Uaktualnienie (6:49am ET, 11 sierpnia): Ta historia została zaktualizowana o nowy czas startu 12 sierpnia. The Aug. 11 uruchomienie zostało skrobane z powodu ostatniej chwili helium-pressure problem.
NASA’s Parker Solar Probe jest 1,500-lb. komputer trochę mniejszy niż kompaktowy samochód, ale w najbliższych latach, będzie osiągnąć prędkość 430,000 mil na godzinę w celu przejścia przez krawędź samego słońca. Dotarcie tam nie jest łatwym zadaniem, podobnie jak zrozumienie tej podróży.
„Nie wiem, czy mogę naprawdę wyjaśnić, jak działa trajektoria – to piękna trajektoria, to skomplikowana trajektoria”, powiedział Quartz dr Yanping Guo, naukowiec z Johns Hopkins University, który wytyczył ścieżkę statku kosmicznego do serca Układu Słonecznego. „Wyzwaniem jest wyjaśnienie tego w języku zrozumiałym dla innych ludzi.”
Spróbujmy. Po pierwsze, Guo zauważa, że dotarcie do Słońca jest „największym, najtrudniejszym wyzwaniem w całej eksploracji kosmosu”. (Wie, o czym mówi – Guo wytyczyła również kurs dla sondy New Horizons, która w 2015 roku odbyła podróż do Plutona). Ale ta trudność może nie być intuicyjna. Słońce jest zdecydowanie największym ciałem w Układzie Słonecznym, z polem grawitacyjnym tak silnym, że dosłownie trzyma wszystkie planety razem. Zostanie wessanym powinno być dość elementarne, prawda?
Pamiętaj jednak, że Ziemia krąży wokół Słońca, i to szybko – 19 mil (30 kilometrów) na sekundę. Wyobraź sobie, że jesteś na karuzeli, krążącej szybko wokół centralnej osi. O wiele łatwiej jest pozostać w miejscu lub zostać wyrzuconym na zewnątrz, niż wspinać się w kierunku środka. Te same prawa fizyki, opisane przez Johannesa Keplera i Isaaca Newtona w XVII wieku, rządzą ruchem w przestrzeni.
Trzymaj się mocno
Zostańmy na naszej karuzeli. Grawitacja Słońca jest tą centralną osią, która wciąga cię do środka, co współgra z twoją prędkością wokół krawędzi, zamykając cię na orbicie. Aby dostać się do wnętrza karuzeli – lub do Układu Słonecznego – musisz zmniejszyć swoją prędkość tak, aby przyciąganie od osi centralnej wygrało.
W przypadku sondy Parker Solar Probe, zaczyna się to od jednej z najpotężniejszych rakiet na świecie, Delta IV, zbudowanej przez United Launch Alliance. Wyrzuci ona sondę z planety z siłą ponad 350 ton.
Każdy obiekt odlatujący z Ziemi normalnie dzieli orbitę planety, ale Delta IV wystrzeli sondę w przeciwnym kierunku. Manewr ten spowolni sondę, choć przyciąganie ziemskie jest nadal tak silne, że statek kosmiczny będzie jej towarzyszył przez jakiś czas. Guo mówi, że manewr ten można porównać do „zaciągnięcia hamulców w szybko jadącym samochodzie, co zmniejsza prędkość orbitalną sondy, ale nie zmienia kierunku jej ruchu.”
W tym miejscu robi się naprawdę ciekawie. Nawet hamowanie z bramy nie sprawi, że sonda słoneczna zbliży się do Słońca w odpowiednim czasie. Musimy wprowadzić do gry inne planety.
Asysta na orbicie drugiej
Wcześniejsze plany misji Parker Solar opierały się na manewrze zwanym „asystą grawitacyjną”, który miał być wykonany wokół Jowisza.
Pomysł jest prosty: Jowisz to ogromna planeta, krążąca z prędkością 8 mil (13 kilometrów) na sekundę. Sonda kosmiczna może wlecieć w pole grawitacyjne Jowisza i zostać pociągnięta do przodu, przechwytując część tej prędkości, zanim wystrzeli ją wokół planety i z powrotem w kierunku Słońca. Wyobraź sobie bardzo silnego przyjaciela, który wrzuca cię do środka tej karuzeli.
Ten plan wymagał jednak wyposażenia sondy w energię jądrową, ponieważ panele słoneczne potrzebne do zebrania energii tak daleko jak Jowisz byłyby zbyt duże. NASA nie chciała wydawać na to pieniędzy, a także nie chciała korzystać ze swoich ograniczonych zasobów plutonu.
To oznaczało, że potrzebna była inna trajektoria – i tu właśnie pojawił się Guo. W 2007 roku większość sądziła, że tylko asysta grawitacyjna Jowisza może doprowadzić sondę do Słońca. Guo zdał sobie sprawę, że przy starannym planowaniu, sonda może również wykorzystać Wenus do osiągnięcia swoich celów. Zamiast wlec się za Jowisza, aby nabrać prędkości, sonda przeleciałaby przed Wenus, zwalniając w miarę jak byłaby ciągnięta do tyłu.
Wenus jest mniejszą planetą niż Jowisz i nie ma tyle energii, którą mogłaby się podzielić. Wykorzystanie jej do spowolnienia sondy na tyle, by zbliżyć się do Słońca, będzie wymagało siedmiu różnych przejść – rekordowa liczba.
Układanie sondy tak, aby każda orbita mijała Wenus w idealnym czasie i z odpowiednią prędkością, znane jest jako „problem fazowania”, trudne zadanie, które wymaga wielu obliczeń. Co niezwykłe, trajektoria Guo nie wymaga od sondy wykonywania dodatkowych manewrów w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Zamiast tego, wszystko zależy od pomocy grawitacyjnej – doskonały strzał w bilard, który odbija się siedem razy przed trafieniem do kieszeni.
„Jestem zaskoczony, że nie ma manewru w głębokiej przestrzeni”, mówi profesor MIT Richard Binzel, naukowiec zajmujący się planetami, który pracuje nad misją New Horizons. „Jest to bardzo precyzyjnie dostrojona ścieżka – zbyt blisko, a planeta wciągnie cię aż do środka. To bardzo precyzyjnie dostrojona ścieżka – zbyt blisko, a planeta wciągnie cię aż do samego środka.”
Oprócz spełnienia kluczowego wymogu polegania wyłącznie na energii słonecznej, unikalny projekt Guo ma również inne zalety: Przejdzie blisko Słońca 24 razy, zamiast tylko dwa razy, a każde przejście będzie przybliżać ją stopniowo, pozwalając naukowcom skalibrować ich instrumenty w celu uzyskania większej precyzji.
Dotknąć Słońca
Jak więc ta sonda, przeznaczona do spowalniania, bije rekordy prędkości? Odpowiedź również tkwi w orbitach. Za każdym razem, gdy sonda zwalnia podczas przelotu wokół Wenus, grawitacja Słońca przyciąga ją nieco bliżej. Jak wyjaśnił Kepler, im bardziej statek kosmiczny zbliża się do ciała, wokół którego krąży, tym szybciej porusza się względem tego ciała. The statek kosmiczny krzyżować the ten sam kątowy odległość wokoło the słońce, ale gdy ono dostawać blisko, the faktyczny przestrzeń traversed kurczyć.
Na swój zamknięty orbita, mniej niż 4 milion mil od the słońce, the sonda prognozować równie szybki jako 430,000 mila na godzinę. Że łamać prędkość rejestr także ustawiać NASA statek kosmiczny który orbitować the słońce. Helios 2, poprzedni rekordzista, osiągnął 253,000 mil na godzinę podczas podróży wokół naszej gwiazdy w 1976 roku.
Choć rekord dla najszybszego obiektu stworzonego przez człowieka jest imponujący, to nie to motywuje naukowców, którzy zaprojektowali ten projekt, ani inżynierów, którzy go wykonają. Pomysł wysłania robota do zbadania Słońca krąży wokół NASA od co najmniej 1958 roku, kiedy to naukowiec Eugene Parker teoretyzował (paywall), że Słońce wysyła w przestrzeń kosmiczną potężny strumień naładowanych cząstek, znany jako „wiatr słoneczny”. Więcej danych na temat korony, super gorącej plazmy, która otacza Słońce i produkuje tę słoneczną pogodę, może pomóc nam ją zrozumieć – i chronić naszą infrastrukturę elektryczną przed niebezpiecznymi burzami magnetycznymi.
Dla wielu naukowców, którzy pracowali nad Parker Solar, planowany start o 3:31 dzisiaj (12 sierpnia) będzie kulminacją dziesięcioleci pracy. „Znałam wielu ludzi, którzy pracowali nad tą misją przez długi czas” – mówi Guo, która sama pracuje nad misją od 2007 roku. „Czułam się bardzo szczęśliwa – przeprowadziłam badania, będę też mogła uczestniczyć w pracach rozwojowych, a teraz już prawie wystawiamy sondę, aby dotarła do Słońca. Jakie to ekscytujące!”
Sprostowanie: We wcześniejszej wersji tego artykułu błędnie podano prędkość orbitalną Jowisza.