Plachetnice vyvinutá dr. Pekkou Janhunenem by mohla znamenat revoluci v cestování vesmírem. Ke svému pohonu využívá pouze slunečního větru, což je nepřetržitý proud plazmy vycházející ze Slunce. Změny slunečního větru jsou mimo jiné také příčinou rozjasňování polárních září a magnetických bouří.

Plachetnice sestává z dlouhých vodivých lan a elektronové trysky napájené slunečními články, která slouží pro udržování drátů na vysokém pozitivním potenciálu. Sluneční vítr působí sice malým, ale nepřetržitým tlakem na lana a kosmické plavidlo, a posouvá ho prostorem.

„Dosud jsme se při práci na plachetnici nesetkali s žádnými závažnějšími technickými problémy. To nám umožnilo začít plánovat první zkušební mise," říká dr. Pekka Janhunen. Důležitého dílčího cíle bylo dosaženo, když se na Helsinské univerzitě ve Výzkumné laboratoři pro elektroniku podařilo vyvinout metodu pro konstrukci lan odolných proti mikrometeoritům. Tato lana se sestávají z velmi tenkých drátů, pro jejichž spojení se užívá ultrazvukového svařování. Tato nově vyvinutá technika dovoluje vzájemně spojit tenká kovová vlákna v jakékoliv geometrii, a rozvinout je v prostoru.

Elektrická plachetnice na cestování vesmírem

"Elektrická plachetnice by mohla snížit cenu všech vesmírných aktivit a také, například, pomoci při tvorbě velkých satelitů přinášejících možnost produkce „čisté" elektřiny na oběžné dráze. Tyto družice, které by obíhaly ve stálém slunečním svitu, by mohly přenášet energii na Zemi prostřednictvím mikrovln bez přerušení. Stálý výkon by byl významnou výhodou ve srovnání se zdroji solární energie na Zemi, které nemohou vyrábět elektrickou energii v noci, při oblačném počasí a v zimě, což je vážným problémem, a to zvláště na dalekém Severu," říká dr. Pekka Janhunen.

Dosavadní práce na elektrické plachetnici se uskutečnily na Helsinské univerzitě, a dále v Německu, Švédsku, Rusku a Itálii. Elektrická plachetnice je vedlejším produktem základního výzkumu uskutečněného finským Meteorologickým ústavem, který se týkal interakce slunečního větru s planetami a jejich atmosférou. V současné době je práce na elektrické plachetnici probíhající ve Finsku financována Finskou akademií a soukromými nadacemi.

První mezinárodní seminář zabývající se tímto typem vesmírných plavidel byl uspořádán 19. května 2008 v nizozemském Noordwijku.

 

Hélium jako „regulátor rychlosti" slunečního větru

Podle nových výsledků výzkumného týmu Massachusettského technologického institutu (MIT) by hélium mohlo fungovat jako „regulátor rychlosti" slunečního větru, určující jeho minimální rychlost.

Ze Slunce k planetě Zemi stále proudí ionizovaný plyn obsahující elektrony, protony a hélium. Tento jev je nazýván "Solární vítr". Tyto částice se v blízkosti Země dostávají do jejího magnetického vlivu. „Náš výzkum je vodítkem k tomu, jak dochází ke zrychlení slunečního větru, což by vedlo k lepšímu porozumění vesmírného počasí", říká Justin Kasper (výzkumný pracovník MIT z Kavli Institute for Astrophysics and Space Research), hlavní autor článku týkajícího se tohoto výzkumu, který byl publikovaný v květnovém Astrofyzikálním časopise.

Pokud dojde k přímému kontaktu mezi turbulentní plasmou slunečního větru a magnetosférou Země, funguje to jako spoušť geomagnetických bouří, které se projevují náhlým rozkolísáním celého magnetického pole Země a následným uklidněním. Změny magnetických elementů (složek vektoru magnetického pole) jsou zvláště složité v polárních oblastech, kde jsou provázeny mohutnou polární září.

Nový výzkum by mohl vést také k hlubšímu porozumění plazmové fyziky, která je pro nás zajímavá, neboť hvězdy jsou tělesa složená z plazmy, a ta se také využívá například u plazmových televizorů nebo pokusných fúzních reaktorů.

Koróna, řídká horní atmosféra Slunce, která nemá ostré hranice a zasahuje hluboko do sluneční soustavy, je viditelná během úplného zatmění Slunce jako mdlý bílý nepravidelný kruh. Už na počátku kosmického věku vědci objevili, že koróna od Slunce doslova odtéká a tento „odtok" dostal označení sluneční vítr. Pozdější studie odhalily rychlost slunečního větru. Nejnižší rychlost dosahuje kolem 260 km/s (161mil/s).

Nejhojnějším prvkem v celém vesmíru je vodík, který tvoří také velkou část slunce a slunečního větru. V menší míře je zastoupeno hélium. To se ale u solárního větru vyskytuje daleko méně než jinde ve vesmíru. Přišlo se na to, že množství hélia v solárním větru roste s jeho rychlostí, a to od jeho téměř nulového výskytu při nejnižší rychlosti až ke 4 atomům hélia na každých 100 atomů vodíku při rychlosti větší než 500 km/s (310mil/s).

Hélium ze slunečního větru při jeho minimální rychlosti téměř mizí, vědci se proto domnívají, že právě hélium nějakým způsobem ´nastavuje´ tuto nejnižšírychlost. Akcelerační mechanismus hélia není založený na ničem, co by pohánělo sluneční vítr. Naopak, hélium musí být ´vlečeno´ vodíkem, což zpomalí vodíkové atomy. Pokud se dostane sluneční vítr na svou minimální rychlost, při které už není schopen sebou ´táhnout´ hélium, tak ani tento vítr už sám nemůže dosáhnout únikové rychlosti.

„Stále se přesně neví, jak by mohlo hélium určovat minimální rychlost na konkrétní hodnotu kolem 260 km/s, a také proč se nachází při větší rychlosti solárního větru více tohoto prvku, ale pravděpodobně to souvisí s něčím elementárním, co pohání sluneční vítr", říká Kasper.

Také není dosud známo, co zvýší rychlost slunečního větru poté, co dojde k jeho prudkému poklesu. Podle vědeckého týmu se k němu dodatečně připojují takzvané koronální výtrysky hmoty (CME), což jsou razantní erupce plazmy, které mají 5 až 10krát více hélia než se vyskytuje ve slunečním větru. Pokud taková erupce zasáhne Zemi, má to za následek neperiodické geomagnetické bouře, při kterých pozorujeme zajímavé efekty na radiových vlnových délkách.

Výzkumníci použili speciální zařízení pro zkoumání slunečního větru (SWE) na palubě kosmického plavidla.. Tento přístroj využívá elektrického pole a sleduje rychlost, hustotu a teplotu vodíku a hélia ve slunečním větru. Výsledky byly zpracovány na základě 2.5 milionů měření po dobu více jak deseti let. Podle Dr. Keith Ogilvie z Goddardova vesmírného leteckého centra (GSFC, Goddard Space Flight Center) tento přístroj vykazuje vysokou míru validity, takže zaznamenané změny ve slunečním větru jsou skutečné.

Dalšími autory Astrofyzikálního časopisu the Astrophysical Journal jsou: Michael L. Stevens, postgraduální student na katedře fyziky na Massachusettském technologickém institutu (MIT), Alan J. Lazaru, vědecko-výzkumný pracovník specializovaný na fyziku, a dále John T. Steinberg z Národní laboratoře v Los Alamos.

Tato práce byla financovaná NASA (National Aeronautics and Space Administration) a NSF (National Science Foundation).

17.4.2008

Zdrojové články: ScienceDaily

ScienceDaily

 

Přeložila: Martina Niederlová


Popis obrázku:

Rychlost slunečního větru je různá a mění se společně s aktivitou Slunce. Pomalý sluneční vítr se pohybuje rychlostí v rozmezí 200 až 500 km/s, rychlý v rozmezí 600 až 900 km/s. Pokud je rychlost větru okolo 450km/s, dosáhne Země během 4 dní.