Sondy kosmiczne w akcji, czyli o zmaganiach z prawami fizyki i ograniczeniami technologicznymi

Pod koniec stycznia 2015 r. sonda New Horizons zrobiła zdjęcia Plutonowi. Powstały z odległości ponad 200 mln km i nie były zbyt dobrej jakości, ale w tamtym momencie wywoływały gęsią skórkę. Wcześniej planetę karłowatą (uznawaną jeszcze za dziewiątą planetę Układu Słonecznego) fotografował m.in. Teleskop Hubble’a. Dopiero jednak misja New Horizons pozwoliła nam zobaczyć ją w pełnej krasie.

Tydzień po tygodniu pojawiały się nowe fotografie. Obraz stawał się coraz wyraźniejszy. Policzalne piksele stopniowo zamieniały się w ostry i coraz bardziej szczegółowy wizerunek ciała niebieskiego. 14 lipca 2015 r. sonda dokonała historycznego przelotu nad Plutonem. Wreszcie zobaczyliśmy go tak, jak od dawna możemy oglądać inne obiekty Układu Słonecznego. W ciągu 85 lat od odkrycia zrobiliśmy niewielki postęp w jego obserwacji. W kilka miesięcy poczyniliśmy gigantyczny skok. NASA skompilowała zresztą zdjęcia z różnych okresów, tworząc animację pokazującą, jak zmieniał się Pluton w naszych oczach.

Pamiętam, że z zapartym tchem śledziłem doniesienia na ten temat. Mniej więcej w podobnym czasie sprawdzałem informacje na temat innej sondy, Dawn, która 6 marca 2015 r. weszła na orbitę planety karłowatej Ceres. Nieco wcześniej, w listopadzie 2014 r. patrzyłem na poczynania europejskiej sondy Rosetta i lądownika Philae. Ten ostatni 12 listopada 2014 r. wylądował na powierzchni komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Pamiętam silne poczucie uczestniczenia w czymś niesamowitym i ważnym.

Trudności bycia pionierami doświadczyli radzieccy inżynierowie, którzy posłali na Księżyc sondę Łuna 1. Ta skromna kula o średnicy niecałego metra była pierwszym w historii obiektem, który osiągnął drugą prędkość kosmiczną, dzięki czemu mógł pokonać grawitację naszej planety. Był 2 stycznia 1959 r. O tym, jak bardzo pionierska była to misja świadczy fakt, że w pewnym momencie lotu Łuna wypuściła w przestrzeń kosmiczną ładunek sodu. Po co? By kontrola na Ziemi miała możliwość prowadzenia obserwacji. Sonda nie wypełniła zadania. Miała uderzyć w powierzchnię Księżyca, ale minęła się z nim o około 6 tys. kilometrów.

Po drugiej stronie oceanu ścieżki przecierali Amerykanie. Program Pioneer, który rozpoczął się w 1958 r., był początkowo pasmem niepowodzeń. Sonda Pioneer 0 wzniosła się na wysokość kilkunastu kilometrów. Pioneer 1, 2 i 3 nie osiągnęły wystarczającej prędkości. W stosunkowo niewielkiej odległości od celu, czyli Księżyca, znalazła się sonda Pioneer 4. 3 marca 1959 r. minęła Srebrny Glob o prawie 60 tys. kilometrów. Pełny sukces nadszedł dopiero rok później, gdy Pioneer 5 wszedł na orbitę heliocentryczną i przez 3 miesiące badał m.in. pole magnetyczne Ziemi i zarejestrował rozbłysk słoneczny.

Mniej więcej równolegle prowadzono program Mariner. W 1962 r. sonda Mariner 2, jako pierwsza w historii zbliżyła się do innej planety. To dzięki niej dowiedzieliśmy się, że Wenus, inaczej niż np. Ziemia, obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu orbitalnego. Przełomowa była też misja Mariner 4. To ten obiekt dokonał pierwszego bliskiego przelotu koło Marsa. Działo się to w lipcu 1964 r.

Na początku lat 60. rozpoczęła się nowa era eksploracji kosmosu. Od tamtej pory w przestrzeń poleciało tak wiele sond, że dziś trudno je wszystkie policzyć. Kamieniami milowymi były sondy Pioneer 10 i 11. To one jako pierwsze dotarły do zewnętrznego Układu Słonecznego, przelatując odpowiednio obok Jowisza i Saturna, uprzednio bezkolizyjnie mijając pas asteroid. Działo się to w 1972 i 1973 r. Najbardziej znane chyba są loty Voyagera 1 i 2 rozpoczęte w 1977 r. Ta druga dotarła jako pierwsza w pobliże Urana i Neptuna. 12 września 2013 r. NASA podała, że Voyager 1 po 36 latach lotu, znalazł się 19 mld km od Słońca i jako pierwszy wytwór uczyniony ludzką ręką osiągnął przestrzeń międzygwiezdną. Kwestia ta budziła kontrowersje ze względów metodologicznych.

NEAR Shoemaker w lutym 2001 r. wylądował na powierzchni asteroidy 433 Eros. Zrobił to ponad 13 lat przed misją Rosetta. Niesamowitego wyczynu dokonał Stardust. Ta wystrzelona w lutym 1999 r. sonda miała dostarczyć na Ziemię próbki pyłu z okolic komety Wild 2. Obiekt dotarł do celu w styczniu 2004 r. Na początku 2006 r. specjalna kapsuła wylądowała na pustyni w Utah, przywożąc pierwsze w historii próbki pochodzące z dalszego obiektu niż Księżyc. Z kolei 29 czerwca 2005 r. sonda Deep Impact wypuściła w kierunku komety Tempel 1 tzw. impaktor. 4 lipca element ten uderzył w powierzchnię komety. Utworzony krater miał ponad 100 m szerokości i 30 m głębokości (według innych danych odpowiednio 120 i 25 m). W 2004 r. sonda Cassini stała się pierwszym sztucznym satelitą Saturna, a próbnik Huygens wylądował na księżycu planety, Tytanie.

Historia tworzy się na naszych oczach. New Horizons nadal przemierza bezkresny kosmos i kieruje się do planetoidy 2014 MU69. Ta ostatnia znajduje się miliard kilometrów za Plutonem. Przelot ma nastąpić w styczniu 2019 r. NASA i Europejska Agencja Kosmiczna chcą w niedalekiej przyszłości  wysłać sondę na Europę. Ten odkryty przez Galileusza księżyc Jowisza rozbudza wyobraźnię naukowców. Pod powierzchnią satelity znajduje się prawdopodobnie ocean słonej wody. To z kolei czyni Europę ważnym elementem badań nad śladami życia poza naszą planetą. Przekraczane są też kolejne granice techniki. Sonda Juno wystrzelona w 2011 r. została najszybciej poruszającym się obiektem w historii ludzkości, pędząc w kierunku Jowisza z prędkością 257 495 km/h.

Niesamowite jest to, że w dobie Internetu możemy śledzić informacje o przełomowych odkryciach niemal na bieżąco. Inaczej przeżywa się tego typu wydarzenia, gdy dowiadujemy się o nich w czasie rzeczywistym, a nie po tygodniach czy miesiącach, jak to miało miejsce w przeszłości.

Sondy kosmiczne operujące w głębokim kosmosie są po trosze „wehikułami czasu”. Przykładowo New Horizons leciała do Plutona ponad 9 lat. Oznacza to, że instrumenty, w które została wyposażona odpowiadają stanowi wiedzy i technologii sprzed dekady. Obie sondy Voyager płyną przez kosmos od prawie 40 lat. Płyty Voyager Golden Record z wiadomością dla obcych cywilizacji, w które je wyposażono są już dziś anachroniczne. Nadal działają jednak na wyobraźnię.

* Zdjęcie: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute