Jednostavno rečeno
NASA je poslala dvije male letjelice prema Marsu, ali one nisu krenule najkraćim putem. Prvo su dugo putovale svemirom, a zatim se vratile blizu Zemlje i uključile motore kako bi promijenile pravac. Na tom putu prikupile su i podatke o velikom području svemira iza naše planete, a na Mars bi trebale stići u septembru 2027.
Putovanje koje je počelo nakon propuštenog termina za lansiranje
Vrijeme za putovanje između Zemlje i Marsa zavisi od položaja obje planete na njihovim putanjama oko Sunca. Povoljan položaj planeta za putovanje između njih ponavlja se otprilike svakih 26 mjeseci, pa se lansiranja obično planiraju u kratkom vremenskom roku. Misija ESCAPADE trebala je napustiti Zemlju u oktobru 2024, kada je raspored planeta bio povoljan, ali je kašnjenje rakete New Glenn kompanije Blue Origin spriječilo lansiranje.
Umjesto da misiju zadrže na Zemlji do sljedeće uobičajene prilike, planeri su odabrali drugačiji put. Dvije letjelice poletjele su u novembru 2025. na drugom letu rakete New Glenn. Potom su ušle u dugu putanju koja im je omogućila da čekaju u svemiru i kasnije se vrate u blizinu Zemlje. Ovakav pristup naziva se orbitalno zadržavanje ili čekanje u orbiti. Putanja je oblikovana kao široka petlja nalik zrnu graha, koja prolazi kroz područje druge Lagrangeove tačke između Zemlje i Sunca, skraćeno L2.
Letjelice nisu kružile oko Zemlje u bliskoj orbiti, kakva se najčešće zamišlja. Umjesto toga, kretale su se velikom putanjom oko područja L2, a zatim se početkom novembra 2026. vratile prema našoj planeti. Tako je čekanje postalo stvarni dio misije, a ne beskorisna pauza. Inženjeri su dobili priliku da u pravom trenutku iskoriste Zemljinu gravitaciju, dok su letjelice prošle kroz dijelove svemira pogodne za proučavanje magnetnog okruženja naše planete.
Motori rade tokom prolaska pored Zemlje
Kada su se letjelice vratile u Zemljinu blizinu, čekao ih je važan korak. Prolazak pored velike planete može promijeniti putanju letjelice zahvaljujući gravitaciji, kao što se dešava tokom manevara u kojima svemirske misije koriste gravitacioni uticaj nebeskih tijela. Ipak, ESCAPADE se nije oslonio samo na gravitaciju: svaka letjelica morala je uključiti svoj motor tokom prolaska, kako bi se istovremeno iskoristili gravitacioni uticaj i potisak motora.
Prva letjelica izvela je manevar 7. novembra, a druga je uključila motor 9. novembra. NASA je objavila da su oba postupka uspjela prema planu. Tako je agencija prvi put na putovanju prema Marsu izvela prolazak pored Zemlje uz istovremeni potisak motora letjelice. Asal Nasri, vršiteljica dužnosti pomoćnice direktorice leta u odjelu za solarnu fiziku NASA-e, izjavila je da uspješno izvođenje manevra dva puta u razmaku od dva dana predstavlja presedan za agenciju.
Važnost ovog postupka je u tome što letjelica ne mijenja smjer samo pod uticajem gravitacije. Dok prolazi pored Zemlje, ona podešava potisak kako bi promijenila učinak tog prolaska. Za to su potrebni precizni podaci o položaju, brzini i smjeru, kao i pažljivo odabran trenutak za uključivanje motora. Motor ne djeluje odvojeno od kretanja letjelice: njegov potisak pridružuje se njenom kretanju kroz Zemljino gravitaciono polje, nakon čega ona nastavlja novom putanjom prema udaljenom cilju.
Prema planu, potrebno je još nekoliko manjih korekcija putanje, a očekuje se da će letjelice stići do Marsa u septembru 2027. Uspjeh manevara u novembru zato ne znači da je misija završena. Naprotiv, nakon važnog testa navigacije počelo je međuplanetarno putovanje. Precizno praćenje putanje i stanja obje letjelice i dalje će biti ključno dok se budu približavale Crvenoj planeti.
Šta letjelice žele saznati o Marsu?
Glavni zadatak misije ESCAPADE jeste proučavanje Marsovog magnetnog okruženja, koje nije jedinstven omotač nalik jednom štitu oko planete. Na njega utiče međudjelovanje naelektrisanih čestica koje dolaze sa Sunca i Marsove atmosfere. Osim toga, u kori planete postoje lokalna područja s izraženim magnetnim svojstvima. Bolje razumijevanje ove složene strukture pomoći će naučnicima da opišu kako se okruženje Marsa mijenja u dodiru sa svemirom oko njega.
Misiju čine dvije slične letjelice, od kojih je svaka velika otprilike koliko dva frižidera. Svaka nosi tri naučna instrumenta i više kamera. Dvije letjelice, za razliku od jedne, mogu istovremeno prikupljati mjerenja s različitih mjesta i potom ih uporediti. Kada se neka pojava brzo mijenja ili zahvata veliko područje, takva poređenja mogu pokazati da li je riječ o kratkotrajnoj promjeni na jednom mjestu ili o dijelu šireg kretanja.
Na putu prema Marsu letjelice su dobile priliku da proučavaju i Zemlju. Zemljino magnetno polje jače je od Marsovog i nastaje u unutrašnjosti planete, ali na njega utiče i solarni vjetar, stalni tok naelektrisanih čestica koje dolaze sa Sunca. Kada te čestice pritisnu stranu Zemlje okrenutu prema Suncu i potisnu magnetno polje na suprotnu stranu, ono se iza planete izdužuje u dugu strukturu poznatu kao magnetni rep.
Zemljin magnetni rep: laboratorija koja seže daleko u svemir
Magnetni rep ne ostaje nepomičan kao nacrtani oblik. On se kreće i mijenja, a kroz njega teče plazma, materija sastavljena od naelektrisanih čestica. Različite svemirske misije proučavale su njegove dijelove na udaljenosti od gotovo 800 hiljada milja, odnosno oko 1,27 miliona kilometara od Zemlje. O onome što se dešava još dalje znalo se manje, jer je dolazak do tih područja i neposredno mjerenje na tako velikim udaljenostima veoma zahtjevno.
Letjelice ESCAPADE prošle su kroz udaljeni dio ovog repa, na oko 1,19 miliona milja, odnosno 1,91 milion kilometara od Zemlje. U tom području zadržale su se približno deset dana. Umjesto mjerenja samo jednom letjelicom, naučnici su mogli prikupiti podatke s obje letjelice istovremeno i uporediti ono što je svaka zabilježila na svom položaju. Rob Lillis, istraživač svemirske i planetarne fizike na University of California, Berkeley i glavni istraživač misije, opisao je ove podatke kao priliku kakva se dosad nije ukazala za posmatranje građe i kretanja udaljenog dijela repa te protoka plazme kroz njega.
Istovremena mjerenja važna su zato što jedno posmatranje ne može uvijek pokazati kako se pojava mijenja od mjesta do mjesta. Ako letjelica zabilježi promjenu magnetnog polja, uzrok može biti kretanje same strukture, ali i to što se letjelica pomjerila u drugi dio te strukture. Kada dvije letjelice mjere u isto vrijeme, naučnici dobijaju dva pogleda na istu pojavu. Tako lakše mogu razdvojiti uticaj kretanja letjelice od stvarnih promjena u polju i naelektrisanim česticama.
Tokom ljeta misija je dobila još jednu priliku da prouči magnetni rep. Mjesec je tada također prolazio kroz tu strukturu, a letjelice ESCAPADE uspjele su uskladiti posmatranja s dvije letjelice misije Artemis-THEMIS koje su se nalazile u blizini Mjeseca. Time su prikupljena istovremena opažanja s četiri mjesta, umjesto oslanjanja na jednu ili dvije tačke. Što je više mjesta s kojih se istovremeno mjere podaci, to se preciznije mogu prikazati oblik i kretanje linija magnetnog polja, kao i ponašanje plazme u različitim dijelovima prostora.
Zašto nije dovoljno posmatrati izdaleka?
Neke astronomske pojave mogu se mjeriti na daljinu, ali za proučavanje magnetnog polja i plazme oko njega često je potrebno da se instrumenti nađu unutar samog područja. Letjelica koja prolazi kroz takvo okruženje može neposredno zabilježiti svojstva čestica i polja na mjestu na kojem se nalazi, umjesto da ih naučnici zaključuju na osnovu svjetlosti koja stiže izdaleka. Osim toga, građa magnetnog repa mijenja se s vremenom. Zato su istovremena mjerenja posebno korisna: ona prikazuju više dijelova pojave u istom trenutku, a ne odvojene snimke između kojih su se mogle dogoditi važne promjene.
Duga putanja kojom su letjelice prošle prije nego što su nastavile prema Marsu nije bila samo prinudno rješenje zbog odgođenog lansiranja. Donijela je i dodatnu naučnu korist, jer je omogućila proučavanje udaljenih područja Zemljinog magnetnog repa. Učešće letjelica Artemis-THEMIS proširilo je mogućnost posmatranja te strukture s četiri mjesta. Ipak, glavni zadatak misije, ispitivanje magnetnog okruženja Marsa, tek predstoji. Očekuje se da će dvije letjelice stići do Crvene planete u septembru 2027.
Važno je razlikovati ono što su letjelice već uradile od onoga što će tek istražiti. Uspješno uključivanje motora pokazuje da je manevar izveden kako treba, ali samo po sebi ne donosi rezultate o Marsu, jer su letjelice još na putu prema toj planeti. Podaci o Zemljinom magnetnom repu prikupljeni su tokom ranijeg dijela putovanja, dok će proučavanje Marsovog okruženja početi kada letjelice stignu do cilja i započnu naučna mjerenja.
Zaključak
Misija ESCAPADE spaja novi navigacijski postupak s naučnim istraživanjem u više faza. Nakon što lansiranje u oktobru 2024. nije bilo moguće, iako je tada bio povoljan period koji se ponavlja svakih 26 mjeseci, dvije letjelice poletjele su u novembru 2025. Prošle su dugom putanjom kroz područje L2, a zatim se vratile blizu Zemlje. Sedmog i 9. novembra 2026. uspješno su uključile motore tokom prolaska pored naše planete. NASA navodi da je riječ o prvom takvom manevru za misiju koja putuje prema Marsu.
Na putu su dvije letjelice prikupile istovremena mjerenja Zemljinog magnetnog repa na udaljenosti od 1,19 miliona milja, odnosno 1,91 milion kilometara. Učestvovale su i u zajedničkom posmatranju s dvije letjelice Artemis-THEMIS u blizini Mjeseca, pa je pojava praćena s ukupno četiri mjesta. Nakon planiranih manjih korekcija putanje, letjelice bi trebale stići do Marsa u septembru 2027. Tada počinje glavni dio misije: proučavanje Marsovog magnetnog okruženja i načina na koji se planeta susreće s česticama koje dolaze sa Sunca.