. To sice bezkonkurenčně září na všechny strany, ale v prostoru dosaženého oběma Voyagery se vytrácí i jeho jas.

Na jaře proběhla médii vlna zpráv, že se Voyager 1 „zbláznil“. Z některých článků se dokonce mohlo zdát, že jej zrovna unáší mimozemšťané. Byly by to jistě vzrušující zprávy – ale pokud by tomu tak bylo, jeho anténa by dál nemířila k Zemi a inženýři by toto přesměrování pozorovali jako slábnutí nebo úplné zmizení signálu. Sonda by se také automaticky přepnula do „bezpečného módu“, zajišťujícího výhradně funkce pro přežití. Nic takového se ale nestalo a vědecká data nadále přicházejí bez přerušení – byť údaje týkající se orientace sondy již nedávají smysl.

NASA dlouho závadu přesně neurčila a nebylo ani jisté, zda se přesná diagnostika ještě podaří. Od minulého týdne opět přichází srozumitelná data a Voyager volá domů ve skvělé kondici. Ukázalo se, že posílal data přes palubní počítač, který už mnoho let nefunguje a data míchá jako koktejl. Přepnutím na stále fungující záložní počítač NASA problém odstranila. Nevysvětlenou záhadou zůstává, proč Voyager začal používat dávno rozbitý počítač.

Sondy na palubě nesou měděnou pozlacenou gramofonovu desku s poselstvím určenou vzdáleným civilizacím. Sice nevíme, zda jiné civilizace existují, a zda mají gramofon, ale i tak mají šanci našemu poselství porozumět. Jak? Deska z jedné strany obsahuje nahrávku zvuků a obrazů, z druhé návod k použití a adresu odesílatele. Jak můžeme komunikovat, pokud neznáme dorozumívací jazyk? Odpověď zní: prostřednictvím fyziky, protože v celém vesmíru platí stejné fyzikální zákony. A byť jsme zatím neodhalili všechny, k možnému dorozumění jich snad známe dostatek.

Co se nálezce disku ze záznamu může dozvědět? Našel by tady 115 diagramů a fotek, zvuky Země (vítr, déšť, hrom, cvrčky, zpěv ptáků, kvákání žab, tlukot srdce, smích, vlak, traktor či polibek), hudbu z různých koutů světa (od tradiční čínské přes rock’n’roll až po Mozartovu Kouzelnou flétnu). Je tu nahraný i pozdrav tehdejšího předsedy OSN a dalších pětatapadesáti mluvčích v různých jazycích. A nechybí ani čeština: „Milí přátelé, přejeme vám vše nejlepčí“. Ano, čtete správně – tak zní český „dialekt“ v podání Václava Kostrouna, profesora Cornellovy univerzity.

NASA momentálně odhaduje pokračování programu do roku 2025. Co se stane poté? Voyager poletí, ale s vypnutými přístroji a časem zřejmě i bez možnosti komunikace se Zemí. Za 20 tisíc let proletí Oortovým oblakem – pokud ovšem existuje. Hypotetický oblak komet a jiných malých těles převážně ze zmrzlé vody, amoniaku a metanu by se měl nacházet na okraji naší Sluneční soustavy, ale prokázána jeho existence zatím nebyla.

V této oblasti začne Voyager pociťovat gravitaci jiných hvězd silněji než gravitaci našeho Slunce. A za dalších 20 tisíc let proletí kolem hvězdy pojmenované Ross 248. Za 500 milionů let – stejně jako naše Sluneční soustava – obkrouží celou naši galaxii čili Mléčnou dráhu. To už se ovšem dostáváme do těžko předvídatelné budoucnosti.