Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze Číslo 42 (vyšlo 26. října), ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

42/2007

Mise Double Star ukončena!

Petr Kulhánek

Double Star byla velmi úspěšná dvojice čínsko-evropských sond určených pro výzkum magnetosféryMagnetosféra – oblast magnetického vlivu planety nebo jiného nebeského tělesa. U naší Země je dipólové magnetické pole vytvářeno v jádru elektrickými proudy o řádové hodnotě 10⁹ A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféry planet jsou přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru. Země. Šlo o první spolupráci kosmických agentur CNSACNSA – China National Space Administration, Čínská národní kosmická agentura, založená v roce 1993. Agentura vlastní tři kosmodromy (Jiuquan, Xichang, Taiyuan) a nosnou raketu Long March. a ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1973 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. na vědeckém projektu. První ze sond startovala 29. prosince 2003 a druhá 25. července 2004. Obě vynesla na oběžnou dráhu čínská nosná raketa Long March 2C (Dlouhý pochod). První sonda TC-1 byla navedena na rovníkovou dráhu a druhá TC-2 na polární dráhu. Dráhy byly voleny tak, aby naměřené údaje doplňovaly data z evropské čtveřice družic ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země.. Obě sondy nesly magnetometry a různé detektory částic a vln. Přístroje byly vyrobeny v Číně, Anglii, Irsku, Francii a Rakousku. Původně byla mise plánována na jeden rok. Po dvou prodlouženích byla mise ukončena 14. října 2007 navedením první z družic do atmosféry Země, kde shořela.

Výsledky mise

Mise Double StarDouble Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007. zaznamenala několik významných objevů a po celou dobu se kombinovala data z této mise spolu s daty ze čtveřice evropských družic ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země.. Pozorovací sady tak obsahovaly jak prostorová data na malých měřítcích čtyřstěnu Clusteru, tak data na větších škálách z TC-1 a TC-2.

• Bubliny ve slunečním větru. Družice Double StarDouble Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007. spolu se čtveřicí evropských družic ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země. zjistily, že sluneční vítr v blízkosti čelní rázové vlny není spojitým tokem částic, ale nachází se v něm různé bubliny o velikosti několika tisíc kilometrů s malým počtem iontů a slabým magnetickým polem. Sluneční vítrSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v m³. Částice vylétávající v polárním směru mají vyšší rychlost (přibližně 750 km/s) a nazýváme je rychlý sluneční vítr. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země. zde vypadá jako napěněný šumivý nápoj. Možná, že právě tyto bubliny hrají rozhodující roli při formování čelní rázové vlny slunečního větru, na které se mění rychlost slunečního větru z nadzvukové na podzvukovou. První taková bublina byla objevena 2. března 2005, kdy jak sonda TC-1, tak čtveřice Cluster pozorovaly společně bublinu v koncentraci iontů, jejíž tvar kopírovalo zeslabené magnetické pole. Bublin bylo při dalším pozorování nalezeno přibližně 150, všechny na vnější straně rázové vlny. Zdá se, že mají protažený tvar ve směru magnetických silokřivek meziplanetárního magnetického pole.

Bubliny před rázovou vlnou. Napravo nahoře je záznam magnetického pole bubliny.
Zdroj: ESA/CNSA, Double Star, 2005.

• Dynamika magnetického ohonu. Do vzdálenosti zhruba 100 zemských poloměrů (R_Z) se za ZemíZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. (směrem od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.) táhne magnetický ohon. Jde o oblast otevřených silokřivek odkláněných slunečním větremSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v m³. Částice vylétávající v polárním směru mají vyšší rychlost (přibližně 750 km/s) a nazýváme je rychlý sluneční vítr. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země.. V centrální části magnetického ohonu je tzv. nulová vrstva, ve které je nulové magnetické pole. Na jedné straně od této vrstvy mají magnetické silokřivky směr od Země, na druhé straně směr k Zemi. Právě v této nulové vrstvě dochází k zajímavým jevům, jako je například přepojení magnetických silokřivek. Na konci roku 2005 bylo publikováno pozorování družic mise Double StarDouble Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007. kombinované s daty z ClusteruCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země., které ukázalo, že v nulové vrstvě dochází k prostorovým oscilacím. Tyto oscilace byly poprvé pozorovány 5. srpna 2004 ve vzdálenosti 11 R_Z (TC-1) a 16 R_Z (Cluster). Oscilace tedy byly pozorovány naráz na úseku dlouhém 30 000 km!

• Nebeský chór. Chór je elektromagnetické vlnění patřící do skupiny hvizdůHvizdy – nízkofrekvenční elektromagnetické vlny (300 Hz až 30 kHz) šířící se podél magnetických silokřivek. Charakteristické je krátkodobé trvání s postupně klesající frekvencí vlny. Jde o modifikaci R vln. Poprvé byly pozorovány v kanálech blesků na Zemi Barkhausenem v roce 1919., které má extrémně nízké frekvence (10 ÷ 1 000 Hz). Chóry vznikají z plazmových vln šířících se podél magnetického pole ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Po svém vzniku vlnění interaguje s pohybujícími se elektronyElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10⁻³¹ kg a elektrický náboj 1,6×10⁻¹⁹ C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl P. Dirac v roce 1928 a objevil C. Anderson v roce 1932., narušuje jejich spirální dráhy a způsobuje jejich urychlení ve vnějším van Allenově radiačním pásuVan Allenovy pásy – jsou tvořeny nabitými částicemi (elektrony, protony a ionty O⁺, He⁺) zachycenými magnetickým polem Země ve vzdálenosti 1,2 až 4 R_Z. V polárních oblastech se odrážejí efektem magnetického zrcadla. Pásy existují dva, vnější složený především z elektronů a vnitřní obsahující hmotnější částice. Částice v pásech pronikavě září. Jejich energie je od 1 keV do 100 MeV. Nejenergetičtější elektrony se nazývají zabijácké elektrony (killer electrones) a mechanizmus jejich vzniku není zcela jasný. Pásy objevil James Van Allen z Univerzity v Iowě na základě měření družic Explorer 1 a 2. Jsou mimořádným nebezpečím jak pro kosmické sondy, tak pro člověka. na relativistické rychlosti. Tyto relativistické elektrony mohou poškodit panely slunečních baterií a elektronická zařízení družic. Jsou nebezpečné i pro lidskou posádku. Proto se jim říká „zabijácké“ elektrony. Výzkum hvizdů, chórů a mechanizmu urychlení elektronů je proto nesmírně důležitý. Hvizdy a chóry byly intenzivně sledovány družicí POLARPOLAR – družice NASA z roku 1996. Polar spolupracovala s obdobnou družicí WIND, která startovala později. POLAR je známa skvělými vizuálními a ultrafialovými snímky aurorálního oválu a polárních září. Jedinečné jsou nahrávky hvizdů – krátkých nízkofrekvenčních elektromagnetických pulsů šířících se podél zemských magnetických silokřivek. Polar se pohybovala na protáhlé polární dráze s oběžnou dobou 18 hodin a apogeem ve vzdálenosti dvou poloměrů Země. Mise byla ukončena v roce 2008., družicemi ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země. i dvojicí družic Double StarDouble Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007., která je při zvýšené geomagnetické aktivitě poprvé pozorovala i ve velkých vzdálenostech od Země. Právě díky družici TC-1 s rovníkovou dráhou dnes víme, že zdrojem chórů jsou oblasti v blízkosti roviny geomagnetického rovníku vzdálené od Země 6÷7 R_Z. Tyto oblasti jsou protažené ve směru silokřivek magnetického pole, mají délku 3 000 ÷ 5 000 km, napříč silokřivkám měří ale pouze desítky kilometrů. Chóry se pohybují podél silokřivek ve vlnových balících s trváním 1÷40 ms. Amplituda elektrického pole je přibližně 30 mV/m, magnetického 300 nT. Rychlost pohybu chórů je zhruba 100 km/s. Intenzivnější chóry jsou pozorovány při Kp indexuKp index – logaritmická míra fluktuací vodorovné složky geomagnetického pole vzhledem k jeho klidovému stavu. Tento index je integrálně počítán přes tříhodinový interval, nabývá hodnot 0 až 9. geomagnetické aktivity vyšším než 2. Pozorován byl i odraz chóru ve vyšších geomagnetických šířkách a jeho návrat do roviny geomagnetického rovníku. Navrácený chór měl nižší frekvenci než původní. Vzhledem k nízké frekvenci chórů je možné je poslouchat i jako zvukové nahrávky.

Chóry zaznamenané družicí TC-1 (s rovníkovou dráhou) mise Double Star. Jde
o záznamy ze 150 obletů v letech 2004 až 2005. Zdroj: O. Santolík et al., MFF UK.

Po necelých čtyřech letech trvání mise Double StarDouble Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007. je zřejmé, že obě družice splnily své úkoly na výbornou. První vědecká spolupráce na poli kosmonautiky s Čínou se vydařila. Data družic přinesla nové, neočekávané výsledky a doplnila sady dat z evropské čtveřice družic ClusterCluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země.. Na závěr si poslechněte nahrávku chóru (wav, 1 MB) pořízenou družicí TC-1 úspěšné mise Double Star.

Odkazy

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu