Aditya-L1: První indická solární mise

Rok 2023 aspiruje na doposud nejúspěšnějších 12 měsíců indické kosmonautiky. Přistání na Měsíci a úspěchy dosažené v rámci mise Čandraján-3 nebude lehké překonat. Už jen proto, že jde o velice prestižní záležitost. Troufnu si však tvrdit, že vědecky hodnotnější misí je přeci jen Aditya-L1 (Áditja-L1). První indická mise zaměřená čistě na studium naší nejbližší hvězdy – Slunce. Sonda si „posvítí“ na jedno solárních tajemství. Očekává se, že přístroje poskytnou důležité informace pro pochopení problému koronálního ohřevu. Koróna je nejvzdálenější vrstva Slunce, ale její teplota dosahuje teploty až 1 milion stupňů Celsia! Paradoxně je však teplota povrchu Slunce „jen“ 5 500 stupňů Celsia. Což znamená, že vrstva, která je od povrchu nejdále je mnohem teplejší než samotný povrch Slunce. Tento jev zůstává do dnešních dnů nevyřešen. Aditya-L1 má ovšem ambice na tuto otázku najít odpověď. A to samozřejmě není jediný cíl.

Bůh Slunce

Sonda je navržena a vyvinuta Indickou agenturou pro výzkum vesmíru (ISRO) a dalšími indickými institucemi, jako je například Laboratoř fyzikálního výzkumu (PRL) v Ahmadábádu (Ahmedabad), Meziuniverzitní centrum pro astronomii a astrofyziku (IUCAA) a Indický institut astrofyziky (IID). Přesto, že je mise zaměřená na studium Slunce, tak sonda, respektive observatoř nebo ještě lépe kosmický koronograf, nepoletí do co největší blízkosti Slunce, jak by šlo asi očekávat, ale na oběžnou dráhu kolem Lagrangeova bodu 1 (L1) systému Slunce-Země. Ten leží asi 1,5 milionu km od Země. Proto je v názvu obsažena zkratka L1, kdežto Aditya znamená v překladu Slunce, respektive jde o pojmenováni odkazující na hinduistického boha Slunce stejného jména.

Aditya (také Surya) je hinduistický bůh Slunce. Je považován za stvořitele vesmíru a zdroj veškerého života. Patří k nejdůležitějším bohům Indie. Podle pověsti je to nejvyšší duše, která přináší světu světlo a teplo. Bůh každý den cestuje po obloze ve svém zlatém voze taženém sedmi koňmi a poháněném červeným Arunou, ztělesňující  úsvit. Číslo sedm odkazuje na počet dnů v týdnu a sedm barev viditelného spektra. Nejslavnější chrám boha Slunce je v Konaraku v Uríse v severovýchodní Indii, ale byl uctíván po celém indickém subkontinentu. Dodnes je důležitou postavou hinduismu a v buddhismu je také menším božstvem. V indické literatuře je Aditya označována různými názvy, které obvykle představují různé aspekty nebo jiné charakteristiky Slunce. Objevují se Ádityové 12 božstev odkazujících na 12 měsíců a pohyb Slunce po obloze v průběhu roku. Tolik k legendám. Vraťme se raději do současnosti.

Cíle mise

Záhada okolo sluneční koróny je spojená s její teplotou. Za chladné noci, když doma pustíte topení, tak bude logicky nejtepleji u zdroje. Samozřejmě, čím dále je objekt od zdroje tepla, tím chladnější by měl být. Ale v případě koróny, čím více se vzdalujeme od Slunce pozorujeme naopak zvýšení teploty! Odpověď, proč tomu tak je, se může skrývat někde v siločarách magnetického pole koróny. Zachycené plyny se mohou zahřívat v důsledku různých interakcí. Pozorování ze Země je však velmi obtížné, protože koróna je 100 000krát slabší než Slunce. Svítí zhruba stejně jako měsíční úplněk. Sluneční záření jej tedy bez problémů přesvítí a za normálních okolností není tato část atmosféry naší hvězdy vizuálně patrná. Jde však snadno pozorovat během úplného zatmění Slunce.

Jenže, jak jistě víte, takové zatmění je poměrně vzácný jev a může se vyskytnout maximálně dvakrát ročně a k tomu na různých místech naší planety. Navíc musí být též vhodné pozorovací podmínky a to celou záležitost ještě více limituje. Běžná úplná zatmění navíc trvají jen něco přes 7 minut. Snadno si lze spočítat, že roční čas k pozorování slunečné korony je jen necelých 15 minut a to je pochopitelně pro hluboké zkoumání nedostačující. Proto jsou dalekohledy zvané koronografy navrženy tak, že můžeme stínit kotouč Slunce a díky tomu pozorovat korónu po celý rok. A sonda Aditya-L1 je právě takovým vesmírným koronografem. To však není jediný cíl mise. Observatoř se dále zaměří na průzkum vývoje, dynamiky a původu koronálních výtrysků hmoty (CME), původ a složení kosmického počasí (slunečního větru), pozorování prostředí částic a plazmatu in-situ (vlastní přístroje) poskytující data pro studium dynamiky částic ze Slunce. Pochopení výronu koronální hmoty je pro nás velmi důležité, protože má přímý vliv na počasí na Zemi.

Sonda Aditya-L1 váží včetně paliva přibližně 1500 kg. Respektive 1480,7 kg a do vesmíru jí vynese raketa PSLV-XL. Poté potrvá asi 109 pozemských dní (některé zdroje uvádějí 120 dní) než dosáhne oběžné dráhy kolem bodu L1 v soustavě Zěmě-Slunce, který leží přibližně 1,5 milionů kilometrů od Země. Zajímavostí je, že původně se počítalo s umístěním sondy 800 km od Země. Tím jak se start odsouval byly přehodnoceny i plány a nakonec byl zvolen bod L1 a je to dobře a hned si vysvětlíme proč. V tomto nehmotném bodu bude mít Aditya-L1 nerušený a hlavně nepřetržitý výhled na Slunce. Jako základ družice posloužila platforma I-1K (také označovaná jako INSAT-1000).

Sonda nese sedm přístrojů pro pozorování fotosféry, chromosféry a nejvzdálenějších vrstev Slunce koróny pomocí detektorů elektromagnetických částic a magnetického pole. V následující části si přístroje stručně popíšeme. 

Vybavení sondy

Aditya-L1 je vybavenou dvěma sadami přístrojů. První čtyři jsou určené pro dálkový průzkum a patří sem:

• VELC – Visible Emission Line Coronagraph (koronograf) zaměřený na studium sluneční koróny a dynamiku koronálních výronů hmoty. Vytváří umělé zatmění Slunce díky cloně, která odstiňuje světlo sluneční fotosféry. Tento dalekohled bude mít schopnost spektrálního zobrazení koróny ve viditelné a infračervené vlnové délce. Cílem je studium diagnostických parametrů sluneční koróny a dynamiky a původu výronů koronální hmoty (pomocí tří viditelných a jednoho infračerveného kanálu). Dále dokáže měření magnetického pole sluneční koróny až na desítky Gaussů. Dalším cílem je zjistit, proč je sluneční atmosféra tak horká a jak mohou změny na Slunci ovlivnit kosmické počasí a klima Země. Přístroj VELC váží téměř 170 kg a je nejtěžším přístrojem sondy. Byl navržen a vyvinut Indickým institutem astrofyziky v úzké spolupráci s ISRO.

  

• SUIT – Solar Ultraviolet Imaging Telescope má schopnost zobrazování fotosféry a chromosféry – úzké a širokopásmové. Bude měřit a monitorovat sluneční záření v oblasti vlnových délek blízkých ultrafialovému záření (200-400 nm). SUIT bude současně mapovat fotosféru a chromosféru Slunce pomocí 11 filtrů citlivých na různé vlnové délky a pokrývající různé výšky v sluneční atmosféry. To by mělo pomoci k porozumění procesů zapojených do přenosu hmoty a energie z jedné vrstvy atmosféry do druhé. SUIT také umožní měřit a monitorovat prostorově rozlišené slunečního spektrálního záření, které řídí chemii kyslíku a ozonu ve stratosféře Země. Navrženo a vyvinuto Meziuniverzitním centrem pro astronomii a astrofyziku (IUCAA) a dalšími institucemi, jako je Indický institut astrofyziky a Centrum excelence ve vesmírných vědách Indie (CESSI)-IISER Kolkata. Jde o druhý nějtěžší přístroj sondy. Váží okolo 35 kg.

• SoLEXS – Solar Low Energy X-ray Spectrometer (rentgenový spektrometr). Cílem je sledovat erupce v rentgenovém pásmu (1-30 keV) pro studium mechanismu ohřevu sluneční koróny. Poskytne nezávislé měření koronální teploty a DEM (Differential Emission Measure) a také bude měřit množství koronální plazmy. SoLEXS spolu s přístroji  VELC, SUIT a HEL1OS poskytne data pro studium kinematiky slunečních erupcí a jejich energetického obsahu. Navrženo a vyvinuto satelitním střediskem ISRO (ISAC) v Bangaluru.

• HEL1OS – High Energy L1 Orbiting X-ray Spectrometer (vysoko energetický rentgenový spektroskop). Bude pozorovat dynamické události ve sluneční koróně a poskytne odhad energie potřebné k urychlení slunečních energetických částic během eruptivních událostí. has a Capability of Hard X-ray spectrometer: Sun-as-a-star observation. Navrženo a vyvinuto ISRO Satellite Centre (ISAC) a Udaipur Solar Observatory (USO), Physical Research Laboratory Ahmedabad.

Druhá sada tří přístrojů bude měřit lokální podmínky okolo sondy a patří sem:

• ASPEX – Aditya Solar wind Particle Experiment se skládá ze dvou subsystémů: Solar Wind Ion Spectrometer (SWIS) a Supra Thermal & Energetic Particle Spectrometer (STEPS) pokrývající energetický rozsah od 100 eV/n do 20 MeV/n. Subsystém SWIS je nízkoenergetický iontový spektrometr pracující v energetickém rozsahu 100 eV-20 keV. Tento energetický rozsah přístroje SWIS bude měřit hmotnost, energii a směr rychlých a pomalých složek částic slunečního větru. Úkolem subsystému STEPS je pak zkoumat původ supratermálních částic a jejich vztah k primárním složkám slunečního větru. To bude řešeno měřením spektra částic H (vodík) a He (hélium) z více směrů v energetickém rozsahu 20 keV/n až 20 MeV/n s relativně úzkým kuželovým zorným polem. Navrženo a vyvinuto Laboratoří fyzikálního výzkumu (PRL)
• PAPA – Plasma Analyser Package pro Aditya (plazmový analyzátor). Má ambice porozumět složení slunečního větru a rozložení energie. Přístroj bude provádět kontinuální měření funkcí slunečního větru a meziplanetárního rozložení elektronů v energetickém rozsahu 0,01-3 keV pro extrakci meziplanetárního magnetického pole struktury a topologie. Studium složení slunečního větru a tím pochopení původu slunečního větru a mechanismu urychlování částic. Po rozvinutí má přístroj 6 m. Přístroj je složen ze dvou hlavních komponentů. SWEEP (Solar Wind Electron Energy Probe) a SWICAR (Solar Wind Ion Composition Analyzer). Byl navržen a vyvinut Vesmírnou a kosmickou laboratoří Space Physics Laboratory (SPL), která se nachází ve VSSC (Vikram Sarabhai Space Center), Trivandrum, stát Kerela.
• Magnetometer – Advanced Tri-axial High-Resolution Digital Magnetometer Je pokročilý tříosý digitální magnetometr s vysokým rozlišením. Má schopnost měřit velikost a povahu meziplanetárního magnetického pole. Navrženo a vyvinuto Space Physics Laboratory (SPL) a VSSC, Laboratory for Electro-Optics Systems (LEOS) a Satelitním střediskem ISRO (ISAC).Váha méně než 20kg.

  

Několik přístrojů sondy je opravdu unikátních. Zatím žádná jiná kosmická mise neprováděla podobná měření. Dokonce ani známé mise NASA Parker Solar Probe nebo SOHO. Významné je například zkoumání magnetického pole a již zmíněné studium koróny. Vesmírnou observatoř Aditya-L1 vynese raketa PSLV v nejpoužívanější verzi XL. Půjde o 25 start typu XL a celkově o 59 start rakety PSLV. Nosič měří 44,4 m a průměr je 2,8 m. Má čtyři stupně a šestici pomocných motorů 6PSOM-XL na tuhé pohonné látky. Ty mají více paliva než jiné verze stejné rakety.

https://twitter.com/karlosmeybe/status/1697526275689070944

Raketa sondu vynese na eliptickou, nízkou oběžnou dráhu Země (LEO). Plánované parametry jsou: Apogeum 19 500 km a perigeum 235 km. Sklon 19,2°. Zde se Aditya-L1 „neohřeje“ dlouho. Postupně bude provádět zážehy dokud neopustí vliv Země a vydá se na cestu směrem ke Slunci do bodu L1 a to díky vlastnímu pohonu. Aditya-L1 je první indická sonda, která se vydá na takto složitou oběžnou dráhu a má ambice být globálním přínosem v objasnění některých záhad Slunce.

Předpokládaná délka mise je 5 let. Každý den by měla být schopná odeslat až 1 440 snímků ve vysokém rozlišení. S komunikací pomůže také ESA se svou sítí přijímačů na Zemi. Slunce je pro nás vědecky nedocenitelným zdrojem informací. Nejen proto, že na něm závisí život na Zemi, ale také proto, že Slunce je v současné době jedinou hvězdou, ke které jsme schopni vysílat kosmické mise a sbírat velké množství dat. Kromě rostoucí vědecké zvědavosti existuje mnoho praktických důsledků studia Slunce. Dovolte mi na závěr uvést jeden příklad.

Albert Einstein přišel s obecnou teorií relativity, která je jednou z nejúspěšnějších teorií 20. století. Otázky jako: Jak Slunce funguje? Jak uvolňuje energii nebo jaké je staré? Zůstávaly po mnoho let nezodpovězeny. Teprve po Einsteinových teoriích byli vědci schopni odvodit, že sluneční energie je výsledkem fúzní reakce. Vodík se přeměňuje na hélium a během této reakce se emituje záření. Právě tuto reakci se nyní vědci snaží ovládnout, aby spolehlivě a bezpečně dokázali vyrábět velké množství elektřiny! Studium Slunce tak pomalu pomáhá vydláždit cestu pro udržitelnou budoucnost. To není jen populistická fráze, ale fakt. Za posledních 100 let jsme se Slunci již mnohé dozvěděli. Na základě toho fyzikové zjistili, jak se hvězdy rodí, jak žijí a jak umírají. Pokud chceme najít život ve vesmíru a stát se jednou skutečně multiplanetárním druhem, měli bychom velmi podrobně vědět, na co a kde se máme zaměřit. A to není možné bez znalosti chování hvězd.

Zdroje informací:
https://www.isro.gov.in/Aditya_L1.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Adityas
https://www.aldebaran.cz/bulletin
https://cs.wikipedia.org/wiki/Slunce
https://en.wikipedia.org/wiki
https://lifestyle.livemint.com

Zdroje obrázků:
https://pbs.twimg.com
https://upload.wikimedia.org
https://en.wikipedia.org
https://pbs.twimg.com
https://cisas.unipd.it
https://pbs.twimg.com