Ten księżyc to jeden wielki wulkan

Latem 1965 roku naukowcy z Jet Propulsion Laboratory NASA w Pasadenie w Kalifornii mieli pełne ręce roboty. Już wcześniej, dzień i noc, głowili się nad programem załogowych lotów kosmicznych Gemini, który miał kluczowe znaczenie dla wysłania Amerykanów na Księżyc. W trakcie prowadzenia tych wszystkich notatek, szkiców, planów, projektów i nocnych rozważań dotarło do nich, że w ciągu następnych dwóch dekad w zewnętrznym Układzie Słonecznym wydarzy się coś niezwykłego. Jowisz, Saturn, Uran i Neptun miały wkrótce krążyć po orbitach w taki sposób, że gdyby sonda została wystrzelona w odpowiednim momencie, mogłaby odwiedzić je wszystkie w drodze do przestrzeni międzygwiezdnej.

Nigdy wcześniej nie prowadzono obserwacji tych czterech planet inaczej niż przez teleskopy znajdujące się na Ziemi. Gdyby pudełko z instrumentami naukowymi mogło wykorzystać grawitację tych światów i użyć jej, żeby się rozpędzić i przelecieć obok każdego z członków tego kwartetu, ludzkość otrzymałaby pierwsze zbliżenie na gazowe olbrzymy – Jowisza i Saturna oraz lodowe olbrzymy – Urana i Neptuna, kolosalne światy burz, pierścieni i obcych księżyców. Byłaby to zdobycz niemająca sobie równych w historii nauki. Taka konfiguracja planet – nie tyle linia, co raczej spirala skoncentrowana wokół Słońca – zdarza się tylko raz na 176 lat. Gdyby naukowcy przegapili swoją szansę w latach siedemdziesiątych, musieliby czekać do połowy XXII wieku, zanim mogliby ponownie spróbować podobnego manewru.

Czytaj więcej

Plus Minus

„Matka”: Miłość i makijaż rodzicielki

Niemożliwe, by widz nie dostrzegł porównania powracającej na ekranie wilczycy, która dla młodych zrobi wszystko, i tytułowej matki.

Pozornie dziwna numeracja

Zabrali się do pracy. Opierając się na doświadczeniach sond kosmicznych Mariner, które przeleciały obok Wenus, Marsa i Merkurego, wyczarowali plan wysłania nie jednej, ale dwóch sond w ciemne rejony naszego Układu Słonecznego. W latach siedemdziesiątych, kiedy projekt był już w toku, a do historii popkultury miały wejść na zawsze „Gwiezdne wojny”, zdecydowali, że muszą nadać misji bardziej chwytliwą nazwę niż program Mariner Jupiter/Saturn 1977. Zasługiwała ona na samodzielność, a nie stanie w cieniu poprzedniego programu. Nazwali ją więc Voyager – i w 1977 roku, w dwóch oddzielnych startach w Centrum Kosmicznym im. Johna F. Kennedy’ego NASA, oba statki kosmiczne zostały wyekspediowane poza naszą planetę.

Voyager 2 wyruszył pierwszy, w sierpniu. Voyager 1, choć został wystrzelony we wrześniu, miał jako pierwszy dotrzeć do Jowisza i Saturna, stąd ta pozornie dziwna numeracja. Oba miały dokonać niezwykłych rzeczy. Voyager 2 dał nam pierwsze i jedyne bliskie spotkanie z lodowymi gigantami. Ku wielkiej radości wszystkich, przeleciał nawet przez bańkę naelektryzowanego gazu o obwodzie dziesięciokrotnie większym od obwodu Ziemi, wyrzuconej z Urana w styczniu 1986 roku – z czego naukowcy zdali sobie sprawę dopiero ponad 30 lat później, kiedy przeglądali jego rejestrator danych. (…)

Zuchwały Kopernik

Był marzec 1979 roku, a Linda Morabito chodziła niewyspana. Prawdę mówiąc, żaden z inżynierów w Jet Propulsion Laboratory NASA nie sypiał tak długo, jakby chciał. Misja Voyager była w pełnym toku. Sondy leciały przez kosmos z zawrotną prędkością. Kawa cieszyła się ogromną popularnością na kampusie. Bazgroły na tablicach szybko ustępowały miejsca bzdurom. Komputery piszczały i migały, a powieki przez cały czas pozostawały ciężkie. Co jakiś czas trzeba było dokonywać drobnych korekt w obu statkach kosmicznych, aby zagwarantować, że znajdują się na właściwej trajektorii lotu, i dopilnować, żeby wszystko szło zgodnie z planem wartym 865 milionów dolarów. Nikt nie chciał zobaczyć, jak para pionierskich statków kosmicznych przez przypadek wpada z impetem na jakąś planetę lub księżyc.

Kiedy Voyager 1 opuścił królestwo Jowisza, inżynierowie przyjrzeli się jego torowi lotu i najnowszym obserwacjom, których dokonał, chcąc wprowadzić te wszystkie bardzo ważne ulepszenia oprogramowania. Po 546 dniach lotu przez przestrzeń kosmiczną i po przebyciu ponad 1,6 miliarda kilometrów od Ziemi, Voyager 1 przesłał 15 000 wysokiej rozdzielczości zdjęć Jowisza i jego księżyców. Te były przeznaczone dla naukowców. Wykonano także kolejne 93 zdjęcia, które miały pomóc inżynierom w nawigowaniu koło Jowisza. (…)

Kiedy Voyager 1 dotarł do Jowisza, pracujący przy nim naukowcy i inżynierowie byli oszołomieni cudami, które widzieli, i podekscytowani faktem, że jako pierwsi ludzie w historii są świadkami zawieruchy kłębiących się chmur gazowego giganta oraz baletu jego galileuszowych księżyców – Io, Europy, Kallisto i Ganimedesa. Te cztery naturalne satelity zostały po raz pierwszy zaobserwowane właśnie przez astronoma w 1610 roku. Po ich odkryciu Galileusz szybko zrozumiał, że widok księżyców wirujących wokół własnej planety oznacza, że Ziemia, wbrew tradycyjnej doktrynie kosmologicznej, nie jest centrum wszechświata. Ten zuchwały Kopernik naprawdę miał nosa.

Czytaj więcej

Plus Minus

Robert Górski & Mariusz Cieślik: Już nie Pinokio, teraz bambik

Katar Europejczyka, beatyfikacja Donalda, nowa ksywa Pinokia i wszyscy sięgamy do portfeli.

Czy przychodzić do pracy?

Io, księżyc znajdujący się tak blisko Jowisza, że naukowcy podejrzewali go o pradawną powierzchnię pokrytą kraterami, okazał się żółtawym światem, przypominającym skrzyżowanie pizzy pokrytej serem i pomarańczy, która na krótko wpadła do pieca. Nigdzie nie było widać kraterów, co sugerowało, że jego powierzchnia jest wyjątkowo młoda. Coś wymywało te kratery, ale co? To była nowa zagadka dla naukowców, w którą musieli się wgryźć, kolejna, którą można było dodać do przyprawiającego o zawrót głowy stosu pytań, jakie naukowcy mieli po tym historycznym przelocie.

Jak mówi mi Morabito, dane płynęły w tamtym czasie „jak ze szlaucha”. Stacje robocze zamieniły się w miejsca stałego pobytu. „Po prostu mieszkaliśmy tam, od czasu do czasu wracając do domów; wykonywaliśmy tę pracę, a co jakiś czas wpadały nam w oko niesamowite rzeczy”. Naukowcy i inżynierowie, kiedy przypominali sobie o jedzeniu, szli przegryźć coś do stołówki. „Na monitorach widzisz coś, czego nie spodziewał się zobaczyć żaden człowiek”. Jowisz, gigant Układu Słonecznego, został odsłonięty.

9 marca 1979 roku, cztery dni po spotkaniu Jowisza, początkowe rozemocjonowanie ustąpiło miejsca głębokiemu poczuciu satysfakcji. Gdy Voyager 1 zmierzał w kierunku Saturna, a większość naukowców podejrzewała, że zobaczyli już wszystko, co było najlepsze w Jowiszu, Morabito zastanawiała się, czy w ogóle przychodzić do pracy, licząc, że zamiast tego uda się jej nieco odespać ten maraton. Jednak pomimo ponad miesiąca narzuconej samej sobie bezsenności, zdecydowała się po raz kolejny przyjść. Weszła do laboratorium i usiadła przy biurku, gdzie na przejrzenie czekały zdjęcia tego jowiszowego układu.

Voyager 1 zdołał uchwycić Io pod pozornie przypadkowym kątem: grzebieniasty horyzont księżyca oświetlała resztka światła słonecznego, co oznaczało, że większa część tego satelity znajdowała się w cieniu – strona odwrócona od Słońca była tylko słabo oświetlona przez światło gwiazd odbijające się od Jowisza. W ogóle nie było tam wiele do zobaczenia, a Morabito i jeden z jej kolegów, Steve Synnott, zgodzili się, że te zdjęcia są w zasadzie bezwartościowe.

Mogli je wyrzucić. Jednak Morabito, jak zawsze skrupulatna, wykonała na nich pewne czynności związane z przetwarzaniem obrazu na wypadek, gdyby coś się z ziarnistej czerni wyłoniło. Skupiła się na pozycjach gwiazd za Io i robiła, co mogła, by je nieco lepiej oświetlić i pozbyć się szumów. I właśnie wtedy zobaczyła coś dziwnego: gigantyczny zbiór światła w kształcie parasola, który wydawał się wyłaniać zza księżyca. Początkowo wyglądało to tak, jakby inny księżyc bawił się z Voyagerem 1 w chowanego. Pokazała to Synnottowi. Kiedy zobaczył, że obiekt rozciąga się 240 kilometrów nad powierzchnią Io, powiedział: „Jezu, co to jest?”.

Wzorem Obi-Wan Kenobiego

Żadne z nich nie znało odpowiedzi. Być może, żartowała Morabito, mógł to być rozbłysk energii z Io, trochę przypominający te ogromne wybuchy światła i magnetyzmu, które od czasu do czasu wystrzeliwują ze Słońca. Cokolwiek to było, miało tak wielkie rozmiary, że – wbrew pozorom – nie mogło pochodzić z samego Io. I kiedy Synnott wyszedł z pokoju, by sprawdzić, czy są jakieś inne zdjęcia Io wykonane w tym samym momencie, Morabito została sama, wpatrując się w ten dziwny obraz. Wiedziała, że znalazła coś niezwykłego, ale co?

Kipiąc niecierpliwością, poszła do Synnotta, aby sprawdzić, czy znalazł lub usłyszał coś przydatnego. Ku jej zaskoczeniu oświadczył, że po namyśle uznał, że ten obraz prawdopodobnie wcale nie jest taki ekscytujący. Może to tylko usterka, jakiś artefakt na fotografii. Zniechęcona, ale zdeterminowana, pokazała obraz astronomowi i ekspertowi od aparatów fotograficznych Peterowi Kupfermanowi. „O mój Boże!” – powiedział, przyciskając nos do ekranu. Zapytał Morabito, czy może zadzwonić do Andy’ego Collinsa, wysłannika naukowców i inżynierów pracujących przy misji. Wkrótce przybyło więcej ekspertów, by rzucić okiem, a podniecenie zaczęło odbijać się echem po budynku. Collins zasugerował trzy możliwości: że obiekt jest nowo odkrytym księżycem Jowisza; że jest to księżyc Io, księżyc księżyca lub subsatelita, w zależności od tego, z którym naukowcem się rozmawia; lub że jest to, cóż, coś innego.

Wzorem Obi-Wan Kenobiego zgodzili się co do jednej z opcji: to nie księżyc, ponieważ coś tak dużego dałoby się dostrzec z Ziemi. Może, powiedział Collins, jest to chmura wyłaniająca się z Io. Ale jak to możliwe?

Przypadkowo, Synnott jadł właśnie lunch z kilkoma naukowcami, którzy dyskutowali o ciekawej nowej pracy. Badanie, o którym mowa, opublikowane w czasie, gdy Voyager 1 przelatywał obok Jowisza, śmiało przewidywało, że Io może wcale nie być starym, zimnym, martwym, pełnym kraterów księżycem – ale księżycem pokrytym wulkanami.

Wybuchającymi wulkanami. (…)

Czytaj więcej

Plus Minus

Jak z balonów atakowano Polskę

Mimo udoskonalenia metod uprawiania propagandy w czasach mediów społecznościowych i cyfrowej rewolucji część państw sięga po stary sprawdzony sposób – balony. Używano ich już w czasach zimnej wojny.

Matematyczne puk, puk

Pomiędzy skrajnościami w postaci czarnych dziur powodujących dylatację czasu i mnie rozlewającego wszędzie kawę istnieje wspólny grunt. Księżyc może nie jest aż tak masywny w porównaniu z Ziemią, ale jest na tyle duży i znajduje się na tyle blisko, że kiedy nas okrąża, jego grawitacja przyciąga oceany, powodując pływy. Słońce, jako ogromne, również oddziałuje na pływy morskie na Ziemi, ale to Księżyc jest tu głównym graczem.

Można by pomyśleć, że do pływów potrzebna jest woda, ale mało prawdopodobne, żeby Io, którego woda dawno temu pomknęła w ciemność, miał jeszcze jakąkolwiek. 2 marca 1979 roku opublikowano badania prowadzone przez Stantona Peale’a z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, które wyjaśniły, że ten brak wody nie ma znaczenia. Io ma pływy, ponieważ Io nie jest sam. Jego orbita jest bardzo zbliżona do orbit Europy i Ganimedesa. Peale i jego współpracownicy zauważyli, że te trzy księżyce tańczą bardzo specyficznego fokstrota – na każdy obieg Ganimedesa wokół Jowisza przypada jeden obieg Europy, a cztery obiegi Io. To matematyczne puk, puk znane jest jako rezonans orbitalny, rodzaj zakłócającego grawitację zestawu okrążeń nieba.

Wszystko, co ma masę, odkształca rzeczywistość. To trochę tak, jakby umieścić piłkę golfową oraz kulę do kręgli na różnych częściach rozciągniętej powłoki balonu. Im większa masa obiektu, tym głębsze wgłębienie robi on w powłoce balonu. Tak samo zachowują się planety i gwiazdy w stosunku do materii czasoprzestrzeni, przy czym masywniejsze jednostki tworzą głębsze wgłębienia znane jako studnie grawitacyjne.

Na Słońce przypada ponad 99 procent masy całego Układu Słonecznego – w rezultacie nasza gwiazda powoduje poważne wgięcie w czasoprzestrzeni, tworząc ogromną studnię grawitacyjną. Planety krążące wokół Słońca tak naprawdę po prostu wpadają do tej studni. Ponieważ poruszają się przy tym z niewiarygodną prędkością, nie wpadają od razu do głębokiego dołu Słońca, ale pędzą po wewnętrznych ścianach studni, niczym kolarze olimpijscy jadący po zakrzywionych ścianach welodromu. Innymi słowy, Ziemia krąży wokół nicości, ale przed zniszczeniem chronią ją miłosierne prawa fizyki.

4:2:1

Studnie grawitacyjne tych planet oraz ich księżyców częściowo pokrywają się ze sobą. Jowisz, prawdziwy gigant, ma ogromną studnię grawitacyjną, która majstruje przy orbitach pasa asteroid unoszących się między nim a Marsem. Jego ogromne grawitacyjne macki pchają i ciągną skaliste oraz metaliczne odłamki zniszczonych niedoszłych światów, tworząc pasy ruchu na asteroidowej autostradzie wokół Słońca. Niektóre pasy są wypełnione asteroidami, podczas gdy inne są ich pozbawione. Neptun i Pluton również dzielą się studniami: lodowy olbrzym wykonuje trzy obiegi wokół Słońca na każde dwa obiegi Plutona, tańcząc walca, który zapewnia obu orbitom stabilność.

Możliwe są także negatywne reperkusje. Dawno temu wiele lodowych księżyców krążyło wokół Saturna, a ich nakładające się studnie grawitacyjne skutkowały chaotyczną zabawą w przeciąganie liny. Zamiast tworzyć stabilne orbity, na których wszystkie uczciwie dzieliłyby przestrzeń wokół gazowego giganta, księżyce zaczęły dziko falować. Niektóre rozbijały się o siebie, a ich lodowate szczątki dostawały się zbyt blisko grawitacyjnego wiru Saturna, by mogły się ponownie połączyć pod własnym polem grawitacyjnym i utworzyć nowy zestaw księżyców. Zamiast tego, jak podejrzewają niektórzy naukowcy, stały się one pierścieniami Saturna.

Samba pomiędzy Io, Europą i Ganimedesem mogłaby zakończyć się równie destruktywnie, gdyby nie matematycznie wysublimowana konfiguracja ich orbit. Rytm 4:2:1 gwarantuje, że ich orbity są stabilne, ale to nie znaczy, że wszyscy wychodzą z tego tańca bez szwanku. Europa i Ganimedes przyciągają Io. Pomimo ich niewielkich rozmiarów ten wspólny wysiłek powoduje, że Io chwieje się tam i z powrotem, przez co jego orbita jest bardziej eliptyczna. Oznacza to, że w niektórych punktach księżyc zbliża się do Jowisza i doświadcza większego przyciągania grawitacyjnego, a w innych jest od niego oddalony – wtedy przyciąganie grawitacyjne jest słabsze. To ciągłe przemieszczanie się sprawia, że skalista powierzchnia Io regularnie wznosi się i opada o 100 metrów, co odpowiada wysokości 24-piętrowego budynku. (…)

Taki rodzaj ruchu trampoliny zdarza się na Ziemi, ale to oceany wznoszą się i opadają, tworząc wysokie i niskie pływy. Na Io pływom poddana jest lita skała. Ten powtarzający się w nieskończoność chaos raz za razem zgniata wnętrzności Io, tworząc ogromne ilości ciepła w wyniku tarcia.

„Co się stanie, jeśli masz w zasadzie nieograniczoną energię? Bo poniekąd właśnie coś takiego dzieje się wewnątrz Io, jego energia jest nieograniczona” – mówi Jani Radebaugh, planetolożka z Uniwersytetu Brighama Younga, która, między innymi, uwielbia badać Io. W 1979 roku Peale i spółka zastanawiali się nad tym samym. Policzyli, pomyśleli i zdali sobie sprawę, że całe ciepło wynikające z tarcia prawdopodobnie wytworzy duże ilości magmy. Ostatecznie przewidzieli, że „Io może być obecnie najintensywniej ogrzewanym ciałem typu ziemskiego w Układzie Słonecznym”. Nie byłaby to martwa kula, lecz świat pokryty od góry do dołu wulkanami – takimi, które wybuchają, jakby świat miał się zaraz skończyć.

Czytaj więcej

Plus Minus

Rosja buduje cyfrowy gułag

Kreml coraz mocniej dokręca śrubę społeczeństwu. By lepiej je kontrolować, rozwija system masowej inwigilacji z wykorzystaniem danych biometrycznych oraz technologii rozpoznawania twarzy. W całej Rosji jest już 20 mln kamer, które mu w tym pomagają.

Wszystkie zdjęcia Io

I zaledwie tydzień po opublikowaniu ich pracy garstka ludzi w Jet Propulsion Laboratory NASA wpatrywała się w dziwny nowy obraz czegoś odlatującego z powierzchni Io. Morabito pamięta, jak Synnott, po usłyszeniu o artykule Peale’a, wrócił z lunchu do jej działu z poważną miną. Ten obraz nie był nieistotny. Miał wkrótce zmienić świat.

Nie mogli wiedzieć na pewno, że patrzą na chmurę wulkaniczną, chyba że na powierzchni dałoby się dostrzec odpowiadające jej wulkaniczne ukształtowanie terenu. I tak rozpoczęło się polowanie. Obraz w ciągu następnych kilku dni był dalej przetwarzany; wyglądało na to, że pióropusz pochodził ze strony Io zwróconej w ich kierunku, a nie zza horyzontu, co pomogło nieco zawęzić poszukiwania. Inni detektywi zaczęli przeglądać dodatkowe obrazy, wypatrując jakichkolwiek oznak czegoś podejrzanego.