Svemirska sonda New Horizons

Nekadašnja deveta planeta našeg solarnog sistema više nije neistražena misterija

Kada se pomene Pluton, mala deca i njihovi roditelji, kao i pasionirani ljubitelji Diznijevih crtaća, prvo pomisle na veselog crtanog psa. Sa druge strane, starije osobe i poklonici grčke mitologije pomisliće na „dobro” ime za boga podzemlja (Had je „loše”) koje je preuzeto i za potrebe rimskog panteona. Na kraju, osobe koje pre navedenih sfera interesovanja ipak više vole astronomiju, ili pak prate memee na internetu, prvo pomisle na istoimenu patuljastu planetu u Sunčevom sistemu.

Devet i po godina nakon poletanja, sonda New Horizons proletela je pored Plutona i počela sa slanjem podataka koji šire granice naših znanja o ovom kompleksnom svetu. Sledeći put kada neka letelica prođe ovako blizu pored nekog tako velikog neistraženog nebeskog tela to će značiti da smo počeli da istražujemo druge solarne sisteme – nešto što se možda neće desiti za naših života. Dok čitate ove redove, sonda New Horizons se udaljava od Zemlje i Plutona brzinom od 14,5 kilometara u sekundi, ali njen posao je daleko od završenog.

Planeta X

Sredinom devetnaestog veka (1845. godine) francuski matematičar Irben Leverije je na osnovu nepravilnosti u orbiti Urana predvideo postojanje Neptuna koji je, zaista, otkriven godinu dana kasnije u neposrednoj blizini predviđene pozicije. Upoređivanje orbita Urana i Neptuna tokom kasnijih decenija dovelo je do zaključka da još nešto mora da utiče na Uranovu putanju. Od 1906. godine, bogati američki biznismen i poklonik astronomije, Persival Lauel počeo je da ulaže sredstva i vreme u svojoj ličnoj opservatoriji za pronalaženje ovog objekta, krštenog Planeta X.

Lauel je preminuo 1916. godine, ali Klajd Tombou je otkrio novu planetu upravo u Lauelovoj opservatoriji 1930. godine. Kasnije je potvrđeno da su još od 1915. godine u ovoj opservatoriji pravljene slike na kojima može da se primeti Pluton. Zapravo, teorija Planete X se pokazala netačnom jer sam Pluton nema toliki uticaj na Uranovu putanju. Tokom decenija, pre svega zbog razvoja preciznijih matematičkih modela i računarskih simulacija, procena Plutonove mase je višestruko redukovana, od Lauelovog predviđanja da je sedam puta teži od Zemlje do aktuelne procene iz 2006. godine da mu masa iznosi oko 0,0022 Zemljine. Jedanaestogodišnja devojčica Veniša Barni iz Okfsorda predložila je ime Pluton jer je u njenim omiljenim pričama iz mitologije bog Pluton mogao da postane nevidljiv. Njen predlog se svideo Klajdu Tombou jer bi tako inicijali Persivala Lauela postali zvanična oznaka ove planete (PL). Pluton tehnički nije uvek dalje od Neptuna. Tokom svoje nepravilne orbite, Pluton se kreće od čak 48,87 astronomskih jedinica (AU) od Sunca do „samo” 29,65 AU kada je bliže našoj zvezdi nego Neptun (orbita od 29,8-30,3 AU), ali pošto su Neptun i Pluton u stabilnoj orbitalnoj rezonanci nikada im ne preti opasnost od sudaranja.

Veliki patuljak

Sledeća dva velika odjeka u javnosti u vezi sa Plutonom odigrala su se 2006. godine i oba su bila posledice višedecenijskih priprema i diskusija. Sa jedne strane, u okviru NASA programa New Frontiers, devetnaestog januara je lansirana upravo sonda New Horizons koja je ovih dana u centru pažnje. Sa druge strane, debate o tačnoj klasifikaciji planeta i ostalih tela u Sunčevom sistemu (kao i egzoplaneta – planeta van našeg sistema) dovele su do toga da je 24. avgusta 2006. godine Internacionalna Astronomska Unija (IAU) na kongresu u Pragu utvrdila šta je tačno planeta u Sunčevom sistemu. Da bi nebeski objekat bio smatran planetom, mora da ispunjava tri kriterijuma. Prvi je da je u stalnoj orbiti oko Sunca, drugi je da ima dovoljnu masu da dostigne hidrostatski ekvilibrijum, to jest da ima skoro sferičan oblik, i treći je da je kretanjem raščistilo svoju orbitu od drugih, manjih objekata. Pluton i drugi objekti koji ispunjavaju prva dva, ali ne i treći kriterijum, dobili su tada status patuljaste planete. Iako u Sunčevom sistemu postoji već preko 200 objekata koji ispunjavaju ovaj kriterijum (gotovo svi su u Kojperovom pojasu, regionu od Neptunove orbite do 50 AU od Sunca) IAU priznaje tek pet patuljastih planeta. Sem Plutona to su Ceres, Eris, Huamea i Makemake.

Ipak, ovaj trans-neptunski objekat nastavio je da fascinira astronome i astrofizičare, i to ne samo one koji su bili deo misije New Frontiers. Tokom godina je nastavljeno vršenje snimanja Plutona i merenja njegovih parametara sa Zemlje (i iz njene orbite) kako bi u trenutku pristizanja novih podataka „iz blizine” radne teorije mogle što tačnije da se potvrde ili opovrgnu. Sem teleskopa u orbiti planete, na čelu sa Hablom, značajne podatke o Plutonu davala je SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), specijalni Boing 747 u kom je reflektorski teleskop od 2,5 metra i koji vrši snimanja iz visoke atmosfere (na visini od skoro 14 kilometara). Dvadeset i devetog juna ove godine, gledano iz regiona Novog Zelanda, iza Plutona je prolazila daleka zvezda što je omogućilo detaljno snimanje Plutonove atmosfere.

New Horizons

Interesantno, ali jak vetar u leđa istraživanju Plutona početkom devedesetih dala je Američka poštanska služba koja je izdala seriju poštanskih markica koje su obeležavale istraživanja planeta Sunčevog sistema koje je tokom proteklih decenija sprovela NASA. Na markici posvećenoj Plutonu bila je zamišljena slika ovog tela, tada zvanično i dalje planete, sa tekstom „još uvek neistražen”. Pod pritiskom javnosti, NASA predlaže misiju Pluto Fast Flyby koja je otkazana prilično rano zbog troškova, i pored toga što je bila mnogo povoljnija od ranijih – Pluto 350 i Mariner Mark II. Krajem devedesetih, kako je broj otkrivenih trans-neptunskih objekata rastao, pokrenuta je misija Pluto Kuiper Express. Obećanje proleta pored Plutona i objekata u Kojperovom pojasu ponovo je pobudilo optimizam u naučnoj zajednici. Misija je otkazana u jesen 2000. godine nakon što je na razvoj tehnologija i sistema potrošeno preko milijardu dolara. Spas za istraživače Plutona počeo je da se nazire u decembru 2000. godine sa programom New Frontiers. Prva misija u okviru ovog programa bila bi New Horizons, sonda koja bi proletela pored Plutona i nastavila u Kojperov pojas radi daljih istraživanja.

New Horizons ima nekoliko specifičnih ciljeva na osnovu kojih su odabrani njegovi naučni instrumenti. Na prvom mestu je mapiranje površina Plutona i Harona (njegovog najvećeg meseca) i njihovog sastava, zatim određivanje njihove geologije i morfologije, kao i sakupljanje dodatnih podataka o atmosferi Plutona i utvrđivanje da li Haron uopšte ima atmosferu. Sem toga, New Horizons će mapirati površinske temperature Plutona i Harona i pretražiti njihovu neposrednu okolinu u potrazi za prstenovima ili dodatnim satelitima. Na kraju, sonda će pokušati da obavi sva ova snimanja još nekoliko puta na drugim objektima unutar Kojperovog pojasa.

Alat

Neki od inženjera koji su radili na dizajnu New Horizonsa porede samu sondu sa koncertnim klavirom jer joj je osnova trouglasta prizma visine 76 centimetara i sa najdužom stranicom od oko 2 metra. Telo sonde je, u načelu, „veće nego što treba da bude”. Tačnije, dosta je veće od zapremine opreme koja je u njemu, ali velika saćasta struktura od aluminijuma i titanijuma ima veoma bitnu svrhu. Ta svrha je da zaštiti instrumente i elektroniku od zračenja, što iz kosmosa, što iz sondinog nuklearnog reaktora. New Horizons dobija energiju iz radioizotopnog termoelektričnog generatora (RTG) sa 10,9 kilograma oksida plutonijuma 238. U trenutku lansiranja, RTG je imao snagu od oko 250 vati (toplotno 4400 vati) i pružao 30 volti direktne struje. Kako snaga generatora opada za oko pet procenata godišnje, New Horizons trenutno dobija oko 200 vati.

Sonda u sebi nosi četiri kompjutera. Prvi nosi naziv sistem za komandovanje i obradu podataka, a drugi je procesor za navođenje i kontrolu. Treći i četvrti su aktivni bekap prva dva računara. Svaki kompjuter je zasnovan na procesoru Mongoose-V. U pitanju je specijalna verzija procesora MIPS R3000 na 12 MHz čiji glavni adut je dodatna oklopljenost radi zaštite od radijacije. Tokom misije, New Horizons je dva puta ušao u „safe mode”, kada se merni uređaji isključuju i sve se podređuje očuvanju letelice. Prvi put u martu 2007. godine kada se kompjuter sa komandovanje i obradu podataka rebootovao usled greške sa memorijom. Drugi put je bilo četvrtog jula ove godine, uoči samog proleta pored Plutona, CPU je bio preopterećen komandama za istovremeno korišćenje istih naučnih instrumentima za više različitih snimanja što je dovelo do rebootovanja sistema.

Za mnoge najbitniji sistem na sondi je onaj za komunikaciju. Preko antenskog tanjira prečnika 2,1 metra, New Horizons šalje podatke u mikrotalasnom X-opsegu. Dok je bio u blizini Jupitera 2007. godine brzina transfera iznosila je oko 38 kbit/s, sada, kada je sonda udaljenija od Plutona, transfer je tek nešto iznad 1 kbit/s. Ovaj limitirajući faktor znači da još mesecima nećemo imati sve podatke zabeležene prilikom proleta. Svi podaci zabeleženi tokom proletanja zabeleženi su na dva niskopotrošna SSD-a, svaki sa tek 8 GB memorije. U prvih deset dana, od proleta do kontrole na Zemlji doostavljeno tek četiri odsto izmerenih podataka, a biće potrebno čak 16 meseci dok se svi zabeleženi podaci ne emituju do istraživača na našoj planeti.

Koji su to merni uređaji radili punom parom tog četrnaestog jula oko 11:50 po Griniču na samo 12,500 km od površine Plutona? New Horizons nosi sedam instrumenata. LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) je kamera za dalekometno izviđanje sa monohromatskim 12-bitnim CCD senzorom rezolucije 1024 x 1024 piksela čiju optiku čini mali silicijum-karbidni teleskop. SWAP (Solar Wind at Pluto) i PEPPSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) su spektrometri za plazmu i visokoenergetske čestice. Alice je spektrometar za snimanje slika u dalekom i ekstremnom ultraljubičastom opsegu, nastao po uzoru na istoimeni uređaj na sondi Rosetta. Teleskop Ralph pravi slike u vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu, a ime je dobio po tome što su u staroj TV seriji „The Honeymooners” naslovni supružnici Alice i Ralph. VBSDC (Venetia Burney Student Dust Counter) je merač čestica prašine koji su napravili studenti na Univerzitetu Kolorada u Boulderu, nazvan po devojčici koja je planeti dala ime. Na kraju, tu je REX (Radio Science Experiment), koga čine dva ultrastabilna kristalna oscilatora povezana sa sondinim sistemom za komunikaciju kako bi se vršila merenja pomoću radio talasa.

Prolet

Nakon poletanja 19. januara 2006. godine, New Horizons je iskoristio proletanje pored Jupitera za korekciju kursa, ubrzavanje gravitacionim manevrom, ali i snimanje Jupitera i njegovih satelita. Pošto je sonda tada bila mnogo bliže Zemlji, poslato je nekoliko puta više podataka nego što će nam stići od proleta pored Plutona. Tokom jula 2013. i 2014. godine, obavljena su snimanja Plutona i Harona na osnovu kojih su izvršene korekcije kursa. Od početka decembra prošle godine, sonda je poslednji put probuđena iz svoje dugoročne hibernacije i spremanja za prilaz i snimanje.

Buka je podignuta već nekoliko dana pre proletanja, pre svega zahvaljujući neverovatno detaljnim fotografijama Plutona i Harona napravljenih 13. jula. Tokom samog proletanja sonda nije bila u kontaktu sa Zemljom sve do jutra 15. jula kada je prestalo snimanje Plutona i antena je usmerena ka Zemlji sa obaveštenjem da su manevar i sva planirana snimanja obavljeni uspešno. Nakon toga je započeo spori međuplanetarni download zabeleženih podataka koji još uvek traje. Već na osnovu prvih četiri odsto materijala pristiglih za deset dana od proletanja sonde pored Plutona otkrivena je osnovna geologija i topografija površine (detaljnija sa jedne strane zbog spore rotacije Plutona i brzog kretanja sonde) Plutona i Harona sa interesantnim planinama, upečatljivim regionima od smrznutog ugljenik-dioksida i pokretnim glečerima od zaleđenog azota. Zatim je snimljena atipična količina i sastav atmosfere koji su mnogo veći nego što se očekivalo (atmosfera Plutona se osetno smanjuje tokom njegovog udaljavanja od Sunca), kao i to da Haron nema atmosferu.

• • •

Ipak, prava analiza podataka koje je zabeležio New Horizons mora da čeka da stignu paketi informacija sa svih mernih uređaja jer se često pravi kontekst nekog podatka vidi tek kroz njegovu korelaciju sa nečim sa drugog uređaja. To znači da će naučnici sledećih šesnaest meseci slagati veliku astronomsku slagalicu. Dok šalje podatke o Plutonu i njegovoj okolini, New Horizons juri dalje ka svom sledećem cilju, objektima u Kojperovom pojasu (kao što su 2014 MU69 ili 2014 PN70) koje će analizirati na sličan način kao Pluton.

New Horizons nikada neće prestići Voyagera 1 i 2 koji se kreću znatno brže, a imaju i veliku prednost sa ranijim startom. Ipak, ova sonda će, bar još deceniju ili dve (u zavisnosti od stanja RTG-a) nastaviti da širi naše vidike i saznanja o granicama Sunčevog sistema.

Dragan KOSOVAC