Warto przeczytać

Początki misji kosmicznej Galileo sięgają lat siedemdziesiątych XX wieku. Po udanych przelotach w pobliżu Jowisza sond Pioneer zaczęto planować misję, która dokładnie zbada największą planetę Układu Słonecznego. W roku 1977 Kongres Stanów Zjednoczonych zatwierdził misję składającą się z orbiteraorbiterorbitera i próbnika atmosferycznegopróbnik atmosferycznypróbnika atmosferycznego, przyznając fundusze na jej realizację. Rok później misja otrzymała nazwę Galileo. Nazwa ta jest ściśle powiązana z celem misji. W roku 1610 włoski astronom Galileo Galilei (po polsku nazywany Galileuszem), korzystając ze zbudowanego przez siebie pierwszego teleskopu, obserwował Jowisza. To on dzięki temu teleskopowi odkrył cztery największe księżyce Jowisza: Io, Europę, Ganimedesa i Kallisto, które zostały nazwane na jego cześć księżycami galileuszowymi. Ponieważ głównym celem naukowym misji było badanie Jowisza i właśnie księżyców galileuszowych, sonda dostała imię po odkrywcy księżyców.

Początki budowy sondy były bardzo trudne. Zakładano, że sonda musi pracować przez kilka lat, a sam lot bezpośredni do Jowisza to prawie miliard kilometrów. Trudności dotyczyły trzech kwestii:

• odległego lotu, który wymagał dużych zapasów paliwa,

• rozwiązania technicznego, które umożliwiłyby umieszczenie sondy na orbicie Jowisza,

• budowy silnika, który pracowałby, obsługując sondę przez bardzo długi czas.

Zgodnie z pierwszym planem sonda miała zostać wystrzelona już w 1982 roku. Niestety, problemy techniczne przy budowie silnika przesunęły datę startu. Zdecydowano o zmianie projektu silnika na zasilany ciekłym tlenem i ciekłym azotem oraz wyznaczono start misji na rok 1986. Jednak w styczniu 1986 roku doszło do katastrofy wahadłowca Challenger, przez co wstrzymano na dwa lata wszystkie loty wahadłowców wynoszących sondy w przestrzeń kosmiczną. Ponadto stwierdzono, że silnik zasilany ciekłym azotem i tlenem jest zbyt niebezpieczny na transport w luku wahadłowca. Kolejny raz zmieniono projekt silnika i powrócono do zasilanego paliwem stałym. Jednakże tego rodzaju silnik nie pozwalał na bezpośredni lot do Jowisza. Trasa przelotu została zmieniona, tak aby sonda wykorzystując asystę grawitacyjną planet, uzyskała większą prędkość bez strat paliwa.

R1RhtogboeiCq

Rys. 1. Ilustracja przedstawia artystyczną wizję sondy kosmicznej Galileo w przestrzeni międzyplanetarnej. Na ilustracji, w centralnej części widoczna jest sonda kosmiczna. Sonda kosmiczna widoczna jest w postaci podłużnego, cylindrycznego urządzenia z anteną w kształcie talerza na prawym końcu. Z boków sondy wystają trzy symetryczne, żółte ramiona symbolizujące dodatkowe urządzenia pomiarowe lub komunikacyjne. W tle ilustracji widoczny jest Jowisz w postaci brązowej kuli z poziomymi białymi pasami chmur. Po prawej stronie tła widoczny jest jeden z księżyców Jowisza, Io.

Start sondy Galileo miał miejsce 18 października 1989 roku. Sonda została wyniesiona na orbitę okołoziemską przez wahadłowiec Atlantis. Zgodnie z planem, w nocy z 18 na 19 października sonda została wprowadzona na trajektorię ku Wenus.

Przebieg misji:

– luty 1990: przelot obok Wenus (asysta grawitacyjna),

– grudzień 1990: pierwszy przelot obok Ziemi (asysta grawitacyjna),

– październik 1991: pierwszy w historii misji kosmicznych przelot obok planetoidy Gaspara,

– grudzień 1992: drugi przelot obok Ziemi (asysta grawitacyjna),

– sierpień 1993: przelot przy planetoidzie Ida i odkrycie jej małego księżyca o nazwie Daktyl,

– lipiec 1994: obserwacje komety Shoemaker‑Levy 9 podczas zderzenia z Jowiszem,

– grudzień 1995: wejście na orbitę wokół Jowisza, zrzucenie próbnika atmosferycznego,

– wrzesień 1996: obserwacje księżyca Europa i odkrycie wody pod jego powierzchnią,

– wrzesień 1997: obserwacje aktywności wulkanicznej na księżycu Io,

– grudzień 2000: spotkanie z sondą kosmiczną Cassini,

– 21 września 2003: spalenie sondy Galileo w atmosferze Jowisza – koniec misji.

Misja trwała 14 lat, w czasie której sonda Galileo przeleciała w sumie 4 631 778 000 km.

R5azniumuPIZc

Rys. 2. Ilustracja przedstawia grafikę, na której pokazano trajektorię sondy Galileo w Układzie Słonecznym. Trajektoria sony na kształt rozchodzącej się spirali, w której centrum znajduje się Słońce. Sonda kosmiczna wystrzelona z Ziemi, której orbitę narysowano w postaci okręgu o czarnych krawędziach, wystrzelono w kierunku Wenus. Na orbicie Wenus sonda przyspieszyła przy pomocy asysty grawitacyjnej i zaczęła poruszać się po spirali w kierunku zewnętrznych sektorów Układu Słonecznego. Po drodze Sonda przeleciała między innymi niedaleko Ziemi oraz Jowisza.

Misja początkowo miała zakończyć się już w roku 1997. Jednak, dzięki zapasom paliwa oraz nieuszkodzonym instrumentom badawczym, przedłużono ją. Druga faza miała na celu głównie badanie księżyca Jowisza – Europy. W tym czasie cały czas analizowano atmosferę Jowisza i zjawiska atmosferyczne. Sukces drugiej fazy misji Galileo spowodował, że w 2000 roku rozpoczęto trzecią fazę, nazwaną Galileo Millenium. Pod koniec grudnia 2000 roku, kiedy sonda Galileo znajdowała się w pobliżu przelatującej w stronę Saturna sondy Cassini, przeprowadzono podwójne badania promieniowania. Były to pierwsze w historii wspólne badania planety gazowej dwóch sond kosmicznych. Niestety, w tej fazie sonda Galileo była bardzo narażona na promieniowanie słoneczne, co uszkodziło część urządzeń. Podczas zbliżenia do Amaltei (orbita A34) nie udało się wykonać obserwacji powierzchni tego księżyca. Zmierzono jednak gęstość. Okazało się, że średnia gęstość tego księżyca jest znacznie mniejsza, niż przypuszczano i wynosi około 0,86 g/cmIndeks górny 3³.

Decyzję o zakończeniu misji Galileo podjęto z powodu wyczerpujących się zapasów paliwa. Podejrzewano, że po całkowitym wyczerpaniu się paliwa sonda spadnie z ogromną prędkością na powierzchnię księżyca – Europę. Obawiano się, że upadek zmieni warunki panujące na jej powierzchni. Naukowcy NASA skierowali silniki tak, by sonda weszła na orbitę kolizyjną z Jowiszem. Podczas wejścia w atmosferę sonda miała prędkość 48,2 km/s. Prawdopodobnie spaliła się w atmosferze lub jej elementy zostały zgniecione pod wpływem ciśnienia.

Dziesięć najważniejszych osiągnięć naukowych misji kosmicznej Galileo:

1. Próbnik atmosferyczny wypuszczony przez sondę zbadał dokładnie skład atmosfery Jowisza oraz rozkład pierwiastków składowych w zależności od głębokości, na jakiej się znajdował. Pozwoliło to przeanalizować historię ewolucji Jowisza. Na podstawie tych danych stwierdzono, że planeta częściowo składa się z pierwiastków pochodzących z dalszych regionów Układu Słonecznego. Świadczy to o znaczących zmianach ewolucyjnych Jowisza na przestrzeni 4,6 mld lat od powstania Układu Słonecznego z pierwotnej mgławicy.

2. Galileo dokonał pierwszej obserwacji obłoków amoniakalnych w atmosferze planety zewnętrznej. Atmosfera zdaje się tworzyć cząstki lodu amoniakowego z materiału z niższych warstw atmosfery (inaczej mówiąc, na większych głębokościach atmosferycznych), ale tylko w „świeżych” chmurach. Ustalono, że w kolejnych warstwach atmosfery są silne prądy, które powodują napływanie chłodnych i suchych gazów z wyższych warstw.

3. Rozległa aktywność wulkaniczna Io może być 100 razy większa niż na Ziemi. Ciepło wewnętrzne i częstotliwość wybuchów przypominają zjawiska fizyczne mające miejsce we wczesnych etapach istnienia Ziemi. Pod powierzchnią Io znajduje się warstwa magmy o grubości przekraczającej 50 km.

4. Istnieje złożone połączenie plazmyplazmaplazmy pomiędzy Io a Jowiszem. Plazma ta tworzy zamknięty obwód, który przewodzi prąd elektryczny o natężeniu około 5 mln amperów.

5. Pomiary potwierdzają teorię, że pod lodową powierzchnią Europy istnieją oceany składające się z płynnej wody. Powierzchnia księżyca jest popękana, a małe fragmenty powierzchni są przesunięte względem siebie – podobnie jak kry na zamarzniętym jeziorze.

6. Ganimedes jest pierwszym satelitą, o którym wiadomo, że posiada własne dipolowe pole magnetyczne oraz magnetosferę.

7. Istnienie indukowanego pola magnetycznego wokół księżyców Europa, Ganimedes i Kallisto sugerują, że księżyce te mają pod powierzchnią warstwę cieczy – słonej wody. Prądy słonej wody napędzają to pole magnetyczne. Takie samo bardzo słabe indukowane pole magnetyczne obserwuje się na Ziemi głównie nad oceanami.

8. Nad Europą, Ganimedesem i Kallisto istnieje cienka warstwa atmosferyczna znana jako „egzosfera związana z powierzchnią”.

9. Układ pierścieniowy Jowisza powstaje z pyłu wyrzucanego podczas zderzeń międzyplanetarnych meteoroidów z czterema małymi wewnętrznymi księżycami planety. Zewnętrzny pierścień to tak naprawdę dwa pierścienie, jeden osadzony z drugim.

10. Galileo był pierwszym statkiem kosmicznym, który wystarczająco długo przebywał w magnetosferze gigantycznej planety, by zidentyfikować jej globalną strukturę i zbadać jej dynamikę.

Ponadto Galileo był pierwszą sondą kosmiczną, która:

• wykonała zdjęcia podczas bliskiego przelotu obok planetoid,

• odkryła pierwszy w historii astronomii księżyc planetoidy,

• bezpośrednio obserwowała i wykonała zdjęcia uderzenia komety w gazową planetę.

RVxztJ4aCpZBR

Rys. 3. Ilustracja przedstawia kompilację zdjęć Jowisza wykonaną przez kosmiczny teleskop Hubble'a. Jowisza pokazano jako kulistą planetę o brązowej barwie z poziomymi, białymi pasami. Białe pasy to chmury unoszące się nad powierzchnią gazowego olbrzyma. Na tle planety widać czarną plamkę, która stanowi cień jednego z jej księżyców. Tło zdjęcia przedstawia czarną przestrzeń kosmiczną.

R1CGpT7342RHA

Rys. 3. (b) Ilustracja przedstawia sekwencję czterech zdjęć Jowisza, jedno obok drugiego. Na każdym ze zdjęć Jowisz pokazany jest w postaci szarej kuli na tle czarnej przestrzeni kosmicznej. Na powierzchni planety widoczne są poziome pasy jaśniejszych chmur. W dolnej i lewej części każdego ze zdjęć pokazano jasny, mały i kulisty obiekt zbliżający się do powierzchni planety. Mały i jasny obiekt to kometa. Na lewym zdjęciu kometa znajduje się w największej odległości od planety. Na drugim od lewej zdjęciu kometa jest dobrze widoczna, ale jest mała i pozostaje w znacznej odległości od Jowisza. Na trzecim od lewej zdjęciu kometa jest większa, co oznacza, że znajduje się całkiem blisko powierzchni planety. Na prawym zdjęciu kometa jest tak blisko Jowisza, że zdjęcie uchwyciło moment uderzenia obiektu w planetę.

Sonda Galileo była jedynym narzędziem astronomicznym umożliwiającym bezpośrednie obserwacje uderzenia fragmentów komety Shoemaker‑Levy 9 w atmosferę Jowisza. Pierwsze bezpośrednie obserwacje kolizji dwóch ciał w Układzie Słonecznym umożliwiły szersze badania. Uderzenie było tak silne, że wewnętrzne warstwy atmosfery zostały wypiętrzone na zewnątrz. To umożliwiło analizę składu chemicznego głębszych warstw atmosfery Jowisza. Dzięki badaniom próbnika atmosferycznego wiadomo, że takie zderzenia nie mają wpływu na skład chemiczny Jowisza.

Misja kosmiczna Galileo była przełomową misją w rozwoju kosmicznej technologii umożliwiającej eksplorację kosmosu. Jako jedna z nielicznych sond kosmicznych dokonała w ciągu 14 lat trwania misji badań na bardzo szeroką skalę. Sonda Galileo podczas przelotów obok Ziemi dokonywała badań mających na celu sprawdzenie, czy na danej planecie istnieje życie. Obecnie metody te wykorzystywane są powszechnie w celu poszukiwania życia poza Układem Słonecznym.

Zarówno czas trwania misji, jak i osiągnięcia były spektakularne jak na tamte czasy. W 2018 roku, po ponad 20 latach od przelotu obok Europy, powrócono do danych zebranych przez Galileo. Naukowcy dzięki najnowszym metodom analizy danych mogli na nowo spojrzeć na dane dostarczone przez sondę Galileo. Skupiono się na pomiarach związanych z księżycem Europą. Połączono pomiary magnetosfery z badaniami składu powierzchni lodowego księżyca. Nowoczesne symulacje 3D potwierdziły istnienie pióropuszy wodnych na Europie. Po kilkunastu latach od zakończenia misji Galileo „pomaga” w najnowszych badaniach mających na celu znalezienie oznak życia lub warunków do życia na innych ciałach niebieskich Układu Słonecznego.

Słowniczek