Układ Pluton (średnica 2400km) - Charon (średnica 1200km). Średnia odległość między nimi wynosi 19600 kilometrów. To właściwie dwie nałożone na siebie fotografie, które oddają rzeczywistą różnicę rozmiarów planety karłowatej i jej satelity, choć nie oddają realnej odległości między nimi.

Pluton jest planetą karłowatą, ale uznawany był przez wiele lat za zwykłą planetę. Przez wiele lat nie odwiedziła go żadna ziemska sonda i byliśmy zdani jedynie na obserwacje teleskopowe, w których planeta widniała ledwie jako mała jasna plamka.
Pluton oddala się teraz coraz bardziej od Słońca ponieważ jego orbita jest silnie spłaszczoną elipsą. Podczas jednego obiegu wokół Słońca, który trwa ponad 248 lat, planeta zbliża się do niego na odległość 4,5 mld km, po czym oddala na 7,5 mld km. Właśnie niedawno, w 1989 roku, minął czas największego zbliżenia. Od tej pory planeta oddala się od Słońca. Jednak ostatnie obserwacje wskazują, że temperatura Plutona wzrosła o dwa stopnie w ciągu ostatnich 14 lat. Według badaczy część zamrożonych na kamień gazów stajała i wyparowała do atmosfery, dzięki czemu jej ciśnienie wzrosło aż trzykrotnie (choć nadal jest sto tysięcy razy mniejsze niż na powierzchni Ziemi).
Przyczyna tego ocieplenia jest nieznana. Niektóre obserwacje wskazują na to, że powierzchnia planety pociemniała w ostatnich latach. Może dlatego odbija teraz mniejszą ilość promieni słonecznych i pochłania więcej ciepła. Inna hipoteza mówi, że czapa polarna na północnym biegunie Plutona ma trochę inny skład niż na południu planety. Teraz, kiedy na północnej półkuli zaczyna się wiosna, łatwiej paruje, zagęszczając atmosferę.
Znamy obecnie pięć księżycy Plutona. W 1978 roku odkryto stosunkowo duży księżyc Plutona nazwany Charon, który ma około 1200 km średnicy (ponad połowa średnicy samego Plutona). Zdjęcia z maja 2005 roku ujawniły dodatkowe dwa obiekty w okolicy Plutona, a dalsze obserwacje pozwoliły potwierdzić, że to rzeczywiście satelity. Ciała uzyskały tymczasowe oznaczenia S/2005 P1 i S/2005 P2, a później oficjalne nazwy: Nix i Hydra. Nowo odkryte księżyce są znacznie mniejsze od Charona i ich średnice wynoszą odpowiednio około 50 km i 65 km. Okrążają one Plutona w tej samej płaszczyźnie co Charon ale od dwóch do trzech razy dalej niż Charon. Analiza własności orbit trzech księżyców Plutona pokazuje, że powstały one najprawdopodobniej w wyniku jednej kosmicznej kolizji. W 2011 roku teleskop Hubble'a wykrył nowy księżyc nazwany Kerberos (tuż po odkryciu nosił tymczasową nazwę P4), którego nieregularne rozmiary wynoszą 12km w najszerszym miejscu i 7,5km w najwęższym. W 2012 odkryto następny obiekt prawdopodobnie o nieregularnym kształcie o średnicy 10 na 5,3 km, nazwany Styx (tymczasowa nazwa P5). Pluton może mieć jeszcze inne mniejsze księżyce.
Aby dokładniej poznać układ Pluton - Charon i pas Kuipera zbudowano sondę New Horizons. Wystartowała ona w styczniu 2006 roku. Najpierw skierowała się ku Jowiszowi. Soda okrążyła Jowisza i pole grawitacyjne tej olbrzymiej planety działając na zasadzie procy, przyspieszyło go w kierunku Plutona (jest to

Pluton i jego pięć znanych księżycy

wspomaganie grawitacyjne lub inaczej asysta grawitacyjna). Podczas wykonywania tego manewru sonda została przyspieszona do maksymalnej prędkości podczas misji wynoszącej 22,85 km/s, względem Słońca. Masa sondy wynosi zaledwie 416kg. Całkowity koszt misji wynosi około 700 mln dolarów.
New Horizons ma zasilanie jądrowe i posiada zestaw siedmiu instrumentów badawczych. Wchodzą w to kamery, spektroskopy i mierniki cząstek. Instrumenty te sfotografowały obraz planety i księżyców (tworząc także obraz trójwymiarowy), zbadały ich skład chemiczny, zmierzyły skład i ilość cząsteczek uciekających z atmosfery Plutona. Zestaw badawczy zawiera trzy urządzenia optyczne, dwa plazmowe, czujnik pyłu i radiowy odbiornik/radiometr:
Alice - spektrometr ultrafioletowy, który zbada skład atmosfery i strukturę Plutona.
Ralph - widzialno-podczerwona kamera, która wykona barwne mapy Plutona Charona w wysokiej rozdzielczości, oraz mapy składu powierzchni tych ciał.
LORRI - (czyli Long Range Reconnaissance Imager), optyczny teleskop dużej rozdzielczości, sfotografuje powierzchnię Plutona z dokładnością około 45 metrów, rozpocznie pracę 200 dni przed okresem najbliższego zbliżenia do planety.
SWAP - (czyli Solar Wind Around Pluto), zmierzy naładowane cząstki wiatru słonecznego w pobliżu Plutona, aby określić, czy posiada on magnetosferę.
PEPSSI - (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation), instrument do wykrywania cząsteczek atmosfery Plutona.
SDC - (Studen Dust Counter), policzy i zmierzy masy drobin pyłu na całej trajektorii statku, w ten sposób zbadana zostanie przestrzeń międzyplanetarna Układu Słonecznego, czego dotąd nigdy nie robiono.
REX - (Radio Science EXperiment), urządzenie zintegrowane z systemem radiotelekomunikacyjnym statku, zbada atmosferę Plutona, właściwości termiczne powierzchni, oraz zmierzy masy Plutona, Charona i ewentualnych obiektów Pasa Kuipera w rozszerzeniu misji.
Przez większość długotrwałego lotu od Jowisza do Plutona elektroniczne przyrządy sondy New Horizons były pozostawione w stanie uśpienia. Zmniejszyło to ryzyko awarii sprzętu i zdecydowanie obniży koszty operacji.
14 lipca 2015 nastąpił długo oczekiwany przelot koło Plutona w odległości około 12 500 km od jego powierzchni oraz koło Charona w odległości około 27 000 km. Do Ziemi już dotarły bardzo dobrej jakości zdjęcia Plutona i Charona. Przekazanie wszystkich danych może potrwać około 16 miesięcy.

Powierzchnia Plutona

Powierzchnia Plutona jest raczej gładka, ale na zdjęciach można zobaczyć lodowe pola, góry i kratery o średnicy kilku, kilkunastu kilometrów. Widać je z dokładnością do 80 m. Wielu naukowców NASA sądziło, że na powierzchni Charona zobaczy monotonny, pokryty kraterami krajobraz. W rzeczywistości Charon jest pokryty górami i kanionami. Ze zdjęć wynika, że paleta kolorystyczna Charona nie jest tak zróżnicowana jak Plutona. Oko przykuwają dwa regiony. Czerwonawy obszar na samej północy, który nieformalnie nazwano Mordorem. I wielki kanion, który opasuje satelitę na wysokości równika. Jest cztery razy dłuższy i w niektórych miejscach dwa razy głębszy niż amerykański Wielki Kanion. Według naukowców dowodzi, że w przeszłości na powierzchni satelity dochodziło do gwałtownych zjawisk geologicznych. Wygląda, jakby skorupa Charona rozstąpiła się na pół.
Jeszcze zanim sonda New Horizons przeleciała obok Plutona poszukiwano potencjalnych kolejnych obiektów do badań. Ostateczne NASA w sierpniu 2015 roku zdecydowała się, że dalszym celem misji będzie obiekt oznaczony symbolem 2014 MU69. Ma on średnicę szacowaną na 30 do 45 km. Obiekt 2014 MU69 może być dobrze zachowanym, zimnym (nigdy nie ogrzanym przez Słońce) reliktem z czasów powstawania Układu Słonecznego. Natomiast niewielki rozmiar tej planetoidy może sugerować, iż jest ona pozostałością po kolizji większych obiektów.
W listopadzie tegoż roku zakończył się sukcesem czwarty, ostatni, manewr sondy, który miał na celu skierowanie New Horizons w kierunku obiektu 2014 MU69. Cel zostanie osiągnięty w styczniu 2019 roku. Wszystkie systemy sondy pracują prawidłowo i New Horizons kontynuuje przesyłanie danych zgromadzonych podczas przelotu obok Plutona. Oficjalnie sonda ma zakończyć misję w czerwcu 2022 roku, ale jeśli przetrwa w dobrym stanie, obserwacja kolejnych mijanych obiektów pasa Kuipera będzie kontynuowana.

---

Japońską sondę Hayabusa (Sokół) wystrzelono w maju 2003 roku. We wrześniu 2005 roku dotarła do planetoidy 25143 Itokawa. Celem misji Hayabusa było zebranie danych oraz próbek skał i dostarczenie ich z powrotem na Ziemię. Naukowcy liczyli, że misja odpowie na wiele pytań o narodziny Układu Słonecznego.
Podczas misji testowanych było wiele prototypowych technologii, takich jak silnik jonowy i inteligentny system nawigacyjny. Składał się on z zestawu czujników optycznych wchodzących w skład autonomicznego systemu nawigacji. Pozwolił on sondzie wyśledzić ścigany obiekt i precyzyjnie wyhamować tuż obok niego.
Hayabusa, zamiast okrążać Itokawę, przez dwa miesiące leciała równolegle do niej z tą samą prędkością i w odległości około 20 km. Kosmiczny głaz, nieustannie wirujący wokół własnej osi został sfotografowany z każdej strony. Zostało wybrane miejsce lądowania.

Zdjęcie planetoidy Itokawa wykonane przez Hayabusa

12 listopada nastąpiło pierwsze udane podejście sondy do planetoidy. Wtedy oddzielił się automatyczny robot Minerva, który miał osiąść na powierzchni planetoidy i przesyłać stamtąd dane, ale pojazd ten niestety zaginął w przestrzeni kosmicznej. Naukowcy prawdopodobnie pomylili się przy obliczaniu momentu uwolnienia próbnika. Minerva to specjalny lądownik o masie pół kilograma, zaopatrzony był w dwie kamery i zaprojektowany do odbywania wędrówek po planetoidzie poprzez przewracanie się z boku na bok.
Głównym celem misji było pobranie próbek z planetoidy. W tym celu wyposażono Hayabusę w specjalny kolektor o kształcie rury nieco rozszerzonej na końcu. Przed zetknięciem z powierzchnią z sondy wystrzelony zostanie specjalny pocisk wybijający malutki krater. Wyrzucona przy tym materia miała trafić w większości do kolektora, a stamtąd do kapsuły, która w czerwcu lub lipcu 2007 roku miała wylądować na spadochronie w południowej Australii.

Rysunek przedstawiający pobieranie próbek przez sondę Hayabusa (Sokół Wędrowny) z asteroidy Itokawa

W czasie misji niestety nie obeszło się bez problemów. W lipcu sonda utraciła jeden z trzech stabilizatorów, a w październiku drugi i przedsięwzięcie zawisło na włosku. Ciągłe korekty pozycji za pomocą silników chemicznych kosztowały wiele energii, zachodziła więc obawa, że cennego paliwa nie wystarczy do przeprowadzenia wszystkich najważniejszych manewrów łącznie z powrotem na Ziemię. Naukowcom udało się jednak przeprogramować komputer pokładowy tak, by pojazd używał do stabilizowania swojej pozycji możliwie krótkich impulsów.
W czasie pierwszego zbliżenia 19 listopada nie udało się pobrać gruntu planetoidy. Spodziewając się, że pierwsze lądowanie może się nie powieść, projektanci misji przewidzieli dwie takie operacje. Po drugim lądowaniu na Itokawie w jednym z silników pojawił się przeciek, sonda zaś automatycznie przełączyła się na tryb awaryjny. Później zawiodły pozostałe silniki. Wskutek tego nie byli oni w stanie ustawić sondy tak, aby jej panele słoneczne były zwrócone w kierunku Słońca. Baterie nie naładowały się więc wystarczająco i wiele instrumentów sondy przestało prawidłowo działać. Naukowcy wymyślili kolejne rozwiązanie. Użyli jako paliwa ksenonu z silników jonowych sondy. Dopiero w kwietniu 2007 roku uruchomiono jeden z silników jonowych sondy i nastąpił powrót na Ziemię. W czerwca 2010 roku sonda weszła w atmosferę ziemską i zgodnie z planem rozpadła się. Kapsuła z próbkami pozostała nieuszkodzona i wylądowała na obszarze Australii Południowej.
Planetoida Itokawa należy do tak zwanej Grupy Apolla, czyli grona planetoid poruszających się blisko Ziemi, czasem przecinających jej orbitę. Obserwacje radarowe oszacowały rozmiar Itokawy na 548 metrów długości i od 312 metrów do 276 metrów szerokości. Przyciąganie grawitacyjne na planetoidzie jest 100 tysięcy razy słabsze niż na Ziemi. Jeden dzień na Itokawie trwa 12,5 godzin, a czas obiegu wokół Słońca 556 dni. Swoją nazwę zawdzięcza Hideo Itokawie, japońskiemu projektantowi rakiet i pionierowi programu kosmicznego.
Opracowano na podstawie serwisu naukowego Gazety Wyborczej i serwisu naukowym portalu Onet
Szczegóły misji znajdują się pod adresem: http://www.hayabusa.isas.jaxa.jp/

---

Wizja artystyczna sony Hayabusa2 przy planetoidzie 1999JU3

3 grudnia 2014 roku w przestrzeń kosmiczną została wyniesiona sonda Hayabusa 2 zbudowana przez Japońską Agencję Badań Kosmicznych (JAXA) w celu zbadania planetoidy 1999 JU3 i pobrania próbek jej materii. Planetoida 1999JU3 należy do grupy Apollo czyli planetoid przecinających orbitę Ziemi (odległość od Słońca 0,96 do 1,41 jednostki astronomicznej. Jej średnica wynosi około 950 metrów. Powierzchnia planetoidy jest bardzo ciemna i odbija zaledwie 7% padającego światła. Zdalnie ustalono, że znajdują się na niej związki organiczne oraz być może woda.
Sonda została wyposażona w silniejsze silniki jonowe niż pierwsza Hayabusa. Sonda ta ma za zadanie kontynuować japońskie badania planetoid zapoczątkowane bardzo udaną misją Hayabusa, dzięki której dostarczono na Ziemię pierwsze próbki materii innej planetoidy.
Hayabusa 2 spędzi osiem lat w podróży i wejdzie na orbitę wokół 1999 JU3 w 2018 roku. Przez półtora roku będzie orbitować asteroidę i prowadzić badania, zanim wyśle w podróż powrotną na Ziemię kapsułę z próbkami skał. Głównym napędem sondy są cztery silniki jonowe, w których masą reakcyjną jest gaz szlachetny – jony ksenonu są przyspieszane w polu elektrycznym i wyrzucane z ogromną prędkością. Pojazd z silnikiem jonowym nie musi przewozić dużej ilości paliwa: mała ilość gazu i energia z paneli słonecznych wystarczają na bardzo długą pracę.
Sonda ma aż cztery lądowniki i kilka innych oddzielnych aparatów naukowych. Największy lądownik MASCOT, zbudowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, waży ok. 10 kg i będzie badał asteroidę z miejsca, w którym wyląduje. Trzy miniaturowe lądowniki MINERVA są łazikami nowego typu: nie mają kół ani gąsienic, ale będą się poruszać krótkimi skokami (co jest możliwe tylko na ciałach niebieskich o niskiej grawitacji). Oprócz tego Hayabusa 2 zrzuci kilka radiowych markerów, które ułatwią jej nawigację przy zbliżaniu sody do powierzchni planetoidy.
Przed lądowaniem sonda wyrzuci napędzany ładunkiem wybuchowym pocisk, który ma zrobić w powierzchni asteroidy krater i odsłonić skały z głębi. Dzięki temu będziemy mieć nie zwietrzałe skały z powierzchni, opalone już wiatrem słonecznym i przybrudzone mikroodłamkami z innych ciał niebieskich, ale świeżo odsłonięty materiał spod powierzchni. Masa pobranych próbek w sumie ma wynieść około 10 gram.

Sonda PROCYON

Po wytworzeniu świeżego krateru sonda dotknie na chwilę dna krateru, pobierając próbki, i wróci na orbitę. Pozostałe cztery lądowniki zostaną na powierzchni asteroidy, a sonda wróci na Ziemię w 2020 roku. W odróżnieniu od poprzedniej, nie ulegnie zniszczeniu podczas wejścia w atmosferę, ale po zrzuceniu kapsuły z próbkami zostanie w przestrzeni; prawdopodobnie będzie dalej testować silniki jonowe i zostanie zaparkowana w którymś bliskim punkcie libracyjnym.


Razem z Hayabusa 2 została wyniesiona jeszcze malutka sonda testowa PROCYON (PRoximate Object Close flYby with Optical Navigation), w kształcie sześcianu o boku około pół metra i masie 65 kilogramów. Jej zadaniem jest przetestowanie urządzeń do badania przestrzeni kosmicznej, w tym systemów łączności, kontroli orbity i położenia. Ma też dokonać obserwacji wypranych małych planetoid znajdujących się w pobliżu orbity Ziemi w trakcie jej przelotu. Sonda również wyposażona jest w silnik jonowy. Niestety w marcu 2015 roku silnik jonowy odmówił posłuszeństwa i sonda nie odwiedzi wybranego obiektu z pasa planetoid. Jednak nadal będzie używana do sprawdzania poprawności działania różnych urządzeń na pokładzie.
Najprawdopodobniej w niedalekiej przyszłości małe tanie sondy będą często stosowane do badania bliskich celów kosmicznych, co powinno się przełożyć na poszerzenie wiedzy o wielu mniejszych i większych obiektach położonych w bezpośrednim otoczeniu Ziemi.

---

27 września 2007 roku wystrzelono sondę kosmiczną amerykańskiej agencji kosmicznej NASA nazwaną Dawn (po polsku Świt), której celem było odwiedzenie pasa planetoid między Marsem a Jowiszem, w tym zbliżenie się i badanie dwóch z czterech największych znajdujących się tam obiektów (Westa i Ceres). Napęd główny sondy stanowią trzy silniki jonowe wytwarzające ciąg, którego wartość można zmieniać w zakresie od 19 do 91 mN. Każdy z silników ma masę 8,9 kg. Materiał pędny dla silników jonowych stanowi 425 kg ksenonu. Przy maksymalnym ciągu silniki zużywają jedynie około 3,25 mg ksenonu na sekundę. Ponadto, sonda zaopatrzona jest w zestaw 12 silników kontroli położenia o ciągu 0,9 N. Materiałem pędnym jest dla nich 45,6 kg hydrazyny.
16 lipca 2011 roku sonda weszła na orbitę wokół planetoidy Westa i przez ponad miesiąc wykonywała prace badawcze. Jest to pierwsza w historii sonda, która weszła na orbitę obiektu znajdującego się w pasie głównym planetoid. Westa jest dużą planetoidą o rozmiarach 578x560x458km, szybko obracającą się wokół własnej osi, czas jednego obrotu wynosi ponad 5 godzin.
Badania potwierdzają, że Vesta ma warstwową budowę z bogatym w metale jądrem, takim samym jak Ziemia, Mars, Wenus czy Merkury. Na podstawie badania pola grawitacyjnego naukowcy obliczyli, że jądro asteroidy wynosi ma 40% jego średnicy i stanowi 18% masy całości. Zdaniem naukowców Vesta uformowała się w trakcie pierwszych dwóch milionów

Zdjęcia planetoidy Westa wykonane przez sondę Dawn

lat od momentu, gdy ciała stałe zaczęły formować planety w Układzie Słonecznym, jeszcze zanim powstały planety. Radioaktywne pierwiastki produkowały wówczas wystarczająco dużo ciepła, by stopić jądro Vesty, tworząc pod powierzchnią ocean magmy. Przez to topnienie gęstsze pierwiastki, jak żelazo, przemieściły się do środka asteroidy.
Po opuszczeniu Westy we wrześniu 2012 roku sonda skierowała się w kierunku Ceres, uznanej za tak zwaną planetę karłowatą. Ceres ma rozmiary 974x974x910km, czyli prawie kuliste, okres obrotu wokół własnej osi wynosi około 9 godzin. Lot odbywał się za pomocą napędu jonowego. 6 marca 2015 sonda została przechwycona przez grawitację Ceres i tym samym została pierwszym w historii statkiem kosmicznym, który wszedł na orbitę wokół planety karłowatej. Stopniowo sonda będzie obniżać orbitę planety i zbliżać się do powierzchni aż do minimalnej wysokości wynoszącej 375km, wykonując cały czas badania. Koniec misji nastąpi w lipcu 2016 roku.
Ewolucja obiektów badanych przez sondę Down potoczyła się różnymi drogami. Ceres charakteryzuje się dużą zawartością wody i prawdopodobnie stosunkowo pierwotną budową. W przeciwieństwie do niej Westa wydaje się być pozbawiona wody i mieć przekształconą strukturę. Dawn jest pierwszą sondą w historii, która przez kilka miesięcy orbituje wokół asteroid i prowadzi dokładne pomiary i badania. Sonda Dawn może pomóc zrozumieć proces formowania Układu Słonecznego.
Napęd główny Dawn stanowią trzy silniki jonowe, wytwarzające ciąg, którego wartość można zmieniać w zakresie od 19 do 91 mN. Każdy z silników ma masę 8,9 kg. Materiał pędny dla silników jonowych stanowi 425 kg ksenonu. Całkowita masa sondy przy starcie wynosiła 1218 kg, w tym masa konstrukcji bez paliwa 747 kg.
Sonda jest wyposażona w następujące instrumenty naukowe: dwie identyczne kamery (podczas misji planowane jest używanie tylko jednej kamery, druga pozostaje w rezerwie na wypadek awarii pierwszej), spektrometr rejestrujący w świetle widzialnym i podczerwieni w zakresie długości fal od 0,25 do 5 mikrometrów i spektrometr promieniowania gamma i neutronów.

---

« Poprzednia  Następna »