Jeszcze jedna sonda, która (być może) ucieknie z Układu Słonecznego

Ludzie jak dotąd posłali w kosmos pięć obiektów spełniających wszelkie warunki, aby w przyszłości opuścić nasz układ planetarny. Ale istnieje jeszcze jedna sonda, która przy odrobinie szczęścia ma szansę do nich dołączyć.

Kilka lat temu opublikowałem tekst, w którym omawiałem pokrótce kwestie nieostrych granic Układu Słonecznego oraz trzeciej prędkości kosmicznej, potrzebnej żeby dany obiekt mógł uciec grawitacji naszej gwiazdy i podryfować dalej, w przestrzeń galaktyczną. Napisałem wtedy, że taka przygoda niemal na pewno czeka pięć urządzeń wystrzelonych dotąd przez człowieka w kosmos, mianowicie: Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 2, Voyager 1 oraz New Horizons. Każda z tych bezzałogowych sond wypełniła już główną część swojej misji (czyli badania poszczególnych planet i księżyców) i znajduje się na trajektorii pozwalającej wyskoczyć poza nasze podwórko.

Okazuje się jednak, że istnieje jeszcze jedna sonda, która być może wyfrunie poza Układ Słoneczny. Podkreślam “być może”, bo jej przyszłość pozostawia szerokie pole do spekulacji.

Sprawa dotyczy misji Ulysses, zainicjowanej przez NASA i ESA jesienią 1990 roku. Jej głównym celem były badania aktywności Słońca, jednak przebieg znacząco różnił się od choćby trwającej obecnie misji Parker Solar Probe. Przede wszystkim, Ulyssesa wystrzelono początkowo ku… Jowiszowi, a więc w kierunku przeciwnym do naszej gwiazdy centralnej. Maszyna osiągnęła przy tym prędkość 15,4 km/s – większą od wspomnianych Pioneerów czy Voyagerów, i w ogóle na swój czas rekordową. W ten sposób, po niecałych dwóch latach Ulysses dotarł do gazowego olbrzyma, mijając go w odległości podobnej do dystansu między Ziemią i Księżycem.

370-kilogramowy Ulysses powstał przy współpracy Amerykanów i Europejczyków. Został wystrzelony w 1990 roku na pokładzie wahadłowca Discovery. Pierwotnie start miał nastąpić wcześniej, ale podobnie do wielu innych misji z tamtego okresu, doszło do opóźnienia związanego z katastrofą Challengera.

Sonda nie pofrunęła jednak dalej, ku rubieżom Układu Słonecznego, lecz została zawrócona przez gigantyczną siłę ciążenia Jowisza. W większości przypadków (np. misji Voyager), asysty grawitacyjne gazowych olbrzymów wykorzystuje się raczej do nadawania sondom dodatkowego impetu i wypchnięcia ich ku zewnętrznym rejonom naszego Układu. W tym przypadku masa największej planety posłużyła do zagięcia oraz sprytnego “przekręcenia” trajektorii Ulyssesa o kilkadziesiąt stopni. Manewr pozwolił skierować urządzenie na niestandardową orbitę okołosłoneczną, ustawioną niemal prostopadle do płaszczyzny ruchu planet. W efekcie sonda stała się pierwszym instrumentem naukowym zdolnym do obejrzenia naszej gwiazdy z perspektywy jej biegunów.

Orbita sondy Ulysses
Sonda Ulysses wykorzystała grawitację Jowisza, aby przekierować się na orbitę okołosłoneczną ustawioną niemal prostopadle względem dysku Układu Słonecznego.

Orbitalna gimnastyka zakończyła się pełnym sukcesem. Między 1994 i 1995 rokiem Ulysses przeleciał pod południowym biegunem Słońca, zatoczył łagodny łuk, minął biegun północny, a następnie zawrócił stronę orbity Jowisza[1]. Sonda powtórzyła tę operację jeszcze dwa razy, zbliżając się do gwiazdy ponownie w roku 2001 i 2008. Astronomowie byli zachwyceni, ponieważ misja trwała znacznie dłużej niż przewidywano, przynosząc multum interesujących danych na temat wiatru słonecznego, unikatowych pomiarów heliosfery oraz potwierdzając istnienie 11-letnich cykli aktywności magnetycznej Słońca. Na dokładkę, sonda aż trzykrotnie[2] przelatywała przez warkocze niespodziewanie napotykanych komet.

Ostatni sygnał od Ulyssesa odebrano 30 czerwca 2009 roku – dziewiętnaście lat od startu. Formalnie martwa sonda została jednak na swojej orbicie, do chwili obecnej kursując między Jowiszem i centrum Układu Słonecznego.

W tym miejscu zaczyna się interesujący epilog tej historii. O ile mamy pewność, że przez najbliższe kilka dekad, pozostawiona sama sobie maszyna nadal będzie poruszać się po swojej aktualnej, eliptycznej orbicie okołosłonecznej, o tyle dalszą przyszłość misji przykrywa gęstniejąca z czasem mgła teorii chaosu.

Istnieje oczywiście spora szansa, że orbita Ulyssesa okaże się stabilna, co oznaczałoby, że obiekt bez zakłóceń będzie pokonywał tę samą trasę przez tysiące, jeśli nie miliony lat. Taki los swojemu “podopiecznemu” wieszczył szef projektu Ed Massey. Nie jest to jednak scenariusz pewny, ponieważ na ruch milczącej maszyny bez przerwy wpływają siły grawitacyjne mijanych obiektów. Mam tu na myśli nie tylko Słońce i planety, ale również ławice komet oraz spore księżyce Jowisza. Oto istota problemu: nie posiadamy kompletu danych o ruchu i gabarytach każdego ciała niebieskiego, ciśnieniu wiatru słonecznego, a na dodatek nie otrzymujemy już nowych meldunków od Ulyssesa, więc nie mamy pojęcia o potencjalnych odchyleniach orbity. Nasza wiedza pozostaje ograniczona i będzie z czasem tylko maleć.

Pozostajemy więc zdani na łaskę niedokładnych modeli. Według nich, największa szansa na zaburzenie obecnej trajektorii Ulyssesa nastąpi 7 listopada 2098 roku. Wtedy to sonda zanotuje najbliższe dotąd spotkanie z Jowiszem, co skończy się albo wydłużeniem jej orbity, albo wystrzeleniem poza Układ Słoneczny. Na chwilę obecną prawdopodobniejsza wydaje się pierwsza opcja, ale wystarczy aby Ulysses trafił w grawitacyjne objęcia Jowisza minimalnie szybciej niż przewidujemy, żeby został wystrzelony jak z procy.

Sonda Ulysses opuszcza Układ Słoneczny
Istnieje szansa, że grawitacja Jowisza w 2098 roku wyrzuci Ulyssesa poza Układ Słoneczny.

Margines wynosi niecałą dobę, co w perspektywie siedemdziesięciu paru lat, jakie zostały, nie stanowi wcale dużej różnicy[3]. Szanse podnoszą Io, Europa, Ganimedes, Kallisto i pozostałe satelity Jowisza, których ustawienie w 2098 roku (trudne dziś do dokładnego określenia) może dodatkowo zmodyfikować tor lotu sondy. Jeżeli na skutek któregokolwiek z tych zdarzeń, dojdzie do nagięcia orbity lub zmiany prędkości o choćby ułamek procenta, w przyszłości Ulysses stanie się kolejnym, przypadkowym ambasadorem ludzkości w przestrzeni międzygwiezdnej.

Literatura uzupełniająca:
J. Mehta, The Simple Physics Trick That’s Allowed Us to Venture Deeper Into Space, [online: thewire.in/the-sciences/gravity-assists-flybys-bepicolombo-parker-probe];
D. Shiga, Ulysses solar spacecraft freezing to death, [newscientist.com/article/dn13370-ulysses-solar-spacecraft-freezing-to-death/];
Ulysses overview, [online: esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Ulysses_overview];
K. Ziołkowski, Poza Ziemię. Historia lotów międzyplanetarnych, Warszawa 2017;
Warto też rzucić okiem na ciekawą dyskusję z forum unmannedspaceflight.com.
[+]
Ultramasywna czarna dziura – pasibrzuch z Holm 15A Kiedy wszechświat krzyczy: “Wow!” Gdy czas był przestrzenią: Model Hawkinga-Hartle’a