Výzkum s českou účastí: Cluster pomáhá chránit kosmonauty a umělé družice před relativistickými elektrony.

Sepsal Ondřej Santolík


Družice Cluster 		Družicový projekt Cluster, řízený Evropskou kosmickou agenturou, pomáhá objevit příčiny vzniku relativistických „zabijáckých elektronů“. Tak jsou nazývány elektrony velmi vysokých energií, jež jsou odpovědné za škody na umělých družicích a jež jsou též velkým rizikem pro posádky kosmických lodí.

V průběhu posledních let učinili vědci z Velké Británie, Spojených států a České republiky několik významných objevů za pomoci čtyř družic projektu Cluster. Tyto nové výsledky významně prohloubily naše znalosti o tom, jak, kde a za jakých podmínek se tyto relativistické elektrony objevují v magnetosféře Země.

První družicová měření v padesátých letech minulého století ukázala, že v okolí Země existují dva stálé prstence vyplněné energetickými elektrony. Tyto prstence, nazývané Van Allenovy pásy, jsou vyplněny částicemi zachycenými magnetickým polem Země. Vnější Van Allenův pás obsahuje proměnlivé množství energetických elektronů, z nichž některé mohou být urychleny na velmi vysoké energie. Tyto elektrony mohou pronikat i silným pláštěm umělé družice (např. telekomunikační) a poškodit její citlivou elektroniku. Zvýšená radiace může též ohrozit lidské posádky kosmických lodí.

Po dlouhou dobu se vědci snažili vysvětlit, proč je počet nabitých částic v radiačních pásech tak proměnlivý. Průlom nastal, když se v říjnu a listopadu 2003 objevily dvě krátce po sobě následující magnetické bouře. Mezi jejich projevy patřily i polární záře viditelné výjimečně z našeho území. Během těchto bouří zmizely z Van Allenových pásů elektrony, aby se vzápětí objevily o mnoho blíže k Zemi, v oblasti, která je obyčejně považována za poměrně bezpečnou pro umělé družice.

Když se Van Allenovy pásy znovu objevily, nebyl jejich nárůst ve shodě s dosavadní nejrozšířenější teorií založenou na jevu nazývaném radiální difuse. Namísto ní ukázal tým evropských a amerických vědců, že pozorované urychlování elektronů a nárůst nového Van Allenova pásu mohou způsobit intenzivní elektromagnetické vlny šířící se v plazmatu magnetosféry Země.

Tyto vlny nazývané chorus jsou přírodními elektromagnetickými vlnami na slyšitelných kmitočtech, jejichž signály, zavedeny do reproduktoru a převedeny na zvuk, připomínají zpěv ptactva za ranního rozbřesku. Jsou to jedny z nejsilnějších přírodních vln v magnetosféře.


Magnetosféra Země – přírodní ochranná bublina
Jejich působením může během magnetické bouře dojít až k tisícinásobnému zvýšení počtu vysoce energetických elektronů.


Záznam měření vln typu chorus na čtyřech družicích projektu Cluster (SC1-SC4). 		Díky jedinečným možnostem čtyřdružicového projektu Cluster bylo možno poprvé stanovit charakteristické rozměry zdrojových oblastí vln typu chorus. Ty dosahují několika tisíc kilometrů podél magnetických siločar, ale pouze několika desítek až stovek kilometrů v příčném směru. Tento výsledek byl získán podrobným studiem případů, kdy byl chorus pozorován na noční straně magnetosféry Země během silných magnetických bouří. Rozhodující měrou k němu přispěly naše práce, vzniklé na Oddělení kosmické fyziky Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd, Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v Praze, ve spolupráci se zahraničními pracovišti na University of Iowa, USA a LPCE/CNRS Orleans, Francie.

Objevili jsme, že v průběhu magnetosférických bouří jsou zdroji vln typu chorus protáhlé, špagetám podobné oblasti.

Otázkou ovšem je, zda tyto velmi malé příčné rozměry jsou obecnou vlastností zdrojů choru, nebo jen zvláštním případem objevujícím se za silných bouří. To může ukázat jen další systematický výzkum.

Původní text této zprávy je k nalezení na internetových stránkách Evropské vesmírné agentury a v rozšířené verzi též na stránkách vědeckého programu Evropské vesmírné agentury.