Űridőjárás: magyarok az élvonalban, földön és égen

A szférák zenéjétől az űridőjárásig,
avagy
hogy kerülnek Trabantok a világűrbe
(és mi köze van mindennek az Antarktiszhoz)?

Lichtenberger János^1,2, Ferencz Csaba¹, Szegedi Péter³, Ferencz Orsolya¹, Steinbach Péter⁴

(1) ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszék
(2) MTA CSFK Geodéziai és Geofizikai Intézet
(3) BL Electronics Kft.
(4) MTA-ELTE Geológiai, Geofizikai és Űrtudományi Kutatócsoport

1. Az űridőjárás…

A ptolemaioszi (kb. Kr. u. 180) világszemlélet szerint az univerzum középpontjában a tökéletesen gömb alakú Föld állt, amit szférák, gömbhéjak vettek körül. Ezekben a szférákban mozogtak az álló Föld körül az égitestek, a Hold, a bolygók és a Nap is. A legkülső szférán a csillagok, azon túl pedig a nem földi világ (mennyország) volt, ahol többek között az angyalok is éltek, és időnként földöntúli, csodálatos muzsikával és énekekkel örvendeztették meg az arra érdemeseket. Ez volt a szférák zenéje.

Mai világképünk kevésbé költői, de a szférákat nem kellett azért elfelednünk, a Föld körül valóban vannak szférák. A legalsó szférát, amelyben élünk, és amely a légkör 99%-át magában foglalja, troposzférának nevezzük. Ez a 12–15 km magasságig nyúló tartomány, ahol az időjárás, azaz a légkör fizikai változásai (hőmérséklet, nyomás, szélsebesség, csapadék) zajlanak.

A troposzféra fölött további szférák vannak, az igazán izgalmasak azok a szférák (ionoszféra, plazmaszféra, magnetoszféra, sugárzási övek), amelyek nem semleges gázokból, hanem elsősorban elektromosan töltött részecskékből, plazmából állnak. (A plazma kívülről semleges, szabadon mozgó pozitív és negatív töltésű részecskékből áll, azaz ionizált). A Világegyetemben a plazma a leggyakoribb anyagforma, az anyag több mint 99%-a plazmaállapotban van.

A magnetoszféra külső határa a Nap irányában 10 földsugár, ellenkező irányban akár 1000 földsugár is lehet. A nevét azért kapta, mert az itt lévő, rendkívül ritka plazma fizikai folyamataiban a földi mágneses tér játssza az egyik főszerepet. A Napnak szintén van mágneses tere. A felszínéről elpárolgó, táguló anyag, ami szintén plazmaállapotú, a fizika törvényei szerint magával ragadja a Nap mágneses terét – ez a napszél. A napszél a benne lévő mágneses térrel együtt folyamatosan beleütközik a földi magnetoszférába, és bezárja azt egy „üregbe”. Azt szokták mondani, aki burokban születik, az szerencsés ember. Az egész emberiség burokban született: a magnetoszféra burkában.

A Nap ugyanis nemcsak jó és hasznos dolgokat (fény, meleg) küld nekünk, hanem időnként hatalmas mennyiségben nagyenergiájú anyagot (plazma) és az életre veszélyes (röntgen-, gamma-) sugárzást is kibocsát. Ha a Földnek nem lenne magnetoszférája, a plazmabuborékok elérnék a Föld felszínét, és elpusztítanák az életet. Szerencsénkre a külső magnetoszférát elérő mágnesezett plazma nem tud behatolni a földi magnetoszférába, hanem eltérül. Tehát valóban szerencse fiai vagyunk, a burok megvéd bennünket és a teljes bioszférát is. A Napból érkező nagyenergiájú részecskék egy része a Nappal ellentétes oldalon be tud jutni a magnetoszférába, és létrehozza a sugárzási öveket. A plazmabuborék és a magnetoszféra kölcsönhatása pedig mágnesestér-változásokat, mágneses viharokat okoz.

Mivel a magnetoszférában zajló folyamatok fő mozgatója elsősorban a Napból érkező energia, a földi időjárás elnevezés analógiájára a felsőlégkörben zajló folyamatokat űridőjárásnak nevezzük. Az űridőjárási hatások nem korlátozódnak e tartományokra, hanem megjelennek a felszínen és a semleges felsőlégkörben is, és így közvetlenül vagy közvetve befolyásolják a bioszféra történéseit, a társadalmi-gazdasági életet, a földi és az űrbéli infrastruktúrát (műholdak) is.

Napjainkra civilizációnk „űrtevékenység-függővé” vált. Szinte láthatatlanul mindennapi életünk részévé váltak a műholdak, melyekből jelenleg mintegy 5000 (!) kering a Föld körül, és szolgáltatásaik: távközlés – TV, internet, (mobil)telefónia; navigáció (GPS); távérzékelés (mezőgazdaság, környezetvédelem, természeti katasztrófák monitorozása). Annyira igaz ez, hogy nem is a szolgáltatást magát, hanem esetleges hiányát, zavarát vesszük már csak észre.

Nemcsak a szférák maradtak meg a régi idők világképéből, hanem a szférák zenéje is. Ugyan a mai idők zenéjét nem angyalok keltik, a sugárzási övekben keletkező kórusok megtévesztésig hasonlítanak egy madárcsapat csicsergésére, a belső magnetoszférában terjedő, földi villámok által keltett jelek, amelyeket whistlereknek (1. ábra) nevezünk, pedig mélyülő füttyöknek hallatszanak. Mindkét „zene” fontos szerepet játszik az űridőjárás kutatásában.

Az ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszék Űrkutató Csoportja a BL Electronics űripari céggel európai uniós projektekben és orosz együttműködésben földi és műholdas mérések segítségével kutatja-vizsgálja az űridőjárási eseményeket.

A felszínen észlelhető whistlerek a mágneses erővonalakkal párhuzamosan terjednek, ezekből a jelekből meg tudjuk mondani, milyen a plazma sűrűsége a felsőlégkörben. Ehhez kiépítettünk egy világméretű hálózatot, az AWDANetet, amelynek jelenleg 26 működő és 19 tervezett állomása van (2. ábra). A sugárzási övekben keletkező és onnan kicsapódó nagyenergiájú plazmarészecskék képesek megrongálni vagy akár tönkre is tenni a műholdak elektronikai egységeit és napelemtábláit, ezért ennek a tartománynak a vizsgálata nagyon fontos része az űridőjárási vizsgálatoknak. Ezekben a folyamatokban főszerepet játszanak a már említett hullámok, amelyeket ott lehet észlelni, ahol a sugárzási öveket átszelő mágneses erővonalak elérik a felszínt. Ez a terület nagyjából a sarkkörök közelében van. Az északi féltekén itt alig van szárazföld, ezért nehéz vevőállomást telepíteni – de a déli féltekén ott az Antarktisz! Ezért van nekünk is számos állomásunk itt (3. ábra), mert az Antarktisz ideális hely ezekhez a kutatásokhoz.

2. …és a Trabantok

No de még mindig nem tudjuk, hogyan kerülnek Trabantok a világűrbe! A válasz „egyszerű”: a Nemzetközi Űrállomásról. De kezdjük az elején: az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutatási Intézetével közösen már több műholdon sikeresen repült a SAS hullámmérő műszer (4. ábra). A következő űrkísérlet, amelyen ez a műszer ismét repülni fog, a Trabant küldetés lesz. Azért nevezték el Trabantnak, mert ez a szó (’darabont’) eredetileg „kísérőt” jelent, és a két Trabant (mert kettő lesz) arról a Progressz nevű teherűrhajóról kerül majd a világűrbe, amelyik a Nemzetközi Űrállomásra szállítja az utánpótlást, így ennek lesznek a kísérői.

A két Trabant 500 km magasan, egymástól 100 m – 100 km távolságban fog keringeni, és a SAS hullámkísérlet mellett a fedélzeti adatgyűjtő számítógép és az adatokat a Földre továbbító fedélzeti adó is magyar fejlesztés lesz. A Trabantok, amelyek várhatóan 2023-ban kerülnek a világűrbe, űridőjárással kapcsolatos méréseket fognak végezni. A program egyik különlegessége az, hogy a hullámmérések nyers adatait teljes egészében továbbítja a Földre. Ez nagyon nagy adatmennyiség (75 Gbyte/nap), és nagyon gyors adatátviteli rendszert igényel.