Układ słoneczny w miniaturze - GALILEO ZWIADOWCA

Stanisław Mrówczyński

W styczniu 1610 roku Galileusz, skierowawszy w niebo jeden z pierwszych teleskopów, wypatrzył cztery blade gwiazdy w pobliżu Jowisza. Io, Europa, Ganimedes i Kallisto okazały się być czterema potężnymi księżycami tej największej z planet. Po upływie blisko czterech wieków, po sześcioletniej podróży sonda nazwana imieniem genialnego Włocha dotarła do planety boga niebios i została jej pierwszym sztucznym satelitą. Zbliżając się raz do jednego, raz do drugiego księżyca, Galileo pozwala nam przyjrzeć się niezwykłemu jowiszowemu światu.

Ledwie nastał wiek XVII, gdy na dworach i jarmarkach Europy pojawiły się pierwsze lunety. Wieści o nich dotarły do Galileusza, który w roku 1609 skonstruował swój pierwszy, bardzo niedoskonały instrument. Wkrótce wykonał kolejne, znacznie lepsze teleskopy i skierował je ku księżycowi i gwiazdom. Oczom Galileusza uzbrojonym w ten prosty przyrząd ukazały się zupełnie nieoczekiwane obrazy. Księżyc nie był kryształową kulą; jego rdzawą powierzchnię, jak Ziemię, pokrywały góry i doliny. Planety były bladoświecącymi dyskami, zupełnie odmiennymi niż gwiazdy, których punkciki skrzyły się jeszcze jaśniej niż widziane gołym okiem. Mgławice okazały się rojami wcześniej nie znanych gwiazd; w Plejadach było ich ze czterdzieści.

Wpatrując się w Jowisza, Galileusz dostrzegł zrazu trzy, a po tygodniu jeszcze jedną maleńką gwiazdę w jego pobliżu. Wędrowały przez nieboskłon razem z planetą, każdego wieczora ustawiając się odmiennie względem swego potężnego sąsiada. W liście z 30 stycznia 1610 roku Galileusz donosił o obserwacji czterech obiektów krążących wokół Jowisza. Na cześć Wielkiego Księcia Toskanii nazwał je Gwiazdami Medycejskimi.

Odkrycia Galileusza wywołały wielką sensację, prowokując gwałtowne protesty luminarzy nauki. Zarzucano Galileuszowi oszustwo lub dawanie wiary wzrokowym iluzjom. Powoływano się na autorytet Arystotelesa, który wszak o żadnych gwiazdach w pobliżu Jowisza nie wspominał. Rozumiano, że gdyby Galileusz miał rację, heretycka nauka kanonika z Torunia, która centrum Świata przesuwała z Ziemi na Słońce, zyskałaby bardzo silne wsparcie. Skoro jakieś gwiazdy krążą wokół Jowisza, nie zaś wokół Ziemi, to dlaczego Ziemia ze swoim Księżycem nie miałaby obiegać Słońca.

Galileusz próbował przekonać oponentów demonstrując zalety swego teleskopu. Jednak zebrani w Bolonii uczeni nie mogli niczego dostrzec z pomocą optycznego instrumentu i zgodnie orzekli, że domniemane odkrycia są tylko urojeniami Galileusza. Werdykt nie był jedynie rezultatem złej woli czy uprzedzeń. Prymitywne teleskopy owych czasów z trudem konkurowałyby ze współczesnymi lornetkami teatralnymi. Zła jakość soczewek sprawiała, że obrazy były nieostre, mieniły się wszystkimi kolorami tęczy i trzeba było dużo cierpliwości i uwagi, by je prawidłowo odczytać.

Entuzjastyczne wsparcie Galileusza przyszło z Pragi. Jak zawsze wielkoduszny Johannes Keppler pisał, że nie przyszło mu do głowy wykorzystać lunety do obserwacji nieba, lecz pomysł uważa za wyborny. Snuł rozważania na temat konsekwencji nowych odkryć, fantazjował o możliwych mieszkańcach Księżyca. Wskazywał argumenty na rzecz filozofii Giordana Bruna spalonego dziesięć lat wcześniej za głoszenie poglądu o wielości światów. Po kilku miesiącach Keppler, choć obdarzony słabym wzrokiem, sam zdołał wypatrzeć Gwiazdy Medycejskie. Wkrótce z różnych miast Europy poczęły docierać wiadomości potwierdzające odkrycie Galileusza. W końcu i mnisi z Kolegium Jezuitów w Rzymie dojrzeli księżyce Jowisza.

Na tym, jak pamiętamy, kłopoty Galileusza się nie skończyły. Istnienie satelitów Jowisza utwierdziło go w przekonaniu o słuszności systemu heliocentrycznego. Głosił tedy naukę Kopernika, co spotykało ze sprzeciwem dostojników Kościoła. Dwukrotnie, w latach 1616 i 1633, stawał przed obliczem Świętej Inkwizycji, która zmusiła go do wyparcia się swych poglądów. Dla większej pewności 69-cio letniego uczonego dożywotnio zamknięto w domowym areszcie.

Nazwa Gwiazdy Medycejskie nie przyjęła się; księżycom Jowisza nadano imiona pomniejszych greckich bogów - Io, Europy, Ganimedesa i Kallisto. Całe pokolenia astronomów skrupulatnie obserwowały ten układ słoneczny w miniaturze. W 1892 roku odkryto piąty księżyc, a w 1904 dwa następne. Obecnie znamy 16 satelitów Jowisza. Cztery księżyce wypatrzone przez Galileusza, których średnice wahają się od 3 do ponad 5 tysięcy kilometrów, są zdecydowanie większe od pozostałych.

Najbliższy Jowisza - Io - obiega planetę w ciągu jednego dnia, 18 godzin i 28 minut, następny - Europa dokonuje tego w czasie dokładnie dwa razy dłuższym, a kolejny - Ganimedes potrzebuje na okrążenie planety dwukrotnie więcej czasu niż Europa. Kallisto wyłamuje się trochę z tej reguły, ale i jego okres obiegu jest tylko nieco ponad dwa razy dłuższy niż sąsiedniego Ganimedesa. Astronomowie przypuszczają, że opisana regularność nie jest dziełem ślepego przypadku, lecz nieuniknionym efektem długiej ewolucji całego układu księżyców Jowisza.

Dzięki sondom Pioneer 10 i 11 oraz Voyager 1 i 2, które w latach 70-tych przeleciały w okolicach Jowisza zdobyto dużo informacji o budowie księżyców. Jako następny krok planowano umieszczenie sztucznego satelity na jowiszowej orbicie. Jednak start Galileo kilkakrotnie przekładano. Kiedy już sondę przewieziono z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie na przylądek Kennediego, doszło do tragicznej katastrofy Chalengera. Kolejny lot wahadłowca, który miał wynieść sondę w kosmiczną przestrzeń, wstrzymano. Po przywróceniu lotów silnik sondy na ciekły wodór uznano za zbyt niebezpieczny, by go przewozić w luku bagażowym kosmicznego promu. Projekt Galileo zawisł na włosku, gdyż dopuszczalne silniki na paliwo stałe zdawały się zbyt słabe, żeby dowieść sondę do odległego Jowisza.

Wtedy zrodził się pomysł, aby wykorzystać grawitacyjne pole innych planet do rozpędzenia satelity. Miał on dostać energicznego kopniaka podczas zmiany trajektorii lotu w pobliżu Wenus i Ziemi. Gdy ostatecznie jesienią 1989 roku Galileo oderwał się od wahadłowca Atlantis, skierował się nie ku Jowiszowi, lecz ku Słońcu. Zawrócony przez Wenus jeszcze dwa razy powracał w okolice Ziemi, by dopiero w grudniu 1992 wziąć kurs na Jowisza.

Wkrótce po drugim przelocie w okolicach Ziemi nastąpiła awaria, która mogła zniweczyć całe przedsięwzięcie. Miała się wtedy otworzyć potężna antena w kształcie parasola zapewniająca szybką łączność z Ziemią. Jednak po dziesięciu sekundach pracy zablokował się silnik otwierający parasol i główna antena nigdy nie zadziałała. Pomocnicza zaś była aż sto tysięcy razy wolniejsza w przekazywaniu informacji. Przyczyną awarii był zapewne banalny wyciek smaru podczas trzykrotnego przewożenia sondy ciężarówką z jednego wybrzeża Stanów Zjednoczonych na drugie.

Inżynierowie z NASA wykazali się wprost genialną pomysłowością, by umożliwić skuteczne przesyłanie informacji na Ziemię. Opracowali program dla komputera pokładowego sondy, który analizując zdjęcia wysyłał tylko ich istotne elementy, pomijając np. czarne tło nieba. Rozwinęli niezwykłe metody kompresji danych, co pozwoliło dostarczyć tę samą informację przesłając znacznie mniej bitów. Dzięki tym zabiegom Galileo wykonał co najmniej połowę z planowanych zadań. Astronomowie dostali tysiące wspaniałych zdjęć Jowisza i jego księżyców, z których każdy jest bardzo odmienny od pozostałych.

Najbliższy Jowiszowi Io jest zapewne najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem naszego słonecznego układu. Siarkowa lawa wylewająca się z mnogości czynnych wulkanów wciąż na nowo kształtuje jego powierzchnię. Nagrzewanie się wnętrza Io powodują ogromne siły pływowe pochodzące od potężnego Jowisza. Na Ziemi siły tej samej natury, lecz wynikające z obecności Księżyca, są przyczyną oceanicznych przypływów i odpływów.

Europę przykrywa lód. Niewielka liczba kraterów powstających podczas uderzeń meteorytów sugeruje, że skuł on powierzchnię nie dalej niż sto milionów lat temu. Kilkadziesiąt kilometrów pod lodową pokrywą bulgocze gorący ocean nagrzewany przez wspomniane już siły pływowe. Centralny rdzeń Europy, której struktura jest najbliższa ziemskiej, tworzy płynne metaliczne jądro.

Podobnie jak Europa Ganimedes - największy księżyc Jowisza o promieniu 2630 km - pokryty jest lodem. W jednych miejscach lód jest ciemny, bardzo stary, mocno zgruchotany meteorytami, w innych znacznie jaśniejszy, młodszy wylany w rezultacie wybuchów wulkanów. Pod lodowym płaszczem skrywa się ocean.

Kallisto - najdalszy od Jowisza z galileuszowych księżycy, oddalony na blisko dwa miliony kilometrów - nie wykazuje żadnej aktywności wulkanicznej. Siły pływowe są tutaj zbyt słabe, by dostatecznie rozgrzać jego wnętrze. Lodową w większości powierzchnię pokrywają niezliczone kratery. W niektórych miejscach lód przypuszczalnie wyparował odkrywając skalne łachy

Na grudzień tego roku zaplanowano zakończenie misji Galileo. Jednak urządzenia satelity wciąż pracują. Sonda więc jeszcze przez jakiś czas będzie przesyłać wieści z jowiszowego świata. Poznanie tej miniatury układu słonecznego pozwoli lepiej zrozumieć prawa rządzące powstawaniem i kształtowaniem się planet. Pomoże wyjaśnić dlaczego tutaj właśnie, na Ziemi jesteśmy.

(POLITYKA 2, 1998)