Slunce nikdy nebylo pod tak velkým drobnohledem, jako tomu bude nyní. Na Havaji se spustil nový solární dalekohled a naši mateřskou hvězdu zkoumá několik sond a družic.
V pondělí 10. února se k nim přidá další. V 5:03 našeho času má z Mysu Canaveral odstartovat raketa Atlas V, která vynese do vesmíru sondu Solar Orbiter.
Sonda Evropské kosmické agentury (ESA) bude mít na palubě 10 vědeckých přístrojů. Na velké části z nich se podílejí čeští vědci. Jedná se o největší český příspěvek pro výzkum vesmíru od pádu železné opony.
Nakoukne na sluneční póly
Solar Orbiter bude obíhat Slunce po eliptické dráze ve vzdálenosti 0,28 až 1,2 AU (1 AU je vzdálenost Země od Slunce).
Nejdříve se bude sonda pohybovat v rovině, ve které obíhá Země okolo Slunce. Postupně se však bude její dráha „naklápět" až na 33° v roce 2029.
Solar Orbiteru to umožní se podívat na sluneční póly, nad které se už sice v minulosti kosmická sonda vydala (Ulysses), ale Solar Orbiter bude jako první sluneční póly fotografovat.
Sonda Solar Orbiter
- Hmotnost (na startu) : 1 800 kg
- Rozměry: 2,5 x 3,1 x 2,7 m
- Rozpětí solárních panelů: 18 m
- Počet vědeckých přístrojů: 10
Změny dráhy zajistí motory sondy, ale pomohou také gravitační kopance planet. Během letošních Vánoc mine sonda Venuši. Do roku 2030 proběhne podobných průletů osm. Na konci listopadu 2021 využije i gravitaci Země.
Nejblíže se ke Slunci dostane Solar Orbiter na vzdálenost 42 milionů kilometrů. Není to kriticky blízko, ale i tak bude v maximu dostávat 13krát více záření, než Země od Slunce. Kvůli tomu je sonda vybavena speciálním tepelným štítem z titanu, který má 18 vrstev a je potažený speciálně vyvinutou vrstvou. Vědci využili stejný postup, který se používá při výrobě lékařských implantátů.
Selský rozum velí, že by štít měl mít bílou barvu, která nejlépe odráží sluneční světlo. Vědci ale chtěli, aby byl po celou misi barevně konstantní, což by měla lépe splnit tmavá barva. Uvnitř štítu je osm otvorů, na kterých jsou kryty a za nimi jednotlivé vědecké přístroje.
Věda v podání sondy Solar Orbiter
Sonda se pochopitelně zaměří na evergreen sluneční fyziky – korónu. Vnější vrstva atmosféry, která je viditelná při úplném zatmění Slunce, nebo prostřednictvím speciálního přístroje (koronografu), dosahuje teploty okolo 1 milionů stupňů Celsia.
V případě Slunce asi není překvapením, že mluvíme o vysokých teplotách. Jádru mnohem bližší fotosféra (ve které se vyskytují například sluneční skvrny) má ale teplotu jen 6 000 °C. Proč je korona výrazně teplejší? Na to vědci zatím přesnou odpověď nemají.
Výzkum a pochopení koróny je velmi důležité. Horké plazma sluneční korony se šíří sluneční soustavou jako tok nabitých částic – sluneční vítr. Během zvýšené sluneční aktivity může dojít k výronu koronální hmoty (coronal mass ejections, CME), kdy se ze slunečního povrchu uvolní oblak horkého plazmatu.
Tento oblak může spolu se slunečním větrem dorazit k Zemi, kde způsobuje geomagnetické bouře. V tomto případě už výzkum Slunce přechází do tzv. kosmického počasí, které má prakticky význam pro život na Zemi. Sluneční aktivita může ovlivnit provoz družic, na kterých je člověk stále závislejší, ale také poškodit energetické soustavy.
Sluneční aktivita má na družice i sekundární dopad. Při vyšší sluneční činnosti zemská atmosféra „zhoustne“, družice třou více o atmosféru a rychleji padají směrem k Zemi. Může to mít i pozitivní důsledky – do atmosféry padá rychleji i kosmické smetí. Současně ale platí, že díky nepředvídatelné sluneční činnosti je obtížné predikovat životnost družic / kosmického smetí na oběžné dráze a to zejména v dlouhodobějším horizontu.
Solar Orbiter se také zaměř na fyzikální procesy urychlující pomalý sluneční vítr, což je proud plazmatu, který se šíří z oblastí uzavřených magnetických smyček.
Přístroje s českou účastí
Vědeckých přístrojů je celkem 10. Na čtyřech z nich se podílejí české firmy a vědci. První vědecká měření začnou v květnu, ale plně začne sonda pracovat až v listopadu 2021.
Foto: Airbus Defence and Space
STIX (Spectrometer Telescope for Imaging X-rays)
Spektrometr bude pracovat v oblasti rentgenová záření a zaměří se na výzkum fyzikálních procesů ve slunečních erupcích.
Přístroj využívá mozaiku 32 speciálních mřížek z wolframu spolu se stejně velkou mozaikou cadmium-teluridových detektorů. V tomto uspořádání je obraz rozložen do Fourierovských komponent a telemetricky přenesen na Zemi, kde se počítačově vytváří obraz zdroje.
Český příspěvek: napájecí zdroje a řídicí software (Astronomický ústav AV, firmy SRC a Evolving Systems Consulting).
Multi Element Telescope for Imaging and Spectroscopy (METIS)
METIS dokáže odstínit Slunce a spatřit sluneční korónu. Přístroj bude studovat procesy v koróně a to včetně úniků koronální hmoty (CME). Snímky koróny bude pořizovat ve viditelné a zejména ultrafialové části spektra.
Český příspěvek: dodání zrcadel M1 a M2 optické soustavy přístroje (Astronomický ústav AV, laboratoře TOPTEC Ústavu fyziky plazmatu AV ČR).
Solar Wind Analyser (SWA)
Tři senzory přístroje budou měřit hustotu, rychlost a teplotu iontů a elektronů slunečního větru a dále sbírat údaje o iontovém složení a charakteristikách klíčových těžších prvků.
Český příspěvek: vývoj a dodání dvou elektronických desek pro blok spektrometru protonů a alfa částic PAS (Proton-Alpha Sensor) ze souboru přístrojů SWA (Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy).
Radio and Plasma Waves – Time Domain Sampler (RPW-TDS)
RPW bude měřit magnetická a elektrická pole ve vysokém časovém rozlišení pomocí řady senzorů / antén, aby určil vlastnosti elektromagnetických a elektrostatických vln ve slunečním větru.
TDS je digitální vlnový analyzátor – implementovaný jako elektronická deska integrovaná do přístroje RPW. Modul TDS digitalizuje a zpracovává čtyři analogové signály: tři z vysokofrekvenčních antén měřících elektrické pole a jeden signál z vysokofrekvečního měření magnetického pole.
Český příspěvek: Výroba a testy modulu TDS pro přístroj RPW (Ústav fyziky atmosféry AV ČR) + vývoj a výroba Low-Voltages Power Supply (LVPS) – napájecí jednotky, která bude napájet přístroje RPW a vydrží podmínky v blízkosti Slunce.
Cílem je zajištění dodávek elektrické energie ze solárních panelů, její regulace, měření telemetrických údajů o spotřebě napájení a filtrace škodlivého rušení (Astronomický ústav AV ČR, firma CSRC).
Elektronická deska přístroje TDS v letové verzi. Foto: http://okf.ufa.cas.cz
Kromě přístrojů s českou účastí je na palubě také zobrazovač EUI pro zobrazení různých vrstev sluneční atmosféry v ultrafialové části spektra, spektrální zobrazovač SPICE pro zajištění spektrálního zobrazování sluneční fotosféry a korony, heliosférický zobrazovač SoloHI pro zobrazení kvazistabilních a přechodných toků slunečního větru.
Kromě zobrazovačů je na palubě také magnetometr MAG pro podrobný výzkum magnetického pole a detektor částic (EPD) pro studium supratermálních iontů, elektronů, neutrálních atomů a energetických částic.
Spolupráce se sondou Parker Solar Probe
Solar Orbiter se vydává do vesmíru jen 18 měsíců po startu americké sondy Parker Solar Probe. Obě mise budou spolupracovat a doplňovat se. Parker Solar Probe se má dostat jen 6,2 milionů kilometrů od Slunce, ale provádí především měření. Solar Orbiter bude Slunce i přímo fotografovat.
Zdroje:
