Gama záblesky v zemské atmosféře

Každodenně dochází v horních vrstvách zemské atmosféry k uvolnění obrovského množství energie. Avšak na rozdíl od dobře známých bleskových výbojů a dunění hromů důvěrně známých pro obyvatele Země tato uvolněná energie uniká vzhůru a může být registrována pouze z kosmického prostoru. Naše atmosféra nás chrání před účinky tohoto záření, avšak jeho projev může ovlivňovat horní vrstvy atmosféry a blízký kosmický prostor.

Nově připravované miniaturní družice, tzv. nanodružice, nazvané "Firefly" (Světluška), podporované National Science Foundation (NSF) a připravované Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, NASA, budou zkoumat vztahy mezi obyčejnými blesky a těmito nenadálými záblesky, které označujeme souhrnným názvem Terrestrial Gamma Ray Flashes (TGFs), tj. pozemské záblesky záření gama.

Kosmická observatoř NASA s názvem Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) jako první objevila v 90. letech minulého století jevy označované jako TGFs. Přestože byla zkonstruována k pozorování kosmických zdrojů gama záření, zachytila rovněž vzácné, avšak intenzivní záblesky záření gama s krátkou dobou trvání, přicházející ze Země. Jejich výskyt byl pozorován nad bouřkovými oblastmi a jejich původ, jak se zdá, leží ve výškách mezi 30 až 90 km.

TGFs jsou pravděpodobně vytvářeny sprškami velmi energetických elektronů, které jsou urychlovány silnými elektrickými poli, generovanými velkými bouřkovými systémy. Před vypuštěním rentgenové družice CGRO předpokládalo mnoho vědců, že tyto velmi energetické druhy záření mohou být vytvářeny pouze v blízkosti Slunce, v černých dírách, velkých galaxiích nebo v neutronových hvězdách.

W. Pačiesas a další odborníci ukázali, že prapříčinou gama záblesků jsou částice kosmického záření, vnikající do zemské atmosféry, kde ve výškách kolem 10 km ionizují molekuly atmosféry a uvolňují energetické elektrony. V silném elektrickém poli bouřkových mraků se takové elektrony urychlují směrem vzhůru a ve výškách pod 100 km vzniká při jejich srážkách s atomy ionosféry brzdné záření v podobě fotonů gama.

"Tyto výtrysky elektronů jsou mnohem silnější než ty, které jsou produkovány v blízkém okolí Země a pochopení jejich urychlovacích mechanismů vrhne nové světlo na fyzikální procesy, které se mohou vyskytovat i na jiných planetách či v jiných astrofyzikálních prostředích, jako je například sluneční koróna," říká Doug Rowland, hlavní vědecký pracovník projektu Firefly na Goddard's Space Weather Laboratory, NASA.

Družice Firefly budou zjišťovat, jaké druhy blesků vytvářejí svazky elektronů a jim přidružené jevy TGFs. Výsledkem bude lepší pochopení jevů v horních vrstvách zemské atmosféry a v blízkém kosmickém prostoru, vzniklých v důsledku miliónů bleskových výbojů, ke kterým dochází na celém světě každý den.

"Tento projekt může poskytnout první přímé důkazy o vztazích mezi blesky a TGFs a nastartovat zajímavý výzkum otázek kolem atmosférické elektřiny," říká Anne-Marie Schmoltner, ředitelka NSF's Atmospheric Sciences Division's Lower Atmosphere Research Section. "Identifikování zdrojů záblesků pozemského gama záření bude velkým krokem k úplnému porozumění fyzice výbojů blesků a jejich vlivu na zemskou atmosféru."

Program nanodružic CubeSat představuje nový "levný přístup do vesmíru", umožňující dosažení kvalitních vědeckých poznatků za nízkých finančních nákladů, než je typické pro projekty velkých družic, které vyžadují náklady od 100 miliónů dolarů výše. Naproti tomu družice CubeSat s názvem Firefly potřebují k uskutečnění vědeckého výzkumu mnohem menší zařízení za podstatně nižší cenu. Nanodružice mají rozměry zhruba velikosti fotbalového míče (10 x 10 x 30 cm). Náklady na vývoj, vypuštění a provoz družic Firefly po dobu tříletého vědeckého výzkumu budou podle očekávání menší než 1 milión dolarů.

Projekt Firefly rovněž klade důraz na účast studentů jako součást pokračujícího programu, vychovávajícího příští generaci vědců a inženýrů. Studenti na Siena College, Loudonville, New York a University of Maryland Eastern Shore, Princess Anne, Maryland, budou zapojeni do všech etap projektu Firefly.

"Začlenění pokrokového a tvůrčího vzdělávacího úsilí do první linie výzkumu je to, o co jde NSF především," říká Kathie L. Olsen, zástupkyně ředitele NSF. "Nové družice programu CubeSat využijí upravené technologie jiných družic CubeSat. Projekt Firefly je úžasný příklad programu, který se bude zabývat vědeckými objevy, přičemž bude poskytovat unikátní a podnětné příležitosti ke vzdělávání."

Projekt Firefly je financován a řízen organizací National Science Foundation (NSF), který bude projektován ve spolupráci s Goddard Space Flight Center (NASA), Universities Space Research Association (USRA), Columbia, Maryland; Siena College; University of Maryland Eastern Shore, Princess Anne, Maryland; a Hawk Institute for Space Sciences, in Pocomoke City, Maryland.

Goddard Space Flight Center (NASA), USRA a Siena College připraví vědecké přístroje, zatímco Hawk Institute postaví družici typu CubeSat. Wallops Flight Facility on Wallops Island (NASA) zajistí technický dozor nad upevněním nanodružic Firefly na nosnou raketu.

Start družic Firefly se pravděpodobně uskuteční v letech 2010 až 2011. Nanodružice budou vypuštěny jako přídavné zatížení (přívažek), umístěné při startu v přepravním kontejneru P-POD (Poly-Picosatellite Orbital Deployer), který připravuje California Polytechnic State University, San Luis Obispo, California. Družice Firefly využijí rezervu v nosnosti rakety a volný prostor pod aerodynamickým krytem. Jinak by vyžadovaly k vypuštění vlastní nosnou raketu, což by znamenalo podstatně vyšší finanční náklady.

Zdroj: www.nasa.gov
Převzato: Hvězdárna Valašské Meziříčí