Napszondák a Nap-Föld rendszer L1 Lagrange-pontjában – Kopeczny Zsuzsanna
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.
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.
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.
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.
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.
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
www.wikipedia.org
