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 – Gravitační prak
Zdeněk Pokorný, Příběh nesmrtelných poutníků – díl třetí
(pokračování z minulé neděle)
Legum servi sumus, ut liberi esse possimus. Sloužíme zákonům, abychom mohli být svobodní.
Touha rozběhnout se do míst, kde ještě nikdo nebyl, uvidět jevy a věci, které dosud nikdo nespatřil, zažít něco, co až do této chvíle nikdo neprožil — to je mocný hnací motor. Celá několikatisíciletá historie naší civilizace nás o tom mnohokrát přesvědčila. Co je v prostoru daleko za Marsem? Jaké jsou tam světy? Není tam skryto něco, co bychom měli dobře poznat, abychom složili dohromady mozaiku světa, v němž žijeme?
Tak nějak cítíme potřebu poznávat vesmír kolem nás, vesmír blízký i vzdálený. Víme dobře, že člověk už sice přistál na Měsíci a učinil onen pověstný „malý krok pro člověka, ale velký skok pro lidstvo“, nicméně skok další, tentokrát na Mars, vyžaduje mnohem víc úsilí a prostředků, než kolik je současný svět schopen dát. I tak bychom byli stále jen u sousedů!
Let k okraji sluneční soustavy zůstane ještě nadlouho výsadou robotů. Ale jak je tam dopravíme, jak dlouho to potrvá? Držme se reality: raketami, které jsou nyní k dispozici (a žádné „superrakety“ nikdo v nejbližších deseti, dvaceti letech nepostaví), se například k Neptunu dostaneme přímým letem tak za 30 let. Těch 30 let doslova odzbrojuje. Připusťme, že bychom takovou sondu vyslali a věřme, že by sonda po tato tři dlouhá desetiletí vydržela pracovat. Jak bude vypadat náš svět po třiceti letech? Jak se změní technika, co vše budeme vědět oproti době, kdy sonda vznikala? Budeme vůbec ještě tuto sondu potřebovat? Lehký myšlenkový pokus: vzpomeňte na dobu před třiceti lety. Jistě najdete dost příkladů rychlých proměn tohoto světa.
Je to jasné: chceme vyslat roboty do vzdálených částí naší planetární soustavy, ale nemáme prostředky, jak je tam dopravit dostatečně rychle. Přitom nám příroda nezištně nabízí řešení! Už po staletí o něm víme.
Astronomové vědí, že u řady komet došlo po jejich těsném průletu kolem Jupiteru, Saturnu či další velké planety k výrazné změně dráhy komety. Kometa letící původně po velmi protáhlé dráze byla následkem blízkého setkání s planetou lapena na dráhu mnohem menší; jindy je kometa dosud pravidelně obíhající kolem Slunce urychlena natolik, že navždy opouští sluneční soustavu. Doslova je vymrštěna obrovským gravitačním prakem.
Tak tedy vypadá hledané řešení! Vypusťme kosmickou sondu na dráhu, která jen těsně mine nějakou velkou planetu. Potom bude její gravitací sonda urychlena, a když ji současně vhodně nasměrujeme, může se vydat na cestu k periferii sluneční soustavy. Ostatně o této možnosti psal německý fyzik Walter Hohmann ve svém díle O dosažitelnosti nebeských těles (Über die Erreichbarkeit der Himmelskörper) už v roce 1925. Ale, jak se zdá, myšlenka tenkrát zapadla.
Může gravitační prak opravdu fungovat? Není to tak, že sonda získává rychlost, zrychluje se, když se blíží k planetě, ale jakmile okolo ní proletí a vzdaluje se, nabytou rychlost opět ztrácí? Cožpak tu neplatí důležitý fyzikální zákon — zákon zachování energie?
Zákon platí, ale úvaha je chybná. Platila by totiž jen v případě, kdyby se týkala pouze planety a sondy, tedy kdyby šlo jen o tato dvě tělesa. Nezapomeňme však, že ve hře je i těleso třetí — Slunce, kolem něhož planeta i sonda obíhají. Sonda, která proletí těsně kolem planety, může od ní získat část její energie; pak bude sonda urychlena a planeta, která tuto část energie ztratila, bude naopak zpomalena. V principu je tomu opravdu tak: v soustavě Slunce — planeta — sonda jeden ze základních zákonů fyziky, zákon zachování energie, skutečně platí. Teď však musíme uvážit, jak nepatrná je hmotnost takové sondy v porovnání s hmotností planety, takže zatímco sondu lze tímto manévrem urychlit velmi výrazně, planetu takto zbrzdíme naprosto neměřitelně. Ani nejzatvrzelejší pesimista nemusí mít obavy, že by i hojným využíváním těchto gravitačních manévrů nastal v drahách planet nějaký nepořádek.
Je pozoruhodné, že až do poloviny 60. let se urychlováním sond gravitačním polem planet nikdo vážně nezabýval. Pak ale nastala změna, doslova za pět minut dvanáct. Tehdy konečně si pár odborníků uvědomilo, jak výtečný zdroj energie se tu nabízí. Michael Minovich koncem roku 1963 provedl detailní analýzu dráhy takové sondy, která by měla letět okolo Venuše k Merkuru (Venuše by ji musela naopak trochu zbrzdit a sama by se urychlila, jistěže zcela neznatelně). Projekt se pak uskutečnil — šlo o sondu Mariner 10, která v roce 1973 prozkoumala Merkur. Byla to tudíž první sonda, jež úspěšně studovala více než jednu planetu.
Garry Flandro zamířil v rámci svého postgraduálního studia do Laboratoře tryskového pohonu. Zde se v roce 1965, pod vedením Elliota Cuttinga, zabýval výpočty možných drah sond. Mnoho zkušeností s meziplanetárními lety v tu dobu nebylo, vlastně jen Mariner 2 proletěl tři roky předtím kolem Venuše a Mariner 4 v tom roce úspěšně odvedl svou práci u Marsu. Byl též nejdál, kam taková sonda do roku 1965 pronikla.
Flandro si zřejmě jako první dal dohromady dva „obyčejné“ poznatky, které však — jsou-li spojeny — dají vskutku nadmíru „neobyčejný“ výsledek. Prvním je fakt, že k urychlení sond je možné použít gravitačního praku. Druhým pak skutečnost, že shodou okolností se bude většina planet začátkem 80. let nacházet v jednom směru od Slunce. Formálně nejsevřenější seskupení nastane 10. března 1982, ale nepříliš odlišná situace se bude projevovat už několik let před tímto datem a po něm. Využijeme-li gravitačního praku, může Jupiter urychlit sondu právě k Saturnu, Saturn pak k Uranu, Uran k Neptunu a Plutu. Lze tak během jediného letu prozkoumat množství cizích světů, a navíc — to vše během přibližně deseti let, v době až zázračně krátké.
Zrodila se myšlenka VELKÉ CESTY (Grand Tour), která pak po řadu let neodbytně zaměstnávala mysli odborníků i laiků.
(pokračování příští neděli)
Zdeněk Pokorný, Příběh nesmrtelných poutníků. Vydalo v roce 1995 nakladatelství Rovnost.
