Jak daleko je Deimos od Mars?

Před 145 lety, v srpnu 1877, byly na oběžné dráze Marsu objeveny dva přirozené satelity – Phobos a Deimos. Ukázalo se, že jsou to jedny z nejpodivnějších měsíců v celé sluneční soustavě. Pojďme zjistit, co je na nich neobvyklého.

Kolik měsíců má Mars?

K dnešnímu dni jsou Phobos a Deimos jedinými satelity objevenými na oběžné dráze Marsu. Předpokládá se, že planeta může mít více satelitů (o velikosti 50-100 metrů), ale dosud nebyly nalezeny.

Phobos

• PoloměrNajeto: 11,2 km
• Hmotnost: 1,0659×10^16 kg
• Období oběhu: 7 h 39 m 12 s
• Povrchová teplota: -4 °C až -112 °C
• Orbitální vzdálenost: 9 km
• Orbit: synchronní
• Zdánlivá velikost: 11,8
• Pojmenoval podle: Řecký bůh strachu

Deimos

• PoloměrNajeto: 6,2 km
• Hmotnost: 1,4762×10^15 kg
• Období oběhu: 30,3 hod
• Povrchová teplota: -40,15 °C
• Orbitální vzdálenost: 23 km
• Orbit: synchronní
• Zdánlivá velikost: 12,89
• Pojmenoval podle: Řecký bůh hrůzy

Teorie původu satelitů Marsu

Existuje několik teorií o původu přirozených satelitů Marsu. Pojďme se na ně podívat blíže.

Bývaly to asteroidy

Vzhledem k jejich nepravidelnému tvaru a velkému počtu kráterů na povrchu mohou být Phobos a Deimos asteroidy zachycené gravitační silou Marsu (jako Saturnův Phoebe nebo Neptunův Triton). Blízké kruhové dráhy marťanských satelitů jsou však v tomto scénáři nepravděpodobné. Počítačové simulace ukazují, že pokud by Phobos a Deimos byly skutečně asteroidy, měly by mnohem nepravidelnější oběžné dráhy.

Vznikly v důsledku silné srážky

Marsovské měsíce mohly vzniknout v důsledku silného dopadu (jak se pravděpodobně stalo s naším Měsícem a měsíci Pluta). Kameny a úlomky vzniklé při srážce skončily na oběžné dráze Marsu. Ale, stejně jako u asteroidů, počítačové simulace tuto teorii vyvracejí. Zjevně neexistuje žádná kombinace parametrů dopadu, která by mohla vést ke vzniku tak malých a lehkých satelitů, jako jsou Phobos a Deimos.

Vznikly z kamenů a prachu kolem Marsu

Phobos a Deimos se mohly vynořit z obřího disku kamenů a prachu, který obíhal Mars během raných fází formování sluneční soustavy. Tak vznikla většina měsíců Jupitera, Saturnu a Uranu. Vědci se ale domnívají, že taková formace vyžaduje přítomnost obrovského a masivního disku; i kdyby kolem Marsu kdysi existoval, je mnohem pravděpodobnější vznik jednoho velkého satelitu z něj než vznik dvou malých.

Jsou to pozůstatky zničeného satelitu

Vzhledem k tomu, že tři předchozí hypotézy, které vysvětlují vznik dalších přirozených satelitů, nemohou vysvětlit původ Phobos a Deimos, přišli vědci s novou verzí.

Nedávné studie ukázaly, že oběžné dráhy Phobos a Deimos se mohly protnout před 1 až 2,7 miliardami let. To naznačuje, že jejich předchůdcem byl velký měsíc, který se pravděpodobně rozlomil silnou srážkou. Trosky z tohoto měsíce mohly spadnout na povrch Marsu, což vysvětluje větší počet kráterů na planetě.

K potvrzení této hypotézy je potřeba více dat. Vědci doufají, že je získají z průzkumné mise Martian Moons, kterou plánuje spustit Japonská agentura pro průzkum letectví. Účelem mise bude studovat satelity a sbírat vzorky půdy z Phobosu. Původ marťanských měsíců nám pomůže lépe porozumět formování sluneční soustavy.

Kdo objevil měsíce Marsu?

Americký astronom Asaph Hall objevil měsíce Marsu v roce 1877. První satelit, který pojmenoval Deimos, objevil 12. srpna 1877; Druhou družici viděl o šest dní později, 18. srpna 1877, a pojmenoval ji Phobos.

Astronomové poprvé navrhli, že Mars měl měsíce v 17. století, kdy byly objeveny měsíce Jupitera. K takové myšlence je ale dotlačily nikoli výpočty nebo pozorování, nýbrž jednoduchá chyba.

Z důvodů ochrany soukromí použil Galileo Galilei ve svých dopisech Johannesu Keplerovi anagramy. Když si Galileo poprvé všiml něčeho zvláštního poblíž Saturnu, poslal Keplerovi anagram, který znamenal „Nejvyšší pozorovaná trojitá planeta“. Galileo měl na mysli Saturn a jeho prstence (které si spletl s měsíci, protože v jeho primitivním dalekohledu vypadaly jako tečky). Kepler anagram rozluštil jako „Mars má dva měsíce“, což samozřejmě byla pravda, ale žádný z astronomů to netušil.

V té době byly dalekohledy příliš slabé na to, aby ukázaly malé marťanské měsíce letící velmi blízko planety. Po této podivné shodě okolností se astronomové další dvě století snažili najít měsíce Marsu.

Proč se tak měsíce Marsu nazývají?

Asaph Hall pojmenoval měsíce Marsu po dvojčatech z řecké mytologie – Phobos, bůh strachu, a Deimos, bůh hrůzy. Phobos a Deimos byli synové Arese, řeckého boha války. V římské mytologii je Ares známý jako Mars.

Často kladené dotazy

Jak se jmenují měsíce Marsu?

Víme o dvou satelitech Marsu – Phobos a Deimos. Oba jsou velmi malé: poloměr Phobos je 11,2 km a Deimos pouze 6,2 km.

Ztratí Mars své měsíce?

Výpočty ukazují, že Deimos se postupně vzdaluje od Marsu a nakonec opustí jeho oběžnou dráhu; Phobos se naopak k planetě blíží a pravděpodobně se s ní jednou srazí.

Co přesně se stane s Phobosem?

Mars zničí Phobos. Gravitace Rudé planety přitáhne Phobos každých sto let o 1,8 metru. Při této rychlosti za 50 milionů let satelit buď narazí na povrch Marsu, nebo se rozletí a vytvoří kolem planety prstenec.

Kdo objevil dva měsíce Marsu, Phobos a Deimos?

Americký astronom Asaph Hall objevil Phobos a Deimos v srpnu 1877. Nejprve 12. srpna viděl Deimose, 18. srpna pak Phobos. Pátrání po měsících Marsu prý málem vzdal jen den před objevením Deimosu, ale jeho žena ho přemluvila, aby v pozorování pokračoval.

Shrnout: Oba Marsovy měsíce, Phobos a Deimos, patří mezi nejpodivnější měsíce ve sluneční soustavě. Jsou malinké, tvarem připomínají asteroidy a jejich oběžná dráha je blíže k jejich planetě než kterýkoli jiný satelit. Jejich původ je navíc odlišný od původu ostatních satelitů a zdá se na první pohled téměř nemožný.

Mars začal být studován před 3,5 tisíci lety ve starověkém Egyptě, ale teprve s rozvojem technologie vědci získali skutečné pochopení planety. Nyní víme, že má led, atmosféru a dokonce i organickou hmotu. To vše dělá z Marsu potenciálního kandidáta na roli budoucí kolonie pro lidstvo. Ale kromě technických potíží s posíláním lidí na Rudou planetu je tu ještě jedna výzva: vzdálenost.

Jak dlouho letět na Mars ze Země: vzdálenost

Mars je čtvrtá planeta nejvzdálenější od Slunce a „soused“ Země. Průměrná vzdálenost mezi Zemí a Marsem je 225 milionů km. Tato hodnota se však neustále mění z několika důvodů:

• obě planety obíhají kolem Slunce po elipsoidní dráze;
• Dráhy Marsu a Země jsou vůči sobě nakloněny.

Mars a Země budou k sobě nejblíže v okamžiku, kdy je Rudá planeta v bodě své oběžné dráhy nejblíže Slunci (perihelium) a Země v nejvzdálenějším bodě (aféliu). V okamžiku tohoto maximálního přiblížení – v pozici opozice – bude vzdálenost mezi nimi 54,6 milionů km. Když jsou planety na opačných stranách Slunce, vzdálenost mezi nimi je asi 401 milionů km.

Období, kdy Země dohání Mars a planety se řadí do řady, nastávají každých 26 měsíců. Astronomové tento okamžik nazývají „opozice Marsu“, protože Rudá planeta a Slunce jsou na opačných koncích oblohy. Podle NASA bude 12. ledna 2025 vzdálenost mezi Zemí a Marsem 96 milionů km, 20. února 2027 – 101,4 milionů km a 29. března 2029 – 96,8 milionů km.

A jednou za 15–17 let se planety setkají ve vzdálenosti menší než 60 milionů km. Například v roce 2003 byla vzdálenost mezi Marsem a Zemí 56 milionů km. Vědci nazvali tento jev „velkou konfrontací mezi Zemí a Marsem“. Opozice Marsu je událost, kdy se Slunce, Země a Mars pohybují po svých drahách v přímce.

Poloha Marsu a Země během přiblížení (Foto: NASA)

Jak dlouho trvá let na Mars?

Podle výpočtů profesora fyziky Craiga Pattena z Kalifornské univerzity v San Diegu bude cesta na Mars trvat asi 270 dní (nebo devět měsíců) během období opozice Marsu. Stejně dlouho trvá, než se dostanete zpět.

Potíže s výpočtem

Mars a Země se neustále pohybují na svých drahách, takže je nemožné poslat raketu nebo loď v přímé linii. Hlavní roli při výpočtu optimálního času pro start kosmické lodi hraje zvolená dráha letu.

Jak řekl Alexander Trokhimovsky, výzkumník z Oddělení fyziky planet a malých těles Sluneční soustavy Ústavu kosmického výzkumu Ruské akademie věd, moderní mise používají eliptickou trajektorii: zdá se, že raketa ze Země dostihne. s Marsem. Eliptická (Homann) trajektorie je pojmenována po německém vědci Walteru Homannovi, který ji popsal v roce 1925. S touto variantou trvá let na Mars od 150 do 260 dní. Zařízení je vypuštěno na druhou únikovou rychlost, od 11,2 do 12 km/s, v období, kdy Země dohání Mars a planety se řadí – jednou za 26 měsíců.

Existují další trajektorie: parabolická a hyperbolická. S parabolickou trajektorií startuje sonda ze Země třetí únikovou rychlostí – 16,65 km/s. S hyperbolií loď poletí k Rudé planetě rychlostí vyšší než je třetí vesmírná rychlost. Podle Alexandra Trokhimovského vám tyto trajektorie umožňují dostat se tam rychleji, ale mnohem více paliva je potřeba jak při startu, tak při brzdění – vstupu na oběžnou dráhu kolem Marsu.

Vědec Noam Isenberg z Johns Hopkins University v roce 2020 navrhl alternativu ke klasickému scénáři letu na Mars – využít gravitace jiného masivního nebeského tělesa. Na cestě k Rudé planetě nebo z ní je kosmická loď požádána, aby proletěla blízko Venuše. Když posádka proletí kolem, bude moci využít gravitaci Venuše ke zrychlení nebo změně kurzu lodi. Takový gravitační manévr nejen zkrátí dobu mise, ale také sníží její náklady. Technologie gravitačního manévru existuje již několik let. Například Voyager 1 a Voyager 2 prováděly gravitační manévry kolem Jupiteru a Saturnu.

Trajektorie Marsu Noama Izenberga (vlevo), Hohmannova trajektorie (vpravo) (Foto: Izenberg, et. al./(JHUAPL))

Snížená doba letu

Vesmír je pro lidi nepřátelské prostředí. Vědci proto hledají způsoby, jak zkrátit dobu letu na Mars. NASA například plánuje postavit raketu s jaderným pohonem, která dokáže dopravit člověka na Mars za pouhých 45 dní pomocí eliptické trajektorie.

Moderní kosmonautika využívá chemické raketové motory. Z nich mají kapaliny nejvyšší specifický impuls. Takový pohonný systém se skládá ze samostatných nádrží s kapalným okysličovadlem a palivem, spalovací komory a odstředivých čerpadel pro zásobování palivem.

Jaderné raketové motory budou vytvářet tah díky jaderné energii. Teplo získané po rozpadu radioaktivních látek se plánuje využít k ohřevu kapalného vodíku. A aby se předešlo riziku havárie při startu, reaktor se zapne až po dosažení oběžné dráhy. Vznik jaderných raket vyřeší řadu klíčových problémů. Za prvé, budou schopny dosáhnout vysokých rychlostí, což zkrátí dobu cesty na Mars z devíti měsíců na šest týdnů. Za druhé, konstrukce vyžaduje méně paliva. Uvolněné místo lze využít k naložení dalšího vybavení. Za třetí, po příletu na Rudou planetu budou moci astronauti využívat reaktor jako zdroj energie.

Aby tuto myšlenku realizovala, spojila NASA své síly s agenturou Defence Advanced Research Projects Agency, vojensko-průmyslovou korporací Lockheed Martin a BWX Technologies. Funkční prototyp by měl být hotov do roku 2025.

Jak dlouho trvá dostat se rychlostí světla na Mars?

Aby vědci změřili astronomickou vzdálenost za Zemí, vytvořili termín „světelný rok“. Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok. Světlo se šíří rychlostí 299 792 458 m/s. Při této rychlosti urazí za rok 9,46 bilionu km.

“Rychlostí světla se můžete dostat na Mars za něco málo přes tři minuty, ale tato doba popisuje pouze přenos signálů.” Pro opravdovou cestu potřebujete alespoň více času na zrychlení a brzdění.“

Britský vědec James O’Donoghue vytvořil animaci, která demonstruje, jak dlouho by světelnému fotonu trvalo, než by se dostal k Marsu při svém největším přiblížení k Zemi.

Měsíc je nejblíže Zemi. Vzdálenost mezi planetou a satelitem je 384,4 tisíc km. Světelný foton vyslaný ze Země dosáhne Měsíce za 1,25 sekundy.

Slibné mise

První kosmická loď vyrazila na průzkum Marsu v 1960. letech minulého století. Během této doby se 50 vesmírných objektů pokusilo dostat na oběžnou dráhu nebo provést měkké přistání na povrchu planety. Ale ne všechny mise byly úspěšně dokončeny.

Foto: Evropská kosmická agentura

V roce 2020, během dalšího sblížení obou planet, se na Mars vydaly mise z několika zemí najednou: Číny, USA a SAE. Všem kosmickým lodím se podařilo dosáhnout svých cílů.

• Kosmická loď Spojených arabských emirátů s názvem Al Amal studuje atmosféru, změny počasí na různých místech Marsu a hledá souvislosti mezi současným a starověkým klimatem planety.
• Rover Perseverance přistál na povrchu Marsu 18. února 2021. Na palubě bylo připevněno zařízení pro získávání kyslíku z atmosféry Rudé planety a bezpilotní vrtulník Ingenuity.
• Čínská sonda Zhuzhong provedla měkké přistání na planetě 15. května 2021. Rover hledal známky života na Marsu. V roce 2022 přešel rover po 358 dnech provozu do režimu hibernace.

V blízké budoucnosti se lidé mohou vydat také na Mars. Na dosažení tohoto cíle pracují nejen vládní organizace všech zemí, ale i soukromé korporace. Například zakladatel SpaceX Elon Musk usiluje o vytvoření kolonie na Marsu. Miliardář věří, že tohoto cíle lze dosáhnout do roku 2028 a do roku 2033 je takový scénář ještě pravděpodobnější. Šéf NASA Bill Nelson věří, že lidé přistanou na Marsu nejdříve v roce 2040. Předtím je ale potřeba vyřešit řadu klíčových problémů.

1. Doba letu. Se současnou raketovou technologií by cesta na Mars a zpět trvala asi 21 měsíců, astronauti by na Marsu museli čekat asi tři měsíce, než by se obě planety dostaly do pozic potřebných pro návrat. Astronauti tak budou dlouhou dobu v omezeném prostoru bez gravitace a s přerušovanou komunikací se Zemí. Takové podmínky vyžadují od posádky speciální fyzickou a psychickou přípravu.
2. Nedostatek kosmických lodí. V současnosti neexistuje žádná technologie, která by posílala lidi na Mars a zpět. Meziplanetární mise takového rozsahu by pravděpodobně byla jednou z nejdražších a nejsložitějších inženýrských výzev.
3. Vysoká úroveň radiace. Hlavní překážkou pilotovaných misí je kosmické záření. Zatímco je loď blízko Země, magnetické pole planety a atmosféra chrání posádku před účinky galaktického kosmického záření, energetických částic, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla a pronikají do lidského těla. Jeden den ve vesmíru je ekvivalentní radiační expozici Země za rok. Druhým zdrojem kosmického záření je sluneční kosmické záření. Vysoká úroveň radiace byla zaznamenána i na povrchu samotné Rudé planety. K tomu, aby astronauti mohli na Marsu zůstat delší dobu, jsou potřeba speciální obleky.