Bepi Colombo

Merkur patří k nejméně prozkoumaným planetám, protože jedinou sondou, která se dostala do jeho blízkosti byla Mariner 10 v letech 1974 a 1975. Přes její skromnou experimentální výbavu víme, že Merkur má vlastní magnetické pole, a že tedy interakce se slunečním větrem bude podobná zemské. Rozměry Merkuru jsou ovšem podstatně menší a jeho atmosféra řidší, obsahující značné procento těžších prvků. Z tohoto hlediska představuje Merkur univerzální laboratoř pro testy našich současných představ o interakci slunečního větru s planetami. Seznam otázek, které by měl připravovaný projekt Bepi Colombo zodpovědět, je dlouhý. Mezi ně například patří:
- Co určuje rychlost přepojování magnetických polí na denní a noční straně magnetosféry?
- Jaké jsou nejdůležitější plazmové nestability, jak přispívají k přepojování magnetických polí?
- Je magnetické pole Merkuru dostatečné k zachování magnetosféry během dlouhých intervalů jižního meziplanetárního magnetického pole?
- Jakým způsobem jsou iniciovány bouře a subbouře v miniaturní magnetosféře Merkuru?
- Jaká jsou časová a prostorová měřítka subbouří? Pokud jsou odlišná od zemských, jaký je škálovací faktor?
Na tyto a mnoho dalších otázek by měly odpovědět dvě sondy projektu Bepi Colombo – MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) a MPO (Mercury Planetary Orbiter) zajišťované v úzké spolupráci Evropské kosmické agentury (ESA) a Japonské kosmické agentury (JAXA).

Elektronový analyzátor MEA je součástí plazmového komplexu neseného sondou MMO. Jeho konstrukce vychází ze zkušeností získaných v projektech AMPTE, GIOTTO, INTERBALL, CLUSTER a STEREO. Skládá se ze dvou detektorových bloků, které svírají úhel 90o, aby poskytly úplnou rozdělovací funkci elektronů v rozsahu 10 eV – 30 keV za čtvrtinu otáčky sondy. Pro dosažení požadovaného dynamického rozsahu ~106 jsou detektory vybaveny elektrickým ovládáním geometrického faktoru, a to ve třech krocích.
Univerzita Karlova se podílí na vývoji spektrometru konstrukcí a výrobou kalibračních a testovacích zařízení, která mají za úkol prověřit zejména ty části spektrometru, které nebyly v minulosti aplikovány. Účast při kalibraci spektrometru pomůže týmu z UK při jeho hlavním úkolu – zpracování a interpretaci dat ze spektrometru MEA v průběhu mise.

Start obou sond Bepi Colombo je plánován na rok 2012, kdežto projekt končí v roce 2010. Je tedy zřejmé, že v průběhu projektu nebudou zpracovávána data z mise k Merkuru. Cílem této části projektu je provést komplexní analýzu procesů v magnetosféře Země na základě existujících dat z projektů INTERBALL, CLUSTER, THEMIS, ACTIVE, APEX a dalších a využít tyto zkušenosti při přípravě analýzy dat z magnetosféry Merkuru. Značná pozornost bude v této fázi věnována studiu nestabilit ve slunečním větru, kde MMO stráví více než dva roky před tím, než dosáhne Merkuru.

Jsou vyvíjeny základní části vakuové kalibrační aparatury s příslušnými čerpacími jednotkami a zdrojem UV záření.

Bude hledána typická orientace diskontinuit pozorovaných v Lagrangeově bodě L1, a závislost této orientace na meziplanetárním magnetickém poli. Dále bude studován vývoj parametrů diskontinuit na jejich dráze směrem k Zemi s cílem předpovědět jejich parametry v okamžiku kontaktu se zemskou magnetosférou.

Formování rázové vlny v supersonickém slunečním větru je vcelku dobře prozkoumáno ve stacionárním stavu, ale o dynamickém chování je prozatím málo informací. Diskontinuity ve slunečním větru budou roztříděny do dvou základních kategorií – tlakové pulzy (včetně meziplanetárních rázových vln) a náhlé rotace meziplanetárního magnetického pole. Interakce těchto dvou kategorií bude studována odděleně prostřednictvím analýzy experimentálních dat a lokálních a globálních MHD modelů.

Magnetopauza je principiální hranice, díky níž je tok slunečního větru odkloněn od radiálního směru a proudí dále podél magnetosféry Země do chvostu. Existuje však mnoho procesů, které vedou k pronikání plazmatu slunečního větru k Zemi. Turbulentní procesy a vzájemná interakce magnetického pole a plazmatu vytváří v okolí magnetopauzy oblasti a vrstvy s různými vlastnostmi. Projekty s více družicemi, např. Interball, Cluster a nyní i Themis umožňují velmi efektivně studovat všechny procesy a definovat vlastnosti a struktury jednotlivých hranic i oblastí za různých podmínek vznikajících ve slunečním větru.

Plazma, které proniká přes magnetopauzu, je částečně transportováno podél magnetických siločar do nižších výšek v oblasti tzv. polárního kaspu a částečně proniká přes magnetické siločáry a je zachyceno v magnetosférickém chvostu. Procesy v kaspu jsou dobře prozkoumány pro výrazné orientace meziplanetárního magnetického pole (jižní a severní), ale tyto orientace se vyskytují jen řídce, obvyklé jsou orientace podstatně odlišné. Z těchto důvodů předpokládáme studium populace plazmatu v oblasti kaspu v různých výškách a při různých vnějších a vnitřních (magnetosférických) podmínkách.