Pomysł tarczy plazmowej i misja PROBA-3

Burze słoneczne stanowią bezpośrednie zagrożenie dla Ziemi i cywilizacji - wraz ze wzrostem naszego uzależnienia od nowoczesnych systemów łączności potencjalne niszczące oddziaływanie Słońca rośnie. Zaproponowano wysłanie w kosmos urządzenia, które miałoby odbijać pędzącą w stronę Ziemi plazmę słoneczną. Czy to w ogóle możliwe? Naukowcy mają świadomość, że o burzach słonecznych wciąż jeszcze wiemy za mało - Europejska Agencja Kosmiczna ESA przygotowuje więc misję PROBA-3, która ma poszerzyć naszą wiedzę na ten temat. Nad ważnymi elementami tej misji, która wkrótce wkroczy w decydującą fazę, pracuje także polska firma Creotech Instruments S.A.

Co właściwie grozi nam ze strony Słońca? Dużym zagrożeniem jest przede wszystkim silny impuls elektromagnetyczny (EMP) - fala uderzeniowa złożona z cząstek obdarzonych ładunkiem, głównie elektronów. Fala taka propaguje się między innymi w wyniku wybuchu bomby jądrowej czy po uderzeniu pioruna, który jest w stanie „usmażyć” pobliskie obwody elektryczne - linię przesyłowe lub domową instalację elektryczną oraz podłączone do niej urządzenia. Jednak zjawiska te mają charakter lokalny. Z kolei impulsy powstające w wyniku burz słonecznych są w stanie doprowadzić do podobnych zniszczeń w skali globalnej.

Silne burze słoneczne, będące potężnymi eksplozjami na powierzchni naszej gwiazdy, wiążą się z wyrzucaniem w przestrzeń kosmiczną ogromnych ilości energii i materii. Część wyrzucanych w kosmos naładowanych cząstek dociera do Ziemi i wywołuje na naszej planecie tzw. burze magnetyczne – wyjaśnia dr Grzegorz Brona, Prezes Creotech Instruments. – Burze te, w zależności od swojej siły, mogą uszkodzić satelity telekomunikacyjne, zakłócić transmisje radiowe w atmosferze Ziemi, a nawet spowodować zniszczenia w infrastrukturze energetycznej. Takie zjawiska towarzyszyły nam od wieków, ale wraz z rozwojem technologii ich niszczący potencjał rośnie wraz ze wzrostem uzależnienia naszej cywilizacji od systemów elektronicznych i elektronicznej komunikacji – dodaje.

Do największej w nowożytnej historii burzy magnetycznej doszło w 1858 roku. 1 września angielski astronom Richard Christopher Carrington zaobserwował silny rozbłysk na powierzchni Słońca, który doprowadził do wyrzutu ogromnej ilości masy w postaci obłoku plazmy z prędkością znacznie przekraczającą prędkość wiatru słonecznego. Obłok dotarł do Ziemi po 18 godzinach i wywołał burzę magnetyczną, która spowodowała awarię sieci telegraficznych w całej Europie i Ameryce Północnej. Zorza polarna widoczna wówczas na całym świecie, została zaobserwowana nawet na Karaibach. Naukowcy obliczyli, że gdyby tak silna burza słoneczna miała miejsce dzisiaj, doprowadziłaby do katastrofalnych zniszczeń w infrastrukturze telekomunikacyjnej, satelitarnej i energetycznej w skali globalnej i spowodowała bezprecedensowe straty materialne liczone w bilionach dolarów. Według szacunków przedstawionych w raporcie Narodowej Akademii Nauk USA z 2009 roku naprawa zniszczeń wymagałaby wydania nawet 2 bilionów dolarów w samach Stanach Zjednoczonych.

Jednym ze skutków burz magnetycznych jest też powstawanie dużych ilości azotanów, których ślady i stężenie w kolejnych latach prześledzić można analizując skład rdzeni lodowców. Badania wykazały, że tak potężne zakłócenia magnetyczne jak to w 1858 roku zdarzają się średnio raz na 500 lat. Jednak nasza dzisiejsza wiedza o procesach zachodzących w gwiazdach nie pozwalają nam przewidzieć kiedy po raz kolejny tak silny wyrzut plazmy się wydarzy, czy dotrze do naszej planety i jakie zniszczenia wywoła.

Manasvi Lingam i Abraham Loeb z amerykańskiego Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w pracy naukowej „Impact And Mitigation Strategy For Future Solar Flares” opublikowanej we wrześniu tego roku przedstawili futurystyczną koncepcję wyniesienia w kosmos ważącej 100 tysięcy ton instalacji, która miałaby ochronić Ziemię przed pędzącymi od strony Słońca masami plazmy. Miedziana cewka, zwana magnetycznym deflektorem, miałaby zostać ustawiona w odległości 329 tysięcy kilometrów od naszej planety, a jej zadaniem byłoby odbijanie pędzących w naszym kierunku podmuchów słonecznego wiatru. Naukowcy szacują, że koszt wyniesienia instalacji w przestrzeń kosmiczną powinien zamknąć się w kwocie 100 mld dolarów. Tyle mniej więcej "warta" jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna - najdroższa instalacja kosmiczna w historii!

Trudno powiedzieć, czy poniesienie tak wielkich kosztów przyniesie zamierzony efekt. Naukowcy przyznają bowiem, że wciąż bardzo mało wiedzą o zjawiskach zachodzących na powierzchni Słońca. Naszą wiedzę na ten temat poszerzyć ma misja Europejskiej Agencji Kosmicznej o nazwie PROBA-3, której elementem także jest tarcza. Celem misji, w której uczestniczy także firma Creotech Instruments S.A., będzie badanie zewnętrznych warstw atmosfery Słońca - korony słonecznej.

PROBA-3 ma składać się z dwóch współdziałających ze sobą statków kosmicznych. Pierwszy wyposażony zostanie w kamerę oraz teleskop do obserwacji korony słonecznej. Drugi, w kształcie tarczy, będzie miał za zadanie manewrować wokół pierwszego w taki sposób, żeby zasłaniać tarczę Słońca w momencie, w którym wykonywana jest fotografia korony. Operację tę można porównać do zaćmienia Słońca, gdzie pierwszy pojazd jest obserwatorem wykonującym zdjęcia i pomiary, a drugi, na podobieństwo Księżyca, zasłania tarczę Słońca. Dzięki temu urządzenia i czujniki zamontowane na pierwszym statku mogą dokładnie zbadać koronę słoneczną. Naukowcy wierzą, że takie badania pozwolą uzyskać większą wiedzę na temat interakcji pola magnetycznego Słońca z cząstkami wiatru słonecznego.

Misja PROBA-3 ma rozpocząć się w 2018 lub 2019 roku. Pierwsze z urządzeń, zaopatrzone w kamerę i teleskop, ma ważyć około 340 kilogramów, a drugi pojazd nie więcej niż 200 kilogramów. W chwili obecnej finalizowany jest proces projektowania kluczowych podsystemów misji. Wypracowywany jest tzw. Critical Design Review, czyli dokument formalizujący to, jak zbudowane będą poszczególne elementy misji i jak przebiegać będzie produkcja, integracja i przygotowanie do wyniesienia w kosmos poszczególnych jej elementów. Następnym etapem będzie produkcja. Faza Critical Design Review jest niezwykle złożona, gdyż w projekcie uczestniczy kilkadziesiąt firm i instytucji z kilku krajów europejskich. Sprawdzana jest zgodność projektu z kilkoma tysiącami wymagań założonych na początku fazy projektowej, bowiem w sposób oczywisty poszczególne komponenty misji opracowane przez poszczególne ośrodki muszą do siebie idealnie pasować i współgrać jako całość.
 

Czytaj więcej:

 

Źródło: Creotech Instruments/ESA

Satelita Proba-3 na orbicie - wizualizacja.
Źródło: ESA