Slunce má hluboký vliv na život na Zemi. Je zdrojem života a zároveň motivuje technologickou infrastrukturu, která udržuje moderní společnost. Sluneční erupce, výrony koronální hmoty a energetické bouře vytvářejí vesmírné počasí, které ovlivňuje satelity a astronauty ve vesmíru a narušuje komunikaci, navigaci a elektrické sítě na Zemi. Pochopení toho, jak sluneční aktivita vzniká, vyvíjí se a ovlivňuje naše vesmírné prostředí, je tedy životně důležité pro efektivní předpovědi vesmírného počasí.
Astronomové v Indii nedávno poskytli přehled o současném stavu sluneční a vesmírné fyziky. Zaměřili se na klíčové výzvy, od kterých se očekává, že budou formovat toto pole v průběhu příštího desetiletí, a zdůraznili, jak se s nimi indická vědecká komunita vypořádá s pomocí stávajících odborných znalostí a také připravovaných zařízení.
Jejich představy byly podrobně popsány v a papír zveřejněno v Journal of Astrophysics and Astronomy.
Solární záchvaty vzteku
„Klíčovou vědeckou otázkou je pochopení slunečních erupcí, jako jsou sluneční erupce a výrony koronální hmoty (CME), a jejich potenciální dopad na vesmírná zařízení, jako jsou satelity obíhající kolem Země,“ řekl Vaibhav Pant, vědec z Aryabhata Research Institute of Observational Sciences (ARIES) a druhý autor článku. „Vzhledem k naší rostoucí závislosti na vesmírných technologiích je řešení tohoto problému nanejvýš naléhavé.“
CME jsou náhlé výboje velkého množství plazmatu z nejvzdálenější části sluneční atmosféry, známé jako koróna (latinsky „koruna“). Sluneční vítr na druhé straně je nepřetržitý odtok nabitých částic z koróny. Sluneční erupce je masivní exploze na slunci, spouštěná rychlým uvolněním energie ze zkroucených magnetických polí nad slunečními skvrnami, generující záblesk záření napříč elektromagnetickým spektrem, včetně rádiových vln, rentgenových paprsků a gama paprsků.
Dr. Pant řekl, že několik významných problémů komplikuje studium a předpovědi CME a souvisejících slunečních jevů. Mezi klíčové problémy patří neúplné pochopení spojení mezi CME a slunečním větrem, špatně definované magnetické struktury CME (které ovlivňují jejich pohyb) a složité interakce s okolními slunečními magnetickými poli, které mění jejich orientaci a ovlivňují Zemi a další planety. Předvídání slunečních erupcí je stále náročné kvůli omezeným znalostem o tom, jak magnetická pole vystupují zpod slunečního povrchu.
Strategie pozorování slunce
V září 2023 indická organizace pro výzkum vesmíru (ISRO) vypustila Aditya-L1, první indickou vesmírnou observatoř zaměřenou na Slunce. Aditya-L1 je v současné době umístěna 1,5 milionu km od Země v Lagrangeově bodě 1 (L1). Lagrangeovy body jsou pozice ve vesmíru, kde gravitační síly mezi dvěma velkými tělesy, jako je Slunce a Země, vyrovnávají orbitální pohyb menšího objektu a vytvářejí oblasti relativní stability, které umožňují kosmické lodi „vznášet se“ s minimální spotřebou paliva. V systému Slunce-Země je pět Lagrangeových bodů.
„Aditya-L1 je umístěn v místě L1, kde pořizuje snímky ve vysokém rozlišení a spektra sluneční atmosféry. Z této mise již byla zveřejněna řada vzrušujících výsledků,“ řekl Dr. Pant. „Měli bychom také zvážit nasazení více (nástrojů) na jiných strategických místech, jako jsou L4 a L5“ – návrh vyjádřený v přehledu.
L1 se nachází na spojnici Slunce a Země, takže jakákoli erupce ze Slunce pohybující se směrem k Zemi jí projde a Aditya-L1 ji dokáže detekovat. Bod L4 je 60º před oběžnou dráhou Země a bod L5 je 60º pozadu. Takže kosmická loď na L5 může pozorovat sluneční oblasti předtím, než se otočí směrem k Zemi, což jim umožňuje detekovat sluneční aktivitu a CME potenciálně dříve, než k nim dojde.
Dvě kosmické lodě, jedna na L1 a další na L5, budou fungovat jako „dvě oči“ pozorující stejné sluneční události, což umožní výzkumníkům přesně vypočítat 3D trajektorie těchto jevů, řekl Dr. Pant. Další kosmická loď v bodě L4 vytvoří trojúhelníkovou pozorovací síť se zemí ve středu. Pomocí těchto dat mohou fyzici lépe sledovat erupce a vytvářet lepší odhady, kdy dorazí na Zemi.
Na druhou stranu L4 a L5 jsou 30 milionů km od Země, což komplikuje přenos dat. „Odesílání dat bude ve srovnání s pozicí L1 pomalejší, ale pokud se tento problém zmírní, bude to ze strany Indů skvělá technologická demonstrace,“ řekl Dr. Pant.
Indická solární komunita také pracuje na vylepšení pozemních zařízení pro pozorování Slunce.
„Indický institut astrofyziky navrhl dvoumetrový pozemní dalekohled, který bude nápomocný při studiu spodní atmosféry Slunce s vysokým rozlišením,“ řekl Dr. Pant.
Tento připravovaný projekt se nazývá National Large Solar Telescope. Jeho plánovaná velikost ho činí nevhodným pro nasazení ve vesmíru.
Kupředu, ke slunci
Dlouhodobá vize sluneční fyziky v Indii také zahrnuje plány na vzdělávání raných výzkumných pracovníků a mladých studentů v oblasti sluneční fyziky a na analýzu dat Aditya-L1. Za tímto účelem vedou ISRO a ARIES workshopy napříč Indií. Dosud jich bylo dokončeno jedenáct, včetně 11. 6. až 8. října na Pondicherry University.
„Byla to úžasná zkušenost a workshop mi ukázal svět špičkového výzkumu a špičkových výzkumníků, kteří tyto studie vedou,“ řekl Hardik Medhi, doktorand z Národního centra pro radioastronomii v Pune, který se zúčastnil třetího workshopu Aditya-L1.
Savitha MS, integrovaný MTech PhD student na Indian Institute of Astrophysics v Bengaluru, se zúčastnil třetího a pátého workshopu Aditya-L1. Řekla: „Tato expozice nejen rozšířila mé znalosti, ale také posílila mou vášeň a odhodlání věnovat se výzkumu sluneční fyziky.“
Dokument informoval o zapojení 229 indických výzkumných pracovníků v rané kariéře ve sluneční fyzice, a to jak v Indii, tak v zahraničí, plus 65 členů fakulty a vědců pracujících v Indii. Autoři zdůraznili potřebu rozšířit komunitu najímáním nových členů fakulty, rozvojem akademických programů, zapojením veřejnosti a podporou průmyslových partnerství.
Autoři také zdůraznili potřebu národní sítě pokročilých superpočítačových zařízení pro výpočetní astrofyziku. Jak se dalekohledy a vesmírné mise zlepšují, bude analýza a interpretace dat, která shromažďují, vyžadovat náročné fyzikální simulace, díky nimž jsou superpočítače velmi užitečné, ne-li nezbytné.
Při pohledu do budoucna Dr. Pant vyjádřil optimismus, že „v příštích 10 až 15 letech bychom měli být schopni vyvinout naše vlastní nejmodernější předpovědní modely pro sluneční erupce a časy příchodu koronálních výronů hmoty (CME) na Zemi.“
Indie nedávno otevřela svůj vesmírný sektor soukromým společnostem. Kromě stavby satelitů a vypouštění raket jejich zapojení také předznamenává inovaci soukromého sektoru při modelování slunečních bouří a předpovídání vesmírného počasí.
„Tento vývoj učiní Indii soběstačnou v chápání vesmírného počasí a vztahu Slunce a Země,“ dodal Dr. Pant.
S komunitou odborníků, mladých výzkumníků a studentů; nová zařízení a četné iniciativy (mnoho ve výstavbě); a nyní se očekává, že dlouhodobá vůdčí vize, sluneční fyzika a vesmírné počasí v příštích letech výrazně porostou.
Shreejaya Karantha je vědecká spisovatelka na volné noze.
