Kosmiczni wysłannicy
Być może prawdziwe jest twierdzenie, że ludzkość znalazła swój dalekosiężny cel i osiągnięcie go będzie jej największym wyzwaniem. Tym celem jest... eksploracja kosmosu. Uważali tak astronom i wielki popularyzator nauk o wszechświecie Carl Sagan, a także wybitny astrofizyk Stephen Hawking. Podobnie wypowiadali się też znany badacz kosmosu Paul Davies oraz fizyk teoretyczny i autor wielu bestsellerów o kosmosie i fizyce Michio Kaku. Najnowsza książka Kaku – „Przyszłość ludzkości. Podbój Marsa, podróże międzygwiezdne, nieśmiertelność i nasze miejsce poza Ziemią” – jest w dużej części poświęcona próbom osiągnięcia tego celu.
Oto, co mówi na temat wyzwania kosmicznego, które stoi przed ludzkością, prof. Maciej Konacki z Centrum Astronomicznego im Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie: „To, co obecnie astronomowie robią, to takie google-mapowanie Galaktyki. Wiemy, gdzie są jakie gwiazdy, jakie mają prędkości, dowiadujemy się, czy mogą mieć planety, a jeśli tak, to jakie, i może kiedyś ktoś pochyli się nad taką mapą i powie: doskonale, tam lecimy! Oczywiście teraz to jest niemożliwe, ale ta wiedza przyda się kiedyś ludzkości, jakoś zaowocuje. Moja osobista odpowiedź na pytanie, po co w ogóle istnieje ludzkość, jest następująca: po to, by eksplorować wszechświat. To jest nasz cel jako gatunku. Żadnego innego nie udało się znaleźć. Ziemię już w miarę znamy, poznajemy coraz lepiej Układ Słoneczny, następny naturalny krok to Galaktyka”.
I właśnie zaczynamy się w tej Galaktyce zanurzać.
Voyagery – pierwsi wysłannicy
Heliosfera to przestrzeń międzygwiazdowa wokół Słońca, obejmująca wszystkie planety i mniejsze obiekty kosmiczne. Ma kształt rozciągniętej sferoidy i jest czymś w rodzaju gigantycznej bańki, w której dominują cząstki wiatru słonecznego (głównie protony, elektrony i cząstki alfa), pole magnetyczne Słońca i oczywiście przyciąganie grawitacyjne naszej gwiazdy. Rejon heliosfery, gdzie cząstki wiatru słonecznego wskutek utraty energii zwalniają do prędkości niższych od prędkości dźwięku, nazywamy szokiem końcowym. Część heliosfery poza tą granicą określa się mianem płaszcza Układu Słonecznego. Oddziaływanie słoneczne gwałtownie tu maleje, za to wzrasta oddziaływanie promieniowania kosmicznego. Z zewnątrz płaszcz ogranicza heliopauza. To tak naprawdę granica Układu Słonecznego, za którą znajduje się już przestrzeń Galaktyki.
W te dalekie rejony poleciały dwie sondy. Ruszyły w drogę jeszcze w 1977 r. Voyager 2 opuścił Ziemię 20 sierpnia, Voyager 1 16 dni później. Początkowy plan przewidywał tylko wysłanie ich do Jowisza i Saturna. Dodatkowo Voyager 2 miał jeszcze przelecieć blisko Urana i Neptuna. Rakieta, która wynosiła Voyagera 1, nadała mu większą prędkość, więc po pewnym czasie Voyager 1 zrównał się z Voyagerem 2, po czym go wyprzedził. Potem jeszcze dodatkowo nabrał prędkości, korzystając z asyst grawitacyjnych Jowisza i Saturna.
Obie sondy miały przede wszystkim zbadać planety olbrzymie, czyli Jowisza i Saturna. Po wykonaniu pierwotnie przydzielonych zadań zdecydowano się skierować je na trajektorie wyjścia z Układu Słonecznego. Było to w 1990 r. Ostatecznie Voyager 1 minął heliopauzę i w maju 2012 r. opuścił Układ Słoneczny. Od ponad sześciu lat zatem przemierza przestrzeń Galaktyki. Obecnie znajduje się w odległości ok. 22 mld km od Ziemi (to dystans 140 jednostek astronomicznych – j.a. – czyli odległości Ziemi od Słońca).
Jeśli chodzi o Voyagera 2, to na początku października br. amerykańskie Jet Propulsion Laboratory i kierownictwo NASA poinformowały, że sonda ta, znajdująca się obecnie prawie 18 mld km od Ziemi, zarejestrowała wzmożone oddziaływanie cząstek promieniowania kosmicznego, które różni się od promieniowania słonecznego. Promieniowanie kosmiczne jest wysokoenergetyczne, cząstki tego promieniowania, głównie protony, niosą dużą (znacznie większą niż cząstki wiatru słonecznego) energię i w zderzeniach ze środowiskiem Układu Słonecznego mogą wywoływać wiele zjawisk, np. kaskady czy pętle atmosferyczne. Ze względu na tę wysoką energię detektory promieniowania łatwo je wykrywają. Odczyty detektora Voyagera 2 oznaczają zatem, że sonda zbliża się do granicy heliosfery. Voyager 2 stanie się więc niebawem drugim obiektem stworzonym przez człowieka, który opuści Układ Słoneczny.
Co ciekawe, podczas podróży do granic Układu Słonecznego Voyager 2, mknący z prędkością 15,3 km/s, zaczął relatywnie szybciej zbliżać się do heliopauzy niż Voyager 1, chociaż to Voyager 1 porusza się z prędkością 17 km/s. Voyager 2 mógł bowiem trafić na moment, kiedy zewnętrzny obszar heliosfery lekko się obkurczył (lokalnie lub nawet całościowo, jeśli wywołuje ten efekt rosnąca i malejąca aktywność słoneczna, co przebiega w trwających 11 lat cyklach).
Obie sondy wyposażono w radioizotopowe ogniwa termoelektryczne, które zapewniają im energię elektryczną i pozwalają na przesyłanie do nas sygnałów jeszcze mniej więcej do 2025 r. Potem Voyagery zamilkną na zawsze – staną się nieme i głuche. Ale będą przemierzać przestrzeń kosmiczną. Jak dowodzą badacze z NASA, prawdopodobnie będą lecieć po wsze czasy, a w każdym razie tak długo, jak długo istnieć będzie nasza Galaktyka, czyli miliardy lat. W skali ludzkiej to rzeczywiście wieczność i Voyagery z pewnością ludzkość przeżyją.
Odległości między gwiazdami w Galaktyce są tak ogromne, że prawdopodobieństwo, że któraś z sond zderzy się z jakimś ciałem niebieskim lub zostanie grawitacyjnie przez nie pochwycona, jest bardzo małe, bliskie zeru. Za 300 lat Voyager 1 dotrze do Obłoku Oorta, wielkiej chmury prawie nieruchomych komet i planetoid, otaczającej bardzo daleko nasz Układ Słoneczny. Za 18 tys. lat oddali się od Ziemi na odległość roku świetlnego, a w roku 40 272 minie gwiazdę Gliese 445 w gwiazdozbiorze Żyrafy w odległości nieco ponad 1,5 roku świetlnego od niej. Z kolei Voyager 2 w roku 40 176 minie też w odległości nieco ponad 1,5 roku świetlnego gwiazdę Ross 248 w gwiazdozbiorze Andromedy, a za… 294 tys. lat przeleci dość blisko – nieco ponad 4 lata świetlne – Syriusza, najjaśniejszej gwiazdy na naszym niebie.
Pioneer 10 i 11
Jednak to właśnie te dwie sondy zapoczątkowały program kierowania daleko penetrujących Układ Słoneczny próbników na trajektorie ucieczkowe z Układu Słonecznego już w trakcie trwania misji, po wypełnieniu wszystkich pierwotnie planowanych zadań. Pioneer 10 został wystrzelony w 1972 r., Pioneer 11 – rok później. Obie sondy miały przelecieć przez pas asteroid i zbliżyć się do Jowisza; a ta druga nawet do Saturna. Obie wykonały swoje zadania, więc skierowano je w dalszą podróż. Pioneer 10 był pierwszym urządzeniem, które już w trakcie misji skierowano na trajektorię ucieczkową z Układu Słonecznego. Ale oba Pioneery lecą stosunkowo wolno (oddalają się od Słońca z prędkością 11 i 12 km/s), poza tym nie ma z nimi łączności, i to już od dawna: z Pioneerem 10 – od 2003 r., z Pioneerem 11 – od 1995 r. Oczywiście wiadomo mniej więcej, jak daleko są teraz. Pioneer 10 znajduje się w odległości 120 j.a. od Ziemi, natomiast Pioneer 11 w czerwcu tego roku był oddalony o 100 j.a., czyli znajdował się już za Pasem Kuipera. Ponieważ jednak z sondami nie ma kontaktu, nie przekazują żadnych danych – zresztą już od dawna nie wykonują pomiarów – trudno więc ocenić, w jakim obszarze zewnętrznych partii heliosfery się znajdują. Szacuje się jednak, że Pioneer 10 będzie trzecią sondą, która opuści nasz Układ Słoneczny, Pioneer 11 zaś czwartą. Pierwszy po opuszczeniu Układu skieruje się w stronę konstelacji Byka i mniej więcej za 2 mln lat zbliży się na trudną obecnie do obliczenia odległość do znanej gwiazdy Aldebaran. Z kolei Pioneer 11 podąży w kierunku konstelacji Orła. Pierwszą gwiazdą, jaką napotka na swojej drodze, będzie lambda Aquilae, a zdarzy się to za 4 mln lat.
New Horizons
Ta sonda zasługuje na szczególną uwagę, ponieważ od samego początku jej zadaniem było dotarcie w najdalsze rejony Układu Słonecznego, a więc najpierw do Plutona, co nastąpiło w 2015 r., a potem do wybranych kilku ciał z Pasa Kuipera. Cel dalszy, postawiony już na samym początku, to opuszczenie Układu Słonecznego. NASA wyniosła ją w kosmos 19 stycznia 2006 r. przy użyciu rakiety Atlas V z największą prędkością, z jaką do tego czasu udało się wysłać cokolwiek w przestrzeń z Ziemi. New Horizons tuż po starcie osiągnęła prędkość ponad 16,2 km/s, czyli niemal 60 tys. km/h. Ale to nie wszystko. Wkrótce miała jeszcze przyspieszyć do niemal 23 km/s. Od razu kierowano ją na trajektorię ucieczkową z Układu Słonecznego i jednocześnie w stronę Plutona, niegdyś najdalszej i najmniejszej planety systemu, a w sierpniu 2006 r. pozbawionej tego miana.
Sonda New Horizons nie miała jednak badać Plutona z orbity, lecz tylko blisko przelecieć koło niego. I przeleciała 15 lipca 2015 r. w odległości 11 tys. km od planety i 26 tys. km od jej księżyca – Charona. Problem polegał na tym, że tak szybko lecącą sondę trudno byłoby wyhamować na tyle, by weszła na orbitę Plutona, mogła więc tylko przelecieć obok. Teraz realizuje misję do pierwszego ciała Pasa Kuipera, planetoidy 2014 MU69, znajdującej się ponad 40 j.a. od Ziemi. Minie ją w styczniu 2019 r. Jednak zbliżenie do Plutona, by można było wykonać odpowiednie obserwacje planety karłowatej, wymagało zwolnienia sondy i obecnie porusza się ona już tylko z prędkością nieco ponad 13 km/s, czyli istotnie wolniej niż Voyager 1. Po zbadaniu obiektów Pasa Kuipera New Horizons zacznie podążać ku granicom Układu Słonecznego i odległość 100 j.a. osiągnie za kilkanaście lat. Niedługo potem opuści Układ i zacznie przemierzać przestrzeń Galaktyki. To będzie nasz piąty wysłannik.
Butelki z wiadomością
Wszystkie te sondy mają na swoich pokładach informacje o Ziemi i ludzkości. Na Pioneerach są to metalowe pozłacane płytki z rysunkami kobiety i mężczyzny, położeniem Słońca w Galaktyce i zaznaczonymi planetami, które wokół niego krążą. Na Voyagerach są to gramofonowe (też pozłacane) płyty analogowe z zapisanymi dźwiękami i obrazami, mającymi ukazać różnorodność gatunków i życia na Ziemi. Na New Horizons jest to płyta CD z nazwiskami ponad 400 tys. osób, flaga amerykańska, fragment kadłuba statku SpaceShip One oraz urna z prochami odkrywcy Plutona, amerykańskiego astronoma Clyde’a Tombaugha. Czy ktoś je kiedyś znajdzie i odczyta? „Te statki zostaną odszukane i znajdujące się na nich nagrania odtworzone tylko wówczas, jeśli we wszechświecie żyją zaawansowane i podróżujące przez kosmos cywilizacje. Jednakże wrzucenie tych butelek z wiadomością do kosmicznego oceanu mówi coś optymistycznego o życiu na naszej planecie” – tak mówił o zapisach umieszczonych na Pioneerach i Voyagerach Carl Sagan.
Przypuśćmy, że istnieją w Galaktyce obce inteligentne cywilizacje i jedna z nich przechwyci wszystkie wysłane w kosmos ziemskie sondy. Z pewnością pierwszą rzeczą, o jakiej dowiedzieliby się obcy, byłoby to, jak na Ziemi realizował się postęp w technikach zapisu dźwięków i obrazów. Jednak fakt, że w daleki kosmos lecą i polecą twory wykonane przez człowieka, też ma znaczenie, i to duże. To pierwszy, ale bardzo ważny krok ku znacznie już bardziej zaawansowanym eksploracjom. Zdaniem znawców Układu Słonecznego i obcych układów planetarnych, liczonych w miliardach tylko w naszej Galaktyce, musimy w przyszłości sięgnąć znacznie dalej niż na Marsa, Jowisza czy Saturna. Musimy szukać stosunkowo bliskich układów z planetami podobnymi do Ziemi, na których da się żyć. Już dzisiaj wiemy, że takie istnieją.
Tak widzi to zagadnienie w cytowanej już książce Michio Kaku: Planety podobne do Ziemi mogą być w przyszłości najważniejszym celem lotów załogowych. Już niedługo będziemy mogli wykonać szczegółowe badania takich planet i w związku z tym powinniśmy pomyśleć nad dwiema niezwykle istotnymi kwestiami: nad możliwością zamieszkania gdzieś w przestrzeni kosmicznej ze wszystkimi biologicznymi konsekwencjami, jakie mogą z tego faktu wynikać, oraz nad możliwością znalezienia życia w kosmosie. Najpierw powinniśmy się przyjrzeć naszemu życiu na Ziemi i zastanowić, co możemy zrobić, by lepiej się przygotować do zmierzenia się z czekającymi nas wyzwaniami. Być może będziemy musieli zmodyfikować nasze ciało, wydłużyć czas ludzkiego życia, dostosować odpowiednio naszą fizjologię, a nawet zmienić informację genetyczną, którą odziedziczyliśmy po przodkach. Powinniśmy także oswoić się z możliwością, że na odwiedzanych planetach zastaniemy inne formy życia – od mikrobów po zaawansowane cywilizacje. Ciekawe, kogo możemy spotkać w kosmosie i jak takie spotkanie wpłynie na nasz los.
Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”
***
Więcej informacji w książce Michio Kaku „Przyszłość ludzkości. Podbój Marsa,podróże międzygwiezdne, nieśmiertelność i nasze miejsce poza Ziemią”, która ukazała się w listopadzie nakładem wydawnictwa Prószyński i S-ka.