Právě pro vás dokončujeme novou výstavu v podzemním sále Exploratoria. Jakmile bude hotová, bude sál opět zpřístupněn. Děkujeme za pochopení.
Zdeněk Pokorný, Příběh nesmrtelných poutníků – Boj o přežití I
Zdeněk Pokorný, Příběh nesmrtelných poutníků – díl osmý
(pokračování z minulé neděle)
Alea iacta est. Kostky jsou vrženy.
Sondy a lidé kolem mají první dějství velkého představení za sebou. „Byl to takový vzrušený nácvik na průlet kolem Saturnu,“ zavtipkoval manažer projektu Robert Parks z Laboratoře tryskového pohonu. Ohlasy z vědeckého světa byly jednoznačně kladné a ani novináři nešetřili chválou. Zralý projekt ve vhodnou dobu, uvažovali mnozí, navzdory předstartovním úzkostem a obavám, zda se příliš nechvátalo a na něco zásadního nezapomnělo.
Cíl číslo dvě se rázem dostal do středu pozornosti. Planeta Saturn s prstenci, počet-nou rodinou družic, obklopená snad i magnetosférou — to byl další objekt zájmu našich dvou poutníků. Ani v tomto případě nepůjde o krok do naprosté tmy. Před nimi letící sonda Pioneer 11 se ocitá na přelomu srpna a září 1979 nejblíže u Saturnu a je tedy prvním průzkumníkem v této končině. Je ale opravdu pouze jakýmsi předvojem, oba projekty lze srovnávat jen stěží.
Saturn se svými prstenci je zajisté symbolem hvězdářství, jeho portréty jsou pravidelně zařazovány na obálky knih o vesmíru. Plným právem. Fenomén tak zvláštní, tak dokonalý a až neskutečný, jakým se nám jeví při pohledu ze Země, si naši přízeň zasluhuje. Pouhýma očima však prstence vidět nejsou. Odolaly i prvním pokusům spatřit je jednoduchými dalekohledy: Galileo Galilei se díval v polovině července 1610 na tuto planetu, ale jeho přístroj, přece jen nedokonalý a s mnoha optickými vadami, mu vyjevil prazvláštní obraz.
Galilei spatřil žlutavý deformovaný kotouč, dosti neostrý, který měl po stranách jakési další dva menší disky. Byla to doba krátce po objevu Jupiterových družic, takže Galileo si byl téměř jist, že vidí souputníky Saturnovy. Altissimum planetam tergeminum observavi (pozoroval jsem, že nejvyšší planeta je trojitá), popisuje svůj objev. Po dvou letech mu však souputníci zmizeli, za další čtyři roky opět nějaká tělesa po bocích pozoroval. Byl tím vším zmaten a až do konce svého života tuto záhadu nerozřešil.
Byl zapotřebí dokonalejší dalekohled, a ten měl Holanďan Christiaan Huygens. Začátkem roku 1655 začíná svá pozorování Saturnu. Za rok neveřejně a pak roku 1659 v díle „Systema Saturnium“ uvádí o této planetě: Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato (je obklopena tenkým rovinným prstencem, který nikde s ní nesouvisí a je nakloněn k ekliptice).
O dvacet let později Giovanni Cassini objevil mezeru v prstenci. Prstenec tedy není jednolitý, od teď musíme používat množného čísla. Cassini šel ve svých úvahách ještě dál: domníval se, že každý prstenec je tvořen obrovským počtem malých pevných tělísek.
Cassiniho úvaha nebyla nijak teoreticky zdůvodněna, byl to jen odhad, vlastně spekulace. První seriózní teoretický rozbor podstaty Saturnových prstenců zveřejnil až roku 1802 Pierre Laplace. Ukázal, že v gravitačním poli Saturnu by tak rozsáhlý, ale tenký pevný prstenec neodolal slapovým silám planety a roztrhal by se na kusy. Jak je to z fyzikálního pohledu?
Představme si, že se otáčíme spolu s (pevným) prstencem. Při tomto pohybu na nás působí jednak gravitační síla, směřující k planetě, jednak setrvačná odstředivá síla, mířící od planety. Součet obou sil je pro danou rychlost otáčení prstence nulový jen pro jedinou vzdálenost od planety! Blíže k planetě či dále od ní síly v rovnováze nejsou a záleží pak jen na pevnosti materiálu, jak široký prstýnek zůstane celistvý. Toto tedy Laplace odvodil a aby vysvětlil pozorovaný jev, předpokládal, že Saturnovy prstence jsou tvořeny soustavou mnoha úzkých prstýnků, vložených jeden do druhého. Prstýnky pak rotují tím rychleji, čím jsou blíže k planetě.
Je zajímavé, že Laplace nijak nekomentoval Cassiniho myšlenku, podle níž jsou prstence tvořeny mnoha drobnými částicemi. Možná, že o ní ani nevěděl. Vrací se k ní až James Clerk Maxwell v jedné ze svých prvních vědeckých prací. Maxwellovo jméno je sice nerozlučně spjato s jeho rovnicemi popisujícími elektromagnetické pole, ale jak je patrno, mladý James se zabýval lecčím. V práci z roku 1855, za niž obdržel prestižní Adamsovu cenu univerzity v Cambridge, ukázal, že Laplaceovy prstýnky jsou ve většině případů nestabilní. Pokud však prstence budou tvořeny velkým počtem malinkých částic, pohybujících se kolem Saturnu nezávisle na sobě, prstence stabilní být mohou.
Na důkaz správnosti Maxwellovy teorie o struktuře prstenců bylo nutno vyčkat ještě několik desetiletí. Ze spektrogramů prstenců, které pořídili v roce 1895 James Keeler a William Campbell, lze zjistit, že rychlost rotace planety a prstenců je rozdílná. Vnitřní okraj prstenců přitom rotuje rychleji než okraj vnější, přesně tak, jak to odpovídá pohybu malého tělesa kolem velkého podle Keplerových zákonů.
Jenže — jak velké jsou částice v prstencích? Z čeho se skládají? Jak jsou početné? A hlavně — jak vznikají takové prstence? Jsou trvalou součástí tohoto planetárního světa nebo jen krátkou epizodou ve vývoji sluneční soustavy? Otázek je nastoleno hodně a od Voyagerů se očekává, že na mnohé z nich odpoví.
Také svět kolem — početné společenství družic — bude středem zájmu. Největší družice Titan, objevená již v březnu 1655 Huygensem, je natolik zajímavým objektem, že tomu byl podřízen i výběr dráhy a režim letu jedničky. Titan bude prvním tělesem, které sonda podrobí detailní analýze. Pak v krátkém sledu i družice další, o nichž dosud nevíme prakticky nic.
Sama planeta je tak trochu ve stínu zájmu odborníků. Možná neprávem, kdo ví. Saturn byl vždy pokládán za poněkud bezbarvou kopii Jupiteru, kopii, která má všeho „trochu méně“ než její skvělejší předloha. Jen v jednom je Saturn nedostižně první: se svou střední hustotou 0,7 gramu na kubický centimetr je nejřidší planetou sluneční soustavy.
Po úspěšném průletu sond kolem Jupiteru jsme ochotni dívat se na věc růžovými brýlemi. Ty však byly odjakživa brýlemi mámení. Situace však nijak růžová není: uvědomme si riziko těsného průletu kolem Saturnu. Jednička dvakrát protne rovinu Saturnových prstenců, dvojka sice jen jednou, ale zato těsněji u planety. Jestliže riziko střetu s ji-ný-mi tělesy při průletu sond pásmem planetek bylo opravdu malé, pak podobná útěcha v tomto případě určitě neplatí. V neposlední řadě: v jakém „zdravotním stavu“ se nacházejí Voyagery po průletu vnitřní magnetosférou Jupiteru? Vydrží řídící a komunikační systém, budou fungovat vědecké přístroje?
Ještě jedno riziko se jako temně šedý přízrak zjevuje nad celou výpravou: nejistá budoucnost. Co se stane s oběma sondami po setkání se Saturnem? Budou peníze na sledování sond i v další části letu? Vždyť zejména dvojka by měla letět ještě k Uranu a Nep-tunu. Málo pozornému divákovi se může zdát, že sondy jsou na vzestupu slávy. Ve skutečnosti však začíná jejich tvrdý zápas o přežití.
* * *
Osud dvojky závisí na tom, jak dopadne průlet jedničky. Tak bylo rozhodnuto v řídícím středisku JPL v Pasadeně. Bude-li Voyager 1 fungovat podle plánu, zaměří se dvojka na detaily, na to nejzajímavější z předchozího průletu. Potom bude mít volnou cestu dál k Uranu (pravda, najdou-li se prostředky na provoz sledovacích stanic na Zemi). Pokud však jednička selže, dvojka ji bude muset zastoupit, a to by byl konec VELKÉ CESTY, protože v tom případě bude dráha změněna tak, že sonda sice bude pokračovat v letu pryč ze sluneční soustavy, ale daleko od všech planet.
Zatím však není důvod k přílišnému znepokojování. U sondy Voyager 1 je vše v pořádku až na polarimetr. Ten byl radiací u Jupiteru zničen a poté odpojen; z 11 vědeckých přístrojů jich nyní funguje jen deset. Voyager 2 trpí už známou poruchou povelového přijímače. Je to závada nepříjemná, ba až protivná, ale žít s ní lze. Je však nutné neustále sledovat teplotu, protože každá její sebemenší změna vede k rozladění přijímače. Obtíže nastaly třeba v době rádiového zákrytu sondy Jupiterem, kdy se samovolně změnila přijímaná frekvence, ale nakonec se vše zvládlo. Pronikavou radiací u Jupiteru byly na sondě zničeny jen dvě součástky. Když uvážíme, že celkem je jich na 65 000, není to nijak špatná bilance!
V úterý 16. října 1979 všem v řídícím středisku zatrnulo. S jedničkou, která přece nesmí selhat, bylo ztraceno spojení! Došlo k tomu po skončení 22hodinové kalibrace palubních magnetometrů, během níž se sonda několikrát otáčela. Sonda se asi „chytila“ na jinou orientační hvězdu než Canopus — takové bylo jediné možné vysvětlení. Při chybném zakotvení sondy míří úzce směrová anténa někam jinam než na Zemi a důsledkem je ztráta spojení.
Situace je vážná. Pomocí výkonného 80kilowattového vysílače je z australské sledovací stanice vyslán povel k přepnutí úzce směrové antény na všesměrovou. Technici doufají, že sonda povel přijme i chybně nastavenou úzce směrovou anténou některým z jejích tzv. bočních laloků. Úvaha byla správná. Sonda povel přijala — naštěstí. Teď už bude komunikace snazší. Zdá se, že sonda je skutečně natočena jinam, naváděcí systém si zřejmě popletl Canopus s hvězdou Toliman. Je vyslán příkaz otočit sondu o 56,8 stupně. Asi hodinová prodleva — signál letí k sondě, další hodinu trvá návrat. Provedeno: hvězdný detektor míří s chybou jednoho stupně tam, kam má — na hvězdu Canopus. Teď ještě přepnout zpět na mnohem citlivější úzce směrovou parabolickou anténu a stav ohrožení je možné odvolat. Je 17. října 1979, 3 hodiny světového času.
Tento kousek vyvedla sonda ještě jednou, 13. prosince, po korekci letové dráhy. Tentokrát trvalo tři dny, než se vše uvedlo do pořádku.
Tak končil vzrušený a pro Voyagery úspěšný rok 1979. Členům řídícího a výzkumného týmu se brzy dostává morální podpory: americký prezident Jimmy Carter jim 24. března 1980 předává Goddardovu pamětní cenu Národního kosmického klubu, nejprestižnější americké ocenění v oblasti výzkumu vesmíru. „Tým, který uskutečnil tento let, je hoden nejvyšších poct,“ řekl prezident.
V tutéž dobu, kdy prezident hovořil k vědcům a technikům, sonda Voyager 1 právě začala fotografovat Saturn. Byla ještě přes 300 miliónů kilometrů daleko, takže na snímcích zatím mnoho detailů vidět nebylo, ani po počítačovém zvýraznění. Ale pro kalibrační a navigační účely to stačilo.
V červenci a srpnu přišla doba sedmitýdenního testování sondy a prověřování připravenosti posádek, které let řídí. Napodobovaly se nejrůznější nouzové situace, i požár v řídícím středisku. Lidé z týmu prokázali, že i přes dlouhé trvání letu nic neotupilo jejich schopnost a dovednost vypořádat se s nepředvídanými těžkostmi. Testy a trénink vyvrcholily 18. a 19. srpna simulací průletu jedničky kolem Saturnu, ke kterému „naostro“ dojde už za necelé tři měsíce.
22. srpna, 82 dní před nejtěsnějším přiblížením, začíná fáze přehledného pozorování. Je pochopitelné, že nejvíce pozornosti budí snímky planety. Od 12. do 14. září nastupuje doba pravidelného a častého fotografování Saturnu: každých 288 sekund jeden snímek, postupně ve třech barvách, a to celé po dobu 42 hodin, tedy čtyř otoček planety. Tak vznikají podklady pro další unikátní film, podobný tomu, jaký byl pořízen při příletu k Jupiteru.
Od 24. října probíhá druhá fáze, označená „dálkový průzkum jedna“. Vzdálenost od planety se smrskla na necelých 25 miliónů kilometrů a do zorného pole dlouhoohniskové kamery se již Saturn nevejde celý. Začíná mozaikové snímání planety.
Třetího listopadu, kdy zahajuje fáze „dálkový průzkum dvě“, přišla na řadu i krátkoohnisková kamera se širokým polem záběru. V zorném poli se ocitá nejen Saturn a jeho prstence, ale i obloha kolem planety. Pořizují se snímky s dlouhou expozicí, pátrá se po nových Saturnových družicích. To už je cíl jen 14 miliónů kilometrů daleko, zato však Země půl druhé miliardy kilometrů. Dialog tam a zpět je záležitostí téměř tří hodin.
Sonda neúnavně chrlí data. Na snímcích prstenců se objevují dosud nevídané věci. Blíží se nejzajímavější fáze, nazvaná jednoduše „blízký průlet“. Ale ještě předtím přichází jeden „zásah shůry“; stalo se to v noci ze 7. na 8. listopadu. Nad madridskou sledovací stanicí, která jako jediná zabezpečuje denně po pět až šest hodin spojení se sondou, se rozpoutala série bouřek. V těchto kritických fázích letu se spojení se sondou děje ve vysokofrekvenčním pásmu X, které na rozdíl od pásma S dovoluje přenos dat vysokými rychlostmi. Jenže v tomto pásmu je příjem dat dosti závislý na počasí; když prší, prudce narůstá šum a slabý signál se ztrácí. To se také stalo a 5 hodin vysílání dat bylo ztraceno. Potíže už trvaly několik dní, kdy v jinak vyprahlém Španělsku vytrvale pršelo a spojení se udržovalo svízelně. „Můžeme jen doufat, že se situace zlepší,“ přiznal bezmocně Phil Tardani, představitel NASA ve Španělsku. Ztráta dat naštěstí tolik nebolela, protože většina ztracených měření bude provedena ještě jednou, až se sonda přiblíží trochu víc k Saturnu.
Dva dny před nejtěsnějším průletem zažili v řídícím středisku další překvapení, tentokrát z kategorie příjemných. Detailní záběry zřetelně ukazují alespoň dva prstence, které nejsou kruhové, ale výstředné! „Záhad kolem prstenců je čím dál víc, až si myslím, že je jich jako v bezedné studni,“ svěřil se novinářům v tiskovém středisku Brad Smith. „To poslední, co jsem očekával, že uvidím, jsou výstředné prstence — a tady jsme našli hned dva!“
* * *
Saturnovy prstence, jak v nich byla postupně objevována temnější dělení, dostaly označení velkými písmeny od počátku abecedy. Ten nejvzdálenější od planety, ze Země stále ještě dobře pozorovatelný prstenec, je označen písmenem A. Jeho vnější okraj má průměr více než dvakrát větší než Saturn. U vnějšího okraje prstence A můžeme za velmi klidné noci spatřit velkými dalekohledy úzké tmavé dělení, známé už z minulého století: Keelerovo dělení. Mezi prstencem A a nejširším prstencem B je pak nejsnáze pozorovatelné dělení, nazvané po objeviteli Cassiniho. Vypadá jako černá mezera mezi žlutavými plochami, na první pohled volná štěrbina mezi jednolitými bloky prstenů.
Zdání klame; jednak prsteny nejsou jednolité, a potom mezera mezi prstenci je vše možné, jen ne prázdný prostor. Bradford Smith pohotově napočítal alespoň dvacet prstýnků uvnitř Cassiniho dělení, doplněných čtveřicí jasných pásů, pozoruhodně pravidelně rozmístěných. Jeffrey Cuzzi z televizního týmu, odpovědný za průzkum prstenců, k tomu poznamenává: „Cassiniho dělení je ale přesto oázou klidu ve srovnání s chaosem, který panuje v prstenci B.“
Opravdu, stačí si důkladně prohlédnout podrobné záběry. Až dvoukilometrové prstýnky, na samé hranici rozlišovací schopnosti. Tisíce takových prstýnků, úzkých a jemných jako jsou drážky na dlouhohrající gramofonové desce. Tak tedy vypadá prstenec B.
Směrem k planetě je prstenec B vystřídán poměrně průsvitným prstencem C. Pozorovatelé planet mu přezdívají „krepový“; je nevýrazný a tak trochu opomíjený v sousedství světlého prstence B.
Mezi vrcholky Saturnových mraků a vnitřním okrajem krepového prstence je ještě jeden, označovaný písmenem D. Řídký a doslova nijaký, jako jemný závoj táhnoucí se až k planetě. Jeho existence se tušila již před příletem sondy, ale teprve když se jako nadých-nutý objevil na snímcích, bylo zřejmé, že nejde o přelud.
Vraťme se zpět k vnějšímu okraji prstence A. Směrem ven od planety najdeme další prstence, i když nejsou ze Země pozorovatelné. Hned ten první, který se nachází 4000 kilometrů za hranou prstence A, si zasluhuje naší plné pozornosti. Objevil se poprvé na snímcích ze sondy Pioneer 11 a bylo mu přisouzeno písmeno F. Padesát kilometrů široký prstýnek, ale jaký! Když Brad Smith ukazoval novinářům snímky prstence z největšího přiblížení, komentoval je takto:
„Mysleli jsme, že jsme už viděli vše, co lze vidět. Ale v tomto divném světě Saturnových prstenců se zvláštnosti stávají samozřejmostí. Když jsme se dnes podívali na prstenec F, tak jsme uviděli tohle.“
Na obrázku je prstenec rozpojený do tří provázků, z nichž dva se navzájem proplétají. Až příliš to připomíná známou dvojitou spirálu deoxyribonukleové kyseliny. Někteří zašpásovali, že Voyager objevil „život“ na Saturnu.
Smith poznamenal, že to ještě není vše: na praméncích prstence jsou také uzlíky! „Tyto propletence pohrdají známými zákony mechaniky. Jenže prstence obvykle dělají správné věci. Jsem si jist, že stále dost dobře nerozumíme zákonům, kterými se vše řídí.“
Ještě dál od planety, ve vzdálenosti téměř tří poloměrů Saturnu, se nalézá prstenec G. Nedaleko něj obíhá Mimas, jeden z početných Saturnových měsíců a možná, že prstenec s ním nějak souvisí. O něm však víme dosud málo, byl zjištěn na jediném záběru. Poslední prstenec, označený písmenem E, je také velmi řídký a nevýrazný. Je to vlastně shluk mikroskopických částeček, rozptýlených podél dráhy družice Enceladus.
Už týdny před příletem jedničky k planetě se na největším a nejsvětlejším prstenci B objevovaly zvláštní tmavší proužky. Měly podobu protáhlých paprsků, asi tak deset tisíc kilometrů dlouhých a dva tisíce širokých. Zvláštní na nich byla jejich poloha: byly uloženy napříč prstencům a směřovaly tedy radiálně od středu planety ven. Něco jako drátěné výplety v jízdním kole.
„Dosud jsme nikdy nebyli tak dlouho zmateni něčím tak obyčejným, jako jsou tyhle paprsky,“ komentoval Bradford Smith tento úkaz. „Máme z nich zpropadeně nepříjemný pocit neschopnosti. Poprvé jsme je uviděli před třemi týdny a dosud nás nenapadla žádná spásná myšlenka.“
Radiální paprsky jsou opravdu tvrdým oříškem. Třeba jak se pohybují: objeví se náhle, do pěti minut, zejména u „ranního“ okraje planety. Nevydrží sice dlouho, asi 3 až 4 hodiny, ale během té doby se natáčejí, jako by šlo o pevné těleso! Ne tak, jak předepisují Keplerovy zákony, to znamená že nejrychleji rotují vnitřní, blíže k planetě položené části a nejpomaleji vnější. Navíc jsou tu takové zvláštní shody: paprsky vznikají nad východním okrajem Saturnu zejména tehdy, je-li na ranním poledníku tzv. aktivní sektor Saturnova kilometrového rádiového záření, který úzce souvisí s magnetickým polem planety. Vždyť je to až bizarní situace hodná vědeckofantastického příběhu! „Jak se něco ta-kového může utvořit?“ lamentuje Smith. „Jak všechny ty částice naráz ztmavnou a seřadí se za sebe na vzdálenost 25 000 kilometrů?“
Když se před 370 lety Galileo Galilei pokoušel odhalit pravou podobu Saturnových prstenců, „vyšší moc“ tomu zabránila: tehdy byl Saturn natočen k Zemi tak, jak činívá každých 15 let, totiž hranou tenkých prstenů, a Galilei se svým jednoduchým dalekohledem prostě neměl šanci. I teď si mohou vědci myslet, že se vše spiklo proti nim: tolik podrobného materiálu, nad kterým jsou tak bezradní!
Co udržuje v prstencích jejich řád? Co je dělí na tisíce prstýnků, ale na druhé straně nedovolí, aby se všechna ta drobotina (opravdu jen drobotina?) rozutekla do prostoru? V řídícím středisku se sešla většina vědeckých osobností, zkoumajících Saturnův systém. Mohou tak, konfrontovány s neuvěřitelnými fakty, vytvářet domněnky a hledat příčiny tohoto stavu. Svět má přitom jedinečnou příležitost vidět vědce v akci. V tiskovém středisku Laboratoře tryskového pohonu v Pasadeně je akreditováno nebývalé množství novinářů; všichni chtějí psát a hovořit nejen o tom, co důmyslné roboty zjistily kdesi daleko u Saturnu, ale i o tom, co pro vědce — stvořitele robotů — tyto výsledky znamenají. Mohou tak být alespoň na několik dní u toho, „jak se dělá opravdová věda“.
* * *
Tiskové středisko je zřízeno přímo v Laboratoři tryskového pohonu, v jedné z moderních budov areálu ústavu, který je roztroušen v zeleni na ploše 177 akrů v kopcích severně od Los Angeles. Zde se Voyagery zrodily a odtud jsou řízeny na cestě planetární soustavou. Sem se také sbíhají ze všech sledovacích stanic Sítě dálkového kosmického spojení veškeré výsledky, které obří radioteleskopy převezmou od sond.
V sále tiskového střediska je spousta audiovizuální techniky, hojně používané k demonstraci výsledků. Zde se denně v 10 hodin konají tiskové brífinky. Maketa sondy v měřítku 1:1 slouží jako stylová kulisa při četných televizních rozhovorech a reportážích. Na všech možných i nemožných místech jsou televizní monitory a na nich se neustále ukazují právě přijaté obrázky. Uprostřed velkého novinářského mumraje jsou však tyto snímky tak trochu neosobní. Ačkoli každý velmi dobře ví, odkud záběry přicházejí, zřejmě jen málokdo plně docení jejich jedinečnost. Vždyť vznikly jeden a půl miliardy kilometrů odtud a letěly téměř 90 minut prázdným meziplanetárním prostorem, než byly zachyceny sledovacími stanicemi. Pak byly očištěny od šumu, upraveny a složeny tak, aby poskytly barevný pohled plný detailů. Promítnuty na monitor tyto snímky vypadají, jako by byly sejmuty kamerou z nějaké obrázkové knihy v sousední místnosti.
Aktéry dění v tiskovém středisku jsou vědci a novináři. Ti první jsou nejlepší odborníci vybraní z mnoha amerických i zahraničních univerzit a výzkumných ústavů. Jsou s projektem spjati od samého počátku a věří, že vytrvají až do konce; všichni tím samozřejmě myslí průlet dvojky kolem Neptunu v roce 1989. Vedoucí jednotlivých experimentů se setkávají s novináři obvykle jen během dopoledního brífinku. Středem pozornosti bývá Bradford Smith, šéf početné skupiny pro snímkování kosmických těles. Je pochopitelné, že právě snímky táhnou nejvíce. Brad Smith svou roli vědce-komentátora plní skvěle. Pohotově glosuje právě se objevivší záběry, jasně a srozumitelně vysvětluje problémy okolo. Hlavně nezatajuje, že s mnohým si celá ta plejáda nejlepších expertů dosud neví rady. Nebylo by totiž nic horšího než vytvářet dojem, že vědci si ihned poradí se vším.
Většinu času tráví vědečtí pracovníci v prostorách novinářům nedostupných, kde analyzují výsledky, diskutují s kolegy, zde se rodí mnohé velké myšlenky, které pak budou v klidu dopracovány, až opadne vzrušení těchto dní. Samozřejmě na čas se nehledí, pracovní den trvá 24 hodin, a tak není divu, že když vědci předstupují před novináře, jsou již poněkud pobledlí a notně unavení. „Ale děláme to rádi a s pocitem velkého uspokojení,“ říkají mnozí při interview. Každý jim to opravdu věří.
Společnost novinářů je početná a různorodá. Během prvního průletu Voyageru kolem Saturnu jich tu bylo na sedm set — podstatně víc než při průletech kolem Jupiteru — a lze očekávat, že když oba lety budou úspěšně pokračovat dál, přesilovka novinářů se ještě zvětší.Je zde pestrá směs píšících novinářů i reportérů rozhlasových a zejména televizních. Redaktoři z odborných časopisů, novináři „na volné noze“, zkušení matadoři a určitě také elévové. Ti všichni spolu s kameramany, osvětlovači, zvukaři a komentátory vytvářejí učiněný karnevalový rej. Chvatně obklopují a zpovídají každého vědce, který se v tis-kovém středisku objeví. U psacích strojů buší bez přestání své zprávy, které pak v telefonních mušlích důrazným hlasem předčítají sekretářkám v redakcích. Vše je v pohybu, každý má plno práce.
Nemají to lehké ani vědci, ani novináři. Vědci se však drží znamenitě. Není přece nijak snadné „produkovat“ vědu pod tlakem času a pak ještě nehotové věci popularizovat a vysvětlovat „sedmé velmoci“ tak, aby je odevzdali dál čtenáři či posluchači v nezkreslené podobě.
Také novinářům nelze závidět jejich práci. Musí předávat čtenáři nabídnutá fakta v zajímavém, pokud možno mírně senzačním hávu. Za každou cenu to musí být poznatky nejnovější. Vědí totiž velmi dobře, že na zítřejší titulní stranu mohou proniknout jen s tím, co bylo zjištěno dnes, ne včera nebo ještě dříve. Protože si předsevzali, že ukáží svým čtenářům, jak vypadá okamžitý stav našeho poznání ve vědním oboru, který se prudce proměňuje. Chtějí prezentovat „vědu tohoto okamžiku“, aby každý z nás mohl být u těchto velkých objevů.
* * *
Saturnovy prstence: obrovský kolotoč miliard částic, z nichž nejmenší jsou mikroskopická prachová zrnka a největší pak bloky skal velké jak mnohapatrové obytné domy. Je to složitá fyzikální soustava, které ještě plně nerozumíme. Známe sice mnohé procesy, které v Saturnových prstencích jistě hrají svoji roli, ale četné souvislosti nám dosud unikají.
Rozeberme například problém mnoha prstýnků. Řada astronomů se domnívá, že důležité jsou rezonanční síly, zkráceně rezonance. Obíhá-li malé těleso kolem hmotnějšího (třeba drobná částice kolem planety), je pohyb tohoto malého tělesa ovlivněn v prvé řadě tímto hmotnějším tělesem, ale nejen jím. Za jistých okolností může být důležité i gravitační působení mezi tímto malým tělískem a nevelkou (ve srovnání s planetou) družicí. Stane se tak tehdy, jsou-li oběžné doby částice a družice v poměru malých celých čísel, odborně řečeno, když jsou souměřitelné.
Třeba měsíc Mimas a vnitřní okraj Cassiniho dělení jsou v rezonanci. Mimas má přesně dvakrát delší oběžnou dobu než nějaká částice v tomto dělení. Znamená to, že při každém druhém oběhu je částice nepatrně gravitačně přitáhnuta k Mimasu. Je to jen drobné postrčení, jenže děje se tak po tisíce a milióny oběhů. Malinká částice je postupně vychylována z kruhové dráhy na dráhu mírně výstřednou a dostává se do oblastí, kde jsou jiné částice, touto rezonancí nerušené. Tam se s některou z nich obvykle srazí a rozbije. Výsledek: částice zmizí z oblasti rezonance, kde se pozvolna tvoří volná mezera, typicky 10 až 100 kilometrů široká.
Před detailním průzkumem prstenců Voyagery se zdálo, že takto se zcela přirozeně vysvětlí existence mnoha mezer v Saturnových prstencích. Vždyť měsíců má Saturn hodně (a další se jistě ještě objeví) a možných kombinací oběžných dob je také dost. Jenže skutečnost předčila očekávání — jednotlivých prstenců a mezer mezi nimi je mnohem, mnohem víc, než dokáže vysvětlit jakýkoli souběh rezonancí!
Jsou však i jiné možnosti, například malé družice vnořené do prstenců. Žádná dru-žice nevyvolává pouze jedinou rezonanci, ale velké množství rezonancí v různých vzdálenostech mezi planetou a družicí. To odpovídá podmínkám souměřitelnosti oběžných dob družice a částice, na kterou tato družice působí. Když se budeme přibližovat k dráze družice, nastávají tyto rezonance ve vzdálenostech, jež jsou k sobě stále blíž. V jisté vzdálenosti od oběžné dráhy se dvě následné rezonance už začnou překrývat — jsou tedy těsněji u sebe, než je šířka pásma, v němž se rezonance účinně projevuje. Důsledkem je volný prostor podél dráhy družice, odkud byl veškerý materiál prstence odstraněn.
Nyní vzniká otázka: je pro vysvětlení tisíců mezer nutné předpokládat, že v prstencích jsou přítomny tisíce řekněme kilometrových družic? Ponechejme tu otazník. Zatím je jisté pouze to, že uvnitř Saturnových prstenců nebyly takové družice zpozorovány. Jednoduše proto, že kamery Voyagerů něco tak malého nebyly schopny rozlišit. Zaznamenaly však několik tuctů případů spirálních hustotních vln. Jde o zhuštění a zředění částic v prstencích, která vznikají rezonančním působením družic. Taková hustotní vlna se rozvíjí jako spirála, jako obrovské hodinové pérko, šíří se od středu směrem ven.
Zajímavou roli hraje jedna z blízkých družic — Mimas. Její dráha je na rozdíl od ostatních družic mírně skloněna k rovině prstenců (o 1,5 stupně). Tím se vyvolává další druh vlnění, při němž částice kmitají ve směru kolmém na rovinu prstenců, řekli bychom „nahoru“ a „dolů“. Rozkmit těchto oscilací je asi kilometr, což už stačí k tomu, aby vlny vrhaly stíny, které se podařilo zachytit. Prstence jsou takovým vlněním vlastně zprohýbány a pokrouceny.“Porozumět struktuře prstenců si vyžádá velmi mnoho další práce,“ poznamenává Jeff Cuzzi. „Není to něco, co by nám spadlo rovnou do klína.“
Ani Peter Goldreich si nemyslí, že Saturnovy prstence jsou snadno srozumitelným jevem. Je to zajímavý chlapík, tenhle Goldreich. Nepatří do týmu vědců projektu Voyager, učí na nedalekém Kalifornském technologickém institutu. A zabývá se dynamikou sluneční soustavy. To ho přivedlo ke studiu úzkých Uranových prstenců a nyní i prstenců Saturnových. Spolu se Scottem Tremainem z Institutu pro pokročilá studia v Princetonu přišel s domněnkou, že dva malé měsíce, opravdu nevelké, takže je nelze vidět ze Země, formují úzké Uranovy prstence.
„Dvě družice, které obíhají s nepatrně rozdílnými vzdálenosti od planety, mohou uvěznit malé částice do prostoru mezi svými drahami a utvořit z nich uzoučký prstenec,“ vysvětluje Peter Goldreich. „Gravitace způsobuje, že každá družice odpudí částice ze svého okolí.“ Gravitační odpuzování? To si zasluhuje podrobnější vysvětlení.
Podle zákonů nebeské mechaniky se družice obíhající na vzdálenější dráze pohybuje pomaleji než tělesa, která jsou blíže k planetě. Budeme-li uvažovat dvě od sebe nepříliš vzdálené družice s trochou drobných částic mezi sebou, pak nejrychleji obíhá vnitřní družice, o něco pomaleji částice a nejpomaleji družice vnější.
Všimněme si nejdříve vnitřního měsíce. Když se blíží k pomalejší částici z prstence, svou gravitací ji přitáhne blíže k sobě a trochu zbrzdí. Jakmile však družice částici mine, snaží se svou gravitační silou tuto malou částici, nacházející se teď za družicí, přitáhnout k sobě. Vlastně ji urychlí. Jenže urychlení, kterého se malé částici dostalo po setkání, je větší než zbrzdění, jež nastalo před setkáním, protože teď je částice blíže satelitu, než byla předtím. Získá část pohybové energie od vnitřního měsíce, což jí stačí na to, aby se dostala na „vyšší“ dráhu, tedy dál od planety i vnitřní družice.
U vnějšího měsíce je tomu opačně. Ten zahání částice blíže k planetě a naopak přebírá část energie od částic prstence. Oba měsíce pozbývají i dostávají kinetickou energii od částic, nicméně rezonancemi s dalšími družicemi mohou být „uzamčeny“ ve svých drahách. Pak ale trvale nahánějí částice prstence k sobě, prstenec zužují nebo alespoň zamezují jeho rozšiřování. Pro tuto svou úlohu dostaly takové družice poněkud neobvyklé, i když docela příhodné označení: pastýřské družice. Jejich úlohou je totiž udržovat částice prstence pohromadě, jako pastýř, který udržuje stádo zvířat v houfu.
Mnozí považovali tento způsob vzniku úzkých prstýnků za málo účinný. „Je to po čertech nepříjemný pocit, když vytváříte model, který potřebuje řadu malých družic, a vy přitom žádnou nevidíte,“ přiznal se Peter Goldreich, „ale vůbec jsem nepochyboval o tom, že model je správný.“
Goldreich byl dobrým prorokem. Pastýřské družice skutečně existují! Dvě ohraničují kuriózní prstenec F (dnes už mají svá definitivní jména — Prometheus a Pandora), třetí (Atlas) obíhá jen asi o tisíc kilometrů dál, než je vnější okraj prstence A. Sonda Voyager 1 tyto družice objevila.
Rozlišovací schopnost kamer však už nestačila k tomu, aby se na snímcích prstenců objevily byť i největší „kusy“ — nejrozměrnější částice. O tom, jak velká tělesa v prsten-cích doopravdy jsou, se dovídáme jen nepřímo. Kdybychom se sami vnořili do prstenců (což v představách lze báječně provést a nehrozí přitom žádné nebezpečí střetu s nějakou částicí jako při reálném průletu), zjistili bychom, že nejčetnější tělíska mají průměr asi 10 centimetrů. Tu a tam bychom zahlédli metrové balvany, ale větší kusy, třeba desetimetrové bloky skal, jsou velmi vzácné (i když právě tyto kusy největší měrou přispívají k celkové hmotnosti prstenců).
Byli bychom však překvapeni skutečností, že v prstencích je jaksi „živo“. Přestože několikametrové kusy jsou zřejmě největšími celistvými tělesy, na něž v prstencích můžeme narazit, střetávali bychom se i s mnohem většími shluky částic, ve kterých se menší částice sbalují ve větší celky. Takové gravitačně vázané aglomeráty jsou až desítky metrů velké. Nejsou však stálé. V tom je ona proměna: během několika dní se tyto shluky těles trhají slapovým působením okolních shluků, jedny zaniknou a jiné se utvoří. Je zřejmé, že mezi procesem shlukování a roztrhávání existuje dlouhodobě velmi přesná rovnováha.
Z čeho jsou jednotlivé částice? Zjistit složení částic je těžký úkol, stejně jako stanovit jejich rozměry, protože jsme dosud neviděli ani jednu jedinou konkrétní částici. Nicméně z radiolokačních a spektroskopických měření se usuzuje, že jde o vodní led, přesněji řečeno částice potažené vodním ledem. A co je uvnitř? Snad kousky těžších hornin, třeba nějaké oxidy železa, kdo ví.
Je v prstencích také drobný prach? Prach tak říkajíc „mikroskopický“, milimetrových rozměrů? Je tu, ale v různém množství. Nejméně je ho v prstenci C a v Cassiniho dělení, trochu víc ve vnějších částech prstence A, ještě víc v nejjasnějším prstenci B. Ale nejvíce je ho ve zvláštních prstencích F, E a G. Můžeme se o tom velmi dobře přesvědčit na vlastní oči: Voyager po průletu kolem Saturnu pořídil novou sérii snímků, tentokrát ale ze směru proti Slunci. Na těchto obrázcích se mnohé tmavé prstence proměnily ve světlé!
To je typické právě pro malé částice, řádově tisícinu milimetru velké. Ty rozptylují světlo velmi silně dopředu, myšleno ve směru od Slunce. Tedy díváme-li se na ně ze směru, odkud přicházejí sluneční paprsky (to byl případ fotografování Voyagerů do chvíle prů-letu), zdají se prstence s mnoha malými částicemi tmavší, protože dozadu rozptylují jen málo slunečního světla. V pohledu z opačného směru, „proti světlu“, jsou však nápadně světlé, neboť právě směrem, odkud na ně hledíme, rozptylují nejvíc záření. Poznamenejme, že kdyby se jednalo o menší částice, třeba molekuly plynu, bylo by tomu jinak: světlo by se rozptylovalo do všech směrů zhruba stejně.
Také tmavé radiální paprsky v prstenci B jsou při pohledu proti Slunci světlé. To zna-mená, že i ony jsou z prachových částeček. Tady se konečně rýsuje vysvětlení tohoto podivného úkazu: drobné prachové částice se v prstencích elektricky nabijí. Pak jsou elektromagnetickými silami vyzdviženy nad rovinu prstenců — a v tomto okamžiku je zpozorujeme.
Nejsou však vyzdviženy napořád: po několika hodinách se opět vnoří do prstenců; jakmile se — dříve či později — srazí s většími částicemi, ztratí svůj elektrický náboj a stanou se neutrálními. Kontrast paprsku se s časem snižuje, ale často na „hasnoucím“ paprsku vzniká nový. Bezprostředně po svém vzniku je paprsek velmi úzký a směřuje radiálně ven. Vnitřní i vnější konec rotuje se stejnou úhlovou rychlostí, právě takovou, která odpovídá úhlové rychlosti rotace magnetického pole Saturnu. Po čase ale paprsek zřetelně nabývá na šířce a také jeho způsob rotace se mění: větší úhlovou rychlost má vnitřní konec, zatímco vnější konec ji má menší. To už odpovídá keplerovské rotaci. Protože vnitřní části rotují rychleji, paprsek už neleží radiálně, ale stáčí se a pozvolna vytrácí. Všechno tedy nasvědčuje tomu, že vznik paprsků je řízen Saturnovým magnetickým polem. Potom však převládnou gravitační síly, což je záležitost klasické mechaniky, a částice již respektují Keplerovy zákony.
Kdybyste si chtěli sestrojit model Saturnových prstenců ve správném měřítku (nemyslím teď modelování jednotlivých částic, ale prstence jako celek), nastanou vám nepředstavitelné potíže. Kvůli tomu, že prstence jsou nesmírně, ale opravdu nesmírně tenoučké vzhledem k celkovému průměru. Vždyť vnější okraj ještě „solidního“ prstence A vytváří kruh o průměru téměř 375 000 kilometrů (asi tak daleko je Měsíc od Země), ale tloušťka prstenců se odhaduje na pouhých několik desítek metrů! Určitě nedosahuje jednoho sta metrů; plocha je však zprohýbaná, takže to z bočního pohledu vypadá, jako by prstence byly až několik kilometrů tlusté.
Z čeho prstence vymodelujeme? Budou z běžného kancelářského papíru? To by musely mít průměr takových 300 metrů, aby se dodrželo měřítko! Možná velká olejová skvrna na klidné vodní hladině by mohla tak trochu napodobit poměr průměru k tloušťce Saturnových prstenců, ale myslím, že i takový „model“ kulhá na všechny čtyři nohy. Zkrátka, Saturnovy prstence nelze hned tak něčím napodobit.
Ještě malou poznámku: přes veškerou svou rozlehlost jsou prstence zanedbatelně málo hmotné. Odhaduje se, že mají hmotnost odpovídající asi družici Mimas, což je pouhých 400 kilometrů velké těleso složené převážně z ledu. Trefně to vyjádřil André Brahic, jeden z odborníků zabývajících se dynamikou planetárních prstenců: „Pro astronomy jsou prstence něco jako parfém: tak málo látky, a přitom tolik emocí!“
(pokračování příští neděli)
Zdeněk Pokorný, Příběh nesmrtelných poutníků. Vydalo v roce 1995 nakladatelství Rovnost.
