Parker Solar Probe: Dotknout se Slunce

V neděli 12. srpna 2018 odstartovala silná americká raketa Delta IV-Heavy s urychlovacím stupněm Star 48BV. Vstříc Slunci vynesla sondu NASA s názvem Parker Solar Probe. Je to vůbec poprvé, co NASA pojmenovala svoji sondu po žijícím člověku. Úkolem sondy je výzkum naší denní hvězdy z minimální vzdálenosti šesti milionů kilometrů. Mise je naplánována celkem na 24 průletů kolem Slunce: ty první budou ve větších vzdálenostech a sonda se bude ke Slunci postupně přibližovat. Výzkum je součástí programu NASA s názvem „Život s hvězdou“.

Projekt byl schválen v roce 2009, se startem tehdy NASA počítala v roce 2015. Původně byla sonda k detailnímu výzkumu Slunce připravována pod názvem Solar Probe+. V roce 2017 byla přejmenována na Parker Solar Probe na počest astrofyzika jménem Eugene Parker, emeritního profesora na University of Chicago, který se v roce 2017 dožil 90 let. Jako začínající profesor na Institutu Enrica Fermiho vydal v roce 1958 článek popisující existenci částic, které velkou rychlostí neustále opouštějí Slunce a které ovlivňují planety. Ve svém profesním životě se především zabýval teorií slunečního větru a magnetických polí ve vesmíru.

Vzhledem k tomu, že se sonda bude pohybovat po celou dobu jen v malé vzdálenosti od Slunce, postačí k jejímu zásobování elektrickou energií pouze malé panely slunečních baterií o celkové ploše 1,55 metrů čtverečních. K odvádění přebytečného tepla bude vybavena radiátorem o ploše 4 metry čtvereční.

Startovní okno pro vypuštění sondy se otevíralo v období od 31. 7. do 23. 8. 2018. Vzhledem k tomu, že technici potřebovali dodatečný čas na kontrolu sondy, její start se uskutečnil až 12. srpna. Cesta automatu ke Slunci zahrnuje sedm průletů kolem Venuše a postupně se v průběhu necelých sedmi let bude přibližovat ke svému cíli. Jedná se o opravdovou výzkumnou misi: Ke Slunci se přiblíží tak blízko, že bude schopná studovat částice slunečního větru urychlované z podzvukové na nadzvukovou rychlost a bude prolétávat skrz oblasti zrodu částic o nejvyšších energiích. Předpokládá se však, že může vygenerovat mnohem více otázek než odpovědí týkajících se sluneční fyziky.

Během závěrečných tří oběhů sonda prolétne ve vzdálenosti pouhých 9 poloměrů Slunce (tj. asi 6,2 milionu km) od jeho povrchu. To je asi 8× blíže, než je současný rekord sluneční sondy Helios z roku 1976. V okamžiku největšího přiblížení se bude sonda pohybovat rychlostí 200 km/s, tj. 7× rychleji než obíhá Země – orbitální mechanika je v tomto směru neúprosná. Sonda se při hledání odpovědí na vědecké otázky ponoří přímo do sluneční koróny, kde bude vystavena silnému záření – poněkud nadneseně můžeme říci, že se téměř „dotkne“ Slunce. Aby nebyla poškozena, musí být chráněna speciálním tepelným štítem o tloušťce 11,43 cm, který bude odolávat předpokládané teplotě až 1 377 °C. Vědecké přístroje se však budou nacházet v prostředí s pokojovou teplotou.

Slunce je zdrojem světla a tepla pro život na Zemi. Vědci chtějí porozumět tomu, jak funguje, proč a jak se mění a jak tyto změny ovlivňují život na Zemi. Slunce je mj. zdrojem slunečního větru – proudu částic, které se šíří kolem Země rychlostí zhruba 450 km/s. Poruchy ve slunečním větru ovlivňují zemské magnetické pole a dodávají energii radiačním pásům naší planety.

Vědecké vybavení sondy

Vědecké vybavení sondy představují 4 hlavní přístroje:

Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP) – cílem tohoto experimentu je odběr vzorků sluneční atmosféry při každém přiblížení ke Slunci. U elektronů, protonů a iontů hélia, což jsou hlavní částice koróny a slunečního větru, bude detailně měřit jejich rychlost, hustotu a teplotu.

Fields Experiment (FIELDS) bude přímo měřit elektrická a magnetická pole v okolí sondy, rádiovou emisi a rázové vlny, které se šíří skrz sluneční atmosférickou plazmu. Experiment rovněž poslouží jako obří detektor registrující elektrické napětí, když částečka kosmického prachu narazí do antény na povrchu sondy.

Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR) je jediná kamera na palubě, která bude pořizovat 3-D snímky sluneční koróny, sledovat sluneční vítr, poskytovat 3-D snímky oblaků nabitých částic o vysokých energiích a registrovat elektrické impulsy v blízkosti sondy.

Integrated Science Investigation of the Sun (ISʘIS) – tento výzkum se zaměří na pozorování energetických elektronů, protonů a těžkých iontů, které jsou urychlovány na vysoké energie (desítky keV až stovky MeV) ve sluneční atmosféře a na zjišťování jejich vztahu ke slunečnímu větru a koronálním strukturám.

Proč zkoumat Slunce?

Podle názoru vědců nemohou běžné termodynamické procesy vysvětlit současné chování Slunce. Ohřev vyšších vrstev atmosféry nejspíš budou mít na svědomí procesy v magnetických polích. Bez magnetického pole by Slunce zřejmě nemělo tak rozsáhlou a dynamickou atmosféru. Přestože je Slunce již několik staletí terčem podrobného průzkumu – nejprve pouhým okem, později řadou pozemních dalekohledů, a nakonec i prostřednictvím kosmických observatoří na oběžné dráze kolem Země či kolem Slunce – nově vypuštěné sluneční sonda by měla odpovědět na některé otázky, které se vědci zatím marně snažili rozluštit.

Sonda nám pomůže porozumět rozhodujícím souvislostem ve vztazích mezi Sluncem a Zemí – musíme si uvědomit, že ve skutečnosti žijeme v atmosféře Slunce (v jeho koróně). Získaná data budou klíčová k pochopení kosmického počasí, a snad i k jeho předpovědím. Sluneční koróna není stabilní; vytváří sluneční vítr, erupce a výrony koronální hmoty – a vědci chtějí zjistit původ těchto procesů. Miliony tun zmagnetizované hmoty mohou být vyvrženy ze Slunce rychlostí několika milionů km/h a zasáhnout Zemi. Zatím vědci stále neznají odpovědi na otázky, proč je sluneční koróna mnohem teplejší než povrch Slunce (tzv. fotosféra) a jaké procesy urychlují částice slunečního větru.

Fyzika koróny a vnitřní heliosféry propojuje sluneční aktivitu s prostředím a technologickou infrastrukturou na Zemi. Činnost Slunce ovlivňuje základní vlastnosti polárních září a magnetosféry Země i dalších planet. Výzkum pomůže zdokonalit telekomunikační družice, kapacitu elektrických rozvodných sítí a dálkových potrubí, ochranu cestujících před vystavením radiaci v letadlech či spolehlivost kosmických prostředků. Dosud nejsme schopni předpovídat změny kosmického počasí, které mohou ve svém důsledku způsobit na Zemi nejrůznější katastrofy. V současnosti je Slunce docela „klidné“, avšak víme, že v minulosti došlo na jeho povrchu k mimořádně silným explozím.

Čip se jmény

Kromě astronoma jménem Eugene Newman Parker v názvu sondy jsou na její palubě i jména velkého počtu pozemšťanů. NASA již tradičně vyzvala zájemce, aby se přihlásili o virtuální letenku a na palubě sondy poslali své jméno ke Slunci. Mohli tak učinit od 6. 3. do 27. 4. 2018. Na palubě sondy Solar Parker Probe se nakonec vydalo vstříc cílovému tělesu celkem 1 137 202 jmen. Čip obsahující jména byl na sondu nainstalován před jejím startem. Do projektu se zapojil i autor článku.

Zdroj: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/index.php#spacecraft

autor: František Martinek