Deník N

Kde končí Sluneční soustava: hlasy přístrojů z prázdnoty

Pravděpodobná podoba heliosféry, jak tomu nasvědčují údaje z Voyagerů. Schéma: NASA
Pravděpodobná podoba heliosféry, jak tomu nasvědčují údaje z Voyagerů. Schéma: NASA

Vědci v NASA se konečně shodli, že mají jednoznačný důkaz: Voyager 2 před rokem skutečně opustil Sluneční soustavu a vstoupil do mezihvězdného prostoru. Co to však vlastně znamená? Kde Sluneční soustava končí? Opravdu má nějakou jasně vymezenou hranici?

Podle toho, co jsme se učili ve škole, bychom za okraj Sluneční soustavy mohli pokládat třeba oběžnou dráhu nejvzdálenější známé planety, tedy buď Pluta, anebo Neptunu, podle toho, co se vám víc líbí. Jenže tak to není.

Douglas Adams ve Stopařově průvodci po Galaxii skvěle popsal vesmírné vzdálenosti: „Vesmír je velký. Fakticky velký. To byste nevěřili, jak je hrozivě obrovitánsky velký, že z toho zůstává rozum stát. Myslíte si třeba, že drogerie ve vaší ulici je daleko, ale proti vesmíru je to úplný houby…“ Je to vtip, který funguje ve dvou úrovních. Nejprve se zasmějete nadsázce: samosebou víte, že srovnávat vesmír s cestou do drogerie je nesmysl. Pak by vám ale mělo dojít, že si ho stejně neumíte představit, že si neumíte představit ani jeho nepatrnou část, kterou Sluneční soustava je. A tím pádem je úplně jedno, k čemu ho přirovnáte, drogerie poslouží stejně dobře jako cokoli jiného.

Mlčící hlubiny

Měsíc, nejbližší nebeské těleso, je od Země vzdálen asi 380 000 km. To je poslední rozumná vzdálenost; běžným dopravním letadlem bychom tam dorazili za dva týdny a něco. (Kdyby letělo přímo, což kosmické lodě nedělají, přímka není ve vesmíru optimální a v podstatě ani uskutečnitelná cesta.)

Venuše, nám nejbližší planeta, je při maximálním přiblížení vzdálena čtyřicet milionů kilometrů: čtyři a půl roku „letadlem“, čtyři měsíce letu kosmické sondy, pokud míří po nejkratší použitelné dráze.

Vzdálenosti Země od Slunce – kolem 150 milionů kilometrů – se říká astronomická jednotka (AU). Je to šikovný způsob, jak měřit vzdálenosti ve Sluneční soustavě. Jupiter je od Slunce vzdálen 5 AU, Neptun 30 AU. Do vzdálenosti asi 50 AU sahá pásmo drobných asteroidů, převážně ledových, tzv. Kuiperův pás. Vyskytují se v něm i větší objekty podobné planetkám mezi Marsem a Jupiterem a mohla by tam být ukryta i nějaká větší planeta, o níž zatím nevíme.

Ne tak docela prázdná prázdnota

Podle dosavadních poznatků za Kuiperovým pásem následuje prázdný prostor, ne však docela prázdný – úplně prázdný prostor ve vesmíru neexistuje. Obsahuje spoustu nabitých částic pocházejících ze Slunce: elektrony, protony, alfa částice (tj. jádra atomu helia) a v malém množství i těžší ionty, čili jádra atomů jiných prvků. Takto složenému oblaku se říká heliosféra. Čím dál od Slunce, tím je řidší, a v důsledku toho se její částice pohybují pomaleji, protože na ně působí protitlak „hvězdného větru“, podobných proudů částic pocházejících z jiných hvězd, a proto víceméně protisměrných. Sluneční vítr se nakonec zpomalí pod kritickou hodnotu, kterou je asi 100 km/s. Tam projde zásadní změnou; ztratí velkou část své zbývající rychlosti skokem.

Příčina tohoto tzv. terminačního šoku spočívá v tom, že právě 100 km/s je rychlost šíření magnetosonických vln v mezihvězdném prostoru. Ty jsou analogií zvukových vln v zemské atmosféře, jde o periodické změny tlaku. Když letí částice slunečního větru rychleji než 100 km/s, mají „nadzvukovou“ rychlost. Pod ní se vlastnosti mezihvězdného prostředí – tlak, hustota a energie částic – změní skokem.

Dál směrem od Slunce za čarou terminačního šoku následuje napřed tzv. heliosférická obálka (heliosheath), oblast turbulentního toku, magnetických bublin a prudkých změn prostředí. Ta je ukončena heliopauzou, místem, kde se tlak mezihvězdného větru částic vyrovnává se slunečním. A právě tam je z pohledu astronomů vnější okraj Sluneční soustavy. Měla by se nacházet ve vzdálenosti asi 120 AU. Právě tam, kde se dnes pohybují sondy Voyager 1 a 2.

Výstřely z gravitačního praku

Voyager 2 startoval před 42 lety, v srpnu 1977. Je jednou z pěti bezpilotních kosmických lodí, které mají rychlost postačující na to, aby opustily oběžnou dráhu Slunce a zamířily volným prostorem ke hvězdám. Dvě z těchto sond – Pioneer 10 a 11 – jsou již „mrtvé“, nemáme s nimi žádné spojení. Pioneer 10 míří k Aldebaranu, hvězdě vzdálené 65 světelných let. Dorazí tam (dorazí-li; možné to je) asi za dva miliony let. Se sondami Voyager 1 a 2, stejně jako s nejnovější lodí New Horizon, však vědci komunikují a získávají z nich data.

Voyager 2 byl vypuštěn v mimořádně vhodném termínu, který umožnil průlet kolem čtyř velkých planet – Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu (tzv. Grand Tour). Startovací okno s takovou vlastností je k dispozici jen jednou za 175 let! Poslal nám od všech snímky a další údaje; kromě toho využil blízkosti zmíněných planet, aby nabral další rychlost, a to díky efektu tzv. gravitačního praku. Ten je klíčovou pomůckou všech letů do vzdálených oblastí Sluneční soustavy.

Princip gravitačního praku. Schéma: NASA

Když se kosmická loď blíží k planetě, zvyšuje rychlost, protože vlastně padá v gravitačním poli. Když planetu mine, tuto rychlost opět ztratí, zdánlivě tedy nezíská nic. Ale pozor, to mluvíme o rychlosti vůči planetě. Ta sama však není nehybná, obíhá přece kolem Slunce. A právě tuto rychlost, přinejmenším její část, kosmická loď získá natrvalo. Zrychlí tedy vůči Slunci, získá možnost odlétat od něj větší rychlostí. Voyager 2 při průletu kolem Jupitera zrychlil z deseti na osmadvacet kilometrů za sekundu, aniž musel spotřebovat byť jen špetku paliva, totéž pak zopakoval ještě třikrát. Energie se nevezme odnikud, Jupiter se na dráze kolem Slunce navždy zpomalil úměrně tomu, oč Voyager 2 zrychlil, vzhledem k hmotnosti planety to je samozřejmě neměřitelně málo. Mimochodem, více průletů kolem téže planety, jsou-li šikovně naplánovány, může vést k opakovanému urychlení.

Za heliopauzou

Díky tomu všemu doletěl Voyager 2 koncem roku 2018 do oblasti, kde se charakteristiky magnetického pole začaly významně měnit. Během jediného dne překonal oblast heliopauzy a nachází se nyní mimo dosah slunečního větru. Jeho měření se významně lišila od toho, co odeslal Voyager 1, který prolétal heliopauzou déle a naměřil její charakteristiky jako velmi proměnlivé a turbulentní. To byl jeden z důvodů, proč byli vědci v NASA opatrní a vyhodnocovali údaje po celý rok, než je pustili na veřejnost.

Skoro všechno, co jste si v tomto článku o heliosféře a slunečním větru přečetli, je totiž teorie, sice solidní, ale málo ověřená pozorováním. Voyagery mají tuto teorii prověřit, podepřít daty odesílanými přes propast nesmírné vzdálenosti – už to, že sondy po dvaačtyřiceti letech stále fungují a dají se ovládat, je technický zázrak.

Jisté není ani to, zda má heliosféra tak protáhlý tvar, jaký můžete vidět na obrázku. Měla by ho mít v důsledku pohybu Slunce kolem jádra Galaxie – rychlostí kolem 220 km/s, která má stačit k tomu, aby celá Sluneční soustava připomínala obrovskou kometu. Tohle Voyagery neověří, byly nasměrovány tak, aby opustily heliosféru co nejdřív. Jinak bychom totiž mohli na informace čekat i několik set let.

Do Oortova mraku – a dál

Co mají Voyagery ještě před sebou? Voyager 2 je teď asi 122 AU od Země, Voyager 1 dokonce 148 AU daleko. Asi za tři sta let by měly obě sondy vstoupit do oblasti hypotetického Oortova mračna, oblasti hustšího mezihvězdného prachu, kde se snad formují komety, jež potom prolétají poblíž Slunce vysokými rychlostmi po eliptických drahách. Zda Oortův mrak vůbec existuje, to se dodnes neví a od Voyagerů se to nedozvíme, jejich baterie přestanou fungovat kolem roku 2025. Obě sondy pak poletí dál ledovým prostorem – dost možná navždy, po dráze obíhající jádro naší Galaxie.

Nebudou samy. Sluneční soustavu neopouští jen pět kosmických lodí, ale také jiné předměty, vesměs související s jejich startem: třetí stupně jejich nosných raket a odhozená balanční závaží. Na rozdíl od kosmických lodí jejich dráhu nikdo neplánoval a nepočítal, i tak se ale stanou němými posly lidstva ke hvězdám. Představa, že je za miliony let zachytí a prozkoumá nějaká mimozemská civilizace, je sice zajímavá, ale z praktického hlediska bezvýznamná. Má-li někdy dojít na skutečné mezihvězdné lety (a zatím je namístě hluboká skepse; nejde o to, co umí a bude umět lidstvo, ale co připouští fyzika), budou zcela určitě založeny na jiném principu. Primitivní technologie reaktivního pohonu, kterou zatím používáme, k tomu stačit nebude.

Sondy Pioneer a Voyager byly přesto vybaveny mezihvězdným poselstvím – známou zlatou destičkou s údaji o lidstvu (kde žijeme, jak vypadáme, z jakých chemických prvků se skládáme), v případě Voyagerů dokonce doplněnou o zvukové záznamy. Mimozemšťané, kteří budou natolik důvtipní, aby si postavili gramofon, si tak budou moci poslechnout krátký projev tehdejšího generálního tajemníka OSN Kurta Waldheima (později obviněného z válečných zločinů, což koneckonců jen prohlubuje realističnost mezihvězdné zprávy), rock’n’rollovou skladbu Johnny B. Goode v podání Chucka Berryho nebo pravé mexické mariachi. Dojde-li k tomu, pak za miliony let – vesmír je opravdu veliký.

V tomto okamžiku nejčtenější