Čtvrtek 28. března 2024, svátek má Soňa
130 let

Lidovky.cz

Družice vyrobí umělé zatmění Slunce

Česko

Čeští astronomové se podílejí na výzkumu naší nejbližší hvězdy pomocí kosmických dalekohledů

Začátkem ledna jsme byli svědky částečného zatmění Slunce. Tentokrát Měsíc zastínil v maximální fázi zatmění téměř 80 procent průměru slunečního kotouče. Přesto však bylo třeba použít speciální tmavé brýle, abychom mohli úkaz dobře vidět a nepoškodili si zrak. I přes poměrně značné zakrytí slunečního disku je jeho jas stále příliš velký.

Pokud je zatmění jen částečné, mohou astronomové díky němu sledovat na Slunci nějaké zajímavé struktury nebo procesy? Odpověď zní ne. I sebemenší nezakrytá část slunečního disku naprosto znemožní jakákoliv sledování slabého svitu sluneční koróny.

Co je to koróna? Jedná se o rozsáhlé vrstvy velmi řídkého, ale také velmi horkého (milion stupňů Celsia) plynu, které se rozprostírají od okraje Slunce do poměrně velkých vzdáleností. Celá sluneční koróna je navíc protkána siločarami magnetických polí a nachází se v ní i velmi bizarní, v tomto případě ale relativně chladné útvary zvané protuberance. Plyn, o němž je řeč, se odborně nazývá plazmatem (neplést s plazmou, např. krevní) a je to převážně vodík, kde větší, či menší část jeho atomů přišla o své elektrony. Vzájemné působení tohoto vodíkového plazmatu s magnetickým polem, ale i se zářením pocházejícím z povrchu Slunce, je velmi složitý a dodnes ne zcela pochopený proces. Laboratoř na obloze Proto astronomy, nebo přesněji řečeno sluneční fyziky, celá koróna velmi zajímá – je to taková obrovská laboratoř pro zkoumání procesů, které mají ve svém důsledku dopad i na naši planetu.

Pokud tedy řekneme, že sluneční korónu lze sledovat jen při úplném zatmění, naskýtá se další otázka, a sice stačí vědcům oněch řekněme pár minut ročně k získání potřebných měření?

Odpověď je opět spíše negativní. Stačilo to a stále postačuje pro řešení určitého typu úloh, ale při dnešním pokroku v oblasti výzkumu Slunce jsou nároky již mnohem větší. Abychom mohli sledovat časový vývoj různých procesů v koróně, potřebujeme dlouhodobá pozorování, ne jen těch několik minut, během nichž se téměř nic neděje.

Pomocí tak zvaných koronografů (dalekohledů s umělým zástinem slunečního disku) lze určitá pozorování provádět i mimo zatmění, většinou z vysokohorských observatoří, ale nikdy nelze vidět celou korónu v její komplexnosti, tak jako při úplném zatmění.

To je v důsledku toho, že i ve vysokohorských podmínkách je stále velké množství rozptýleného slunečního světla, které podstatně snižuje viditelnost slabé koróny. Řešením je vynést koronograf do kosmu, ale i tak nedosáhneme kvality měření jako při zatmění.

Co tedy dělat? Touto otázkou se vědci zabývají již poměrně dlouho, ale teprve nedávno se jim naskytla zcela unikátní možnost, jak uměle simulovat úplné zatmění Slunce. A to nejen na pár minut, ale třeba na celé hodiny a dny!

Ještě než však prozradíme toto sladké tajemství, vraťme se na chvíli ke kosmickým pozorováním Slunce. Ta nám totiž umožňují vidět Slunce, ale i ostatní objekty ve vesmíru, zcela jinýma očima. Zemská atmosféra nepropouští (naštěstí pro živé tvory) rentgenové ani krátkovlnné UV záření. A právě toto záření nám poskytuje velmi cenné informace o stavu zmíněného plazmatu a jeho chování v magnetickém poli.

Proto již několik desetiletí vypouštějí vědci na oběžnou dráhu kolem Země, ale i dále do kosmu speciální teleskopy pro sledování Slunce právě v těchto oborech záření. Ty nejnovější jsou na japonské družici Hinode (vypuštěna v roce 2006) s účastí USA a Velké Británie. Na palubě Hinode jsou tři teleskopy, z nichž dva mohou sledovat korónu v rentgenovém a dalekém UV oboru.

Taková pozorování také nedávno využili vědci z Astronomického ústavu Akademie věd ČR, když pomocí družice Hinode studovali sluneční protuberance a vedli velký mezinárodní tým, který tuto studii publikoval.

Druhým nedávno vypuštěným satelitem je americká „Solar Dynamic Observatory“ (SDO, start 2010), kterou NASA vybavila několika přístroji, z nichž jeden poskytuje každých 10 vteřin kompletní obraz Slunce včetně koróny, celkem v deseti spektrálních oborech UV záření. Také SDO české vědce velmi zajímá, protože přináší velké množství dat, která je třeba denně třídit a připravovat k analýze.

Stále však zůstává problém, jak sledovat tzv. bílou korónu v optickém oboru záření, kde jsou kontrastní poměry zcela jiné než pro UV nebo rentgenové záření. Tedy zpět k onomu sladkému tajemství.

Evropská kosmická agentura (ESA) postupně vypouští sérii družic, které nemají přímo vědecké zaměření, ale jejich primárním úkolem je ověřit různé nové, dosud nevyzkoušené technologie nebo třeba metody řízení družic. Jedná se o sérii družic Proba.

Například Proba-2 má na palubě také vědecký přístroj s českou účastí. Nyní je na pořadu Proba-3, což je vlastně systém dvou družic na blízkých oběžných drahách, vzdálenost mezi družicemi bude přibližně 150 metrů. Cílem je testovat tzv. let ve formaci neboli řízení dvou družic tak, aby se samy automaticky orientovaly do požadované formace, například aby jejich spojnice mířila do přesně určeného směru a aby danou formaci udržely stabilní po relativně dlouhou dobu.

To má velký význam pro řadu experimentů, v oblasti vědy to jsou pak budoucí obří dalekohledy na oběžné dráze kolem Země, kde lze využít velké základny mezi více družicemi.

Satelit v roli Měsíce A tak se dostáváme k simulacím úplného zatmění v kosmu. Umístímeli na jednu družici „umělý Měsíc“, tedy kotouč určitého průměru, který může plně zakrýt sluneční disk, a na druhou pak dalekohled, který bude přes tento umělý Měsíc pozorovat Slunce, máme prakticky stejné podmínky jako při úplném zatmění na Zemi.

Podmínkou ale je přesná orientace obou družic ve směru ke Slunci, což bude vyžadovat časté korekce dráhy. Vloni ESA rozhodla, že k testům letu ve formaci bude použit právě takový obrovský sluneční koronograf, a tím poskytla slunečním fyzikům unikátní šanci sledovat slabou korónu v optickém záření bez vlivů zemské atmosféry a po dobu mnohem delší, než umožňují vzácná zatmění pozorovaná ze Země.

Vlastní dalekohled bude mít několik speciálních filtrů, které umožní detailní studium fyzikálních podmínek v koróně. Kosmický koronograf Proba-3 již začalo vyvíjet velké mezinárodní konsorcium v Evropě, předpokládaný start je kolem roku 2015.

Vědci z Astronomického ústavu AV ČR jsou členy tohoto konsorcia díky svým dlouholetým zkušenostem ve výzkumu koróny a protuberancí a také díky tomu, že se Česká republika stala nedávno plnohodnotným členem ESA. Je to vlastně vůbec poprvé, kdy se můžeme aktivně zapojit do konstrukce a výroby velkého palubního přístroje pro astrofyzikální výzkum, a je to i velká šance pro české firmy.

Jedná se především o nestandardní optiku, která musí snést extrémní podmínky v kosmu, a dále o některé elektro-mechanické komponenty teleskopu. Vývoj a výroba takových dílů je však v našich podmínkách poměrně novou zkušeností, neboť je třeba splnit velmi vysoké technologické a další standardy ESA.

Iniciativa v tomto případě vychází od astronomů, jejich mezinárodní týmy specifikují spolu s experty z ESA problémy a parametry celého experimentu, ale konečné technické řešení musí realizovat firmy, které jsou na špičkové technologické úrovni, nebo o ni postupně usilují.

Tak jsme se nakonec dostali od zajímavého nebeského úkazu, který nedávno pozorovaly tisíce lidí, až k velmi aktuálním otázkám dnešní vědy a techniky, k otázkám, které jsou klíčové pro naše budoucí zapojení do vědeckých misí ESA a vůbec do evropského výzkumného prostoru.

O autorovi| PETR HEINZEL, Docent Petr Heinzel je ředitelem Astronomického ústavu AV ČR, jeho oborem je sluneční fyzika

Autor:

Velvyslanectví Alžírské demokratické a lidové republiky
Administrativní pracovník

Velvyslanectví Alžírské demokratické a lidové republiky
Praha