Missziók

Missziók

Miért kutatjuk a Napot?

A Nap fényt és energiát biztosít, amelyek nélkülözhetetlenek a Földi élet számára, de a folytonos, dinamikus változása olykor igen drámai következményekkel is járhat a technikailag fejlett civilizációinkra nézve. Számos oka van annak, hogy tanulmányozzuk a Nap folyamatait, így például: – A Nap egy olyan kiváló plazmafizikai laboratórium, ahol laboratóriumokban vagy numerikus szimulációkban nem reprodukálható körülmények között figyelhetjük meg a plazmák és mágneses terek közötti kölcsönhatásokat. – A Nap tulajdonképpen csak egy közönséges csillag, ezért a rá alkalmazható modell számítások segíthetnek jobban megérteni más csillagokat és ezen keresztül akár az egész Világegyetemet. Napunk kiindulási pontként szolgálhat a csillagok kémiai összetételére, a szerkezetére és a fejlődésére stb. vonatkozó modellekhez. 

Naptávcsövek

A megfigyelési technikák fejlődésével nemcsak a világűrből nyílik lehetőség a Nap megfigyelésére, hanem a Földről is. Ezen új generációs napobszervatóriumok példája a La Palmán telepített Svéd Napteleszkóp, vagy a hawaii Mauna Loán felépített napobszervatórium. Ezekkel legfőképpen a fotoszféra jelenségeit vizsgálják a szakemberek. A fotoszféra legjellegzetesebb „objektumai” a napfoltok. A földfelszíni távcsövek legnagyobb problémája a légköri nyugtalanság (szaknyelven seeing), az a jelenség, amely miatt a „csillagok hunyorognak”, ám számítógépes képjavítási módszerekkel a 2000-es évekre sikerült ennek hatását minimalizálni, drámaian javítva ezen távcsövek képfelbontását. A Svéd Naptávcső esetében a napfelszínen 75 kilométeres felbontással lehet alakzatokat azonosítani, így lehetőség nyílt a napfoltok penumbrája (peremvidéke) finomszerkezetének vizsgálatára. A foltok penumbrája szálas szerkezetet mutatott a korábbi megfigyeléseken, ám ezzel a fejlettebb technológiával a szálakon belül is sikerült még finomabb szerkezeteket megfigyelni. Ezen megfigyelések már a magnetohidrodinamika tudományába vezetnek be, a Nap mágneses mezejének még pontosabb feltérképezésének lehetőségét nyújtva.

National Solar Observatory (NSO)

Hawaii-n, a Haleakalā hegy tetején épült meg az az új, Daniel K. Inouye nevét viselő napteleszkóp, amely 2019 őszén kezdte meg működését. A teleszkópot a colorado-i National Solar Observatory (Nemzeti Napobszervatórium) és a National Science Foundation (az amerikai tudományos kutatásokat finanszírozó alap) üzemelteti. A DKIST 4 méteres főtükrével a legnagyobb napteleszkóp a világon, amely minden korábbinál részletesebben mutatja majd meg a Nap légkörét, a koronát, a mágnességét és segít megérteni a napkitöréseket.

A teleszkóp egy 36 500 x 36 500 kilométeres területet fotózott le, amelyen minden egyes „cella” nagyjából akkora, mint Texas, vagyis hét és fél Magyarországnyi területű. A cellákat az egész égitestet beborító gázok áramlása okozza: a részecskék közepén látható világosabb részeken a forró plazma felszínre tör a Nap belsejéből, majd lehűlve visszasüllyed. Ezeken a sötétebb részeken jól kivehetők a mágneses mezők is, amelyek a csillagászok elképzelései szerint energiát továbbíthatnak a Nap légkörébe, magyarázatot nyújtva arra, hogy hogyan lehet a korona csaknem háromszor olyan forró, mint a Nap felszíne. A hawaii demokrata szenátorról elnevezett Daniel K. Inouye teleszkópot 2012-ben kezdték el építeni a Hawaii Maui-szigeten található Haleakala tűzhányón. Négyméteres apertúrájával ez a világ legnagyobb ilyen jellegű távcsöve, amitől a csillagászok azt remélik, hogy választ ad számos, mindeddig megválaszolatlan kérdésre. A teleszkóp a korona vizsgálatán kívül elsősorban a napkitörések megértésében hozhat áttörést, ami igencsak fontos, hiszen a Nap által okozott mágneses viharok az űreszközökben is komoly károkat okozhatnak.

EST European Solar Telescope

Az EST, azaz European Solar Telescope egy forradalmian új, 4-méter átmérőjű teleszkóp, melyet arra terveztek, hogy példátlan felbontásban vizsgálhassuk az aktív Napot. A legkorszerűbb műszerekkel felszerelt naptávcső hozzásegíti majd a napfizikusokat a naplégkör mágneses szerkezetének megértéséhez. Az EST-t a spanyol Kanári-szigeteken építik fel, ahol páratlanul kimagaslóak a megfigyelési feltételek. Az első napmegfigyelések 2027-ben várhatóak. 

Az European Association for Solar Telescopes (EAST) 2006-ban alakult meg és jelenleg 17 ország napfizikusai csatlakoztak ezen kezdeményezéshez. Az együttműködés célja, hogy az európai napfizikusok számára hozzáférést biztosítson egy világszínvonalú, nagyfelbontású földi óriás naptávcsőhöz. Az EAST ezt a célt szem előtt tartva kezdte fejleszteni és építeni, és fogja majd a jövőben üzemeltetni az új generációs, nagy átmérőjű Európai Naptávcsövet (EST) a Kanári-szigeteken. Az európai napfizikusok egyetértenek abban, hogy szükség van egy ilyen új generációs létesítményre és annak műszaki adottságaira

A kanári-szigeteki obszervatóriumok (Roque de los Muchachos Obszervatórium La Palmán és Teide Obszervatórium Tenerifén) első osztályú helyszínek az EST számára, hiszen ezeken a helyeken az égbolt minősége és a csillagászati megfigyelések feltételei is kiválóak. Az égbolt minőségének felmérése és minősítése már évek óta folyamatosan zajlik. Mindezeken felül az égbolt minőségét a spanyol nemzeti törvények is védik. A Kanári-szigetek kormánya kiemelten támogatja az EST építését, hiszen a kanári-szigeteki obszervatóriumok területén kialakítandó nagyszabású létesítményként a Regionális Kutatási és Innovációs Stratégia (RIS3) részévé tette azt.

A spanyol kormány, a kanári-szigeteki parlament kérésére, 1988. október 31-én elfogadta az IAC obszervatóriumok csillagászati minőségének védelméről szóló törvényt (31/88 törvény), 1992. március 13-án pedig az ennek végrehajtásáról szóló rendeletet (R.D. 243/1992). A törvény számos olyan, a Nemzetközi Csillagászati Unió (International Astronomical Union, IAU) ajánlásain alapuló intézkedést tartalmaz, mely az „Instituto de Astrofísica de Canarias” obszervatóriumainak kiemelkedő minőségét hivatottak biztosítani és fenntartani. Ez a törvény az IAC obszervatóriumait jogszabályi védelem alá helyezi (gyakorlatilag csillagászati “rezervátummá” nyilvánítva őket), és garantálja a sötét égboltot, az alacsony rádiófrekvenciás teret, valamint az egyéb, az égboltot szennyező tényezők ellenőrzését (beleértve a repülőgépek repülési útvonalait).

Az EST képes megerősíteni Európa jelenlegi helyzetét a napfizikai kutatások területén, illetve hozzájárul a tudományos és technológiai fejlődéshez, miközben egyúttal számszerűsíthető gazdasági megtérülést is biztosít a magas képzettséget igénylő munkahelyek létrehozása és a speciális szolgáltatások számának növelése által. Az EST építése egyedülálló lehetőségeket kínál a technológiai fejlesztések és az ipari kapcsolatok megalapozására. Mindezek által a projekt növeli az európai szakértelmet a nagyméretű t ükrök, az aktív támogató rendszerek, a bonyolult hőmérsékletszabályozók, az újfajta mechanikai szerkezetek, az adaptív optika, a nagyméretű és nagysebességű detektorok, a precíziós műszerek és az adatkezelő rendszerek tervezése és előállítása területén.

Hazai napkutatás

 A hazai napfizika természetesen nem vállalkozhat űrbe telepítendő műszerek fejlesztésére, de ezek méréseinek kiértékeléséből mi is ki tudjuk venni a részünket. A Napfizikai Obszervatóriumnak kezdettől legfontosabb célkitűzése a teljes napkorong rendszeres, fehér fényű észleléseinek gyűjtése, majd a Greenwich Photoheliographic Results (GPR) c. napfoltkatalógus befejezése (1986) után annak folytatása. Az évtizedek alatt kialakított módszertan és felgyűlt tapasztalat révén az obszervatórium legfontosabb produktuma, a Debrecen Photoheliographic Data (DPD) a legmegbízhatóbb napfoltadatbázissá vált. Világszerte több mint hetven obszervatórium foglalkozik napfoltadatok meghatározásával, de egyedül a DPD tartalmazza az összes folt és összes foltcsoport pozícióját és területét, ráadásul ezen adatok pontossága is a legnagyobb. Az anyag teljességre törekszik, ezért 16 obszervatóriummal állunk kapcsolatban, hogy ha Debrecenben vagy Gyulán nincs észlelés, akkor a hiányt pótoljuk.Az első olyan anyag, mely teljesen űrbeli észleléseken, a SOHO/MDI műszer napkorongképein alapul, a SOHO-Debrecen Sunspot Data (SDD). Ez a munka az ESA támogatásával készült.

 

A Debreceni Napfizikai Obszervatórium tudományos tevékenysége

Az obszervatórium a naptevékenység, a helioszférikus folyamatok és a Nap-Föld kapcsolatok területén folytat kutatásokat. Az ATOMKI telephelyén működik miután 2016-ban az épületeit és észlelőműszereit bezárták. A napfolt-adatok publikálása az SDO/HMI műholdas észlelések, valamint az együttműködő földi obszervatóriumok észleléseinek felhasználásával folytatódik.



Napkutató űreszközök

A földi légkörön túli űrtávcsövekkel végzett megfigyelések forradalmasították a csillagászat tudományát. Alapvetően új ismeretekhez jutottunk, szinte új világ tárult elénk azáltal, hogy változatos, a felszínről nem látható hullámhosszon sugárzó képét mutatja az univerzum. Az űrcsillagászat kifejlesztésére azért volt szükség, hogy a légkör számos, a megfigyeléseket akadályozó illetve nehezítő hatását kiküszöböljük:

  1. A földi légkör az űrből érkező elektromágneses hullámoknak csak egy részét engedi át, a többit elnyeli. A gamma-, a röntgen- és az ultraibolya sugárzás többsége nem érkezik le a földfelszínig (az élővilág szerencséjére). Az infravörös tartományban is csak részben végezhetünk megfigyeléseket, a légkör molekulái nagy részét elnyelik. Az igen szűk optikai (látható vagy vizuális) tartomány és a rádiósugárzás sokkal szélesebb hullámhossztartománya ér le a Föld felszínéig, ezért használhatunk optikai és rádiótávcsöveket. Tehát az elektromágneses sugárzás nagy részét csak a légkörön túlról figyelhetjük meg. Ez pedig alapvetően fontos ahhoz, hogy az égitestekről többet tudjunk meg. Egészen másképp néz ki a világ a különféle hullámhossztartományokban, hiszen a hőmérséklettől függ a sugárzás intenzitáseloszlása. 
  2. A felszínen jelentősen korlátozza a megfigyeléseket az égi háttérfényesség. Ha ez nagy, akkor a halvány égitestek beleolvadnak a háttérbe, gyakorlatilag nem vizsgálhatók. Különösen káros ilyen szempontból az egyre terjedő fényszennyezés. Az űrtávcsövek alkalmazásánál a háttérfényesség minimális.
  3. A földi távcsövek felvételein a csillagok képe egy kb. 1 ívmásodperc átmérőjű elmosódott folt a légköri turbulencia, a fénytörés helyről helyre való változása miatt. Az elméleti felbontóképesség nem érhető el. Az újabban használt adaptív optikai rendszerek (amikor deformálható felületű optikai elemekkel optimalizálják a kép élességét, ld. Fűrész Gábor ELTervezett távcsövek c. cikkét) már lehetővé teszik a 0,1 ívmásodperces felbontást, de csupán a látómező egy kis részében, az optikai tengely irányában.
  4. A súlytalanság állapotában lévő űrteleszkópoknál az optikai elemek nem torzulnak, a köztük lévő távolságok pedig nem változnak a gravitáció miatt. A Föld mágneses tere is kevésbé zavarja a detektorokat.
  5. Megfelelő pályára helyezett űrtávcsövekkel ugyanaz az objektum heteken-hónapokon át megszakítás nélkül is észlelhető, ami a csillagászati idősorok vizsgálatánál (pl. asztroszeizmológiai kutatások, fedési exobolygók keresése esetén) lényeges előny a földfelszíni lehetőségekhez képest.

A csillagászati műholdak és űrtávcsövek a világűrből végeznek csillagászati megfigyeléseket. Ezek a műholdak új távlatokat nyitottak a csillagászati kutatás terén.

A Földről végzett megfigyelésekben a légkör zavaró hatása csökkenti a felbontóképességet, növeli a fényszóródást és csak bizonyos hullámhosszakon átlátszó. A légkör hatásainak kiküszöbölésével javulnak a körülmények. Földi távcsövek a légköri turbulenciát adaptív optikával ellensúlyozzák.

A Földről csak optikai- és rádiótartományban lehet megfigyelni az égboltot, a világűrből már látható a gamma-, röntgen-, ultraibolya- és infravörös tartomány is.

Mindazok a  távcsöves megfigyelések, amelyeket nem földfelszíni teleszkópokkal végeznek, az űrcsillagászat tevékenységi körébe tartoznak. A teleszkóp vagy más megfigyelőeszköz elhelyezése szerint így az észlelőplatform lehet repülőgép, ballon, rakéta illetve űreszköz az elérhető magasság növekvő sorrendjében.

Ezek közül legelőször a ballont vették igénybe csillagászati célokra: a francia Jules Janssen már 1874-ben egy hőlégballon kosarában 7300 m magasra emelkedve kézi spektroszkóppal vizsgálta a Napot. Rendszeressé azonban csak 1951-től váltak a léggömb kosarából végzett csillagászati észlelések. Néhány évvel később már a csillagásznak sem kellett a magasba emelkednie, mert automatizált, illetve távirányítású műszerekkel végezték a megfigyeléseket. A ballon nagy magasságba juttatása meleg levegő helyett a levegőnél kisebb sűrűségű gázzal érhető el. A ballonos csillagászat hőskorából a legemlékezetesebb a Princeton Egyetem Stratoscope missziója. Ennek keretében 1962-ben már 90 cm átmérőjű távcsövet  küldtek a sztratoszférába, több mint 30 km-rel a földfelszín fölé.

 

 A repülőgépek fedélzetéről végzett csillagászati megfigyelések története is meglepően régre, az 1920-as évekre nyúlik vissza. 1923. szeptember 10-én, majd azt követően minden teljes napfogyatkozás idején tudományos célú megfigyeléseket is végeztek a Napról repülőgéppel a magasba emelkedve.

 

Nemcsak a ballonos és a repülőgépes csillagászatra, hanem a később megszületett rakétás és műholdas csillagászatra is igaz, hogy első célpontként a Napot vizsgálták. A rakétákon és műholdakon elhelyezett csillagászati műszerekkel végzett kutatásokat azonban nagyon hamar kiterjesztették a távolabbi, halványabb égitestekre.Az űrtávcső által észlelt hullámhossztartomány és a kutatási feladat már megszabhatja, hogy az eszköz milyen pályára kerüljön. A számos lehetséges pályatípus ugyanis más-más előnyökkel és hátrányokkal jár.

 

A felszín felett néhány száz km magasságban húzódó, ún. LEO (Low Earth Orbit) pálya előnye az, hogy az azon keringő űreszköz szükség esetén a helyszínen javítható asztronauták bevonásával – ilyesmire nagy szükség volt a Hubble-űrtávcső esetében a főtükör csiszolási hibája és az elavult vagy elromlott eszközök cseréje miatt. Ugyanakkor kedvezőtlen, hogy a gyors (nagyjából másfél órás periódusú) keringés miatt bonyolult az észlelések tervezése és végrehajtása, és a Föld közelsége is zavaró lehet.

 

Magasabb pályára azokat a csillagászati szondákat érdemes telepíteni, amelyek méréseit a földi magnetoszféra zavarja. Ilyenek a nagy energiájú (röntgen- és gamma-) sugárzást vizsgáló űrszondák. A HEO (High Earth Orbit) pályán keringő szondák százezer km-re is eltávolodhatnak a Földtől. E pályák további előnye az, hogy a hosszabb keringési idő egy-egy objektum huzamos – akár több napig tartó -megfigyelését is lehetővé teszi. Korábban, amikor e rövid hullámhosszakon még gyenge volt a csillagászati műszerek irányérzékenysége, az is a HEO pálya előnyének számított, hogy az elnyúlt elliptikus pálya lehetővé tette azt, hogy a Hold átmenetileg olyan területeken is elfedjen a szonda felől nézve a látóirányban mögéje kerülő objektumokat, amelyeken a Földről nézve nem következik be Hold-fedés. A szonda és a Hold pályájának ismeretében a fedés időpontjából pontosan meg lehet határozni az eltakart égitest koordinátáit. Szerencsére ma már nincs szükség ilyen “trükkre”, a források pontos égi pozíciója közvetlenül is meghatározható. A HEO pálya ugyancsak előnyös rádiócsillagászati méréseknél, ha VLBI-mérések esetén az alapvonal egyik végpontja (azaz az interferometriai észlelésekben részt vevő egyik rádióteleszkóp) a világűrben van.

 

A távközlési célú mesterséges holdak mellett a csillagászati szondákat is érdemes geostacionárius pályára telepíteni. A felszíntől 36000 km magasságban, az egyenlítő fölött 1 napos periódussal keringő űreszköz bármely földi pontból nézve mozdulatlannak tűnik, ami egyszerűbbé teszi a kapcsolattartást az ilyen holddal. Ez különösen az obszervatóriumként működő űrszondáknál jelent előnyt. Űrobszervatóriumnak az az űrszonda tekintendő, amelynél az észlelési időt pályázati úton lehet megszerezni, mint a jelentősebb földi obszervatóriumoknál. Az észlelő – akinek számára a szonda éppen végzi a megfigyelést – a földi irányítóközpontból a szakszemélyzet segítségével tudja vezérelni az észlelési folyamatot. A geostacionárius pályán keringő obszervatóriumok közül a legismertebb a 18 éven át UV-színképek készítését végző IUE, amellyel a nap 16 órájában a NASA Goddard Űrközpontból (Baltimore, Maryland), 8 órán át pedig az ESA spanyolországi Villafranca del Castillo-ban levő irányítóközpontjából tartották a kapcsolatot.

A Nap kutatására szolgáló OSO (Orbiting Solar Observatory) sorozat nyolc tagját 1962 és 1975 között bocsátották fel,

A bolygók körül keringő mesterséges égitesteket műholdaknak nevezzük.

Az űrszondák olyan személyzet nélküli űreszközök, melyek a második kozmikus sebességet elérve elhagyják a Föld vonzáskörét. Főleg Naprendszer-kutatási célokat szolgálnak.

Az amerikai űrszondákat a kaliforniai Jet Propulsion Laboratory (JPL) irányítja a NASA részére, az európaiakat az Európai Repülésirányító Központ (ESOC), amely az ESA irányítóközpontja.

Signe-3

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Signe–3 francia asztrofizikai műhold, melynek feladata a röntgen- és gammasugárzás, valamint a Nap ultraibolya sugárzásának vizsgálata volt. 1977-ben indították a szovjet–francia űrkutatási együttmőködés keretében.Fő cél volt, a világűr vizsgálata ultraibolya (181-195 és 205-226 nm) tartományban, gamma-spektrométer közreműködésével. A Kapusztyin Jar rakétakísérleti lőtérről ez volt az első alkalom, hogy kapitalista állam műholdat indíthatott. 20 francia tudós és mérnök dolgozott a programon. 1978-tól a mért adatokat rögzítő mágnesszalagos adattároló nem működött. Tervezett szolgálati ideje 18 hónap volt. Telemetria rendszerrel rendelkezett az adatok Földre történő továbbításához. 1979. június 6-án 733 nap (2,01 év) után belépett a légkörbe és megsemmisült.

Koronasz-foton

A Koronasz–Foton orosz napkutató műhold, melyet 2009. január 30-án indítottak. Az első igazán nagy méretű tudományos hold a Szovjetunió felbomlása óta. Feladata a Nap, ezen belül elsősorban a napflerek, valamint ezek Földre gyakorolt hatásának megfigyelése. Másodsorban csillagászati megfigyeléseket is végez: gammakitöréseket és röntgen- és gammaforrásokat észlel. 2009. decemberében a kapcsolat a műholddal váratlanul megszakadt.

Taiyo

Taiyo (jelentése Nap), napsugárzás és termoszféra űreszköz (Solar Radiation and Thermospheric Strucure) (SRATS), Japán 6. műholdja, tudományos műhold.

Építette és működtette Uchu Kagaku Kenkyujo (japánul: 宇宙 科学研究 本部), 1964-től Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), 2003-tól JAXA.

  1. február 24-én a Kagosimai ISAS űrközpontból (Kagoshima Space Center) egy Mu–3C–2 hordozórakétával állították magas Föld körüli pályára (HEO = High-Earth Orbit).

Megnevezései: Taiyo; Taiyo (1975-014A); Solar Radiation And Thermospheric Satellite (SRATS); Scientific Satellite (SS –3]]. Kódszáma: SSC 7671.

Formája nyolcszögletű oszlopos test, átmérője 75, magassága 65 centiméter. Feladata aeronómiai (8 féle) mérések végzése, mérte az ionizáló napsugárzást, a Föld ultraibolya albedóját, az ionoszféra egyes komponenseinek sűrűségét és az ionösszetételt. Vizsgálatai az egyenlítői zónára korlátozódtak. Nemzetközi kutatási együttműködés keretében a nyugatnémet AEROS–B műhold hasonló méréseit összehasonlították, elemezték. Forgó mozgású (10 mp /perc), giroszkóppal stabilizált, geomágneses igazodása függőleges a Föld irányába. Négy új típusú napelemtáblával (5700 napelem) felszerelt, 15 W teljesítmény biztosításával, éjszakai (földárnyék) energia ellátását ezüst-cink akkumulátorok biztosították. 

  1. június 29-én 1952 napot (5.34 év) követően belépett a légkörbe és megsemmisült.

Yohkoh (Solar A)

A Yohkoh („Sunbeam”) japán napenergia-misszió volt az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság munkatársaival. 1991 augusztusában a Föld körüli pályára indították a dél-japán Kagoshima Űrközpontból, és értékes adatokat szolgáltattak a nap koronájáról és a napsugárzásokról. Feladata az volt, hogy röntgen sugárzásban megfigyeljék a napenergia légkörében vagy a koronában előforduló energetikai jelenségeket, például a napsugárzást és a gamma-sugárzást. 11 éven keresztül folyamatosan figyelték a teljes napciklust. A napmegfigyelő űreszközön röntgen képalkotó, illetve röntgen- és gammatartományban működő színképelemző berendezések voltak. 2001 december  14-i gyűrűs napfogyatkozás során a központ elvesztette az irányítást a műhold felett, az akkumulátorok lemerültek.   2005. szeptember 12-én Ázsia felett belépett a légkörbe és elégett.

Hinode (Solar B)

A Hinode vagy Solar-B egy japán napfizikai műhold, a Yohkoh (Solar-A) utódja. A műszerek építésében japánok, amerikaiak és európaiak vettek részt. A Solar-B 2006. szeptember 22-én (japán idő szerint 23-án) indult az Ucsinoura Űrközpontból egy háromfokozatú, szilárd hajtóanyagú M-5 rakétával. Az M-5 sorozatnak ez volt a hetedik, de egyben az utolsó indítása, mivel a jövőben egy olcsóbb hordozóeszközzel váltják fel. A napkutató mesterséges hold műszereit japán, európai és amerikai partnerek készítették. Sikeres műszaki próbákat követően október 25-én nyitották ki a műhold optikai teleszkópját. A három fő berendezés kiegészíti majd egymás méréseit a Nap mágneses teréről. Helyet kapott a műholdon egy 50 cm-es optikai távcső, a valaha repült legjobb felbontású röntgenteleszkóp, valamint egy, az extrém ultraibolya tartományban működő színképelemző. Mindhárom műszer egyidőben a Nap ugyanazon területeit vizsgálja majd, a fotoszférától egészen a koronáig.

Ulysses

Az Ulysses űrszonda, az Európai Űrügynökség (ESA) és a NASA közösen kivitelezett küldetése, amely kilépve az ekliptika síkjából vizsgálta a Nap sarkvidékeit. Az Amerikai Űrkutatási Hivatal (NASA) és az Európai Űrügynökség (ESA) közös küldetése a Nap, valamint annak a környező űrre vonatkozó hatásai vizsgálatára. Az első űrszonda, mely a Nap pólusai fölött és alatt vizsgálta az űrbéli környezetet. Az Ulysses útja során szerzett adathalmaz megváltoztatta a kutatók vélekedését csillagunkról és annak Naprendszerünkre gyakorolt hatásával kapcsolatban. 1990. október 6-án a Discovery űrrepülőgép legénysége állította pályairányba.

A űreszközt a németországi Dornier Systems építette az ESA megrendelésére. A NASA vállalta a világűrbe való kijuttatását. A tudományos műszerek között egyaránt találhatók Európában és Amerikában fejlesztett eszközök. Az Ulysses üzemeltetését a kaliforniai Pasadenában lévő Jet Propulsion Laboratory, európai és amerikai tagokból álló csoportja végezte  Az eszközzel való kommunikáció során felhasználták a NASA Deep Space Network nevű globális kommunikációs hálózatát.

Ötéves élettartamot vártak tőle, melyet bőven túlszárnyalt. Több mint 17 évvel később, 2008 elején még mindig Nap körüli pályán keringett. A szondához köthető legfontosabb felfedezések között említhető a csillagközi por és héliumatomok első közvetlen mérésének ténye.

A Jupiternél tett 1992-es látogatása óta a szonda 6 éves periódusokban kerüli meg a Napot. Hosszú útja során három üstökös csóváján is keresztülhaladt. Egyikük, a Hyakutake üstökös csóvája az eddig ismert leghosszabb, mintegy 500 millió kilométer hosszú.

Az Ulysses a Naptól távolodva egyre nagyobb hideget kellett, hogy átvészeljen. A szonda manőverező rendszerének üzemanyagául szolgáló hidrazin fagyáspontja 2 Celsius-fok. Az üzemanyag-rendszer túlzott lehűlését fűtéssel akadályozta meg a szonda.

Az űreszköz energiaellátását radioaktív izotóp bomlása biztosította, mely azonban 17 év után már nem volt képes megfelelő mennyiségű energiát szolgáltatni, így a szondát üzemeltető csoport a nagy teljesítményű, X-sávban dolgozó rádióadó ideiglenes kikapcsolása mellett döntött. Az így megtakarított mintegy 60 wattnyi energiával próbálták meg fenntartani az üzemanyagrendszer fűtését és a tudományos eszközök működőképességét. Azonban a 2008 januárjában végzett teszt során nem sikerült újra üzembe helyezni a nagy teljesítményű adót, ráadásul az attól elvont energiát sem sikerült átirányítani a kritikus helyzetben lévő eszközök felé.

Ennek következtében az adatok vételére a Földön nem voltak elegendőek a 34 méteres rádióantennák, helyettük a Deep Space Network 70 méteres antennáit kellett használni, ezekre azonban nagy igény van, például a később felbocsátott űrszondákkal való kapcsolattartáshoz is, így hosszabb távon nem jelenthettek megoldást.

Az üzemeltető mérnök-tudóscsoport amíg lehetett, a kisebb teljesítményű, S-sávos rádióadó segítségével a korábban megszokott adatátviteli sebesség 5%-ával gyűjtötte tovább az adatokat a szonda tudományos műszereiből. Végül az Ulysses 2009. június 30-án befejezte tudományos pályafutását. Az eredetileg tervezett 5 évnél 12 évvel tovább működött

Az ESA-NASA Ulysses közös missziója  háromszor kerülte meg a Napot több mint 18 éves szolgálat során, számos fontos felfedezést tett.

  • Ulysses fő megállapításai olyan adatokat tartalmaztak, amelyek azt mutatták, hogy az idő múlásával gyengült a napszél ( 2008-ban 50 év mélypontja volt).
  • A misszió adatai szerint a Nap mágneses tere a Nap pólusainál sokkal gyengébb, mint azt korábban feltételezték.
  • A  Nap mágneses tere 11 évenként „megfordul”.
  • 1996 májusában a Hyakutake üstökössel való találkozása során  kiderült, hogy az üstökös csóvája vártnál sokkal hosszabb.

Trace

2010 június 21-én végezte utolsó megfigyeléseit a 12 éve keringő TRACE (Transitional Region And Corona Explorer) naptávcső. A NASA Small Explorer programjába tartozó TRACE egy 30 cm-es távcsővel rendelkezett, mellyel a Nap légkörének különböző struktúráit, mint a koronahurkok finomszerkezetét és fejlődését vizsgálta, láthatótól az extrém ultraibolya tartományig. A TRACE az ultraibolya tartományban mintegy ötször akkora szögfelbontással tudott képeket készíteni a Napról, mint híres „kollégája”, a SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) extrém ultraibolya teleszkópja. A TRACE méréseinek időbeli felbontása is lényegesen jobb volt. Ugyanakkor a Napnak egyszerre csak egy kis területe fért bele a látómezőbe. (Ezt ma már az SDO-val meg tudják oldani.) Az eredetileg 8 hónapos küldetésre tervezett napmegfigyelő űrszonda komolyabb meghibásodás nélkül húzta le a 12 évet, és több mint ezer publikációhoz szolgáltatott anyagot.

SOHO

A NASA és az ESA (Európai Űrügynökség) közös, 1995-ben indított SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) nevű űrszondája elsősorban központi csillagunk külső, napkoronának nevezett tartományának vizsgálata, valamint a Nap-Föld kölcsönhatások tanulmányozása révén vált híressé. Ugyanakkor – mintegy a napkutatás „melléktermékeként” – a szonda képeinek segítségével számos, Napunkhoz nagyon közel elhaladó (ún. napsúroló) üstököst is sikerült felfedezni.

Az ismert napsúroló kométák a SOHO felbocsátása előtt ritkaságszámba mentek (ez az objektumok Naptól való kis távolsága miatt érthető is). A szonda speciális, ún. koronagráfos megfigyelési technikája (ekkor a Nap korongját kitakarják a képkészítések során, így láthatóvá válik csillagunk koronája és közvetlen környezete is) révén egy bő évtized alatt csaknem százszorosára emelkedett a Napot erősen megközelítő, felfedezett üstökösök száma.

A NASA és az ESA közös űreszköze 1995. december 2-án startolt, majd elfoglalta a bolygónktól 1,5 millió kilométerre, a Nap felé elhelyezkedő Lagrange-pont közelében lévő megfigyelési helyét. Itt napi 24 órában, zavaró tényezőktől mentesen tanulmányozhatja központi csillagunkat.

A mára sikertörténetként emlegetett SOHO működése nehézségekben is bővelkedett. A legkritikusabb időszak 1998 júniusában volt, amikor a földi irányítók elveszítették vele a kapcsolatot. 1998 novemberére az összeköttetést sikerült helyreállítani, azonban nem sokkal később a szonda utolsó giroszkópja is felmondta a szolgálatot. Ennek ellensúlyozására a berendezés térbeli stabilitásának biztosításához a giroszkópokat kiváltó új szoftvert írtak és töltöttek fel a szondára. 2003 júniusában a fő antennájával kapcsolatban is felmerült egy súlyos probléma, ami után az adatok közvetítését a kisebb teljesítményű antenna vette át. A SOHO megfigyelési alapján tett felfedezések és előrelépések közül a legfontosabbak:

  • Az űr-időjárást pontosabban megismerhettük, és fejlődött a napszél által a Föld közelében, bolygónk mágneses terében kiváltott jelenségek előrejelzése, amelyeknél közel három napos időelőnnyel számolhatunk. Ez a rádiókommunikációt, illetve az elektromos energiát továbbító rendszerek üzemeltetését tette biztonságosabbá, emellett megbízhatóbbá vált a földkörüli pályán végzett űrséták tervezése.
  • A SOHO részletes megfigyeléseket végzett a Nap konvektív zónájában zajló mozgásokról, és több esetben rámutatott a fotoszférában megfigyelhető jelenségekkel fennálló kapcsolatra.
  • Egy speciális eljárás segítségével a Nap túloldalán zajló jelenségekről is azonnal képet kaphatunk, igaz, csak gyenge felbontással.
  • Segített megismerni azt a mechanizmust, amelynek keretében a fotoszférából kiinduló mechanikai és mágneses hullámok a napkoronát millió fokos hőmérsékletre hevítik.
  • Rámutatott, hogy a koronakitörések keretében mekkora anyagtömegek hagyják el csillagunkat, amelyek aztán bolygónk magnetoszféráját eltalálva komoly mágneses viharokat okozhatnak.
  • Segített a Nap teljes energiakibocsátásának, és az ultraibolya tartományban kisugárzott energia nagyságában bekövetkező változásoknak a meghatározásában, újabb támpontokat adva a Nap működését leíró modellek finomításához.
  • Kimutatta, hogy a koronalyukak a legfontosabb régiók a napszél nagysebességű komponenseinek létrehozásában.
  • Az interneten keresztül ingyenesen hozzáférhető felvételei segítségével közel 1000 üstököst fedeztek fel műkedvelők és szakemberek.

A program sikerét jellemzi, hogy az adatok feldolgozásában több mint 3200 kutató vett részt eddig, 140 doktori disszertáció és 2300 cikk született a SOHO eredményeinek felhasználásával. Több tízmillió felvételt rögzített a szonda, és 16 terabyte információt sugárzott a Földre. Az eredetileg két év élettartamra tervezett berendezés az előirányzott feladatait messze túlteljesítve napjainkban is jól üzemel. Ez lesz az első űreszköz, amely a világűrből folyamatosan végigkövethet egy teljes 11 éves napciklust.

Genesis

A Genesis a 21. század első anyagminta-visszahozó küldetése. A NASA indította a Discovery-program keretében 2001. augusztus 8-án. A Nap-Föld rendszer L1 pontján néhány mikrogramm mintát gyűjtött a napszél részecskéiből. 2004. szeptember 8-án tért vissza a Földre. Leszálláskor az anyagmintát szállító kapszulának nem nyílt ki az ejtőernyőrendszere és becsapódott a földbe. Az anyagminta egy kis része azonban sértetlen maradt.

Rhessi/ Hessi

A RHESSI (Reuven Ramaty nagy energiájú Nap-spektroszkópiai képfelvevő, angolul Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, ritkábban használt nevén Explorer–81) napmegfigyelő műhold, melyet 2002. február 5-én indítottak a NASA Small Explorer Programjának hatodik holdjaként. Fő feladata a Nap flerjeinek megfigyelése a röntgen- és a gamma-tartományban. Az eredetileg HESSI-nek nevezett műholdat 2002. március 29-én nevezték el az előző évben elhunyt Reuven Ramatyról, aki a program egyik vezetője volt.

A műhold feladata a Nap flerjeiben történő energiaátadási folyamatok felderítése. Az erős mágneses mezőben a töltött részecskék (ionok és elektronok) nagy sebességre gyorsulnak, az RHESSI nagy felbontású képalkotó és spektrográfiai műszerei segítenek annak tisztázásában, hogy ezek a folyamatok hol történnek. A műhold emellett szerepet játszott a zivatarok feletti földi eredetű gamma-villanások energiájának mérésében, valamint régebben a gamma-kitörések irányának hozzávetőleges meghatározásában.

STEREO A és B

A STEREO (Solar-TErrestrial RElations Observatory) amerikai űrszonda-páros, amelyet a NASA indított a Nap-Föld kölcsönhatást részletes vizsgálatára. Jelenlegi látószögük a Nap két ellentétes oldalán lehetővé teszi, hogy a kutatók egyszerre vizsgálják a csillag egész felszínét. A szondák megfigyelései révén a kutatók első alkalommal tudtak végigkövetni egy koronaanyag-kidobódás (CME) eseményt, a Napból való kiindulásától a Földdel történt találkozásáig. A szondák adatai azt is felfedték, hogy a Napból érkező energikus részecskék sokkal szélesebb tartományban terjednek szét az űrben, mint korábban hitték.

A két űreszközt 2005. november 9-én juttatták el a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumától a Goddard Űrközpontba az indításra való előkészítéshez. Az A szonda 347 nap alatt végez egy keringést, a B szonda 387 nap alatt. Évi 22°-kal távolodnak a Földtől, L4 és L5 Lagrange-pontokat 2009 szeptemberében érték el.

2008 decemberében először sikerült egy koronakitörés mozgását úgy megfigyelniük, hogy a hozzá kapcsolódó mágneses vihart is előre jelezzék. A bolygóközi porral kapcsolatban is fontos megfigyeléseket végeztek. 2009 áprilisában először készített a szondapáros háromdimenziós képet egy koronakitörésről.

Az Amerikai Űrügynökség, a NASA új napkutató szondapárosa, a STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory, kb. Nap-Föld Kapcsolatok Obszervatóriuma) áprilisban küldött először olyan felvételeket, amelyek három dimenzióban mutatják központi csillagunkat. A STEREO A és a STEREO B jelű űreszköz ellenkező irányban távolodik a Földtől, és feladata a Nap fizikája pontosabb megértésének segítése valamint az „űridőjárásra” vonatkozó előrejelzések javítása.

Agyunk a két egymástól néhány centiméterre lévő szemgolyók segítségével alkot térbeli képet, a STEREO szondái által küldött felvételeket ugyanezen elv alapján kombinálják térbeli képpé az azokat kiértékelő tudósok, majd ezeket speciális szemüveggel szemlélve nézve valódi térhatású élményhez jutunk. A képeket a STEREO műholdak SECCHI nevű, extrém ultraibolya tartományban működő leképező berendezése készítette.

A STEREO honlapján számos 3D-s képet megcsodálhatunk, emellett lehetőségünk van azokat a két dimenzióban készült felvétellel összevetni. A különböző színek eltérő hőmérsékleteket jelentenek: a sárga két és fél millió, a zöld másfél millió, a kék egymillió, a piros 60000-80000 fokos tartományt jelöl. A három dimenziós képek igazi élvezetéhez szükségünk van egy kétszínű, piros-kék 3D-s szemüvegre!

Opitz Andrea Svájcban a Berni Egyetemen a NASA STEREO-napszondáiból írta a doktoriját. Ez a start előtti időszak főként a két űrszonda műszereinek építéséről szólt, ami kutatói és mérnöki feladatot is jelentett. Utána Toulouse-ban volt posztdoktori ösztöndíjas, ahol a már repülő STEREO-napszondák plazmaműszereinek méréseit kalibrálta és analizálta. A STEREO és más űrszondák plazmamérései alapján főként a nyugodt napszél tulajdonságait és viselkedését vizsgálta. Ezután  az Európai Űrügynökségnél helyezkedett el, ahol egy olyan kutatási témát választott, amelyben a nyugodt napszél, valamint a napkitörések bolygókra gyakorolt hatását vizsgálta. Részt vesz az Európai Unió által finanszírozott Europlanet „bolygók űridőjárása”projektben. Ezen belül a Marshoz érkező napszél tulajdonságait fogja vizsgálni.

SDO

A Solar Dynamics Observatory (Napdinamikai obszervatórium) amerikai napfigyelő műhold, melyet a NASA a Living With a Star (Élet egy csillaggal) program keretében 2010 február 11-én indított. A műhold fő célja a Nap-Föld rendszer működésének jobb megértése. Sok szempontból a SOHO utódjának tekinthető.

A Solar Dynamics Observatory az első olyan küldetés, ami a Nap változékonysága okait próbálja felderíteni és ennek hatásait a Földre vonatkoztatni. Tervezésekor arra törekedtek, hogy a Föld és annak űrbeli környezetét vizsgálni tudja egyszerre több elektromágneses hullámhosszon, nagy időbeli felbontással.

Felderíteni, megmérni és megérteni a Nap változékonyságának okait, különösen az alábbi két kérdésben, amik közvetlen hatással vannak a földi élővilágra és az emberiség technológiai eszközeire:

  • Hogyan jön létre a Nap mágneses tere, és milyen annak szerkezete
  • Hogyan tárolódik ez a mágneses energia és hogyan adódik át a helioszférának és a Földet körülvevő űrnek napszél, töltött részecskék és különféle sugárzások formájában

Az SDO a Nap viselkedését és annak az űridőjárásra gyakorolt hatásait egyidejűleg vizsgálja. Adatokat nyer a Nap mágneses teréről, a forró plazmáról a napkoronában, és a sugárzásról, ami a bolygók ionoszféráját létrehozza.

A vizsgálatok egyik célja, hogy segítsen előrejelezni a Nap viselkedésében bekövetkező változások következményeit.

A szonda viszonylag kevés számú adatot mér, de azokat különféle összefüggésben használják fel. Ilyen például a felszín forgási sebessége (amit a HMI műszer mér). Ezzel az értékkel korrigálják az egyéb mérésekből származó adatokat, mintha egy elméleti modellben a Nap nem végezne forgást. Ez leegyszerűsíti a számításokat. Adódik továbbá az oszcilláció és az áramlásból eredő sebességek. Ez utóbbiak a felszínen zajló viharok hullámainak felelnek meg. Forró gáz áramlik fölfelé és a széleken lefelé (éppen úgy, mint egy gőzölgő fazék esetén). A kiszámított sebességekkel megfigyelhető a napfoltok hatása a konvekciós zónára. 30 napos megfigyelési eredményekkel láthatóvá válnak a Nap oszcillációi, amik vizsgálatával mintegy a Nap belsejébe pillanthatunk.

A konkrét kérdések, amikre ettől a küldetéstől várják a választ:

  1. Milyen mechanizmus hozza létre a közel-periodikus 11 éves napciklust?
  2. Hogyan hatnak egymásra a mágnesesen aktív régiók, hogyan adódnak össze és oszlanak szét?
  3. Hogyan befolyásolják a kismértékű mágneses összekapcsolódások a nagymértékű mágneses felépítést és áramokat és milyen jelentősége van ennek a napkorona felfűtésében, valamint a napszél felgyorsításában?
  4. Hol keletkeznek a Nap extrém ultraibolya spektrumában megfigyelhető változások és milyen összefüggésben vannak a mágneses aktivitás ciklusával?
  5. Milyen jellemzőjű mágneses tér vezet a koronakidobódások kialakulásához, a szálak kitöréséhez (filament eruption) és a flerekhez, amik nagy energiájú részecskéket és sugárzást hoznak létre?
  6. Meg lehet-e határozni a Föld közelében kialakuló napszél felépítését és dinamikus tulajdonságait a Nap felszínéhez közeli mágneses tér felépítéséből és a naplégkör struktúrájából?
  7. Mikor várható aktivitás és megbízhatóan előrejelezhető-e az űridőjárás és -klíma?

A tudományos adatokat a 26 GHz-es Ka-sávon sugározza a Föld felé a fedélzetén lévő 2 db nagynyereségű antennával, 2 db S-sávú irányítatlan antennával pedig a mérnöki adatokat.

A földi állomás 2 db 18 méteres antennából áll (az egyik tartalék), földrajzi helye White Sands Rakétakísérleti Telep, Új-Mexikó. Az antennákat kimondottan az SDO számára építették.

A teljes adatátvitel 150 Mbps, amiből a hasznos adat 130 Mbps sebességgel áramlik. Az SDO naponta 1,5 terabájt adatot állít elő. Időről időre használni fogja a Universal Space Network antennáját is (South Point, Hawaii), hogy ezzel további pályakövetési adatokat szolgáltasson. A küldetés irányítói a napszondát távvezérléssel irányítják a NASA Goddard Űrközpontjából.

Az SDO a következő műszerekkel repül:

  • Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) – „Naprengés- és mágneses képalkotó műszer”
  • Atmospheric Imaging Assembly (AIA) – „Légköri képalkotó műszeregyüttes”
  • EUV Variability Experiment (EVE) – „Extra UV változásfigyelő kísérlet”

A kísérletek során a műszerek a Nap különféle jellemzőit mérik a változásokra figyelve. A három műszer ugyanabban az időben végzi méréseit, így együtt összetett információt szolgáltatnak a Nap változásairól.

A műszerek a Föld környezetében kialakuló viszonyok jobb megértését szolgálják. A következő feladatokat végzik el:

  1. Az extrém ultraviola sugárzás mérése nagy időbeli felbontással
  2. Az oszcillációból eredő Doppler-eltolódás mérése a napkorong teljes látható felületén
  3. Hosszanti és keresztirányú mágneses hullámok nagy felbontású mérései a teljes látható felületen
  4. Képek készítése a kromoszféráról és a belső koronáról különböző hőmérsékleteken, gyors egymásutánban
  5. A mérések folytatása a napciklus hosszabb időszakában, hogy a változások a ciklus különböző fázisaiban vizsgálhatók legyenek

A küldetés tudományos csoportjai megkapják az SDO adatait, ők dolgozzák fel, elemzik, tárolják és szolgáltatják a feldolgozott adatokat.

Parker Solar Probe

A Parker Solar Probe, rövidítve PSP (magyarul: Parker napszonda), korábban Solar Probe+ vagy Solar Probe Plus amerikai űrszonda, melyet 2018. augusztus 12-én indított a NASA a Nap légkörének tanulmányozására.

A NASA első űreszköze, amelyet élő személyről, Eugene Parker asztrofizikusról neveztek el.

Az űrszondát a Nap közelébe a Vénusz segítségével, hintamanőverekkel juttatják el, hét megközelítés során egyre közelebb kerülve az égitesthez. A legnagyobb megközelítés alkalmával mintegy 6 millió km-re lesz a Nap felszínétől (ez a Nap sugarának kb. 4-szerese). A szonda 11 cm vastag és 2,4 m átmérőjű szén-kompozit hővédő pajzsának ki kell bírnia az 1400 °C fokos hőmérsékletet és a Nap közelségéből adódó rendkívül erős sugárzást. A szondát érő sugárzás itt kb. 500-szor erősebb, mint ami a Föld körül keringő szondákat éri. A szonda tömege 612 kg. A szonda energiaellátását folyadékhűtésű napelemmel oldják meg, amit a hővédő pajzs mögé lehet mozgatni, ha a sugárzás túl erős lenne. 

A kutatókat hosszú ideje foglalkoztatja két kérdés a Nappal kapcsolatban, amelyekre eddig nem találtak választ: a napkorona túl magas hőmérséklete és a napszél felgyorsulása.

1.: a napkorona hőmérséklete

A Nap felszínén a hőmérséklet körülbelül 6000 °C fok. Azt lehetne várni, hogy a Naptól távolodva a hőmérséklet csökken, a valóságban azonban emelkedik. A Nap külső légkörének, a napkoronának nagyjából 1 millió C fok a hőmérséklete. Erre a magas hőmérsékletre a tudósok 60 éve keresik a magyarázatot, azóta, hogy első alkalommal azt sikerült megmérni.

2.: a napszél sebessége

A Nap millió km/h sebességgel lök ki magából elektromosan töltött részecskéket, ez a napszél, ami a bolygókra, aszteroidákra és üstökösökre az egész Naprendszerben hatást gyakorol. Érdekes azonban, hogy a Nap közelében nem lehet érzékelni a napszél keletkezését, holott a bolygók között már viharos sebességgel áramlik. A forrás és a megfigyelt helyek között valahol valami felgyorsítja a napszelet, amitől az óriási sebességét nyeri. A kérdés az, hogy mi ez a hatás, ami a napszél sebességét adja?

A rakomány nagyrészt műszerekből fog állni: magnetométer, plazmahullám-érzékelő, por-érzékelő, elektron- és ion-analizátorok.

A szonda egyedi műszere a „Hemispheric Imager”, ami lényegében egy olyan távcső, amivel 3D-s, vagyis térbeli képeket lehet készíteni a napkoronáról. Ezt a technikát napkorona-tomográfiának nevezik, és az a különlegesség teszi lehetővé az alkalmazását, hogy a szonda részben magában a napkoronában fog haladni és mozgása közben képeket tud készíteni a napkoronában lévő kitörésekről és áramló felhőkről.

2018-as felbocsátása után a szonda a fő küldetését a 25. napciklus elején kezdi meg és az előrejelzett 2022-es maximuma körül fejezi be. Ez lehetővé teszi a szonda számára, hogy a napkoronából és a napszélből a napciklus különböző fázisaiban vegyen mintát. Ugyancsak várható, hogy a küldetés vége felé számos napvihart fog megtapasztalni. Bár ez igencsak veszélyes, előre tervezett veszélyről van szó: a tudósok azt szeretnék kideríteni, hogy a legveszélyesebb részecskék hogyan jönnek létre a napkoronában; a szonda épp ezek miatt lesz ott.

Jó esetben a Solar Probe Plus képes lesz megfigyelni a keletkezés folyamatát, aminek ismeretében pontosabban előre jelezhetők lesznek a pusztító napviharok, amik elsősorban az űrhajósok egészségét és a műholdak épségét rongálják, de a Földön lévő energiaellátási- és kommunikációs vonalakat is tönkretehetik.

A szonda az első lendítő manőver után november 5-én jut első alkalommal a Nap közelébe. Ezzel kezdetét veszi egy 24 keringésből álló, 7 éven keresztül tartó sorozat, amely alatt egyre közelebb és közelebb kerül az űrszonda központi csillagunkhoz. Egyébként már az első, idei napközelség is rekord lesz a maga kb. 24 millió km-es távolságával: korábban, 1976 áprilisában az amerikai–német Helios-2 jutott 43 millió km-re a Naphoz.

 

Utolsó napközelsége alkalmával, 2025-ben a Parker Solar Probe 6 millió km-es távolságban repül el a Nap felszíne (pontosabban a fotoszférája) fölött. Ez a Nap és a Föld távolságának mindössze kb. 4%-a. Olyan közel lesz, hogy valójában a naplégkör forró külső részén, a napkoronán halad keresztül. A szonda túlélését fejlett hővédő rendszere hivatott biztosítani. Ennek feladata, hogy a fedélzeti műszereket legfeljebb 30 °C-os hőmérsékleten tartsa.

A Parker Solar Probe három fő tudományos célja a napkorona fűtési mechanizmusának kutatása, a töltött részecskékből álló napszél keletkezési körülményeinek vizsgálata és a koronakitörések okának felderítése. A tudományos kérdésekre adott válaszok nem csak a Nap vizsgálata szempontjából érdekesek, de támpontokat adhatnak a kutatóknak a távolabbi csillagok működésének jobb megértéséhez is. Nem is beszélve az űridőjárás jelenségeiről, amelyek itt a Földön és közvetlen környezetünkben kihatással lehetnek technikai civilizációnk mindennapjaira is

Az űrszonda a nevét Eugene Parkerről kapta, aki 1958-ban megjósolta a napszél létezését. A projekt összköltsége 1,5 milliárd dollár.

 

Az eddig Solar Probe Plus néven futó program átnevezését május 31-én ünnepélyes keretek között jelentették be a Chicagói Egyetemen. Az amerikai űrhivatal korábban már mintegy 20 tudományos műholdjának és űrszondájának adta jelentős tudósok nevét – gondoljunk csak például a Galilei, Cassini, Hubble, Spitzer, Fermi nevét viselő sikeres űreszközökre. Most először fordult azonban elő, hogy elő személy, a nevezett egyetem nyugalmazott professzora, Eugene Parker lett egy szonda névadója. Aki a róla elnevezett űrszonda fellövésekor 91 éves volt.

1958-ban, az egyetem fiatal kutatójaként felismerte, hogy a Naprendszerünk égitestjei közötti tér nem vákuum, hanem a Napból nagy sebességgel kiáramló forró, híg plazma tölti ki, amelyet napszélnek nevezett el. Ez akkoriban úttörő gondolatnak számított, tudományos publikációját nehezen is fogadták el közlésre, de 5 évvel később a magnetoszférán kívülre jutó műholdak mérései igazolták a napszél létét, és ezzel magyarázatot sikerült adni többek közt a földmágneses viharok és a sarki fény eredetére. A felfedezés elismeréseként Parker az igen tekintélyes Kyoto díj 2003. évi egyik kitüntetettje.

Solar Orbiter

A Solar Orbiter az Európai Űrügynökség (ESA) legújabb tudományos űrszondája, az amerikai NASA jelentős hozzájárulásával épült. Az űreszközt az Atlanti-óceán túlpartjáról, a floridai Cape Canaveral bázisról, egy 411-es konfigurációjú Atlas-5 rakétával és Centaur végfokozattal 2020 február 10-én küldték a világűrbe.

A szonda fő feladata a Nap működésének, valamint a helioszférának nevezett, a Napot (és az egész bolygórendszert) körülvevő plazmabuborék vizsgálata. Munkája során az ekliptika síkjából kiemelkedve is végez majd méréseket, vizsgálni fogja a napszelet, a Nap és a helioszféra mágneses terét, a Napból jövő nagy energiájú töltött részecskéket, valamint a bolygóközi térben tovaterjedő tranziens zavarokat. Mindez lehetővé teszi a Nap–Föld fizikai kapcsolatok pontosabb megismerését, és így a pontosabb űridőjárási előrejelzések készítését. Az űrszonda ESA vezetéssel, jelentős NASA közreműködéssel készül, építésének fővállalkozója az Airbus Defence and Space (Stevenage, Egyesült Királyság). A szonda igazán széles nemzetközi együttműködésben készült, mert megépítésében az ESA 22 tagállama közül 17-nek a kutatóintézetei és cégei vettek részt (sajnos Magyarország a kimaradt öt között van).

 

Az űrszonda programjának középpontjában bolygórendszerünk központi csillaga, a Nap lesz. A Solar Orbiter működése során minden más korábbi európai űreszköznél jobban megközelíti, a Merkúr pályáján belülről figyeli majd a Napot és környezetét. Nagy felbontással vizsgálja külső légkörét, annak dinamikus jelenségeit, a kiáramló részecskesugárzást (vagyis a napszelet). Részletes képet alkot arról, hogyan befolyásolja a Nap a kozmikus környezetét, milyen hatással van a Föld térségére, a Nap–Föld kapcsolatok, az űridőjárás alakulására. 

A Solar Orbiter különleges, az Ekliptika síkjából kiemelkedő pályája révén először szolgáltat majd nagy felbontású méréseket a Nap poláris vidékeiről, adatokat gyűjt az ottani, ma még nem kellőképpen ismert mágneses térről. Hozzájárulhat a kb. 11 éves napaktivitási ciklus, valamint a napkitörések keletkezésének jobb megértéséhez. Fedélzetén összesen 10 tudományos műszeregyüttes kapott helyet, amelyek mérései jól kiegészítik majd egymást. Közöttük lesz, amely képeket alkot a Napról, mások az elektromágneses és plazmakörnyezet jellemzőit határozzák meg.Programja során a Solar Orbiter mintegy 42 millió km-re is megközelíti a napot, ami alig több mint egyharmada a Föld Naptól mért távolságának. Az űrszonda szerkezeti elemei – köztük a 18 m fesztávolságú napelemtáblák – úgy készültek, hogy elviseljék a Nap közelében uralkodó hőmérsékleti és környezeti viszonyokat. A pálya belső szakaszain ugyanis akár 500 °C-ra is felmelegedhetnek, és a nagy energiájú töltött részecskék állandó bombázását is ki kell bírják, méghozzá legalább 7 éven át, amíg a tervezett működési élettartam véget nem ér – sőt a remények szerint még tovább is.

MMS

Gombosi Tamas Magyarországon született, elméleti fizikát tanult a budapesti Eötvös Lóránd Egyetemen. Posztdoktori kutatást végzett az oroszországi moszkvai Űrkutató Intézetben (IKI) Konstantin Gringauz űrpionír irányítása alatt. Karrierje elején Gombosi Tamas a Magyar Tudományos Akadémia Központi Fizikai Kutatóintézetének (KFKI) tudományos munkatársa volt. 1985-ben csatlakozott a Michigan-i Egyetem karához.

Tudományos hozzájárulása a bolygók feltárásától az elméleti űrplazmafizikáig, a kinetikai elméletig és az általános transzportegyenletekig, az űrplazma globális szimulációjáig terjed. Legutóbbi érdeklődése a nagy teljesítményű numerikus kódok és szoftverkeretek fejlesztésére összpontosít az űrplazma szimulálására.

Gombosi számos izgalmas űrmisszióban vett részt, köztük a Venera 9 és 10 Venus keringőket, a VEGA missziót Halley-kőzetbe, a Dynamics Explorer missziót a felső légkör és az ionoszféra felfedezésére, valamint a Pioneer Vénusz missziót. A közelmúltbeli űrküldések között szerepel a Cassini / Huygens misszió a Szaturnuszban és a holdi Titánban, a Rosetta misszió Churyumov-Gerasimenko üstökösbe, a STEREO misszió a napviharok feltárására és a Magnetospheric Multiscale misszió.

Gombos Tamás szerint egy csomó alapfizikát még mindig nem értenek a kutatók. Véleménye szerint pillanatnyilag az űrfizika élvonalát a kinetikus fizika jelenti. Az elektronskála, ahol szinte csak az egyedi részecskék hatnak egymással kölcsön és ahol a mágneses tér átrendeződése lejátszódik. Még kutatott terület, hogy a mágneses átrendeződés során a részecskék és a mágneses tér hogyan hatnak egymásra. Ha ezt a „mágneses reconnection”-nak nevezett problémát megoldják, az várhatóan a mágneses fúziót is forradalmasítani fogja. A most zajló MMS űrmisszió pontosan ezt a kinetikus skálát vizsgálja és nagyon érdekes eredményei vannak. Ezzel az új módszerükkel, amikor egy kinetikus programot építenek be a nagy gázdinamikai program közepébe, már olyan eredményeket tudnak produkálni, amelyeket az MMS megfigyel, tehát reprodukálni tudják  Ez azonban vadonatúj terület, ezek még csak az első eredmények. Még rengeteg dolgot meg kell érteni ahhoz, hogy a következő nagy előrelépést meg lehessen tenni az űridőjárás előrejelzésében. Ezért hozta létre Gombos Tamás a michigani rendszert.

A 90-es évek elején a megbízható műholdak és az elméleti plazmafizikai tudásbázis alapján ,nem lehetett az egészet oly módon modellezni, hogy a korabeli számítástechnika kezelni tudta volna. A megoldáshoz egy alkalmazkodó rácsot használtak, amellyel már nagyságrendekkel kevesebb számítógépes erőforrásra volt szükségük. Kicsit szerencse is közrejátszott a projekt létrehozásában, mivel a Michigani Repülőmérnöki Tanszék akkoriban vette fel a világ két vezető kutatóját a számítógépes gázdinamika területéről. Fölmerült az a kérdés, hogyan lehetne a gázdinamikai kutatások módszereit űrplazmákra is alkalmazni. Gombosék új módszereket találtak ki, ami nagy vitákat váltott ki szakmai körökben, de 2000-ben sikerült az áttörés. 2015 március 12-én indították el  a MMS missziót a floridai Cape Canaveralból. Az eljárással lehetővé vált a teljes Nap–Föld-rendszer valósághű számítógépes modellezése. Ezen a módszeren alapul az Űridőjárás-modellezési Keretrendszer, ezt használja a NASA és az USA állami űridőjárás-előrejelző szolgálata.

NASA JÖVŐBELI TERVEI

Sun Rise

Hatalmas napviharok kialakulását és a planetáris térben való terjedését fogja kutatni a legújabb NASA küldetés. Segítségével a Naprendszer működésén túl, a Holdra, illetve Marsra utazó űrhajósok védelméről, valamint a Nap sugárzásának az űrbéli környezetre gyakorolt hatásáról is többet fogunk megtudni.

Az új küldetés a Sun Radio Interferometer Space Experiment (SunRISE) nevet kapta, működése közben pedig hat darab CubeSat fog együtt egy nagy rádióteleszkópot alkotva működni. A SunRISE pontos tervezésére, megépítésére és útnak indítására 62,6 millió dollár támogatást kaptak, a várható indulás legkorábbi dátuma pedig 2023. július 1-je.

A SunRISE 2017 augusztusában került először kiválasztásra kettő Missions of Opportunity pályázat egyikeként, ekkor a 11 hónapos küldetés koncepció tanulmány fázisába léphetett. A Justin Kasper (University of Michigan) vezette tanulmányt 2019 februárjában 1 évvel meghosszabbították. Nicky Fox, a NASA napfizikai részlegének vezetője különösen örül az új küldetésnek, ugyanis szerinte minél többet tudunk a Nap kitöréseiről és az űridőjárásról, annál jobban meg tudjuk védeni az űrhajósainkat és űreszközeinket.

A küldetésterv szerint hat darab, napelemes CubeSat (melyek mindegyike körülbelül kenyérpirító méretű) szimultán alacsony frekvenciájú rádiófelvételeket készít majd a Nap aktivitásáról, melyeket a NASA Deep Space Network-ön keresztül fognak megosztani. A CubeSat-okból álló konstelláció egymástól 10 km távolságra kering majd a Föld légköre felett, amely egyébként nem engedi át a SunRISE által vizsgált rádiótartományt. A hat CubeSat felvételeiből 3D térképek készíthetők, így pontosan látható lesz, hol keletkeznek a hatalmas napkitörések, illetve hogyan változnak, ahogyan az űrben kitágulva továbbterjednek. Ezzel azt is megérhetjük majd, mi indítja be és mi gyorsítja fel ezeket az óriási részecskeáramokat. Mindemellett a hat űreszköz közösen elsőként fogja elkészíteni a Napból a bolygóközi térbe nyúló, mágneses erővonalak térképét.

A NASA Missions of Opportunity küldetéseinek célja olyan kis költségvetésű, új tudományos missziók indítása, melyek már korábban jóváhagyott, nagyobb volumenű űrkutatási küldetésekkel együtt tudnak elindulni (egyfajta társutasként a másik űreszköz hátán). A SunRISE a Maxar cég (Westminster, Colorado) kereskedelmi műholdján fog utazni a Payload Orbital Delivery System (PODS) technikát kihasználva. Mikor a fő műhold pályára áll, kiengedi a hat SunRISE űrszondát, utána pedig folytathatja eredeti küldetését. A hat darab kis űreszköz pedig elindulhat a Nap eddig még sosem látott mélységű kutatásának útján.

PUNCH

A Korona és a Helioszféra egyesítésére szolgáló polariméter ( PUNCH ) a NASA jövőbeli küldetése a felderítetlen térség tanulmányozására a napkorona közepétől 1 csillagászati egységig. A PUNCH négy mikroszatellitből áll, amely folyamatos 3D mélytérkép-leképezés révén megfigyeli a koronát és a helioszférát, mint egyetlen, összekapcsolt rendszer elemeit. A négy mikroszatellitet 2023 februárjában indítják el, a Tandem Reconnection és a Cusp elektrodinamikai felderítő műholdak (TRACERS) elnevezésű másodlagos műholdakkal együtt.

 

A NASA 2019. júniusában választotta ki az SwRI-t a PUNCH misszió vezetésére. A folyamat során a SwRI együttműködik az Egyesült Államok Tengerészeti Kutatólaboratóriumával (NRL) és a Rutherford Appleton laboratóriummal Oxfordshire-ben, Angliában. 

Az elsődleges műszereken kívül a PUNCH tartalmaz egy diákok által épített műszert, “STEAM” (Student Energetic Activity Monitor). A műszer egy röntgen-spektrométer, amely rögzíti a Nap futó röntgenspektrumát, értékes diagnosztikai adatokat szolgáltat, amelyek segítenek a PUNCH-csapatnak megérteni, a koronában lezajló folyamatokat , valamint a napszél gyorsulását.  „Nagyon izgatottak vagyunk, hogy olyan eszközt tudunk létrehozni, amelyet egyetemi hallgatók készítettek” – mondta DeForest az SwRI Űrtudományi és Műszaki divíziójnak programigazgatója. „A hallgatók valódi, gyakorlati ismereteket szereznek egy NASA projektben, és ez a tapasztalat felbecsülhetetlen értékű.”

Az alacsony földi pályán elhelyezkedő PUNCH együttműködik majd  a NASA Parker Solar Probe-vel és az ESA Solar Orbiter-ével .

Minél jobban megértjük, hogy mi okozza az időjárást és annak kapcsolatát a Földdel és a holdrendszerrel, annál inkább enyhíthetjük annak hatásait – ideértve az űrhajósok és a technológia védelmét is, amely a NASA Artemis programjának szempontjából döntő jelentőségű.

ESA JÖVŐBELI TERVEI

SMILE

Megosztás itt: facebook
Facebook
Megosztás itt: twitter
Twitter
Megosztás itt: email
Email