ISTRAŽIVANJE SVEMIRA

Dragan Lazarević

Rezultati misija „Venus Express“ i „Akatsuki“

Otkrivanje tajni vrele planete

Razvoj astronautike u 20.veku omogućio je slanje kosmičkih sondi na planete i druga tela Sunčevog sistema. One su, slanjem podataka o svetovima koje su istraživale, veoma proširile a donekle i izmenile naučnu predstavu o našem najbližem kosmičkom susedstvu. Istraživanje planete Venere kosmičkim sondama je predstavljao jedan od najvećih naučno-tehničkih poduhvata, u okviru kojeg je, ka susednoj planeti, u periodu dugom više od dve i po decenije, uspešno upućeno preko 20 automatskih kosmičkih aparata-sondi.

Pionirska istraživanja Venere obavljena su od strane SSSR-a  misijama sondi „venera 4-8“,  tokom kojih su kapsule sa sondama ulazile u njenu atmosferu, uspešno obavljale aerodinamičko kočenje i otvarale padobrane i slale podatke na Zemlju. Prve sonde su otkazale tokom spuštanja; tek je „venera 7“, 15. decembra 1970. uspešno sletela i poslala podatke o fizičkim uslovima na površini planete.
Znatno veće i teže sonde „venera 9-14“ i „vega 1 i 2“ su opstajale na površini do dva časa, obavljale snimanje okoline, vršile analize tla tokom vremena i dužeg od dva sata. SAD su prvo slale sonde koje su proletale pored Venere – „mariner 5 i 10“ a  sonda „pionir venus multi probe“ je u atmosferu ubacila jednu veću i tri male kapsule od kojih je jedna preživela pad i slala signale sa površine.
Radarska snimanja površine obavljale su sonde, Venerini sateliti, „pionir venus radar orbiter“, „venera 15 i 16“ i, konačno, sonda SAD „magelan“ koja je, u periodu 1990-1992, detaljno radarski snimila i mapirala gotovo celu površinu Venere. Na osnovu svih podataka koje su sonde poslale, stvorena je naučna slika o Veneri koja je predstavljala i određeno iznenađenje. Planeta koja je, po masi i veličini, najsličnija Zemlji od svih svetova sa čvrstom površinom u Sunčevom sistemu (planete gasni džinovi nemaju čvrstu površinu) apsolutno je nepristupačna za boravak čoveka. Astronaut bi (naravno, u skafanderu) mogao da boravi i na noćnoj strani Merkura, na vulkanskoj površini Io-a i na bilo kom ledenom satelitu spoljnih planeta, na dalekom Plutonu i u hladnoj atmosferi Titana - ali za Venerinu površinu sadašnja tehnologija ne može da napravi skafander.

Zamišljena slika pakla

Uslove na površini Venere, na osnovu podataka sondi, sa pritiskom atmosfere koja se sastoji od 96% ugljen-dioksida i 3,5% azota, u proseku od oko 92 bara (kao u dubini Zemljinih okeana, od oko 920m) i temperaturom od oko 460º C, Karl Segan je poredio sa zamišljenom slikom pakla. Venera ima najsporiju rotaciju od svih tela u Sunčevom sistemu u trajanju od 243 zemaljska dana i okreće se u retrogradnom smeru, tj. suprotnom od Zemlje i svih ostalih planeta (izuzetak je Uran kome je osa rotacije gotovo u ravni njegove putanje). Oblačni sloj nad Venerom, koji se prostire na visini od 40-70 km iznad  površine, sastoji se iz  mikronskih kapi sumporne kiseline sa 10% čestica čvrstog sumpora, kao i čitava atmosfera obrće se oko Venere retrogradnom putanjom u trajanju od oko 4,5 zemaljska dana.
Posle raspada SSSR-a, sonde ka Veneri nisu slate a sonde SAD, posle obrušavanja radar-orbitera „magelan“ u Venerinu atmosferu, samo su proletale pored Venere koristeći tzv. gravitacionu praćku ka dalekim ciljevima, ka Jupiteru, Saturnu i Merkuru (sonde „galileo“, „kasini“ i „mesendžer“).
Venera kao da je bila zaboravljena. Ostala su brojna pitanja koja su čekala odgovore:

- Da li su nagla povećanja koncentracije sumpor-dioksida u Venerinoj atmosferi rezultat vulkanskih erupcija? Radarski snimci površine ukazuju na vulkanske procese ali aktivni eruptivni vulkani nisu bili otkriveni.
Kratke i snažne elektromagnetske emisije registrovane sondama ukazuju na munje u oblačnom sloju, ali one nisu direktno snimljene iako su sonde SSSR-a, tokom spuštanja, registrovale neke neodređene bljeskove.
- Koji nepoznat sastojak atmosfere u oblačnom sloju apsorbuje plavu svetlost (zbog toga Venera ima bledo žuti odsjaj)?
- Sunčevo X zračenje bi trebalo da razara CO2 i stvara O2 i ugljen monoksid, ali molekularni kiseonik nije do tada registrovan. Da li neki nepoznati proces uklanja O2 ili nešto ne dozvoljava da se on formira?
Ostala su i pitanja raspodele u atmosferi CO i vodene pare, kao i jedinjenja u tragovima, HCl, COCl, OCS, HF itd. Venera za NASA-u nije tada bila prioritet ali su se u slanje sondi uključile i evropske zemlje u okviru ESA.

Misija orbitera „venus express“

Evropska kosmička agencija je pripremala dugotrajno istraživanje Venere sondom orbiterom sa ciljevima: određivanja dinamike i strukture Venerine atmosfere, utvrđivanja sastava atmosfere i hemijskih procesa u njoj, ispitivanja oblačnog sloja i slojeva magle na visini 40-70 km iznad površine, boljeg razumevanja Venerine toplotne ravnoteže i efekta staklene bašte koji je doveo do pregrevanja planete, ispitivanja osobina Venerine površine i geološih procesa na njoj, istraživanja prostora oko Venere, dejstva solarnog vetra i odlaženja nekih elemenata iz njene atmosfere.
Sonda „venus express“ je, sa ciljem ostvarenja ovog programa, lansirana ka Veneri novembra 2005. sa kosmodroma „Bajkonur“ ruskom raketom „sojuz-fregat“. Na cilj je stigla 11. aprila 2006. gde je, radom raketnih motora, obavila smanjenje brzine i ušla u orbitu oko Venere. Posle više raketnih manevara, uspostavljena je polarna orbita upravna na ravan Venerinog ekvatora; najbliža tačka je bila 250 km iznad Venerine površine, približno nad njenim severnim polom, a najdalja 66.000 km pri čemu je period obilaska bio 24 časa. Sonda je imala početnu masu od 1270 kg, masa sonde bez goriva je iznosila oko 700 kg; razlika je gorivo koje je utrošeno na ulazak u orbitu oko Venere i za upravljanje i održavenje položaja. Potrebna snaga od 1,1 kW je dobijana iz solarnih panela.
Na sondi  su bili sledeći merni instrumenti, ukupne mase 93 kg:
„aspera 4“ analizator kosmičke plazme i atoma visoke kinetičke energije, VMC Venerina monitorna kamera za snimanje u vidljivoj svetlosti, UV i bliskom IC zračenju, MAG magnetometar, PFS infracrveni spektometar za atmosferu iznad oblaka, spicaV/SOIR spetrometar u IC i UV oblasti, „viritis“ kamera za snimanje u vidljivom, IC i bliskom UV zračenju i „vera“ radio-transmiter za sondiranje Venerine atmosfere i površine.
Planiran je osnovni period istraživanja, nominalna misija koja je trebalo da traje 500 dana, ali je produžavana više puta do 2014. kada je niža tačka orbite spuštena ispod 165 km, čime je započeto atmosfersko kočenje, tzv. „aerobraking“. Tokom više zalazaka u gornji sloj Venerine atmosfere, sonda je gubila brzinu i smanjivala ekscentričnost orbite. Konačno, kada je bila na visini od 131-135 km iznad Venerine površine, kontakt je izgubljen decembra 2014. a poslednji signal je registrovan 18. januara 2015. posle čega je sonda ušla u Venerinu atmosferu i raspala se.

Na osnovu termičke mape

Tokom njenog višegodišnjeg rada došlo se do niza naučnih otkrića od kojih su neka predstavljala odgovore na ranija pitanja a došlo je i do saznanja o novim i neočekivanim činjenicama o Veneri.
Zahvaljujući propusnosti Venerine atmosfere i, delimično, oblačnog sloja za IC zračenje talasne dužine od 1 mikrona, snimljena je i temperaturno mapirana površina planete kamerom „viritis“. Temperaturne razlike pojedinih oblasti na Veneri zavise primarno od visinskih razlika.
Detaljno je istom kamerom snimljen južni polarni atmosferski vrtlog koji rotira za oko 2,7 dana. Vrh oblačnog sloja nad Venerom povremeno povećava brzinu sopstvene rotacije i za 30% a otkriveni su i atmosferski talasi koji nastaju nailaskom vetrova na planinska područja. Oba otkrića obavljena su snimanjem kamerom VMC. Ustanovljeno je i da se spora rotacija same planete neznatno usporava a i da je promenljiva u zavisnosti od atmosferskih kretanja.
Snimljena je i emisija retkog molekularnog kiseonika, otkriveni su ozon i hidroksil u visokim slojevima atmosfere, odnos vodonika i deuterijuma i velike povremene varijacije u koncentraciji SO2 u Venerinoj mezosferi - što bi moglo da bude (ako nije neki nepoznat proces u oblačnom sloju) rezultat vulkanske aktivnosti na površini (otkriće spektroskopom „spica V“).
Utvrđen je raspored koncentracije i širenja u visokim slojevima atmosfere: vodene pare, CO, NO, OCS, HF, HCl, ozona i izotopa O i C u CO2.
Ustanovljen je, instrumentom „aspera 4“ i broj jona H, O ,He u jedinici vremena koji beže iz Venerine jonosfere; nije jasno zašto je manji nego u slučaju istog procesa u Zemljinoj jonosferi.
Potvrđeno je magnetometrom MAG postojanje jakih elektromagnetskih emisija koje se objašnjavaju munjama u oblačnom sloju.
Na osnovu termičke mape Venere, na kojoj se vide relativno manja  ali izrazito toplija visoka područja, smatra se da je potvrđeno postojanje vulkanske aktivnosti u planinskim formacijama, kao što je Idunn Mons. Naglo povećavanje i opadanje emisije toplotnog zračenja (procena maksimalne temperature je oko 830º C) objekta  A, površine oko 1km2, u oblasti Ganiki Chasma, takođe se smatra za vulkansku aktivnost, tj. proboj lave na površinu planete.
Poslednja aktivnost sonde „venus express“, aerokočenje i ulaženje u gornje slojeve Venerine atmosfere, omogućila je da se odredi gustina tih slojeva. Spektroskopom „spica V“ ustanovljen je, na noćnoj strani planete, na visini od 125 km, neobično hladan atmosferski sloj, blizu tačke smrzavanja CO2, što ukazuje na mogućnost postojanja tzv. suvog leda.
Rezultati misije sonde „venus express“ su omogućili da se stvori  3D model Venerine atmosfere i to promenljiv u vremenu ali samo iznad 45 km od površine. Nije rešeno pitanje toplotnog balansa Venere i efekta staklene bašte a i radarsko snimanje površine nije obavljeno zbog otkaza emitera tako da odgovore na ta pitanja treba da daju buduće sonde.

Sonda „akatsuki“ - neuspeh pretvoren u izvestan uspeh

Japanska kosmička agencija JAXA pripremala je sondu orbiter Venere sa naučnim ciljevima bliskim ciljevima misije sonde „venus express“ pa je planirano da obe sonde istovremeno istražuju susednu planetu. Prvobitno je, u projektnoj fazi, sonda nazvana „planet-C“ i „VCO „(Venus Climate orbiter) da bi na svoj kosmički put krenula sa japanskim imenom „akatsuki“ (što znači: zora).
Sonda je lansirana sa kosmodroma Tanegašima 20. maja 2010. raketom „h II“ ka Veneri, zajedno sa ekksperimentalnim solarnim jedrom „ikaros“. Obe kosmičke letelice su prošle pored Venere 6. decembra 2010. na rastojanju od 550 km. Sonda „akatsuki“  je trebala da uđe u planiranu eliptični orbitu oko Venere, 300x 80000 km u ravni njenog ekvatora, sa periodom obilaska od 30 časova. Zbog nepravilnog rada i pregrevanja glavnog raketnog motora, manevar smanjenja brzine nije obavljen do kraja, sonda je prošla pokraj planete i ušla u putanju oko Sunca, približnu Venerinoj putanji. Tokom narednih pet godina, ta putanja je korigovana da bi do susreta sa Venerom opet došlo. „Akatsuki“ sonda je 7. decembra 2015, radom manjih manevarskih motora, uvedena u orbitu oko Venere u ravni njenog ekvatora (koja je približno u ravni njene putanje oko Sunca), sa rastojanjem od Venere 10000x330000km i periodom obilaska 10,8 zemaljskih dana. Kasnijim raketnim manevrima je svedena na orbitu sa periodom od 9 dana.
Pošto je ta putanja znatno viša od prethodno, planirane cilj misije je izmenjen i proučavanje klime Venere je usmereno na fenomen obrtanja čitave atmosfere u retrogradnom smeru, tzv.superrotacije (koji u Sunčevom sistemu postoji još samo na Titanu). Masa  sonde je iznosila 517 kg (bez goriva 320 kg) a masa instrumenata 34 kg. Energiju je dobijala iz solarnih panela snage 700W. Slanje podataka i vezu sa Zemljom je obavljala preko glavne antene i još četiri manjeg dejstva.
Instrumenti sonde su bile četiri kamere i radio emiter USO (Ultra Stabile Oscilator) koji je, emisijama kroz Venerinu atmosferu koje bi se primale na Zemlji prilikom zaklanjanja Zemlje, tj.okultacijama, vršio određivanje fizičkog profila slojeva atmosfere. Zadatak kamere LAC bilo je snimanje atmosferskog odsjaja i bljeskova munja, a kamera UVI je, u ultraljubičastoj svetlosti, vršila posmatranja vrhova oblaka, koncentracije SO2 i tragala za nepoznatim sastojkom atmosfere koji upija plavu svetlost. Tri kamere su bile predviđene za snimanje u infracrvenom području.
Kamera LIR je snimala Venerinu noćnu i dnevnu stranu na talasnim dužinama od 10 mikrona, kamera IR 2 je snimala toplotno zračenje na 2 mikrona (dok nije otkazala) a kamera IR 1 (koja je mogla da snimi niže slojeve atmosfere i da termičku sliku površine) je takođe otkazala. Kamere koje su bile u funkciji dale su izuzetne snimke slojeva Venerinog oblačanog omotača na osnovu kojih je napravljen 3D model atmosfere koji dopunjava model na osnovu proučavanja sonde „venus express“.
Kamera LAC do sada nije registrovala bljeskove munja na noćnoj strani  u Venerinim oblacima pa će se snimanja nastaviti. Snimanja u IC području su registrovala veliki atmosferski talas oblika luka koji se prostirao gotovo preko cele polulopte planete a nastao je sudarom vetra sa kontinentalnom planinskom masom Aphrodite Tera. Misija sonde traje i dalje tako da bi moglo da dođe do nekih novih otkrića.

Buduće sonde za buduća otkrića

Iako su prethodno navedene sonde istražile Veneru koliko je naizgled maksimalno moguće sa orbite oko nje, ostala su brojna nerešena pitanja na koja bi se moglo odgovoriti novim sondama satelitima. Projekat slanja sledeće sonde treba da izvede Indija, zemlja koja sve sigurnije (i pored neuspeha sa lunarnim lenderom) nastupa sopstvenima sondama u misijama istraživanja susednih svetova.
Sonda „shukrayaan 1“ po planu treba da bude lansirana 2023. i da  uđe u orbitu oko Venere na rastojanjima 500x60000 km.Veoma ambiciozan projekat istraživanja sonde mase 2,5 t predviđa i slanje kapsule u atmosferu. Ona bi bila izbačena na balonu u oblačnom sloju, na visini od oko 55 km iznad površine, gde prema podacima sondi balona u sovjetsko-francuskoj misiji „Vega 1 i 2“ vladaju približno zemaljski uslovi, tj. temperatura oko 30ºC i pritisak oko 0,5 bara.
Sonda orbiter bi, nizom kamera i SAR radarom, detaljno snimala površinu (slično sondi „magelan“) sa mogućnošću da registruje i najmanja pomeranja tla a poseban radar bi skenirao i podpovršinske slojeve.
Rusija planira povratak na Veneru i u njenu orbitu posle četiri decenije (2025/26), i to sondom „venera D“ koja bi se sastojala od orbitera, lendera koji bi funkcionisao duže od 2 sata i sonde balona. Za istu godinu NASA razmatra Venerin orbiter, sondu-avion na solarni pogon koji bi leteo iznad oblačnog sloja, kao i sonde aerostate koji bi zaranjali u gušće i toplije slojeve Venerine atmosfere. NASA razmatra lender koji bi dugotrajno funkcionisao na površini Venere sa radnom temperaturom okoline od 460ºC koji bi, pored ostalog, vršio seizmička merenja, kao i vozilo-rover. Nije jasno koja bi elektronika, energetika  i pogon mogli da funkcionišu dugotrajno na toj temperaturi; možda je rešenje u povratku na elektronske cevi?
ESA takođe planira da, posle 2030, pošalje sondu „isthar“ u Venerinu orbitu, kao i lender i aerostat. Verovatno će se ovi projekti odvijati u saradnji kosmičkih agencija i država jer su ostala brojna nerešena pitanja o Veneri.

Teško do otkrivanja tajni

Kada je i kako došlo do nagomilavanja CO2 u Venerinoj atmosferi i pregrevanja planete? Da li je Venera sporo rotirala od nastanka ili je nekada brže rotirala pa je plimatskim dejstvom Sunca usporena rotacija? Kako je nastala superrotacija atmosfere i u kakvoj je vezi sa sporom rotacijom planete? Smatra se da su geološke formacije na površini relativno mlade, tj. mlađe od milijardu godina pa je pitanje: kako su nastale? Saznanja o Venerinoj unutrašnjoj strukturi može da se reši samo proučavanjem seizmičkih talasa sa preduslovom postavljanja sondi sa seizmometrima po celoj planeti koji bi dugotrajno funkcionisali; ali, šta je izazvalo potrese na Veneri? Smatra se da se velike kontinentalne mase, kao Isthar Terra i Aphrodite Terra, nemaju horizontalno kretanje pa nema ni sudaranja, podvlačenja tj. subdukcije i drugih procesa koji bi izazivali potrese kao na Zemlji.
Pojedine grupe naučnika povremeno prave računarske modele Venere u prošlosti, na kojoj na površini postoji tečna voda, atmosfera je od azota a temperatura je od 20ºC do 50ºC, uz pretpostavku da je CO2 oslobođen kasnije a voda pobegla sa Venere. Većina naučnika ipak smatra da vode nije bilo dovoljno da CO2 veže u karbonate, kao što je bilo na Zemlji.
Odgovor na na pitanja o prošlosti i evoluciji Venere mogu da pruže samo buduća istraživanja. Do sada je put do saznanja istine o Veneri bio dug i težak. Figurativno rečeno, Venera je teško odavala svoje tajne pa ne treba očekivati da će biti lakše sa budućom misijama kosmičkih sondi.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"