Academic CentrePlutona lielā diena
No «ZvD» 229. numura KOSMOSA PĒTNIECĪBA un APGŪŠANA
Jānis Jaunbergs
(Fragmenti)
Laikā, kad arvien lielāku daļu no cilvēces informatīvā lauka veido aizņemtība ar sevi, kad nākotne šķiet jau pienākusi un nekas vairs nespēj pārsteigt, vajag atgriezties pie dabas. Vislabāk, ja tā ir mežonīga, neskarta daba, ko nekad vēl nav redzējusi cilvēka vai robota acs un kas četrus ar pusi miljardus gadu ir spējusi pastāvēt neatkarīgi no dzīvības, apziņas un sociālajiem tīkliem. Tāda daba mums atgādina, cik niecīga daļiņa no bezgalīgā Visuma ir pieejama Vikipēdijā, bet par visu pārējo nāksies cīnīties, asinot prātu, krājot resursus un politisko gribu, lai sūtītu arvien jaunas zondes melnajā tukšumā. Pagaidām varam tikai minēt, kurā gadā tiks sasniegta Erīda, Haumeja, Makemake, Sedna un pat Kentaura Alfa, taču Plutons ir iepazīts mūsu dzīves laikā – 2015. gada 14. jūlijā, ar ko arī varam zināmā mērā lepoties un dažas interesantas detaļas apskatīt šajā rakstā.
Vīzija par lidojumu uz Plutonu brieda jau pirms četrdesmit gadiem, kad prom no Saules tika sūtītas zondes Pioneer 10 un 11, kā arī Voyager 1 un 2. Jebkura no šīm zondēm tehniskā ziņā spēja sasniegt un pētīt Plutonu, lai arī dati būtu krietni zemākas kvalitātes nekā no New Horizons misijas. Iespēja Voyager 1 pēc Saturna apciemojuma sūtīt uz Plutonu patiešām tika izskatīta, taču prioritāte toreiz bija cita – iespējami tuvu pārlidot Saturna milzu pavadoni Titānu, kam nepieciešamā trajektorija izslēdza iespēju doties uz Plutonu.
To, cik Plutona pasaule varētu būt saistoša, planetologi pa īstam atskārta 1989. gadā, kad Voyager 2 tuvu pārlidoja Neptūna pavadoni Tritonu. Pēc lieluma līdzīgs Plutonam, Tritons izrādījās neparasti interesants ķermenis, ar aktīvu atmosfēru un slāpekļa geizeriem, kā arī plašas ģeoloģiskās aktivitātes pēdām uz virsmas un grūti saprotamiem organisko vielu reakciju produktiem jeb Tritona tolīniem, kas tam vietumis piešķir rozā krāsu. Iepazīšanās ar Tritonu parādīja, ka aktīva ģeoloģija ir iespējama pat tur, kur klintis ir veidotas no akmenscieta ledus, bet pazemē cirkulē šķidrs slāpeklis un oglekļa monoksīds.
Tikmēr 20. gadsimta 90. gados planētu pētnieku rīcībā nokļuva jaudīgi teleskopi ar adaptīvo optiku un sākās vesela mazo ķermeņu atklājumu lavīna, daudzi no kuriem izrādījās tālāki par Plutonu. Līdzīgi kā 1801. gadā atklātā Cerēra vēlāk izrādījās tikai viens no asteroīdiem, Plutons zaudēja planētas statusu un tagad tiek uzskatīts par vienu no Koipera joslas pundurplanētām. Tomēr jāatzīmē, ka Koipera joslā ir tik auksts, ka dažas pundurplanētas spēj noturēt atmosfēru un no planetologu viedokļa tādēļ ir tikpat interesantas kā klasiskās planētas. Par Plutona atmosfēru ir zināms jau kopš 1988. gada, kad izdevās novērot, kā pakāpeniski izdzisa zvaigznes gaisma, kad Plutons to aizsedza. Līdz ar to, kā viens no lielākajiem un sarežģītākajiem Koipera joslas ķermeņiem, Plutons jau kopš 20. gs. astoņdesmito gadu beigām ir bijis pievilcīgs mērķis kosmisko misiju plānotājiem.
Pirmais detalizētais Plutona pārlidojuma projekts NASA JPL laboratorijā tika formulēts 1995. gadā ar nosaukumu Pluto-Kuiper Express. Tas faktiski uzskatāms par New Horizons misijas pirmo reālistisko iterāciju, kad zinātnieki definēja nepieciešamo instrumentu klāstu, bet debess mehāniķi aprēķināja trajektorijas un iespējamo starta masu, vadoties no nesējraķešu celtspējas. Sākumā šī koncepcija zaudēja konkurencē ar citiem misiju priekšlikumiem, jo JPL izmaksu aplēses pārsniedza 1 miljardu dolāru, kas bija nesamērīgi dārgi vienas reizes pārlidojumam pār mazu ledus pasauli Saules sistēmas nomalē. Tomēr, gadsimtu mijā atklājot simtiem citu Koipera joslas objektu aiz Neptūna orbītas, zināšanu trūkums par to ģeoloģiju un virsmas ķīmisko sastāvu kļuva arvien aktuālāks. Līdz ar to NASA 2001. gadā izsludināja New Frontiers konkursu, kurā varēja piedalīties universitāšu pētnieku veidotas komandas, ne tikai lielo robotmisiju meistari no JPL laboratorijas. Pirmā New Frontiers konkursa mērķis bija iespējami drīz izveidot ātru un nosacīti ekonomisku Plutona izpētes aparātu ar sekojošajiem obligāti sasniedzamajiem zinātniskajiem mērķiem:
1) raksturot Plutona un tā lielākā pavadoņa Harona globālo ģeoloģiju un morfoloģiju;
2) izveidot Plutona un Harona ķīmiskā sastāva kartes;
3) raksturot Plutona atmosfēru un noteikt ātrumu, ar kādu tā aizplūst kosmosā.
Starp pieciem pretendentiem bija gan JPL, gan arī Alana Sterna (Dr. Alan Stern) komanda no Džonsa Hopkinsa universitātes Lietišķās fizikas laboratorijas. Viņa kontā jau bija astoņu zinātnisko instrumentu izstrāde citām misijām, kā arī piedalīšanās kopumā 24 ar kosmosa izpēti saistītos projektos, ieskaitot Habla Kosmisko teleskopu un NEAR misiju uz asteroīdu Erosu. Būdams respektēts un enerģisks menedžeris, viņš savāca spēcīgu komandu, kura vadīja gan aparāta konstruēšanu un būvi, gan arī lidojumu pēc starta 2006. gada janvārī. Lielu daļu no šī laika kosmiskais aparāts pavadīja elektroniskā pusmiegā, lai taupītu orientācijas dzinēju degvielas rezerves un elektroniku, kā arī Zemes inženieriem ļautu vienlaikus nodarboties ar citiem projektiem. Laiku pa laikam notika vienīgi trajektorijas pārbaudes, instrumentu kalibrēšana un datu ievākšana par kosmisko telpu, kā arī Jupiteru tā pārlidojuma laikā 2007. gadā.
[..]
New Horizons instrumenti pēc datu ievākšanas veida iedalās divās grupās – „lēnie” instrumenti un „ātrie”. Pirmo uzdevums ir ilgstoši mērīt kosmiskās telpas īpašības, galvenokārt lādētās daļiņas, kas nāk no Saules vēja un Plutona tuvumā arī no tā atmosfēras un var liecināt par Plutona jonosfēras sastāvu un Plutona gāzu lēno aizplūšanu kosmosā. Nav sagaidāms, ka Plutonam būtu magnētiskais lauks, tāpēc New Horizons nav magnetometru, taču par magnētiskā lauka neesamību liecinās arī daļiņu instrumentu SWAP un PEPSSI mērījumi Plutona tuvumā. Pie „ātrajiem” instrumentiem pieskaita redzamās gaismas fotokameras – melnbalto 20 cm diametra teleskopisko fotokameru LORRI un platleņķa Ralph-MVIC, kā arī ultravioleto kartējošo spektrometru ALICE atmosfēras gāzu noteikšanai un infrasarkano kartējošo spektrometru LEISA virsmas sastāva identificēšanai. To ģenerētais datu apjoms Plutona pārlidojuma laikā bija kopumā ap 16 gigabaitiem, ko nekādi nevar noraidīt uz Zemi tiešajā laikā, jo sakaru sistēmas jauda Plutona attālumā ir tikai 125 baiti sekundē un tālāk Koipera joslā tiks pārslēgta uz vēl lēnākiem režīmiem. Paies veseli 16 mēneši, kamēr tiks saņemti visi iegūtie dati par Plutonu, jo īpaši pilnas izšķirtspējas attēli, kuri ir kompresēti ar kvalitāti nesamazinošu algoritmu.
Ievērojamais 33 astronomisko vienību attālums apgrūtina ne tikai datu pārraidi, bet arī zondes vadību. Negaidīta pārbaude vadības komandas rīcībspējai gadījās 10 dienas pirms Plutona pārlidojuma 2015. gada 4. jūlijā. Brīdī, kad tika atjauninātas instrukcijas zondes darbībai misijas saspringtākajās dienās un stundās tiešā Plutona tuvumā un vienlaikus no datora atmiņas dzēsta nevajadzīgā informācija, procesora pārslodzes dēļ dators pārstartējās un zonde sāka darboties pēc avārijas programmas. Tas nozīmē, ka tika pārtraukta novērojumu programma, zondes kontrole nodota rezerves datoram un noraidīts signāls uz Zemi, gaidot tālākās instrukcijas. Signāls uz Zemi ceļoja 4,5 stundas, un pēc tā saņemšanas vadības centrā ātri vien saprata zondes stāvokli un izstrādāja nepieciešamās instrukcijas, lai atgrieztos pie normālas darbības. Taču šīs instrukcijas līdz Plutona apkaimei ceļoja vēl 4,5 stundas, bet pēc tam bija nepieciešams pārliecināties, ka instrukcijas ir saņemtas bez kļūdām, kas prasīja vēl dažus sakaru seansus. Tikai tā, soli pa solim bija iespējams droši pārstartēt datorus 33 a. v. attālumā, kad līdz 9 gadus gaidītajai misijas kulminācijai vairs bija palikusi tikai nedēļa. Visi tālākie notikumi norisinājās precīzi pēc ieprogrammētā plāna bez Zemes saprātīgo būtņu iejaukšanās.
[..]
New Horizons iegūto datu analīze turpināsies gadiem un vainagosies ar rūpīgi izstrādātām publikācijām zinātniskajos žurnālos, kur katrs spektrs un skaitlis būs kalibrēts, secinājumi būs nopietni pamatoti un neskaidrības – godīgi norādītas. Mums kā planetoloģijas amatieriem visas šīs publikācijas būs pieejamas, taču jau tagad varam baudīt pirmos kvalitatīvos jaunās pasaules attēlus, kuri katrs nes savu stāstu, un katrs no mums var attīstīt savas interpretācijas. Piemēram, kāpēc Plutons ir tik kontrastains, gluži kā Saturna pavadonis Japets? Kas ir tumšie plankumi un gaiši rozā apgabali? Kā masīvais Harons ietekmē Plutona atmosfēru, kas zināmā mērā ietin abus šos ķermeņus vienā jonosfēras mākonī? Kāpēc pagaidām uz Plutona vēl nav iestājies rudens, kaut arī tas jau ir attālinājies savā orbītā no 30 līdz 33 a. v. no Saules? Ko mēs varam secināt par Plutona iekšējo siltumu un iespējamo okeānu zem tā biezās ledus garozas? Vai Plutona dzīlēs varētu būt dzīvība? Vai uz Plutona kādreiz būs dzīvība, vai nu bioloģiskā, vai arī kibernētiskā?
Iespējams, ka paies gadu desmiti, kamēr nākamās robotzondes atbildēs uz šiem jautājumiem, taču tāda ir zinātnes būtība – izdevies ir tas projekts, kurš ne tikai atbild uz esošajiem jautājumiem, bet arī uzdod jaunus. Un New Horizons misija vēl nav galā – daudz pieredzējusī zonde turpina ceļu tālāk Koipera joslā, kur nākamo piecu gadu laikā pārlidos vēl vismaz vienu nelielu, nesen atklātu ledus un sasalušu gāzu ķermeni.
Saites:
http://pluto.jhuapl.edu/ – Džonsa Hopkinsa universitātes Lietišķās fizikas laboratorijas New Horizons lapa
http://pluto.jhuapl.edu/soc/Pluto-Encounter/index.php – New Horizons LORRI fotokameras attēlu arhīvs
http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/ – Emily Lakdawalla / Starptautiskās Planētu biedrības blogs par planetoloģijas jaunumiem, tostarp par Plutonu
http://www.unmannedspaceflight.com/ – Diskusiju forums par Saules sistēmas izpētes misijām, tostarp New Horizons