Zahlavi

Solar Orbiter míří ke Slunci

10. 02. 2020

Dnes ráno zamířila ke Slunci sonda Solar Orbiter, aby zblízka zkoumala naši hvězdu, její korónu i sluneční vítr. Vůbec poprvé také pořídí – a to ve vysokém rozlišení – snímky obou pólů Slunce. Na čtyřech z jejích přístrojů se podílely české instituce, včetně Astronomického ústavu AV ČR, Ústavu fyziky atmosféry AV ČR a Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. 

Tři minuty po páté hodině ranní našeho času nastal pro Evropskou kosmickou agenturu ESA i pro americkou NASA dlouho čekávaný okamžik: z mysu Canaveral na Floridě odstartovala raketa Atlas V 411 a vynesla do vesmíru evropskou sondu Solar Orbiter. Vznikla ve spolupráci ESA a NASA, její celková hmotnost dosahuje 1800 kg, rozpětí se slunečními panely 18 metrů. Dvě desítky let od prvních plánů a šest roků od začátku konstrukce a testování se teď konečně vydala ke Slunci, kam poletí dva roky.  

„Než Solar Orbiter skončí svou misi, budeme vědět o skrytých silách zodpovědných za proměnlivé chování Slunce a o jeho vlivu na naši mateřskou planetu víc než kdy dřív,“ říká na webových stránkách ESA její vědecký ředitel Günther Hasinger.

Dráha sondy
Sonda využije gravitace Země a Venuše, aby se dostala na značně výstřednou eliptickou dráhu kolem Slunce. Bude se k němu opakovaně přibližovat až na vzdálenost asi 60 slunečních poloměrů (zhruba 42 milionů km), dostane se tedy blíž než planeta Merkur. Sklon její dráhy se bude navíc postupně zvětšovat vůči rovině ekliptiky tak, aby Solar Orbiter mohl provádět první a naprosto unikátní výzkum zatím neprobádaných polárních oblastí naší hvězdy. Ze Země sluneční póly nevidíme, a přitom jsou podle vědců klíčem k pochopení sluneční aktivity. Současně bude sonda měřit vlastnosti prostředí, jímž bude prolétat. Bude zblízka pozorovat Slunce kamerami a dalekohledy ve viditelné, ultrafialové i rentgenové části spektra.


   
Solar Orbiter (ESA)

Jak přežít sluneční žár
Jelikož se sonda Solar Orbiter dostane do velké blízkosti Slunce, musí ona sama i její vědecké přístroje nejméně sedm let přežít vysoký žár, kdy teploty mohou přesáhnout 500 °C, a nepřetržité působení vysoce nabitých částic slunečního větru. Proti tomu ji bude chránit 30 cm tlustý titanový štít. Ten musí zároveň umožňovat otevírání krytek pro přímé pozorování Slunce – kamery ho budou snímkovat přes malé otvory v tepelném krytu. Zatímco jeho vnější část bude odolávat teplotám 520 °C, vnitřní části sondy budou pracovat při teplotě kolem 50 °C a okolní prostředí studeného vesmíru bude mít teplotu minus 170 °C. Cesta od startu na finální dráhu kolem Slunce potrvá téměř dva roky a během této doby bude sledovat částice slunečního větru, pole a vlny v okolí sondy. Jakmile dosáhne cílovou dráhu, zahájí další přístroje výzkum celého slunečního disku, delší stabilní pozorování jeho vybraných oblastí sluneční koróny atd.

 

Vědecké cíle sondy
Solar Orbiter bude velmi zblízka, a tedy s vysokým rozlišením, studovat Slunce a vnitřní heliosféru. Bude nabírat data, která mají podrobněji osvětlit některé dosud málo poznané stránky sluneční aktivity. Cílem je podrobněji objasnit, co způsobuje sluneční vítr a jak vzniká koronální magnetické pole, jak sluneční erupce produkují energetické částice, které vyplňují heliosféru a šíří se v ní, jak pracuje sluneční dynamo a řídí tak spojení mezi Sluncem a heliosférou atd.



Přístroje sondy Solar Orbiter 

 

Přístroje s českým přispěním
Ke splnění zadaných úkolů bude sondě Solar Orbiter sloužit 10 vědeckých přístrojů. Na čtyřech z nich – METIS, STIX, RPW a SWA – se podíleli čeští vědci z Astronomického ústavu AV ČR, Ústavu fyziky atmosféry AV ČR a Univerzity Karlovy a odborníci z vybraných firem.

STIX je spektrometr-teleskop pro zobrazení zdrojů rentgenového záření v tvrdé rentgenové oblasti (5-150 keV) s vysokým prostorovým, spektrálním i časovým rozlišením.  Je určen pro pozorování Slunce z oběžné dráhy, tedy tzv. „remote sensing“. Umožní studovat fyzikální procesy ve slunečních erupcích a v dalších energetických jevech ve sluneční atmosféře. Specialisté z Astronomického ústavu AVČR vyvinuli pro tento přístroj napájecí zdroje jednak nízkého napětí pro palubní počítač, jednak vysokého napětí pro mozaiku detektorů.


STIX těsně před integrací do sondy

Čeští odborníci se podíleli i na vytvoření dvou hlavních zrcadel (M1 a M2) teleskopu-koronografu METIS pro pozorování celé sluneční koróny, a to jak ve viditelném světle, tak v UV části spektra. Tato klíčová zobrazovací zrcadla byla vyvinuta a vyrobena v laboratořích TOPTEC (Turnov), které jsou součástí Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Simultánní pozorování koróny a procesů v ní pomocí filtru ve spektrální čáře vodíku Lyman-alfa a v optické oblasti pomocí širokopásmového filtru bude první svého druhu a mělo by poskytnout unikátní data. Na přípravě metodiky pro jejich analýzu se rovněž aktivně podílí Astronomický ústav AV ČR, který garantuje vědeckou stránku projektu Metis.


Přístroj Metis během laboratorních testů

Ústav fyziky atmosféry AV ČR a Astronomický ústav AV ČR ve spolupráci se dvěma českými firmami vyvinuly a vyrobily dvě zásadní komponenty pro přístroj RPW (Radio and Plasma Waves), který je určen k měření elektromagnetického pole, plazmových a rádiových vln ve slunečním větru obklopujícím sondu Solar Orbiter.


Přístroj RPV

Poslední ze čtveřice přístrojů s českou účastí je analyzátor slunečního větru SWA (z anglickéhoSolar Wind Analyzer). Sluneční vítr je proud nabitých částic, především protonů, alfa částic (jader helia) a elektronů, které rychlostí několika set kilometrů za sekundu unikají z horké sluneční koróny do meziplanetárního prostoru. Zatím není zcela objasněn mechanismus, jakým mohou být urychlovány na tak vysokou rychlost. SWA bude s vysokým časovým rozlišením měřit hustotu, rychlost a teplotu částic slunečního větru a zjišťovat podrobnější údaje o jeho iontovém složení. Čeští odborníci vyvinuli a dodali dvě elektronické desky pro blok spektrometru protonů a alfa částic. Hlavním řešitelem projektu byla Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy.


Letový model SWA-PAS

Sondy Solar Orbiter a Parker Solar Probe
Už v roce 2018 se ke Slunci vydala americká sonda Parker Solar Probe (NASA), která sbírá údaje o sluneční koróně a mechanismu slunečního větru. Její první data sluneční fyzikové právě analyzují. Solar Orbiter doplní její měření slunečního větru především o pozorování Slunce kamerami a teleskopy v několika oborech spektra z blízké vzdálenosti. Když navíc sluneční fyzikové zkombinují pozorování z obou sond s daty z nového a pro pozorování Slunce současně největšího pozemního teleskopu Daniela K. Inouye na Hawaji, nepochybně získají daleko přesnější pohled na aktivitu naší mateřské hvězdy i na to, jak ovlivňuje své blízké i vzdálenější okolí, včetně Země.

ČR a Evropská kosmická agentura (ESA)
Českou účast na Solar Orbiteru podpořily Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy v rámci programu PRODEX a Ministerstvo dopravy (Odbor inteligentních dopravních systémů, kosmických aktivit a výzkumu, vývoje a inovací). V současné době aktivity Akademie věd ČR na přípravě mise probíhají v rámci Strategie AV21 a jejího programu Vesmír pro lidstvo.

 

Připravili: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR ve spolupráci s Pavlem Suchanem, Astronomický ústav AV ČR
Foto: ESA, Archiv ASÚ AV ČR