Kdy nám spadne na hlavu další družice?

Nedávno se k Zemi řítila družice a nebylo moc jasné, kam spadne. Máme se družic bát? Ředitel pražského Planetária ing. Marcel Grün, si myslí, že zatím máme štěstí. Ale…

Kdy nám spadne na hlavu další družice?

Proč „padá“ více družic právě teď? A jak je možné, že to v NASA neustále tak horečně přepočítávají s nejistým výsledkem… Zeptali jsme se na to Marcela Grüna.

 

Byl jste osobně zneklidněný, když se na konci září objevily první zprávy o tom, že se stará americká družice blíží k Zemi? 

Přiznám se, že nikoliv. Bohužel, už jsem podobných událostí zažil řadu. A důraz na „bohužel“ není důkazem mé cyničnosti, ale spíše příliš dlouhého zájmu o kosmonautiku…

Stále mi moc nejde na rozum, proč se to celé tak špatně počítalo… V NASA by to snad jít mělo. Nebo jsou to složitější výpočty, než si dovedeme představit?

Složité výpočty to jsou, to je pravda, ale jistě byste jejich průběh pochopit dovedla. Problémem není složitost, spíše množství proměnných údajů. Trochu se to blíží známému „jdi tam – nevím kam, přines to – nevím co“. Průběh sestupu závisí na brzdění zemskou atmosférou a to je tak proměnlivá karta, že jsou proti tomu žerty o proměnlivosti dívčí nálady opravdu laciné. Hustota atmosféry v různých výškách je jiná na jaře a jiná na podzim a jiná za dne a jiná za noci, a to pokaždé jinak „jiná“, mj. v závislosti na sluneční aktivitě, ovšem opět pokaždé jinak. Samozřejmě, rádi bychom o tom věděli víc nejen od doby prvních družic, ale už od dob prvních vojenských raket. Víme toho mnoho, ale pořád ne dost, abychom dovedli odhadnout přesněji třeba právě místo zániku takových velkých družic, jako byla tato. Kromě toho samozřejmě záleží na profilu, v jakém brzdění probíhá (asi jiný je u šipky a jiný u balonu, to si dovedeme představit).

 Byla to první družice, která takto ve „větších kusech“ spadla na Zem?

Zdaleka to nebylo poprvé – na Zemi máme řadu artefaktů po takových pádech částí družic, které neshořely v zemské atmosféře. Nyní zhruba každý den v zemské atmosféře k nějakému zániku družice nebo nosné rakety dojde a nic významného nebo ohrožujícího to není. Mezi první zbytky těles z oběžné dráhy později nalezené patřily fragmenty z 1. kosmické lodi (zánik 5. ledna 1962), z nosné rakety MA-7 (zánik 21. února 1962) a z družice Kosmos 50 (zánik 5. 11. 1964). Často se uvádí příběh nejmohutnější orbitální stanice Skylab, která měla hmotnost přes 80 tun.

Tolik?! To muselo být mezi inženýry na Zemi pořádné napětí… 

To byla skutečně dramatická situace. Stanice byla na oběžné dráze od poloviny května 1973 a v zemské atmosféře zanikla 11. 7. 1979, přičemž zbytky dopadaly na území od jihovýchodního Indického oceánu až po řídce osídlenou západní Austrálii. Celý příběh byl kdysi podrobně popsán v Letectví a kosmonautice č. 26 z roku 1979. Před tím, než poslední posádka kosmonautů opustila Skylab, převedla motoricky celý objekt na vyšší dráhu s apogeem 456 km. Nová výška měla zaručit nejméně desetiletou životnost stanice a dát tedy dostatek času k tomu, aby NASA rozhodla, co s ní provede, až začne létat kosmický raketoplán (nakonec s řadou opoždění vývoje startoval až v dubnu 1981). Nečekaný škrt přes všechny plány udělala neobvykle vysoká sluneční aktivita, kdy korpuskulární záření začalo r. 1976 zřetelně zahřívat horní atmosféru a rychle se začala zvyšovat hustota plynů ve výškách nad 200 km. Proto všechna umělá kosmická tělesa kolem Země začala být více bržděna a dříve zanikala. Skylab byl v té době stabilizován gravitačním gradientem, což znamenalo, že svou podélnou osou mířil ke středu Země. Současně to ale je poloha, v níž zbytky atmosféry kladly Skylabu značný odpor. Ale problémy s vývojem raketoplánu odsunovaly start záchranné výpravy a v prosinci 1978 bylo jisté, že pádu nelze zabránit.

Poslouchá se to jako napínavá detektivka. A pokračování?

V polovině června 1979 klesla výška dráhy stanice na 266 km a její pád se očekával do měsíce. Hrozilo nebezpečí, že se Skylab dostane do nekontrolovatelné rotace, což by znemožnilo jeho jakékoli další řízení. Proto technici otočili stanici tak, že její podélná osa byla naorientována kolmo ke směru letu. Tím ale ještě více vzrostl její aerodynamický odpor.

10. června 1979 vydalo velitelství USAF předpověď, že Skylab zanikne na 34 981. oběhu Země. To bylo náhodné štěstí, protože právě při tom oběhu měla stanice pod sebou největší podíl moří a neobydlených lokalit pevnin. Ve 4.40 UT dne 11. července však přišla poplašná zpráva. K pádu může dojít již na počátku tohoto oběhu a hrozí nebezpečí, že by úlomky mohly spadnout do obydlených oblastí východní Kanady a amerického státu Maine. Proto bylo rozhodnuto stanici rozrotovat, a tím prodloužit její životnost o půl hodiny, takže měla spadnout doprostřed Indického oceánu. Původní plán předpokládal, že k rozrotování dojde ve výši 140 km, ale aerodynamický odpor rostl tak rychle, že se technici NASA obávali, že ztratí vládu nad stanicí, a rozhodli se manévr uspíšit.

Skylab se poslušně orientoval na Slunce, ale aerodynamické síly ve výšce asi 150 km byly již tak veliké, že se okamžitě dostal do nekontrolovatelné rotace. Uspíšení manévru znamenalo, že prodloužení doby letu bude zřejmě větší, než požadovaná půl hodina. V 15.47 UT zachytila telemetrické vysílání Skylabu sledovací stanice na Bermudách. Skylab byl v té době ve výši asi 135 km a čekalo se, že se již bude rozpadat. K velkému překvapení všech však byl ještě vcelku, ba dokonce i jeho sluneční panely byly neporušené. Jedinou známkou blížícího se zániku Skylabu byl růst teploty uvnitř.

Jak to dopadlo?

O necelou čtvrthodinu později, v 16.01 UT zachytily Skylab radiolokátory pozemní stanice na ostrově Ascension v jižním Atlantiku. Skylab se pohyboval ve výši 128 km, sluneční panely byly již odlomeny, ale telemetrický systém stále předával informace o stavu vnitřní aparatury; trup byl tedy zatím netknutý. Tehdy již začalo napětí skutečně vrcholit. Výdrž Skylabu byla neuvěřitelná a pokud by se nerozpadl, mohl by dokonce přeletět i Tichý oceán a v troskách dopadnout do hustě obydlených oblastí severozápadních států USA.

Přicházely však informace z oblasti západoaustralského města Pertu, kde bylo v té době po půlnoci, že viděli jasně zářící objekty, pohybující se po obloze. Dodatečné výpočty potvrdily, že vizuální pozorování v západní Austrálii skutečně souvisela se zánikem stanice. Obdobně jen pasivně mohl být sledován pád rozpadající se orbitální stanice Saljut 7 v únoru 1991 nad Argentinou, fragmenty Gamma observatoře 4. července 2000 jihovýchodně od Havajských ostrovů atd. Ale v některých případech jsme se už poučili - např. ruská kosmická stanice Mir, která skončila v roce 2001, byla až do posledního okamžiku řiditelná tak, že byla pomocí motorů nákladní lodi Progress M1-5 navedena do atmosféry nad pustými vodami Pacifiku. Co na tom, že tam dopadly tuny trosek původně 135 tun těžké stanice. Podobný osud čeká jednou po skončení její životnosti i dosud aktivní Mezinárodní kosmickou stanici.

Jednou z hypotéz je, že družice „padají“ v souvislosti se sluneční aktivitou. Mohl byste to prosím nějak vysvětlit?

Pokusím se. Umělé družice jsou tělesa o hmotnosti obvykle od 1 kg do tisíců kilogramů, která se pohybují po oběžné dráze kolem Země. Od cca 200 do nejčastěji několika set km. Vzduch, který v těchto výškách ještě existuje, je sice tisíckrát řidší než na zemském povrchu, ,ale přesto družice brzdí. Družice tím ztrácejí energii a pomalu sestupují do nižších výšek. Tam je ovšem vzduch ještě hustší a družice se zpomalují víc a víc a po spirále klesají k Zemi. Nakonec se dostanou do tak husté atmosféry, až se rozžhaví, zabrzdí a buď shoří celé během pádu, nebo se rozpadnou a aspoň některé její části dopadnou na zemský povrch. O tom už jsme hovořili.

Družice tedy „padají“ protože dochází k jejich brzdění zemskou atmosférou. Hustota zemské atmosféry se mění a je prokázanou skutečností, že hlavním vlivem změn této hustoty v téže výšce je sluneční aktivita. Vysoká sluneční aktivita, kdy korpuskulární záření zahřívá horní atmosféru, způsobuje vyšší hustoru plynů v ní i ve větších výškách, kde se ještě pohybují družice, tedy nad 200 – 300 km. Proto umělé družice začnou být více brzděny a rychleji tedy zanikají.

Má zvýšená sluneční aktivita další vlivy na planetární soustavu? A co vědci očekávají kolem roku 2013, kdy má být tato aktivita nejvyšší?

Zkoumáme pochopitelně nejdéle a s největším zájmem vlivy sluneční aktivity a jejich změn na nás samotné (polární záře, geomagnetické bouře a pod.) a teprve v poslední době třeba vlivy na hustotu atmosféry Marsu. Není to poprvé a ani naposledy, kdy nastává vysoká sluneční aktivita. A jak se dozvíme, mění se periodicky, ehm, podobně jako zájem novinářů …

Je Slunce aktivní v nějakých cyklech? Kdy naposledy mohlo takhle působit?

Sluneční aktivita popisuje změny v úhrnu slunečního záření a jeho spektrálního složení. Tyto změny jsou zčásti pravidelné (příkladem je jedenáctiletý sluneční cyklus) ale také nepravidelně kolísají. Zajímáme se o změny sluneční aktivity, zejména abychom porozuměli jejich vlivu na změny klimatu; dnes víme, že vysoká sluneční aktivita může ovlivnit činnost satelitů i některých zařízení na Zemi. Maximum se na Slunci projevuje mj. velkým počtem skvrn na jeho povrchu, v období minima je energie ze Slunce naopak uvolňováno nejméně (stejně tak je to s počtem slunečních skvrn). Největší riziko velkých slunečních a následně geomagnetických bouří bývá v období slunečního maxima. Pravidelně v období slunečního maxima také dochází k přepólování magnetických pólů na Slunci, což by mohlo mít úzký vliv i na stav zemského magnetického pole, pokud by byly bouře na Slunci dostatečně silné. Poslední maximum proběhlo v roce 2001, zhruba v roce 2012 by mělo dojít k zakončení celého slunečního cyklu. Ovšem minimum trvalo zhruba od roku 2005 a bylo delší, než se očekávalo, a nástup nového cyklu se výrazně opozdil prakticky až do závěru 2009, i když aktivita měla pomalu stoupat už počátkem roku 2008. Toto nečekané dlouhodobé minimum mělo zřejmě vliv na teplotu v horních vrstvách zemské atmosféry. Nyní se díky déletrvajícímu minimu mění předpovědi a přikláníme se k názoru, že vrchol nynějšího slunečního maxima proběhne až roku 2013 a bude slabší.

 

Máme nějaké poznatky od starověkých nebo středověkých astronomů ohledně sluneční aktivity?

V 17. a 18. století se sluneční aktivita na řadu let zcela utlumila. Sluneční skvrny jako znak silnější aktivity se téměř nevyskytovaly, jedenáctiletý cyklus se na dlouhou dobu úplně ztratil, což mělo za následek i ochlazení na Zemi. Toto minimum si vysloužilo název „Maundnerovo minimum”. Nedostáváme se do nového typu cyklů, jaké tu probíhají po dlouhá staletí? To zatím nevíme přesně.

Před 150 lety prožila Země událost, jaká se opakuje v průměru jen dvakrát za tisíciletí. Na Slunci došlo k obrovské erupci. Z povrchu naší hvězdy se vyřítily miliony tun kladně nabitých protonů. Obvykle putují k Zemi tři nebo čtyři dni. Tenkrát se přiřítily během pouhých 18 hodin. Rychlostí milionů kilometrů za hodinu narazily do magnetického pole Země, které jim shodou okolností stálo v cestě. Masa slunečních protonů ze sebe setřásla značnou část své energie a předala ji atomům ve svrchních vrstvách atmosféry. Vypukla nejsilnější geomagnetická bouře, jakou lidstvo pamatuje. V telegrafním vedení indukovala proudy, které vyřadily z činnosti celou síť v Severní Americe a Evropě. Telegrafní dráty pod náporem indukované elektřiny zkratovaly a někde dokonce způsobily požáry. Výpadek trval celé dva dny. Žádné další vážné problémy však nenastaly a lidé si pamatovali noci po 1. září 1859 dlouho především kvůli nádherným polárním zářím, které prosvětlily oblohu daleko na jihu. Pohledem, jenž bývá obvyklý za polárním kruhem, se tenkrát mohli pokochat třeba i obyvatelé Havany. Dnes by podobná sluneční erupce lidstvu tak lehce neprošla. Devatenácté století spoléhalo na uhlí a páru. Dnešní svět závisí na fungování elektronických zařízení, jež jsou vůči následkům obří sluneční erupce mnohem citlivější než lokomotivy a koňská spřežení. Pokud by se v nejbližší době opakovala stejná erupce, jakou Země zažila v září 1859, ochromila by satelity na oběžné dráze, vyřadila by z činnosti GPS navigaci, znemožnila by rádiové vysílání. Energetické sítě by zkolabovaly… Stojí to za další výzkum….

 Kolik je na oběžné dráze potenciálně nebezpečných objektů, které by mohly padat na Zem?

Každá družice, jaké vypouštíme od roku 1957, musí shořet v zemské atmosféře. Potenciálně nebezpečná, jak říkáte, mohou být ta tělesa, která jsou tak velká nebo částečně z tak málo hořlavých materiálů, že nestačí shořet a jejichž zbytky spadnou na Zemi. Dnes téměř každý den nějaké těleso (družice, nosná raketa) v atmosféře shoří. Nejstarším tělesem je maličká družice Vanguard 1 (start 17. března 1958, hmotnost 1,5 kg), jejíž vysílač napájený sluneční baterií umlkl v květnu 1964 a odhaduje se, že v kosmickém prostoru vydrží ještě tři století. K nejdéle aktivním tělesům patřila kosmická sonda Pioneer 6, která od prosince 1965 létá kolem Slunce a jejíž vysílač byl zaslechnut ještě v prosinci 2000. Dalšími rekordmany jsou sondy Voyager 1 a 2, které startovaly r. 1977 a v současné době opouštějí sluneční soustavu – dosud pilně pracují.

Od vypuštění prvního Sputniku bylo pomocí více než 4 800 nosných raket vyneseno na oběžnou dráhu Země přes 6 000 družic. Dnes obíhá Zemi přes 15 tisíc větších objektů (družic, zbytků palivových nádrží, nosných raket a dalších objektů spojených s kosmickými projekty, jako jsou obaly družic, zbytky zničených družic apod.). Avšak z tohoto obrovského množství jich jen několik set funguje. Zbylé objekty společně s obrovským množstvím malých objektů (jsou jich miliony o délce nad 1 mm) tvoří „kosmické smetí“.

Proč lidstvo družici cíleně nesestřelí, jak si jistě mnozí představují pod vlivem amerických sci-fi?

 Sci-fi se už stává skutečností. 14. prosince 2006 byla vypuštěna americká zpravodajská družice USA-193 o hmotnosti asi 2,5 tuny, která se nedostala na správnou dráhu a hrozil brzký zánik v atmosféře. Tvůrci však věděli, že její některé části by mohly dopadnout na Zemi, např. nádrž s jedovatým hydrazinem. Nakonec bylo rozhodnuto družici sestřelit. 21. února 2008 k ní z raketonosného křižníku USS Lake Erie byla vystřelena modifikovaná raketa typu RIM-161 "Standard Missile 3" systému protiraketového Aegis, která zasáhla po několika minutách letu družici ve výšce asi 250 km a na dráze bylo zaregistrováno několik set fragmentů, které však v krátké době zanikly v hustých vrstvách atmosféry a největší část zlomků shořela do dvou dnů po zásahu. Poslední části družice zanikly zřejmě 40 dní po sestřelení družice, aniž by jediný dopadl na povrch Země.

Družice jsme si na oběžnou dráhu de facto pověsili sami, vesmír však neustále „pracuje“ – míří k Zemi i nějaký vesmírný objekt? Jak je daleko a jak se to řeší?

Trochu jiná oblast vyprávění, ke kterému se můžeme taky jindy vrátit. Mohu ujistit: nic, o čem bychom věděli, nám nehrozí…

 

Rozhovor vznikl pro magazín Kafe.cz, s Marcelem Grünem si povídala Jana Divišová.

 

MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:

Související články

Jsme na Facebooku

Večer v TV

Celý program

Přihlášení k odběru newsletteru

Přihlaste se k odběru našeho newsletteru a neuniknou vám žádné novinky z webu i časopisu National Geographic.