Egy korábbi alkalommal már részletesen írtunk az úgynevezett Lagrange-pontokról, és hogy a James Webb Űrtávcső, valamint további csillagászati műszerek miért kerülnek az öt Lagrange-pontból a másodikba (L2 pont). Most olyan űreszközök kerülnek terítékre, amelyek a Nap-Föld rendszer L1 Lagrange-pontjában keringenek a Nap körül. Ez a pont is hozzávetőlegesen 1,5 millió kilométerre található a Földtől, de a Nap felé.

De miért is lehet az L1 pont érdekes űrbéli csillagászati távcsövek szempontjából? Az egyik főszempont a viszonylagos közelsége, a másik a könnyű kommunikáció és a harmadik – jelen írásunk szempontjából a leglényegesebb –, hogy állandóan a Nap és a Föld között található, azaz tökéletes a rálátás központi csillagunkra: a Napra. Ebből a pontból nézve sem a Föld, sem a Hold soha, egyetlen pillanatig sem takarja el a Napot. Így a Napnak éppen az L1 pont felé forduló oldala kihagyás nélkül, folyamatosan tanulmányozható. Ez pedig az űridőjárás előrejelzése szempontjából kulcsfontosságú, ami komoly, gyakorlatilag mindennapos gazdasági érdekekkel is kapcsolatban van.

VCSE - Az öt Lagrange-pont (zölddel jelölve), két, egymás körül keringő égitesthez (például Nap-sárga, Föld-kék) viszonyítva
VCSE – Az öt Lagrange-pont (zölddel jelölve), két, egymás körül keringő égitesthez (például Nap-sárga, Föld-kék) viszonyítva

 

Napszondák

Már az űrhajózás korai szakaszában is indítottak szondákat a Nap tanulmányozására. Ennek úttörői a Pioneer űrszondák voltak. A Pioneer-6–9 amerikai szondákat 1965-1969 között indították útjukra. Feladatuk a napszél, a bolygóközi mágneses tér és a kozmikus sugárzás mérése, űridőjárási adatok gyűjtése volt. Ezek a szondák nem a Nap-Föld L1 Lagrange pontjában voltak, hanem a Nap körüli, ellipszis alakú pályákon, amelyek napközelpontja legalább 0,75 CSE volt, naptávolpontja pedig legfeljebb 1,2 CSE.

2006-ban indult el a STEREO-program (Solar Terrestrial Relations Observatory). Ez a szondapáros a napkutatást új szintre emelte a sztereotipikus napfelvételekkel. Két szonda volt, a STEREO-A és a STEREO-B. A két eszközt egyszerre indították, és azok heliocentrikus pályára álltak úgy, hogy az eszközök a pályájukon általában a legtávolabb maradjanak egymástól. A tudósok így a Nap túloldaláról is közel valós idejű képeket tudtak kapni, így a napkitörések, vagy egyéb naptevékenységek bármely irányból észlelhetővé váltak. A STEREO-B-vel 2014-ben szakadt meg a kapcsolat, de az „A” még mindig gyűjti és a továbbítja az adatokat.

A Föld körüli pályán keringő napmegfigyelő műhold a Solar Dynamics Observatory, az SDO (Napdinamikai obszervatórium). A műhold fő célja a Nap-Föld rendszer működésének jobb megértése. Az SDO az első olyan küldetés, ami megpróbálja felderíteni a Nap változékonyságának okait és ennek hatásait a Földre. Tervezésekor arra törekedtek, hogy a Földet és annak űrbeli környezetét vizsgálni tudja egyszerre több elektromágneses hullámhosszon, nagy időbeli felbontással. Folyamatosan lenyűgöző nagyfelbontású képeket továbbít a Földre központi csillagunkról, vagy éppen a Merkúr, vagy a Vénusz Nap előtti átvonulásairól. Sok szempontból a SOHO utódjának tekinthető.

Korábbi napszondák az L1 Lagrange pontban

A Sun-Earth Explorer 3-at (ISEE 3), későbbi nevén International Cometary Explorer-t (ICE) 1978-ban indították útjára a Nap-Föld L1 Lagrange-pontjába. A feladata a kozmikus sugárzás, a napszél, a mágneses tér kutatása volt. 1985-re új nevet és célokat kapott. Először a Giacobini–Zinner-üstökös, majd 1986-ban a Halley-üstökös csóváját vizsgálta. 1997-ig a napszél és a koronakitörések kutatására használták az űrszondát. Ezután nehézkessé vált a Földtől való távolsága miatt a kommunikáció, lemondtak róla, de nem kapcsolták ki. 2008-ban meglepetésre ismét fogták a jelét. 2014-ben magánfinanszírozásból – a NASA engedélyével – megpróbálták újból felvenni az űrszondával a kapcsolatot, sikerrel is jártak, és bár sok műszere még működött, de az irányításához szükséges üzemanyag teljesen kifogyott. Végül 2014. szeptember 25-én a kapcsolat is megszakadt az űrszondával.

A NASA Genesis szondája 2001. december 3. és 2004. április 1. között gyűjtött napszélmintákat az L1 pontban. Az űrszonda a napszél töltött részecskéinek sebességét, sűrűségét, hőmérsékletét és összetételét vizsgálta, a mérések eredményeit folyamatosan elküldte a Földre. A napszondának volt egy visszatérő tartálya is, amely a Napból érkező apró részecskéket gyűjtött. Ettől azt várták a kutatók, hogy pontosan megállapíthassák a Nap összetételét és választ kapjanak bolygórendszerünk kialakulásának kérdéseire is. Az anyagmintát szállító kapszula 2004. szeptember 8-án tért vissza a Földre. Sajnos az ejtőernyőrendszere nem nyílt ki és így a földbe csapódott. Az anyagminta egy kis része azonban így is sértetlen maradt.

Genesis szonda
Genesis szonda

A Chang’e 5 (Chang-o-5) eredetileg a kínai holdkutatási program ötödik missziója. A küldetés révén Kína lett a harmadik ország (Szovjetunió és az Egyesült Államok után), amely mintákat tudott visszajuttatni a Földre a Holdról. A keringőegység küldetését ezután meghosszabbították és 2021. március 15-én sikeresen elérte a Nap-Föld L1 pontját, ahol korlátozott Nap-Föld megfigyelést végez. A lehetséges jövőbeli forgatókönyvek között szerepelhet a Nap-Föld L4 vagy L5 pontok meglátogatása is. Ezek a librációs pontok, amelyek 60 fokkal a Föld előtt és mögött helyezkednek el a pályáján, stabilabbak, ellentétben a másik három Lagrange-ponttal. A Nap-Föld rendszer L4 és L5 körüli régiói földközeli objektumokat rejthetnek, amit képalkotó módszerekkel fel lehetne mérni, és így felfedezhetik a Föld további trójai aszteroidáit. (A négyes körül a 2010 TK7 jelű 300 méteres, és a 2020 XL5 1 km-esre becsült átmérőjű kisbolygót ismerjük, mint a Föld trójai kisbolygóit; az L5 pont körül eddig egyet sem.)

Az aktív napszondák

SOHO

A Solar and Heliospheric Observatory napszondát 1995. december 2-án indították útjára. Azóta nagyban hozzájárult központi csillagunk szerkezetének és működésének megértéséhez, több ezer üstököst fedezett fel és előrejelzéseket kaptunk a Földünket fenyegető űridőjárási eseményekről is.

Az ISON üstökös Nap-közeli elhaladása a SOHO sorozatfelvételeiből készült montázson Fotó: NASA/ESA/SOHO
Az ISON-üstökös Nap-közeli elhaladása a SOHO sorozatfelvételeiből készült montázson. Fotó: NASA/ESA/SOHO

A NASA és az ESA közös projektje az L1 pontba érkezése óta folyamatosan szemmel tartja Napunkat. Három fő tudományos céllal:

  • A Nap belső szerkezetének és változásainak megértése, amelyet a csillag rezgéseit vizsgáló műszerekkel végez.

  • A Nap felszín feletti „légköri” rétegeinek, kifejezetten a napkoronának a megértése és változásainak megfigyelése.

  • A napszél és a hozzá kapcsolódó jelenségek mérése az L1 pontban.

Talán legfontosabb műszere a LASCO (LARGE Angle and Spectometric Coronagraph). Három különleges, különböző látószögű teleszkópból áll, mindhárom képes a Nap fényét kitakarni, így mint „napfogyatkozás” közben képes megfigyelni a napkorona szerkezetét és változásait. Számos napsúroló üstököst fedeztek fel ezzel a műszerrel és hatalmas segítség az űridőjárás előrejelzésében is. A SOHO adatai alapján olvashatunk mi is számtalan figyelmeztetést napkitörésekről és geomágneses viharokról, amelyek a veszélyeztethetik az űrhajósok életét, zavarokat okozhatnak a műholdakban és akár a földi telekommunikációs rendszerekben is, vagy éppen látványos sarkifény-jelenséget okoznak. Ezeket az anyagkidobódásokat 24-72 órával korábban jelezni tudják, mint ahogy azok elérnék a Földet.

 A SOHO-űrszonda 2000-ben készült felvétele egy hatalmas korona-anyagkidobódásról (CME, coronal mass ejection). Fotó: NASA/ESA/SOHO
A SOHO-űrszonda 2000-ben készült felvétele egy hatalmas korona-anyagkidobódásról (CME, coronal mass ejection). Fotó: NASA/ESA/SOHO

Az 1998-as év nem volt a kedvence a SOHO szakembereinek. Először megszakadt a kapcsolat a szondával, amelyet egy hónapos megfeszített munkával és részben az arecibói rádiótávcsővel sikerült megtalálni, majd felvenni vele a kapcsolatot és szeptember végére sikeresen helyreállították az űrszonda normál működését. Decemberben pedig a SOHO mindhárom giroszkópja meghibásodott. A mérnökök egy új irányítószoftvert dolgoztak ki, hogy a szonda giroszkópok nélkül is képes legyen tartani a pozícióját. Ezzel a SOHO az első űrszonda, amelynek háromtengelyes stabilitásáért nem giroszkópok felelnek.

A kutatók a következő pár évben még számíthatnak a SOHO-ra, és két új napszonda: a Parker Solar Probe és a Solar Orbiter méréseinek kombinálásával a kutatók több eltérő pontból vizsgálhatják majd a napszél viselkedését. Így teljesebb képet kapnak az űridőjárás alakulásáról, és a napkorona megfigyelésével hozzájárulnak a két másik szonda által jóval közelebbről összegyűjtött adatok kiértékeléséhez.

A SOHO feladatait később a NOAA űridőjárás-előrejelző űrszondája és GOES-U műholdja fogja átvenni. Mindkettő fel lesz szerelve a LASCO-t kiváltó koronográffal. Az ESA-nál pedig már tervezési szakaszban van egy olyan küldetés, ami a SOHO helyére, az L1 pontba helyezne egy űridőjárás-megfigyelő szondát. Addig is, 2023-ban tervezik útnak indítani az ESA Proba-3 kísérleti műholdját, amely egy új, az eddiginél lényegesen jobb koronográf-technológiát fog tesztelni.

ACE

Az Advanced Composition Explorer (ACE vagy Explorer 71) a NASA műhold- és űrkutató küldetése. Műszereivel folyamatosan méri a bolygóközi mágneses teret, a napszél sebességét és irányát, sűrűségét, hőmérsékletét. Ezek az adatok minimális késéssel feldolgozva folyamatosan rendelkezésre állnak, ugyanis ezek az összes űridőjárás-előrejelző modell alapadatai. Az ACE szondát 1997. augusztus 25-én bocsátották fel, és az L1 Lagrange pont közelében egy Lissajous-pályán kering. (A pályamechanikában a Jules Antoine Lissajousról elnevezett Lissajous-pálya (ejtsd: liszazsu) egy kváziperiodikus keringési pálya, amelyet egy objektum egy háromtest-rendszer Lagrange pontjai körül keringhet kváziperiodikus pályán anélkül, hogy meghajtásra lenne szüksége – ha az L1,2,3 pontok stabilak lennének. Csak az L4 és L5 pontok stabilak. Ezért az L1 körül keringő űrszondának kisebb mennyiségű üzemanyagra és meghajtásra mégiscsak szüksége van. A JWST az L2 körül halopályán kering: a halopálya periodikus pálya.) 2021-ben az űrszonda még mindig működőképes volt, és az előrejelzések szerint 2024-ig elegendő hajtóanyaggal rendelkezik ahhoz, hogy pályáját fenntartsa.

WIND

A NASA-szondát 1994-ben bocsátották fel. Működésének első célja a földi magnetoszféra vizsgálata volt. 2004-ben átirányították a Nap–Föld rendszer L1 Lagrange-pontja körüli halopályára. Azóta a napszél tulajdonságait méri. Elsősorban tudományos célú műhold, mely ugyanazokat a napszélparamétereket méri, mint az ACE vagy a DSCOVR műholdak, de az adatai sokkal lassabban válnak hozzáférhetővé.

DSCOVR

A Deep Space Observatory (DSCOVR) az ACE szonda leváltására a Nap–Föld rendszer L1 Lagrange-pontja körüli pályára 2015-ben küldött űreszköz. Szintén napszél-monitorozó műhold, amelyet egy korábbi, fel nem bocsátott eszköz felhasználásával készítettek. Folyamatosan méri a napszél mágneses térerő-vektorát, a napszél sebességét és irányát. Ezek az adatok szintén csaknem azonnal hozzáférhetők.

Animáció a Deep Space Climate Observatory pályájáról 2015. február 11. és 2017. január 3. között
Animáció a Deep Space Climate Observatory pályájáról 2015. február 11. és 2017. január 3. között. (Bíbor az űrszonda, sárga a Hold a kék Föld körül)

Tervezett jövőbeni napszondák az L1 pontban

ADITYA-L1: az Indiai Űrkutatási Szervezet (ISRO) tervezett napszondája, a Nap légkörét, a Nap mágneses viharait és a Föld körüli környezetre gyakorolt hatását vizsgálja majd. Folyamatosan figyeli a fotoszférát, a kromoszférát és a koronát. Tervezett indítás: 2022. harmadik negyedév.

IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe): két fontos és egymással összefüggő tudományos témát vizsgál: a helioszférában a részecskék gyorsulását és a napszél kölcsönhatását a kozmikus részecskékkel. Tervezett indítás: 2025. február 1.

SWFO-L1: korábban a SOHO napszondánál már említettük, a napviharok, a napszél vizsgálatával járul majd hozzá az űridőjárás előrejelzéséhez. Tervezett indítás: 2025. február.

LAGRANGE-MISSZIÓ: Az ESA az űridőjárás megfigyelésére szondát készül küldeni a Nap-Föld rendszer L5 és L1 pontjaira. Az L1 és L5 küldetések együttvéve olyan 3D-s nézetet biztosítanak, amely nagyban növeli az űridőjárás-előrejelzések pontosságát.

Források:

https://hu.wikipedia.org/wiki/Genesis_%C5%B1rszonda

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_objects_at_Lagrange_points

https://mta.hu/tudomany_hirei/teliholdkor-varatlan-sugarozon-lepheti-meg-a-holdutazokat-110673

https://qubit.hu/2020/12/10/25-eve-indult-kalandos-utjara-a-napot-vizsgalo-urszonda-a-soho-es-koszoni-szepen-jol-van

https://www.esa.int/

https://www.nasa.gov/

www.wikipedia.org