Co přesně umí sonda InSight?

InSight bude první sondou, která bude zkoumat přímo nitro naší sousední planety, až na ní za dva týdny přistane. Co přesně umí přístroje na její palubě? (délka blogu 8 min.)

Nejcitlivější seismometr v dějinách lidstva - SEIS

Jádro planety Marsu bylo v minulosti horké o tom není pochyb. Jak to ale vypadá s jeho aktivitou dnes? Existují na Marsu marsotřesení? Jak se vlastně chová nitro Rudé planety? Má podobnou strukturu jakou má dnes Země? Tyto otázky má pomoci zodpovědět přístroj SEIS - Seismic Experiment for Interior Structure.

Umělé nebo přirozenými zdroji vyvolané seismické vlny probíhají různými materiály různě. Mohou se pohybovat rychleji, pomaleji než je obvyklé nebo se dokonce při určitých podmínkách odrážet. Podobně se na jejich rychlosti podepisuje také teplota materiálu. Vědci mohou pak ze záznamů vyčíst, v jakém stavu se nachází vnitřní část planety. Tímto způsobem se dá například zjistit, v jaké hloubce se nachází hranice mezi planetární kůrou a planetárním pláštěm. Stejně tak by mohla data prozradit, jestli je jádro Marsu ještě horké a tekuté.

Mars se tak stane třetím objektem, který se kdy lidstvu podařilo prozkoumat pomocí seismických vln a seismografů. To, co zjistí SEIS na Marsu tak každopádně rozšíří nebo zkoriguje naše teorie vývoje kamenných planet.

SEIS umí měřit pohyb otřesy s omračující přesností zlomků tisícin milimetrů. Umí zachytit frekvence mezi 0,001 Hz a 50 Hz. To by mělo stačit na monitoring marsotřesení, pádů meteoritů a dokonce tornád nebo sesuvů marsovské půdy. Kromě toho bude přístroj umět změřit hodnotu deformací, které způsobují slapové síly. Mars má totiž dva měsíce, i když jsou daleko menší než náš vlastní Měsíc.

SEIS bude pracovat nejméně jeden marsovský rok, tedy 687 pozemských dní. Změří tloušťku a vnitřní strukturu marsovské planetární kůry. O ní máme zatím jen kusé informace, získané z dat satelitů na oběžné dráze. Měření gravitačního zrychlení naznačuje, že je marsovská kůra nestejnoměrná. Je vidět zřetelný rozdíl mezi severní nížinou a jižní pahorkatinou. Existují samozřejmě různé modely, které podobný vývoj popisují, ty ale došly k různým tloušťkám kůry. Bude proto zajímavé zjistit, který z nich popisuje realitu nejlépe ze všech.

Složení planetárního pláště (tedy hmoty, která leží pod kůrou a tvoří větší část objemu planety) bude zase pro změnu rozhodovat o tom, který z existujících modelů konvekce uvnitř planety odpovídá realitě. Vědci doufají, že se vyjasní mechanismus, kterým vznikl obří vulkán Olympus Mons.

Jádro planety, které se v případě Země stará o ochranné  magnetické pole, samozřejmě zajímá vědce také. Je marsovské jádro tekuté? Momentálně nemá Mars znatelné magnetické pole, materiál v jeho kůře ale naznačuje, že se tvořil v dobách, kdy se na planetě magnetické pole vyskytovalo. Jak a kdy o něj Mars přišel - to jsou otázky, které, jak doufáme, zodpoví výzkum jádra planety.

SEIS bude měřit aktuální seismickou aktivitu. Dodnes byli vědci sice schopni tuto aktivitu odhadovat na základě fotografií povrchu planety, takový výzkum je ale logicky nepřesný. Přístroj, který nese na palubě sonda InSight zajistí přesná a zároveň aktuální měření.

Zachytí také otřesy, které byly vyvolány dopadem větších i menších meteoritů. Jejich množství se dnes odhaduje pomocí modelů, které jsou jen extrapolací jevů pozorovaných na Měsíci. Mars ovšem obíhá v jiné oblasti Sluneční soustavy než  Měsíc - je možné, že podíl meteoritů, které dopadají na jeho povrch, se od množství na Měsíci liší.

Po přistání vysune InSight robotické rameno. To uchopí přístroj a položí ho na vybrané místo ve své blízkosti. Jeho povrch by neměl být moc prašný nebo nerovný, i když SEIS bude umět do jisté míry vyrovnat nerovnosti povrchu díky svým vysouvacím nožičkám. Nakonec na přístroj položí sonda ještě ochranný kryt, který ho bude stínit před vnějšími faktory (větrem). SEIS je totiž nejcitlivějším seismometrem, jaký byl kdy vyroben. Vědci se poučili z osudu sondy Viking, která přistála na Marsu v sedmdesátých letech. Na palubě měla mimo jiné jednodušší seismometr. Ten byl ale umístěn na špici soustavy - a reagoval tak spíše než na marsotřesení na intenzivnější vítr.

Krtek na Marsu - HP3

Další přístroj má název Heat Flow and Physical Properties Probe (krátce HP3) a přezdívku “krtek”. Za úkol má zavrtání senzorů marsovské horniny. V optimálním případě se dostane jeho tři centimetry široká hlavice až do pětimetrové hloubky. Vrtání je možná špatný název - “krtek” se bude horninou spíše probíjet.

Podobným způsobem se už dnes na Zemi dělají některé přípojky na veřejné sítě. Kvůli zasíťování plynem se nemusí kopat výkop, hlavní potrubí se spojí se spotřebičem v domě pomocí kanálu pod zemí, který byl “probit” přístrojem pracujícím jako kladivo.

Krtek se skládá z těžšího wolframového bloku, který se pohybuje ve 40 cm dlouhém válci. Každých 3,6 vteřin pak vykoná jeden úder. Přístroj by se tak měl pomalu “propadat” do větší a větší hloubky. Na dosažení pěti metrů pod povrchem by podle odborníků z NASA mělo stačit v optimálním případě kolem 5000 úderů, v méně příznivém případě až 20000. Při takovém procesu se samozřejmě uvolňuje teplo. Aby mělo možnost uniknout a přístroj se moc nezahříval, plánují vědci po dosažení každých 15 cm čtyřdenní pauzu. Celý proces zavrtávání do povrchu Marsu bude tedy trvat zhruba měsíc.

HP3 je vlastně teploměr, který bude měřit tepelné toky pod povrchem planety. Senzory jsou umístěné jak ve zmíněném hliníkovém válci tak v kabelu, který za sebou táhne. Vědci tak získají vertikální profil teplot ve vrchní vrstvě hornin. Ten by jim měl umožnit zjistit, jak velké jsou ztráty vnitřního tepla Marsu. Zároveň se má zjistit, kolik tepla má vlastně dnes planeta ještě k dispozici. Že byl původně rozžhavenou planetou je jasné - zaručuje to už samotný princip vzniku kamenné planety. Díky své velikosti ale Mars vychládá daleko rychleji než Země.

Jádro Marsu

O tom, jestli je jádro Marsu tekuté a jak je velké, chtějí získat vědci informace pomocí přístroje RISE (Rotation and Interior Structure Experiment).

Ten přitom nemá žádné zvláštní senzory. Zato je ale schopen radiokomunikace s řídícím střediskem na Zemi.

Bude přitom využívat precese a nutace planety, tedy jevů, spojených s jejím pohybem v prostoru. Mars se (stejně jako Země) pohybuje na své dráze kolem Slunce složitým způsobem, který zahrnuje rotaci, precesi a nutaci. Jeho osa není kolmá na dráhu pohybu, ale je k ní skloněná pod určitým úhlem. Proto opisuje na obloze pomyslný dvojkužel (precese jeho osy). Působením slapových sil pak kolísá i pohyb tohoto kužele (nutace).

Konkrétní výsledný pohyb je pak závislý také na vnitřním složení planety a stavu, v jakém se nachází její vnitřní hmota. Záleží například na tom, kolik hmoty se nachází v bezprostřední blízkosti centra planety - jejího jádra. Z dat, která budou vědci pomocí RISE získávat, se pak bude moci odečíst velikost jádra Marsu. Uvidíme, zda se potvrdí předpovědi, podle kterých je marsovské jádro velké zhruba 3000 - 4000 km.

Nutace pak může navíc ještě prozradit, v jakém stavu se nachází hmota jádra - je v pevné nebo tekuté podobě? Jev by se dal přirovnat k rotujícímu vejci. Jeho chování při uvedení do rotace se liší podle toho, zda je syrové nebo uvařené. I tady bude zajímavé zjistit, jestli jsou pravdivé předpoklady, že je alespoň část marsovského jádra v tekutém stavu.

Signál z přístroje RISE doletí na Zemi lehce pozměněný jevem, kterému se říká dopplerův efekt. Elektromagnetické vlny, vysílané z povrchu planety, budou analyzovány a jejich změny poskytnou detailní znalosti o přesném pohybu planety.

Podobné signály už dnes poskytují ostatní sondy, které se pohybují po povrchu Marsu (marsovská vozítka). Jejich mobilita je ovšem pro tento druh měření nevýhodou. Sonda InSight bude nepohyblivá a zajistí tedy velké množství použitelných dat.

26. 11. 2018 přistane InSight na povrchu Marsu. Jedná se o pondělí, tedy den, ve kterém tradičně vychází můj blog. Detailně se v něm budu věnovat procesům při přistání této jedinečné sondy. Mars dovoluje jak použití padáků, tak přistávacích motorů nebo dokonce airbagů. Pro jakou kombinaci se tentokrát rozhodla NASA, si můžete přečíst 26. listopadu.

Zdroje: NASA, ESA, spektrum.de, raumfahrer.net