A Naprendszer felfedezése

A földi élet folyamatosan kölcsönhatásban áll környezetével. Gyakran nem tudatosul bennünk, hogy ebbe beletartozik a világűr, a naprendszerből származó számtalan hatás is. A világűr barátságtalan környezet, jól sejtette ezt Madách a múlt század közepén. A Föld mágneses tere, a légkör megvédi a bioszférát számtalan külső támadástól, másokhoz az élőlények adaptálódtak; de a világűrbéli folyamatok számtalan módon hívják fel figyelmünket az ott működő hatalmas energiákra. Egy nap-fler során 1029 joule energia szabadul fel rövid idő alatt, ez százszor annyi, mint amennyit a paksi atomerőmű az ősrobbanás óta termelt volna! A napkorona anyagkilövellései 109 tonna anyagot juttatnak a világűrbe percek alatt, többet, mint amennyi száz Gellért-hegy tömege. E hatalmas energiák megzavarják a földi technika működését, és a technika fejlődésével egyre jobban ki vagyunk szolgáltatva a világűrből érkező zavaroknak.

Alighogy a telegráfok megkezdték működésüket, már 1847-ben(!) H. Barlow, az angliai Midland Vasutak mérnöke észrevette (és részletes méréseit 1849-ben publikálta), hogy a telegráf tűinek spontán kilengései összefüggésbe hozhatóak a sarki fény jelenségeivel, valamint azt is, hogy a különböző helyeken észlelt rendellenességek azonos időben történtek, és kapcsolatban állnak a napszakok változásaival. Az 1847. november 17-i igen erős sarki fény során azt észlelték Olaszországban, hogy a telegráfok vasalkatrészei Pisa és Firenze között akkor is az elektromágnesekhez tapadtak, ha azokat lekapcsolták az áramforrásukról. A múlt században persze még nem volt ismeretes, hogy mindez a Nap működéséhez társítható, hiszen a Nap felszíne körül lejátszódó folyamatokat csak az elmúlt évtizedekben kezdtük megismerni, és szinte nap mint nap új tudásra teszünk szert a most folyó űrbeli kísérletek eredményeképp. Mintegy 35 éve tudjuk, hogy a Nap kiáramló anyaga elönti a naprendszert, közvetlen kapcsolatot teremtve más égitestekkel, de ennek mechanizmusát, a Nap működésének módját csak most kapizsgáljuk. Márpedig technikánknak el kell tudni viselni e hatásokat, különben sem a földi, sem az űrbeli rendszereink nem fognak működni.

A Naprendszer megismerése az elmúlt évtizedek nagy eseménye volt. Azt persze századok óta tudjuk, hogy a Nap körül bolygók, aszteroidák, üstökösök keringenek, - de mint ahogy nagyon más egy csinos emberi lényt távolról csodálni, mint közelről megtapasztalni – a naprendszer testjei is más képet mutattak közelről, amikor robotikus érzékszerveinkkel közelről vizsgálhattuk őket. Igaz tehát, hogy a naprendszer felfedezése a mai kor emberének élménye.

A Pallas Nagy Lexikona, "az összes ismeret enciklopédiája", 1897-ben a Vénuszról ezt írta: "… minden jel arra mutat, hogy sűrű légkörrel bír, … sűrűsége majdnem kétszer akkora, mint a Föld felületén. … A spektrálanalízis tanúsága szerint a két légkör összetétele nagyon lényegesen különböző nem lehet.” A Marsról ezt olvashattuk: “ légkörének összetétele nem tér el lényegesen a mienktől, főleg vízpárákat tartalmaz … tekintélyes légkör jelenlétét és benne köd és felhőképződést (tapasztalunk) … a felület sötét foltjai víz(-re utalnak) …”. A Vénuszról még az 1962-es kiadású Új Magyar Lexikon is azt írta: “ … nappali felszínének hőmérséklete +80 - -100 Co körül van.” A Marsról ez a furcsaság szerepel: “feltételezhető, hogy a tengerek területén alacsonyabb rendű növényzet él.” E tévhiteket az űrszondák helyszíni mérései oszlatták szét. A légkör a Vénusz felszínén sűrű és forró, a hőmérséklet 400 Co feletti, a légnyomás a földinek mintegy kilencvenszerese, a légkör fő komponense a széndioxid (a földi légkörben a nitrogén a domináns). A Mars légköre rendkívül híg, és szintén főképp széndioxidból áll, folyékony vizet a felszínen nem látunk.

Új ismeret, hogy a világűr NEM ÜRES! Híg anyag tölti ki, ennek zöme a napból áramlik ki, de bonyolult folyamatok útján a távoli csillagok, galaxisok is eljuttatják atomjaikat, molekuláikat közelünkbe, és ha valaki csillaganyagot szeretne érinteni, alig kell néhány száz kilométerrel a Föld felszíne fölé emelkednie. A világűr is tartományokra oszlik a szerint, hogy a domináns anyag honnan származik: a naprendszernek van határa, amelyen belül a Nap anyaga van többségben; és ez határ a plazmafizikai folyamatok eredményeképp éles, akárcsak országunk határa. Robotérzékszerveink száguldanak e határ felé, a “határőrök” rádiójelzéseit már érzékelik, és talán 10-20 év múlva útlevelet kell felmutatniuk.

Ha egy követ feldobunk, visszaesik. Ha a kő sebességét egy rakéta 8 km/s közelébe gyorsítja, keringeni kezd a Föld körül. Ha sebessége meghaladja a 11 kilométert másodpercenként, elhagyja a Földet, és Nap körüli pályára kerül. Ezt a sebesség határt ember alkotta tárgy, a Luna 1 szonda 1959-ben lépte át. Aki autót vezet, tudja, más száguldani, és más időben lefékezni. Új technikai határ volt, amikor űrszondát először tudtak lefékezni, és még nagyobb eredmény volt, amikor ember alkotta szerkezet simán leszállt a Holdra 1966-ban (Luna 9 és Surveyor 1). Egy űrszonda célbajuttatásához energiára van szükség, mert út közben kell módosítani a szonda mozgását. Ezt az energiát vagy hajtóanyag formájában a fedélzeten cipelik, vagy ügyes módon energiát lopnak a távoli bolygók gravitációs energiájából. Bár lopni már a régi görögök is tudtak, bolygóktól energiát lopni csak 1974 tanultunk meg, amikoris a Mariner 10 szonda útban a Merkúr felé a Vénusz energiáját csapolta meg. Búgócsigával biztos mindenki játszott, de csak kevés történész tudja, hogy a búgócsiga meglepő stabilitását a perdület (azaz impulzusmomentum, egy test tömegének és sebességének szorzata a forgástengelyre vonatkoztatva) megmaradása okozza. Egy Földről fellőtt rakéta hordozza azt a perdületet, amit a Föld Nap körüli mozgása okoz; amíg ezt nem tudjuk változtatni, a Naprendszert csak egy síkben, a bolygók pályasíkjában vizsgálhatjuk. A perdület-börtönt 1992-ben sikerült áttörni, az Európai Űrügynökség Ulysses nevű szondájával kezdődhetett meg a Naprendszer háromdimenziós szerkezetének vizsgálata, a Napra “alulról” 1994-ben nézhettünk le először.

A naprendszer kutatására induló szondák működéséhez széleskörű, folyamatos földi szolgáltatások is kellenek; e háttér miatt hívják ezeket misszióknak, maga az űreszköz csak “a jéghegy csúcsa”. Nem érdektelen áttekinteni a földi infrastruktúrát, és mindazt a tevékenységet, ami a szonda startját megelőzi, mielőtt az eredményekről beszélnénk. A munka a tudományos program kiválasztásával kezdődik: mit akarunk megvizsgálni, ehhez milyen mérőeszközök kellenek, mennyi ideig kell ezeknek működni, és milyen mennyiségű adatot fognak szolgáltatni. Ritka, hogy a kitűzött célt meglevő berendezésekkel meg lehet valósítani, fejlesztésekre van általában szükség. A következő lépésben a célokhoz meg kell tervezni a hordozóeszközt, a szonda pályáját, és az adatforgalom módját. A pálya alapján eldönthető, milyenek lesznek a hőmérsékleti viszonyok a szondán, ez meghatározza, mennyire kell a mérőeszközöket védeni, hűteni vagy fűteni. A világűrben a meleg és a hideg egyaránt akadály, a szonda melegszik a napsütötte oldalon, de nagyon lehűlhet az átellenes felület; az elektronika működésének viszont hőmérsékleti korlátai vannak. Meg kell tervezni a szonda sugárvédelmét, mert a hosszú út során begyűjtött surárzásmennyiség tönkre teheti az elektronikát. Távoli bolygók vizsgálata esetében a napelemek már nem tudnak elegendő energiát szolgáltatni (bár e téren is jelentős a fejlődés), radioaktív energiaforrásokra van szükség. A hatékony rádiókapcsolathoz jó antennák kellenek, a fedélzeten és a földön egyaránt. A földi hálózat sok tízméter átmérőjű hatalmas antennákból áll, gondoskodni kell, hogy a föld forgásától lehetőleg függetlenül mindig lehessen a szondával kommunikálni. Ez a földi szolgálat meglehetősen túlterhelt, a missziók között a beszélgetési lehetőségeket jól kell szétosztani. Emiatt az adatokat a szonda fedélzetén tárolni kell, és csak a beszélgetésre rendelkezésre álló időszakban hívhatóak le. A telekommunikáció korlátai jelentik ma is az egyik legszűkebb keresztmetszetet, hiszen minek egy mérést megcsinálni, ha az adatokhoz nem lehet hozzájutni. Fontos szerephez jut a fedélzeti előfeldolgozás (adatválogatás, tömörítés), de ennek veszélyei is vannak, mert ha ez elromlik, csak nehezen javítható. Bár ma már követelmény, hogy legalább a fedélzeti programok módosíthatóak legyenek.

A tervezés fenti fázisa zömmel még “papíron” történik, és számos alkut kell kötni az ellentmondó kívánalmak miatt. Ha mindezek után a misszió még lehetségesnek látszik, és pénz is van rá, megkezdődik a tényleges munka. Egy űrszonda alkatrészeit egy (vagy több) kontinens több helyén készítik, és ezeket össze is kell tudni illeszteni. A misszió kezdete és befejezése között hosszú idő telik el, és ez alatt nem veszhet el lényeges ismeret. Mindezek miatt az illeszkedő felületek pontos meghatározása, a munkák pontos dokumentálása, a változtatások pontos rögzítése és a partnerekkel való megismertetése hatalmas erőfeszítés. Egy szonda súlya ritkán több, mint amennyit a dokumentáció nyom.

A szonda létrehozása sok lépésben történik. Először megépítik a súly és térfogatekvivalens modellt, és ezen elvégzik a mechanikai terhelési vizsgálatokat, a rázáspróbákat, a súlyelosztás ellenőrzését. Ez csaknem mindig felszínre hoz hibákat. A következő lépésben a hőekvivalens modellt vizsgálják napszimulátorok segítségével, nincs-e túlmelegedés, vagy túl hideg valahol. Megindul az elektronika tervezése, összepróbálása, és ha kell, az elektronikus alkatrészek bevizsgálása, bírják-e a várható terheléseket (azon vizsgálatokon túlmenően, amit elvégeznek az "űrkvalifikált” minősítéshez). Megépítik a szonda elektronikus ekvivalensét, ezen végigpróbálják a működést, ellenőrzik, hogy az egyik berendezés működése nem zavarja-e egy másikét; tesztelik, hogy az elektronika nem romlik-e majd el a tervezett élettartam előtt. A számos próba a szonda építésének igen időtrabló és költséges szakasza; a hibaelhárítás sokszor eredményez költségtúllépést, különösen akkor, ha a fellövés időpontja kozmikus eseményhez kötött és nem módosítható. A tesztberendezések hatalmas méretűek, hiszen a teljes szondát befogadják, ennek megfelelően drágák is. A tesztelés fontos eleme az is, hogy kipróbálják, hiba fellépése esetén hogyan viselkedik és védekezik a rendszer, hiszen minden létfontosságú berendezés rendelkezik beépített tartalékokkal. Könnyű elképzelni, hogy valamennyi lehetséges üzemmód kipróbálása mennyi időt vesz igénybe. A próbákat persze nem elég elvégezni, az eredményeket ki is kell értékelni. (A Hubble űrtávcső esetében az egyik tesztet nem értékelték ki megfelelően, és nem vették észre, hogy a távcső nem lát élesen. Ehhez hozzájárult, hogy egy másik ellenőrzést viszont elspóroltak.)

Mindezek után kerülhet sor a repülő egységek megépítésére, ezeket természetesen szintén tesztelik. Arra vigyázni kell, hogy az alapos teszt után maradjon működőképes berendezés, például a csatlakozókat nem szabad akár hányszor összedugni, stb. Ha ebben a fázisban lép fel hiba, egyszerű javításra nincs mód, tartalékegységet kell használni. Ezért épül mindenből kettő. A tartalékegységet nem dobják ki, a fellövés után ezen szimulálják a fedélzeti működést.

Számos technikai akadályt küzdöttünk le az eddigi missziók során, és a magyar mérnökök eredményei jelentősek. Magyar berendezésben használtak először mikroprocesszort az Interkozmosz együttműködésen belül, látás alapján mechanikát vezérlő űrrobotot először magyar mérnökök készítettek a Halley üstökös megfigyelésére. Hazai fejlesztés az űrhajósok sugárterhelését legegyszerűbben mérő készülék. De vannak másfajta akadályok, amikkel még nem tudunk mit kezdeni: még nem tudunk a Nap közelébe menni a hihetetlen meleg miatt, nincs még anyag, ami ellenáll a Jupiter légköre nagy nyomásának, nem tudunk mélyre ásni bolygókon, sőt, még csak most tanulunk robotikusan közlekedni a felszínen, és így tovább.

De mik is voltak az eddigi mérföldkövek?

Talán az első az volt, hogy a Föld környezetének éles a határa. A Luna 2 szonda töltött részecske detektora mutatta ki először 1959-ben hogy kb. négy földsugárnyi távolságban a Földet körülvevő plazma (töltött részecskék) sűrűsége ugrásszerűen lecsökken. A mérést K. I. Gringauz végezte, akinek a magyar űrkutatás is nagyon sokat köszönhet, sokunk tanítómestere volt. 1962-ben mérték ki először az amerikai Mariner-2 szondán, hogy a Napból folyamatos a részecskekiáramlás, ez az u.n. napszél, ez kitölti a naprendszert; a Föld körül a mágneses tér jelen csak akadályt. Létét már észlelték 1959-ben a Luna 2 és 3 orosz szondákon is, de mivel ezeket ki kellett lőni egy pártkongresszus kezdetére, annak ellenére, hogy addigra nem lett kész a fedélzeti adattároló és ez megakadályozta a folyamatos észelést és az eredmények helyes értelmezését. Annak a felismerése, hogy a Napból származó és a földi töltött anyag kölcsönhatása alakítja nem is oly távoli dinamikusan változó környezetünket, eredményez éles határokat és ugrásokat; annak a mechanizmusnak a megértése, hogy a Föld mágneses tere hogyan véd minket a Nap hatásaitól, revelációként hatott a kutatókra.

Az első bolygókutató szondák 1961-ben indultak útjukra, a Vénusz és a Mars volt a két közeli, vonzó, de még elérhető cél. (A Hold kutatásával a .. részben foglalkozunk.)

Az első szonda, amely leszállt egy másik bolygó felszínére, a Vénuszra, a Venyera-7 volt 1970-ben, és 23 percig végzett méréseket, tovább nem állta a meleget. Az első TV képek 1975-ben érkeztek a Földre a Venyera 9 és 10 leszálló egységének fedélzetéről, amelyek egy idegen bolygót mutattak. Ezek voltak az első TV képek a világűrből, és valószínűleg nagyobb hatást tettek, mint bármilyen tudományos összefoglaló. Az “akkori CNN” nem a háburúkat, hanem a tudományos újdonságokat hozta a szobánkba. És hosszú ideig csodás képsorozatok érkeztek. Az amerikai Voyager szondák 1977-ben indultak a nagy útra, kihasználva a bolygók egy ritka együttállását, ugyanaz a szonda volt képes meglátogatni valamennyi nagybolygót. Egy év 7 hónapig tartott az út a Jupiterig, további 3,5 év után a Szaturnusz került kameravégre, majd az Uránusz és a Neptunusz következett. E képek csodás világokat tártak fel, minden égitest más volt, a Jupiter holdjai nem hasonlítanak egymásra, nem méretük, hanem planetológiai előéletük miatt. Minden új volt, minden más, mint várakozásunk, minden meglepő, csodás. Úgy tűnt, a világűr meghódítható; egymás után születtek a sci-fik, képzeletben bejártuk a galaxist. Új hősők születtek: az űrhajósok, Hollywoodból hódító útra indult a “Csillagok háborúja”. A Pioneer 10 szonda magával vitte az emberiség névjegyét, azt akartuk, tudja mindenki, létezünk és hódító útra indultunk. Nem kétséges, hogy az űrkutatás e szakasza megváltoztatta a közgondolkodást. Ehhez járultak az egyéb technikai csodák, a miniatűr micsodák. 198x-ben ült össze az ENSZ II. Világűrkonferenciája, egy kérdéssel a közponban: hogyan részesülhet mindenki az űrtevékenység áldásaiból, a fejlődő országok, meg mások akiknél talán még villany sem volt.

Mindenki részt akart az elsőségből. Az első találkozásra egy üstökössel 5 űrszonda indult, és egy hatodikat is e célra állítottak át, a csapodár Halley üstökös persze mindenkivel randevúzott. A magyar űrkutatóknak ez szerencsét hozott, hiszen nagy erőkkel vettek részt a Halleyhez induló szovjet szondák felműszerezésében, de a találkozáskor a magyarok eredményeivel lett tele a világsajtó, az ABC “Nightline” műsorában a magyar vendég volt az attrakció. És persze az üstökös is más volt, mint ahogy elképzeltük, ennyire szabálytalan alakú, az éjszakánál sokkal feketébb égitestet először láttunk, pedig ráadásul hóból gyúrták.

Minden eufória után kijózanodás következik, hosszabb-rövidebb másnapossággal súlyosbítva. Kiderült, hogy az űrkutatás túl drága, és a haszna nem is olyan egyértelmű. Innen számítható az űrtevékenység nagykorúvá válása. Köztünk él, nem létezhetünk nélküle, de már kevésbé csodáljuk; feleség lett. Megváltozott a kutatás koncepciója és stratégiája is. Az új koncepciót a NASA jelenlegi vezetője, Sam Goldin fogalmazta meg, kiadva a jelszót: cheeper, faster, better. Ez azt jelenti, hogy a nagy, drága, a megépítéshez hosszú időt igénybe vevő missziók helyett sok, kis, apró, olcsó szondát kell indítani; sok, azonos stratégia célt követő szonda együttese jelentve a missziót. E megközelítés haszna a Mars kutatásában beválni látszik. A stratégiai cél anyagminta visszahozása, de ezt nem egy szondával érik el, az évtized közepétől sok kis szonda indult el, kipróbálandó a technológiai feladatok egyes elemeit, információt gyűjtendő a következő lépéshez. Talán a leglátványosabb eleme ennek a Marsra juttatott kis rover, a Sojourner volt. A játékautó sokak fantáziáját megmozgatta, az új megközelítés életszerűnek, elérhetőnek mutatta az idegen bolygókat. Az új jelszó hordoz hátrányokat is, a kis missziók nincsenek alaposan tesztelve, mivel olcsóbbak, kisebb baj, ha elvesznek. Kisebb közösségek vesznek részt az építésben, az információáramlás néhány kérdése nem megoldott. Minden esetre ez tette lehetővé, hogy a marsjáró valósággá váljon, a nagy, drága roverek bizonyosan még máig sem jutottak volna el a felszínre. Új lépést tettünk, ha akarunk, ma már sétálhatunk a Mars felszínén, és ezt az élményt a világháló (Internet) azonnal meg tudja osztani sokakkal. Az, hogy az űrkutatás eredményeit a világhálón keresztül azonnal sokakkal, nem szakemberekkel is meg lehet osztani, egy új szintet jelent megítélésem szerint az űraktivitás “humanizálódásában”.

Nem minden feladatat oldható meg kisméretű eszközökkel. A Nap kutatása pl. kivételt képez, az Európai Űrügynökség SOHO (SOlar-Heliospheric Observatory) méréseit egyszerűbben ma még nem tudtuk volna megoldani. A laikusok számára is lenyűgözőek a Nap működéséről készített mozik, a napkilövellések, mágneses jelenségek, egy-egy üstökös Napba hullása; mindez látványos, soha nem látott vizuális élményt jelent. Közel hozza, hogy a Nap, ez a hatalmas közeli energiaforrás még mennyire nem megértett, mindennapi életünkre való hatását csak mennyi tanulnivaló után látjuk majd világosan; megmutatja, hogy az űrkutatás nem csak tudomány, de az űrbeli rendszerek révén nélkülözhetetlen napi információk forrása is. Űrbeli rendszerek nélkül pedig nem működnek a TV égi csatornái, nincs időjárás előrejelzés, telefónia, a katonai biztonság elemeiről nem is beszélve. Új kifejezés és új feladat született: űridőjárás előrejelzés, ez szinte magáért beszél.

Az űrtevékenység jelentősen előre vitte a csillagászatot, a világegyetem megismerését. Nem az által, hogy a helyszínen végezhetünk kutatásokat, mint a Naprendszer kutatása esetében, hanem azáltal, hogy az észlelőeszközöket kiszabadította az atmoszféra-óceán fenekéről, és így az elektromágneses spektrum összehasonlítatlanul bővebb tartományáról állnak rendelkezésre torzítatlan adatok. A NASA tudatos közvélemény-befolyásoló program szerint teszi közzé a látványosabbnál látványosabb felvételeket a világegyetemről, és tudásunk csaknem ezzel arányosan bővül.

És mit hoz a közeljövő?

Ha egy űrhajóval végzünk méréseket, nagyon nehéz eldönteni, hogy valami azért változott mert máshol mértünk, vagy azért mert később. Ehhez több szondát kell egyszerre feljuttatni, és formációban reptetni. Ez először jövőre, az Európai Űrügynökség CLUSTER missziója keretében fog megvalósulni, négy szonda fogja a Föld körüli térséget kutatni. Talán meglepő, hogy erre nem került sor korábban, ez önmagában rávilágít a komplikációkra. Az időbeli és térbeli jelenségek szétválasztása tehát az új lépés; ezt követi majd nem négy, hanem sok tíz szonda felbocsájtása, és összehangolt működtetése a jövő évezred második évtizedében. Az emberiség megkezdheti ideghálózatának kiépítését a világűrben. Ez új technikákat igényel, e szondákat sorozatban kell gyártani, összeszerelni, stb. Az egységek közötti adatforgalmat a kábel helyett a TV távirányítójához hasonlatos eszköz veszi át. Talán nem köztudott, hogy a csődbejutott IRIDIUM cég, amely a világ minden pontján működő mobilt telefonhálózatot akart kiépíteni, több mint 60 szondát juttatott fel, és működtet jelenleg is!

Hasonló rendszerek épülnek más bolygók, először talán a Mars környezetében, elősegítve többek között, hogy az élet nyomait keressük. Itt sem elég egy helyen mérni. (Egy anekdota szerint egy korai orosz űrmisszió fellövése előtt, egy, az élet nyomait kereső berendezést a főkonstruktőr levetetett, mondván: csak akkor engedem repülni, ha a csizmám előtt is talál életnyomokat. Nem mesélték, hogy ismét a fedélzetre került volna…) Ha az élő anyagot, baktériumot, vírust valóban megtalálnánk, biztosan ez lenne az űrtevékenység legnagyobb eddigi felfedezése.

Jó lenne elhagyni a naprendszert, és azon kívül is kalandozni egy kicsit. A jelszó ehhez a régi: vitorlát fel! Mert ilyen távol kémiai hajtóanyaggal aligha juthatunk, hatalmas vitorlákat kell építeni, hogy a Nap sugárnyomását felhasználva repüljünk távoli tájakra. Az első vitorlás kísérletek egy-két éven belül megvalósulnak, ma az reméljük, hogy négyzetkilométernyi vitorlákkal a fénysebesség harmadára is felgyorsulhat egy űrhajó. És akkor már csak fékezni kell… De hát ott van a bolygóközi mágneses tér, a szonda, mint egy dinamó része, ebből energiát nyerve, le is fékeződhet… Hátborzongató. De a valóság túlnövi a képzeletet; az űrtevékenység ezt példázta, és ez aligha változik.