Průběžná zpráva - 2007

Bepi Kolombo je společný projekt výzkumu planety Merkur agentur ESA a JAXA, který se skládá ze dvou družic, a to MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) ze strany Japonské kosmické agentury a MPO (Mercury Planetary Orbiter), jež připravuje Evropská kosmická agentura. Součástí MMo je elektronový spektrometr MEA. Úkolem řešeného projektu je podílet se na vývoji tohoto spektrometru.

Cíle pro první etapu řešení projektu zahrnovaly jak technickou část (WP-1), která spočívala v přípravě kalibračního systému pro testování základních částí detektorového systému elektronového spektrometru MEA, tak část vědeckou (WP-2 až WP-5), kde byly úkoly rozsáhlejší a jsou popsány dále podrobněji.

Pro budoucí kalibraci detektorů přístroje MEA byly připraveny vakuové komory různé velikosti, jedna o objemu ~80 l (obr. 1a) pro kalibraci elektronických částí přístroje, druhá o objemu několika litrů (obr. 1b) osazena heliovým UV zdrojem (22 eV) a zdrojem svazku elektronů (300 eV–5 keV) pro vlastní testování detektorových částí. Nyní je budován ultravakuový čerpací systém.

Obr.č.1a

Výsledky vědecké práce jsou obsahem 5 publikací ve vědeckých referovaných časopisech, 8 příspěvků představených ve sbornících mezinárodních konferencí a 29 referátů na 7 mezinárodních konferencích (seznam je v příloze anglické verze). Podrobnější popis dosažených výsledků v jednotlivých okruzích je v dalších částech a vyplývají z něj i směry v pokračování vědecké práce.

Hlavní diskontinuity ve slunečním větru můžeme klasifikovat do dvou kategorií – vzniklé v důsledku CME nebo v důsledku CIR, ale způsob jejich interakce s magnetosférou je odlišný. Meziplanetární rázové vlny v případě CME se šíří slunečním větrem bez podstatných změn, i když směr jejich šíření přechodovou oblastí se mění, naopak v případě rázových vln vzniklých v důsledku CIR dochází v oblasti jejich interakci s rázovou vlnou okolo Země ke změnám podstatným, daným pravděpodobně působením procesů v tzv. foreshocku.

Série prací se zabývá interakcí meziplanetárních rázových vln s okolozemní rázovou vlnou. Výsledkem studia je experimentálně pozorovaná deformace roviny meziplanetární rázové vlny, ke které dochází vlivem nižší rychlosti této vlny v přechodové oblasti. Domníváme se, že tato interpretace je přesnější než obvykle užívané vysvětlení deformace čela rázové vlny již ve slunečním větru. Pozorování pak potvrzuje jak porovnání experimentálních výsledků s globálním modelem, tak i s lokálním modelem přechodové oblasti. Tento lokální model byl dále rozvíjen a postupně doplněn o 3 různé možnosti reakce magnetopauzy na šíření meziplanetární vlny přechodovou oblastí. I tomuto problému byla věnována pozornost. Podařilo se ukázat, že na parametry meziplanetární rázové vlny v přechodové oblasti má podstatný vliv rychlost odezvy magnetopauzy. Pokud je magnetopauza uvažována jako pevná, skládá se původní rázová vlna s rázovou vlnou odraženou, kdežto v případě okamžité reakce magnetopauzy má zpětná vlna charakter vlny rozředění. Autoři vysvětlují, že výsledkem interakce meziplanetární a zemské rázové vlny jsou dvě diskontinuity následující s časovou prodlevou v řádu minut. Výsledky dosažené zpracováním experimentálních dat byly potvrzeny i MHD simulací.

Tato principiální hranice magnetosféry byla studována z několika odlišných hledisek. Ukázali jsme, že tok plazmatu je brzděn v oblasti vhloubení (tj. nad magnetosférickým kaspem) a referovali možný případ, kdy tok plazmatu se v této oblasti otáčí a vytváří strukturu podobnou víru (vortex-like structure). Studium takových případů je velmi důležité, neboť brzdění toku plazmatu zvyšuje pravděpodobnost pronikání plazmatu do magnetosféry. V těchto procesech hraje však podstatnou roli i orientace vysoce fluktuujícího magnetického pole v přechodové oblasti. Vytvořili jsme proto studie, které ve věnovaly studiu korelační délky fluktuací plazmatu a magnetického pole v přechodové oblasti. Výsledky studií přinesly překvapivý závěr (i když předběžný), že korelační délka fluktuací magnetického pole je pouze několik tisíc kilometrů, což je nižší než vlnová délka plazmových vln ve studovaném frekvenčním rozsahu. Navíc se ukázalo, že tato délka málo závisí na orientaci toku plazmatu a magnetického pole, což je i patrno z obrázku 2, kde jsou výsledky z družic Cluster. Podrobné zkoumání hranice nízkých šířek (LLBL) přiléhající k magnetopauze pomocí N-T plotů dokázalo její závislost na procesech v přechodové oblasti a změnu její tloušťky na podmínkách ve slunečním větru, jak demonstruje obrázek 3.

Studovali jsme pronikání plazmatu do vnitřní magnetosféry v oblasti kaspu. Na základě disperzních vlastností plazmatické populace pozorované v této oblasti byl demonstrován způsob určení místa přepojování magnetických polí a bylo ukázáno, že k němu může dojít ve vzdálenosti až 9 RE ve chvostu magnetosféry.
Dalším tématem studia bylo pokrčování studia šíření meziplanetárních vln vnitřní magnetosférou a odezvou na geomagnetické dráze. Studie hledala rychlost rázové vlny, změny jejího profilu v různých místech magnetosféry, jak byly pozorovány četnými družicemi.