ESA zapowiedziała realizację misji Plasma Observatory. Kluczową rolę odgrywają w niej Polacy

Zarekomendowana do realizacji przez ESA misja składa się z siedmiu satelitów wyposażonych w precyzyjne instrumenty badawcze. Zbierane przez nie dane mają odpowiedzieć na jedno z fundamentalnych pytań fizyki plazmy kosmicznej: jak przebiegają procesy energetyzacji plazmy i transport energii w środowisku plazmy bliskiego otoczenia Ziemi. Plazma kosmiczna to zjonizowany gaz, czyli jądra atomowe pozbawione elektronów. Aż 99% materii we Wszechświecie występuje właśnie w postaci plazmy.

Laboratorium na orbicie

W praktyce Plasma Observatory zbada, jak wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek wyrzucanych ze Słońca – oddziałuje z magnetosferą, czyli swego rodzaju magnetycznym „bąblem” chroniącym naszą planetę. To właśnie w tym oddziaływaniu zachodzą procesy takie jak rekoneksja magnetyczna, fale uderzeniowe, turbulencje czy energetyczne strumienie plazmy

Jak przekonują twórcy misji, magnetosfera Ziemi pełni tu rolę naturalnego laboratorium. Wyniki Plasma Observatory mają pomóc zrozumieć nie tylko zjawiska pogody kosmicznej (które wpływają np. na satelity, sieci energetyczne czy komunikację radiową), ale też procesy zachodzące w znacznie odleglejszych obiektach – plazmie wokół innych gwiazd, w obszarach wybuchów supernowych czy w odległych galaktykach.

Konstelacja siedmiu satelitów

Plasma Observatory składa się siedmiu identycznych statków kosmicznych. Satelity mają przemieszczać się po eliptycznej orbicie równikowej wokół Ziemi, z perygeum w około 51 tys. km, co daje mniej więcej osiem promieni Ziemi i apogeum przekraczającym 108 tys. km, czyli około 17 promieni Ziemi. Tak dobrana orbita pozwoli regularnie przemierzać kluczowe obszary magnetosfery, takie jak:

• strefa dzienna (gdzie wiatr słoneczny zderza się z polem magnetycznym Ziemi, tworząc falę uderzeniową, magnetopauzę i tzw. magnetosheath),
• strefa nocna (z obszarem quasi-dipolowym i strukturą podłużnych prądów w otoczeniu Ziemi).

Satelity będą lecieć w formacji dwóch tetraedrów. Tetraedr jest bryłą geometryczną zbudowaną z czterech trójkątów równobocznych. Ustawienie satelitów w takim układzie umożliwia jednoczesny pomiar pól elektromagnetycznych i cząstek z różnych punktów w przestrzeni. Odległości między satelitami będą sięgać od ok. 30 km (skala jonowa) do ok. 5000 km (skala płynowa).

Polski udział – CBK PAN w centrum projektu

Dla Polski wybór Plasma Observatory jest wyjątkowo istotny ze względów naukowych, ale także wkładu technologicznego. Grupa badaczy z Zakładu Fizyki Plazmy Centrum Badań Kosmicznych PAN wraz z najlepszymi światowymi naukowcami z tej dziedziny tworzyła założenia misji, metody pomiarowe oraz modele opisujące struktury przestrzeni kosmicznej.

Zespół inżynierów i naukowców CBK PAN jest zaangażowany w wytwarzanie elementów przyrządów naukowych oraz w koordynację prac związanych z operacyjnością całego systemu badawczego. W ramach wcześniejszych etapów konkursu ESA (Phase A) opracowano model misji, składający się z dużego głównego satelity i 6 małych satelitów, który został ostatecznie zastąpiony koncepcją modelu 7 jednakowych satelitów. Każdy satelita posiada dwa zestawy instrumentów pomiarowych:

• BOX-P (Particles And Fields Instrument) to zestaw instrumentów posiadających wspólne połączenie z systemem pokładowym satelity. Jest prowadzony przez CBK PAN pod kierownictwem prof. dr hab. Hanny Rothkaehl;
• BOX-W (Waves) jest zarządzany przez IRFU, szwedzki instytut Fizyki Kosmicznej w Uppsali.

Wynik dziesięcioleci badań

W przypadku zestawu BOX-P CBK PAN odpowiada za całość prac: koordynację, integrację, testy oraz dostarczenie instrumentu i wytworzenie części mechanicznej. W przypadku zestawu BOX-W wkład CBK PAN obejmuje – poza samym instrumentem EFI-ADA (Electric Field Instrument – Axial Dipole Antenna) – również wytworzenie modułu zasilania oraz struktury mechanicznej. Inż. Marek Morawski pełni funkcję Instrument Lead Scientist (ILS) dla instrumentu EFI-ADA

– Jest to dla nas niesamowita radość i zadowolenie. Spełniły się nasze marzenia, nad realizacją których pracowaliśmy przez ostatnie dziesięciolecia. Będzie to przełomowa misja, która pozwoli nam poznać nie tylko procesy zachodzące w Układzie Słonecznym, ale także zrozumieć i opisać podstawowe zasady fizyki, takie jak rekoneksja. Jest to pierwszy krok na drodze do wielopunktowej i wieloinstrumentalnej diagnostyki środowiska kosmicznego – komentuje prof. Hanna Rothkaehl. Start misji zaplanowano na 2037 rok.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.