Setkání Měsíce a Země se sondou JUICE

V pondělí a úterý jsme byli svědky jedinečného manévru: sonda JUICE, která má v červenci 2031 dorazit k Jupiteru, navštívila Zemi a Měsíc. (délka blogu 5 min.)

Mohl by existovat život pod zamrzlými oceány Ganymedu, Kallisto nebo Europy? Více se o tom dozvíme v budoucnu - díky misi JUICE.

^{Obrázek: Ilustrace, Jupiter, pohled z měsíce Europa. Zdroj: D. Tenzler}

Proč trvá cesta k Jupiteru tak dlouho?

Sonda byla vypuštěna ze Země v roce 2023. Cesta k Jupiteru jí tedy bude trvat řadu roků. Důvodem jsou omezené možnosti našich technologií. Omezené je jak množství používaného paliva tak výkon rakety - vliv má ale také aktuální geometrie planet ve Sluneční soustavě.

Sonda, která byla vypuštěna ze Země, má zpočátku rychlost Země - obíhá tedy kolem Slunce rychlostí zhruba 30 kilometrů za sekundu a od Slunce se nevzdaluje. Bezprostředně po startu je totiž na víceméně stejné oběžné dráze jako naše vlastní planeta.

Pokud by měla k Jupiteru letět po co nejkratší dráze, potřebuje silný pohon a spoustu paliva. Ale ani to by nestačilo. Při průletu kolem Jupiteru by taková sonda potřebovala velké množství paliva na to, aby mohla zabrzdit a vstoupit na jeho oběžnou dráhu.

K takové cestě na Jupiter by se muselo spotřebovat nejméně desetkrát více paliva, než jsme schopni sondě natankovat a vynést na oběžnou dráhu Země. Situace se tedy musí řešit pomocí různých triků. Vesmír nám pomáhá pomocí nejslabší vesmírné síly - gravitace.

Jak Země tak Jupiter neustále obíhají kolem centra Sluneční soustavy, Slunce. Když jsou od sebe obě planety nejdále a Slunce se nachází mezi nimi, dělí je celých 968 milionů kilometrů. Nejkratší vzdálenost mezi oběma planetami (když je Země mezi Sluncem a Jupiterem) činí jen asi 600 milionů kilometrů. Tento fakt se dá ale využít jen občas - a planety jsou v této vzájemné poloze jen krátce.

Co to znamená v praxi?

Dřívější vesmírné mise, které nemusely brzdit u Jupiteru (Voyager a Pioneer), zvládly cestu k obří planetě za méně než dva roky. Nejrychlejší sondou, který kdy letěla k Jupiteru (a také nemusela v cíli brzdit, protože měla jiné určení), byla mise New Horizons. Dorazila k obří planetě za rok a jeden měsíc.

Mise, která musí u Jupiteru pracovat a zabrzdit na takovou rychlost, aby se mohla uchytit na jeho oběžné dráze, potřebuje zhruba desetinásobek této doby a musí letět po velice komplikované trase.

Základním omezením je hmotnost sondy. Ta se nedá zvyšovat donekonečna. JUICE využila k cestě na oběžnou dráhu Země raketu ESA Ariane 5. Se svou hmotností něco málo přes 6 000 kilogramů je ovšem Juice jednou z nejtěžších meziplanetárních sond, jaké kdy byly vypuštěny, a má také více vědeckých přístrojů, než jaké kdy předtím letěly Jupiteru. Dokonce ani taková raketa jako Ariane 5 nestačila na to, aby poslala Juice k Jupiteru po nejkratší dráze.

Mise musí využívat gravitačních manévrů, jinými slovy - průletových manévrů, kdy se sonda na své cestě nejprve přibližuje různým planetám, aby získala požadovanou rychlost vzdalování od Slunce, která činí více než 9 km/s. Připomeňme si, že krátce po startu se sonda vzdalovala od Slunce jen rychlostí, která odpovídala kolem 2,5 km/s.

Záleží na vzájemném relativním směru pohybu sondy a planety, kolem které proletí. Blízký průlet může sondě energii jak přidat, tak ji i odčerpat. Rychlost sondy se dá tedy takovým manévrem nejem snižovat ale i zvyšovat.

Aby se JUICE mohla dostat k Jupiteru, musí po cestě získat další energii pomocí blízkého průletu kolem Země, Venuše a Marsu. Ani poté ale není vyhráno, protože pravá výzva nastane, až sonda dosáhne v roce 2031 svého cíle.

Po příletu bude absolvovat celých 35 průletů kolem galileovských měsíců Europa, Ganymed a Kallisto. Konečným cílem bude Ganymed. Díky tomu se stane JUICE zároveň také první sondou, která kdy obíhala jiný měsíc než ten náš.

• Celou dráhu, kterou musí urazit sonda JUICE, si můžete prohlédnout v této animaci: https://youtu.be/Fw17N3rdN7s a na následujícím obrázku: https://blogs.esa.int/rocketscience/files/2024/08/image-2.png

LEGA

Aby mohla doletět k Jupiteru, musí sonda celkově zvýšit svou rychlost na hodnotu vyšší než 9 km/s (vzhledem ke Slunci). Toho dosáhne mise mimo jiné pomocí čtyř planetárních průletů během prvních šesti roků letu.

Nynější část mise JUICE dostala název LEGA. LEGA znamená „Lunar Earth Gravity Assist“, což se dá přeložit jako gravitační manévry u Měsíce a Země. Je to jedinečný dvojnásobný manévr, který nebyl nikdy předtím nikým použit. Průlet kolem Měsíce a Země poslouží k tomu, aby se JUICE později dostala na optimální dráhu k vnitřní sousední planetě Venuši, ke které by měla doletět 31. srpna 2025. Proletí pak kolem této planety ve výšce 5 100 kilometrů.

Průlet kolem Měsíce zvýšil rychlost JUICE vůči Slunci o 0,9 kilometrů za vteřinu, zatímco průlet kolem Země snížil rychlost JUICE vůči Slunci o 3,3 kilometrů za vteřinu. Jedná se tedy o celkové snížení orbitální energie sondy, které ji navede k vnitřnější planetě, Venuši. Průchod kolem ní pak sondu opět urychlí.

Krátce před půlnocí, 19. srpna se JUICE přiblížila k našemu Měsíci na vzdálenost 751 kilometrů. Zhruba o 24 hodin později, ve 23:57, se sonda přiblížila k povrchu Země. Její nejnižší bod byl 6807 kilometrů nad povrchem. Sonda proletěla nad Filipínami.

Měla přitom zapnuty některé přístroje a kamery, takže poslala na Zemi fotografie, zachycující obě vesmírná tělesa.

• Průlet kolem Měsíce a Země si můžete prohlédnout zde: https://www.youtube.com/watch?v=zJmGoJT7LKw

^{Zdroj: ESA}