Venus Express

Venus Express var skotið á loft í nóvember 2005 með Soyuz-Fregat eldflaug frá Baikonur-geimferðamiðstöð Rússa í Kasakstan. Soyuz-eldflaugin er ein áreiðanlegasta eldflaug heimsins. Frá því hún fór fyrst á loft árið 1963 hafa yfir 1600 geimskot átt sér stað og 98% heppnast vel.

Upphaflega átti Venus Express að fara á loft hinn 26. október 2005 en fresta varð geimskotinu vegna einhvers konar mengunar innan eldflaugarinnar. Geimfarið á að hringsóla um Venus í tvö ár að minnsta kosti og gera á þeim tíma mælingar á yfirborðinu og lofthjúpnum.

Systurfar Mars Express

Segja má að ESA slái tvær flugur í einu höggi með Venus Express leiðangrinum. Stór hluti geimfarsins byggist á hönnun og vísindatækjum sem þegar hafa flogið um borð í Mars Express og fyrirrennara þess Rosetta geimfarsins. Mars Express og Venus Express eru því systurför, búin til í kringum móðurfarið Rósetta sem er eitt dýrasta og metnaðarfyllsta verkefni ESA hingað til. Það kostaði yfir milljarð evra og ákváðu stjórnarmenn ESA því að nýta hönnun, tæki og þekkingu sem þegar var til staðar frá Rosetta fyrir aðra leiðangra og spara sér þannig fé. Verkefnin sem komu í kjölfarið var þar af leiðandi hægt að skipuleggja, smíða og senda á loft óvenju hratt og fyrir minni fjárhæð en venjulega, vegna þess sem sparast með skemmri þróunartíma og endurnýtingu hluta frá hinum geimförunum.

Kostnaðurinn við Mars Express hljóðar upp á aðeins 300 milljónir evra en aðeins um 220 milljónir evra fyrir Venus Express. Venus Express er seinasta geimfarið í þessari fjölskyldu.

Uppbygging geimfarsins

Þótt Mars Express og Venus Express séu systurför þurfti að breyta örlítið hönnun þess síðarnefnda. Ástæðan er sú að umhverfið í kringum Venus er ólíkt umhverfinu við Mars. Mars er helmingi lengra frá sólu en jörðin og þar af leiðandi er mjög kalt þar í kring. Sólarorkan er um það bil helmingi minni þar en hér. Við Venus er sólin næstum tvisvar sinnum bjartari en við jörðina og þar hitnar geimfarið næstum fjórum sinnum meira en við Mars. Til að halda geimfarinu innan öruggra hitamarka varð ESA að gæta betur að hönnun þess svo það hentaði betur umhverfinu við Venus. Geimfarið ver sig gegn hita og geislun með 23 einangrunarlögum. Segja má að Mars Express sé hannað til að halda á sér hita á meðan Venus Express á að halda sér svölu.

Bæði geimförin er um það bil einn og hálfur metri að breidd þegar sólarrafhlöðuplöturnar eru ekki teknar með í reikninginn. Á Venus Express eru sólarrafhlöðuplöturnar helmingi smærri en á Mars Express vegna meiri sólarorku við Venus. Hver sólarrafhlaða þolir allt að 120°C og henta þannig betur til ferðalags til Venusar.

Aðdráttarkraftur Venusar er næstum sá sami og aðdráttarkraftur jarðar, eða áttfaldur aðdráttarkraftur Mars. Til þess að komast á braut um Venus þar Venus Express því meiri orku en til dæmis Mars Express þegar það komst á braut um Mars. Um borð í geimfarinu eru 570 kg af eldsneyti (20% meira en í Mars Express) og er eldsneytismassinn um helmingur af heildarmassa geimfarsins. Á 50 daga fresti verður að leiðrétta braut Venus Express með tilliti til hæðar vegna þess að aðdráttarkraftur sólar togar í geimfarið og lengir braut þess um 1,5 km á dag, þegar geimfarið er fjærst reikistjörnunni.

Markmið leiðangursins

Eldfjallið Iðunn á Venusi. Gögn frá VIRTIS litrófsritanum um borð í Venus Express fann vísbendingar um að fjallið hafi gosið tiltölulega nýlega. Mynd: ESA/NASA/JPL

Venus er dularfull reikistjarna og eigum við enn margt ólært um hana. Þrátt fyrir að hún sé oft kölluð systir jarðar er hún eins ólík jörðinni og hugsast getur. Massinn og stærðin er nánast sú sama en aðstæður í lofthjúpnum og við yfirborðið eru mjög ólíkar.

Á Venusi sést aldrei til sólar eða stjarnanna. Öll reikistjarnan er umlukin gríðarþykku skýjalagi svo aldrei sést niður á yfirborðið. Lofthjúpurinn er svo þykkur að gönguferð á yfirborði reikistjörnunni væri sambærileg því að ganga undir 1000 metra djúpu vatni hér á jörðinni. Enn verra er þó að lofthjúpurinn er að 95 hundraðshlutum úr gróðurhúsalofttegundinni koldíoxíð sem veldur því að yfirborðið er heitara en heitasti bakaraofn eða í kringum 450-480°C.

Lofthjúpur Venusar er líka vindasamur. Í efstu hlutum lofthjúpsins nær vindhraðinn tæplega 90 metrum á sekúndu. Til samanburðar var mesti styrkur fellibylsins Katrínar, sem lagði borgir við suðurströnd Bandaríkjanna í rúst, í kringum 65 metrar á sekúndu. Á yfirborðinu er vindurinn aðeins fáeinir metrar á sekúndu. Loftið sem vindurinn feykir er aftur á móti svo þykkt að léttur andvari á Venusi líktist helst því að fá vörubíl á fullri ferð í andlitið.

Yfirborðið sjálft virðist fremur ungt og fáir gígar eru sýnilegir á ratsjármyndum Magellan-geimfarsins, sem rennir stoðum undir þá kenningu að yfirborðið í heild sinni hafi endurmyndast fyrir um 500 milljón árum í kjölfar gífurlegrar eldvirkni. Ekki er vitað hvort eldvirkni eigi sér enn stað í dag en það er meðal þess sem Venus Express á að leita eftir.

Tekin saman á Venus Express að leita svara við eftirfarandi spurningum:

• Hvað veldur hörðum snúningi lofthjúpsins og sterkum vindum?

• Hvernig virkar skýjakerfið?

• Hvernig myndast og þróast ský og mistur í mismunandi hæð?

• Hvaða ferli ráða efnauppbyggingu lofthjúpsins?

• Hvaða hlutverk leika gróðurhúsaáhrifin í þróun loftslagsins á Venus?

• Hvað ræður útstreymisferlum lofthjúpsins?

• Hvað olli endurmyndun yfirborðsins fyrir um 500 milljón árum?

• Hvers vegna endurvarpa sum svæði á yfirborðinu ratsjá svona vel?

• Er eld- og skjálftavirkni enn til staðar á reikistjörnunni?

Svör við þessum spurningum koma til með að hjálpa okkur að skilja þróun innstu reikistjarna sólkerfisins og hvernig farið gæti fyrir jörðinni ef við pössum okkur ekki. Hvers vegna er Venus svona ólík jörðinni? Var Venus eitt sinn reikistjarna með höfum og hugsanlega frumstæðum lífverum? Venus var að öllum líkindum svipuð reikistjarna og jörðin. Rannsókn á Venusi er því ekki síst rannsókn á stöðu okkar eigin reikistjörnu í sólkerfinu.

Mælitæki

Mælitæki Venus Express. Mynd: ESA

Svo unnt sé að leita svara við þessum metnaðarfullu spurningum er Venus Express útbúið sjö mælitækjum og þar af eru fimm endurnýtt frá Mars Express og Rósetta-geimfarinu, en einungis tvö eru sérhönnuð fyrir þennan leiðangur.

• ASPERA (Analyser of Space Plasma and Energetic Atoms). ASPERA-mælitækið á að rannsaka víxlverkun sólvindsins við lofthjúp Venusar með því að mæla útstreymi agna úr lofthjúpi reikistjörnunnar og agna sólvindsins. Tækið á að rannsaka hvernig sameindir og jónir losna frá reikisjörnunni. Sambærilegt tæki er um borð í Mars Express.

• MAG (Venus Express Magnetometer). Venus hefur ekkert segulsvið ólíkt jörðinni svo MAG-segulmælirinn mun rannsaka segulumhverfið í kringum reikistjörnuna. Þetta segulumhverfi má að öllu leiti rekja til víxlverkunar lofthjúps Venusar við agnir sólvindsins. MAG-segulmælirinn á að rannsaka ferlið sem myndar þetta svið og reyna að skilja áhrifin sem það hefur á lofthjúp reikistjörnunnar, til dæmis útstreymi agna úr lofthjúpnum. Þetta tæki var hannað sérstaklega fyrir Venus Express en í það voru endurnýttir nemar sem upphaflega voru hannaðir fyrir Rósetta-geimfarið.

• PFS (Planetary Fourier Spectrometer). PFS-tækið er innrauður litrófsmælir sem á að mæla hitauppbyggingu lofthjúpsins frá 55-100 km hæð. Hann mun einnig geta mælt yfirborðshitastigið, hugsanlega nógu nákvæmlega til að greina eldvirkni á yfirborðinu ef einhver er í dag. Auk hitastigsmælinga getur PFS hjálpað til við greiningu á efnasamsetningu lofthjúpsins. Sambærilegt tæki er um borð í Mars Express.

• SPICAV/SOIR (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus/Solar Occultation atInfrared). SPICAV er litrófsmyndavél sem taka á myndir af Venusi í útfjólubláu og innrauðu ljósi. Tækið verður notað til að greina efnasamsetningu lofthjúps Venusar, leita að vatnsgufu og brennisteins-efnasamböndum í lofthjúpnum og ákvarða þéttleika og hitastig lofthjúpsins í 80-180 km hæð.

  Hægt er að beina þessu tæki í átt til sólar þegar hún sígur niður fyrir eða hverfur bakvið brún Venusar og skín í gegnum lofthjúpinn. Með þessu er hægt að skipta ljósinu í 40.000 mismunandi bylgjulengdir og greina efnasamsetningu lofthjúpsins og samsætur sem þar finnast. SPICAV-tækið byggist á sambærilegu tæki (SPICAM) um borð í Mars Express en SOIR rásin bætist við það svo unnt sé að gera þessar mælingar.

• VeRa (Venus Radio Science Experiment). VeRa á að nota öflugt loftnet geimfarsins til þess að rannsaka aðstæður í jónahvolfi Venusar, auk massa, þéttleika, hitastig og þrýstiuppbyggingu lofthjúpsins frá um 35-40 km hæð og upp í 100 km hæð yfir yfirborðinu. VeRa á einnig að framkvæma rannsóknir á sólvindinum í innri hluta sólkerfisins. Alveg eins loftnet er um borð í Mars Express.

• VIRTIS (Ultraviolet/Visible/Near-Infrared mapping spectrometer). VIRTIS-litrófsmælirinn verður notaður til að gera litrófskort af Venusi í sýnilegu og innrauðu ljósi. Mælirinn á að rannsaka samsetningu lofthjúpsins frá yfirborðinu og upp í 40 km hæð. Hann á að fylgjast með skýjafarinu í bæði útfjólubláum og innrauðum bylgjulengdum og gera vísindamönnum klefit að rannsaka aflfræði lofthjúpsins í mismunandi hæð. VIRTIS er byggt á tæki um borð í Rósetta-geimfarinu.

• VMC (Venus Monitoring Camera). VMC er gleiðhorns- og fjölrása myndavél sem mynda á reikistjörnuna í nær-innrauðu, útfjólubláu og sýnilegu ljósi til þess að gefa okkur mynd af aflfræði lofthjúpsins (vindafari og öðru slíku). VMC-myndavélin mun einnig koma til með að mynda yfirborðið og hjálpa til við að greina fyrirbrigði sem önnur mælitæki kunna að uppgötva. Þetta tæki var sérhannað fyrir Venus Express þótt hluti þess sé endurnýttur frá myndavél um borð í Mars Express.

Um borð í geimfarinu eru þrír litrófsmæla sem eiga að rannsaka hitastig í mismunandi hæð og efnasamsetningu lofthjúpsins svo dæmi séu tekin. Tækin gera Venus Express kleift að framkvæma ítarlega rannsókn á lofthjúpnum yfir tvö Venusarár (eitt ár á Venusi jafngildir 228 jarðardögum). Geimfarinu verður komið fyrir á mjög ílangri, 24 klukkustunda langri braut sem færir það 300 km frá reikistjörnunni þegar næst er. Tölva um borð í Venus Express sér um stjórnun og gagnaöflun. Minni hennar getur geymt 12 gígabit af upplýsingum og eru þau geymd þar þar til þau eru send til jarðar.

Heimildir

• Heimasíða Venus Express.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Geimferðir. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/geimferdir (sótt: DAGSETNING).