Sluneční sondy v libračním bodě L1

27.02.2013

Pro každou soustavu dvou kosmických těles lze nalézt 5 význačných bodů v souřadném systému, který se otáčí společně se spojnicí obou těles. To ukázal již v roce 1772 francouzský astronom Joseph Louis Lagrange. Tři librační body (nebo též librační centra) leží na přímce spojující obě tělesa (body L1, L2 a L3). Jejich vzdálenost závisí na poměru hmotností obou těles. Zbývající dva body tvoří vrcholy rovnostranných trojúhelníků (L4 a L5) - viz obrázek. V libračních bodech se vyrovnává gravitační působení obou těles.

Librační centra mají tu vlastnost, že pokud se v nich nachází malé třetí těleso (planetka, družice), dlouhodobě nezmění svoji polohu vzhledem ke dvěma hmotným tělesům bez zásahu vnějších sil.

Výhodné pozorovací stanoviště

Jak už bylo zmíněno, oblasti libračních bodů mají výhodné vlastnosti, pro které jsou v posledních letech využívány astronomy k umísťování kosmických observatoří, které z těchto míst mohou dlouhodobě sledovat vesmír. Neexistuje zde střídání dne a noci, nepřekáží oblačnost, znečištěná atmosféra či rušivý vliv pozemního osvětlení. A k udržování kosmického dalekohledu na oběžné dráze kolem libračního bodu stačí velmi malé množství pohonných látek.

Doposud byla využívána především librační centra v soustavě Slunce-Země, a to librační body označované L1 a L2. První z nich (L1) leží na spojnici Slunce-Země, ve vzdálenosti přibližně 1,5 miliónu km od Země ve směru ke Slunci. Kosmická observatoř umístěná v této oblasti může nepřetržitě po dobu několika roků studovat Slunce a jeho okolí. Aby pozemní antény přijímající data z kosmického dalekohledu nemusely mířit přímo do Slunce, bývá taková kosmická observatoř navedena na oběžnou dráhu kolem libračního bodu v dostatečné vzdálenosti od něj. Při pohledu ze Země se pak zdá, jako by obíhala kolem Slunce.

Librační bod L2 se nachází rovněž na spojnici Slunce-Země, ve vzdálenosti zhruba 1,5 miliónu km od Země, avšak na opačné straně než Slunce. Toto místo je vhodné k „zaparkování“ kosmických observatoří, které budou zkoumat hvězdy, galaxie či jiné objekty. Z této polohy mají nerušený výhled na vzdálená vesmírná tělesa.

V dalším textu se soustředíme na bod L1 využívaný k umísťování kosmických sond k nepřetržitému sledování Slunce.

Z libračního bodu ke kometě

Vůbec první kosmickou observatoří, umístěnou v libračním bodě L1 soustavy Slunce-Země, byla americká sonda ISEE-3 (International Sun-Earth Explorer-3), zaměřená na výzkum elektrických a magnetických polí na hranici zemské magnetosféry. Ze Země odstartovala v roce 1978. Na její palubě se nacházel mj. detektor záření gama (Goddard Gamma-Ray Burst Spectrometer). Tento přístroj absolvoval první úspěšný let detektoru z velmi čistého germania na palubě kosmické sondy. Poskytl několikrát přesnější měření spektrálních charakteristik záblesků záření gama, než byly schopny do té doby používané detektory.

Blížil se rok 1986, kdy se ke Slunci (a tím i k Zemi) měla vrátit známá Halleyova kometa. Přestože i NASA uvažovala o své kosmické sondě k výzkumu této vlasatice, z projektu nakonec sešlo. Kometa měla být cílem dvou sovětských, dvou japonských a jedné evropské sondy. NASA nechtěla zůstat pozadu. Tehdy mladý inženýr Robert Farquhar z Jet Propulsion Laboratory přišel s nápadem využít sondu ISEE-3 a nasměrovat ji k jedné z komet.

V červnu 1982 byl zažehnut raketový motor sondy přejmenované na ICE (International Cometary Explorer), čímž byla navedena směrem k Zemi. Sérií motorických a gravitačních manévrů při průletech kolem Měsíce (naposled ve vzdálenosti asi 100 km od jeho povrchu) se sonda vydala na cestu ke kometě Giacobini-Zinner. Nakonec prolétla jejím chvostem 11. 9. 1985 ve vzdálenosti zhruba 7 800 km od jádra a poskytla první poznatky o složení plazmového ohonu komety.

WIND – studium slunečního větru

Kosmická sonda WIND byla vypuštěna 1. 11. 1994 pomocí nosné rakety Delta. Jejím provozovatelem je NASA. Původně byla určena k výzkumu rádiového záření, sluneční plazmy a slunečního větru v zemské magnetosféře ještě předtím, než sluneční vítr dospěje k Zemi.

Do blízkosti libračního bodu L1 soustavy Slunce-Země byla navedena v roce 2004, odkud provádí nepřetržitá pozorování slunečního záření. Aparatura sondy je stále ještě funkční. Na palubě sondy WIND jsou dostatečné zásoby pohonných hmot, které by měly vystačit na drobné korekce dráhy během příštích 60 let (pokud bude fungovat). Pořizuje doplňková měření k doplnění dat získaných jinými sondami či družicemi na oběžné dráze kolem Země.

Vyhlídka na Slunce

Po startu ze Země 2. 12. 1995 zamířila do libračního centra L1 soustavy Slunce-Země kosmická sonda SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), vyrobená ve spolupráci NASA a Evropské kosmické agentury ESA. Zhruba po 4 měsících byla navedena na oběžnou dráhu kolem bodu L1 a začala na Zemi předávat fotografie Slunce a další data o jeho aktivitě. Původně plánovanou dvouletou životnost sonda několikanásobně překročila – funguje totiž dodnes (byť s několika výpadky činnosti) a denně tak můžeme na internetu zjistit, co se na Slunci děje, i když je zataženo.

Díky přístrojovému vybavení, na němž se podíleli odborníci z 15 států, je sonda schopna pozorovat nejen viditelný „povrch“ Slunce, ale i různé vrstvy jeho atmosféry, díky helioseismologii i jeho nitro, a rovněž mohutné výtrysky žhavé plazmy, tzv. protuberance. Sonda sleduje nejen samotné Slunce, ale i poměrně rozsáhlou oblast v jeho okolí. A to je prostor, který doslova křižují malé komety, které nejsou ze Země pozorovatelné. Bohužel mají tu smůlu, že když se k povrchu Slunce přiblíží na malou vzdálenost, tak v obrovském žáru Slunce většina z nich zanikne – jejich hmota se stane součástí sluneční atmosféry. V současné době (k 15. 1. 2013) astronomové objevili na snímcích sondy již 2378 komet.

Lov slunečních částic

Americká kosmická sonda GENESIS byla vypuštěna do vesmíru v srpnu 2001. Jejím hlavním úkolem byl „sběr“ částic tzv. slunečního větru, tj. nabitých částic vyvrhovaných Sluncem do okolního prostoru. Za tímto účelem byla sonda vybavena speciálními lapači z aerogelu. Sběr částic probíhal v tzv. Lagrangeově libračním bodě L1 soustavy Slunce-Země. Na oběžnou dráhu kolem něj ve vzdálenosti zhruba 700 000 km byla sonda navedena v listopadu 2001, kdy se její lapače rozevřely. Zachytávání částic vyvrhovaných Sluncem probíhalo nepřetržitě více než 2 roky.

V dubnu 2004 byl sběr částic slunečního větru ukončen a na povel z řídícího střediska byly lapače složeny a zasunuty do návratového pouzdra. Poté byla sonda navedena na návratovou dráhu směrem k Zemi. Při druhém průletu kolem naší planety se pouzdro se vzorky oddělilo a vstoupilo do zemské atmosféry. Bohužel nedošlo k otevření padáku a pouzdro dopadlo na zemský povrch volným pádem. Jak se však ukázalo, náraz nebyl zničující a řada sběračů s aerogelem včetně zachycených částic srážku se Zemí „přežila“. Cenný úlovek byl převezen do pozemních laboratoří k podrobnému studiu. Rozbor zachycených částic a jejich srovnání se složením jiných těles poskytl vědcům důležité informace nejen o procesech na Slunci, ale také o složení zárodečné mlhoviny, ze které se před 4,6 miliardami roků utvářela Sluneční soustava včetně Země.

ACE a výzkum Slunce

Sluneční sonda ACE (Advanced Composition Explorer) byla vypuštěna 25. 8. 1997 pomocí nosné rakety Delta. Byla navedena na oběžnou dráhu kolem libračního centra L1 soustavy Slunce-Země. Zásoby pohonných látek by měly sondě ACE vydržet do roku 2024.

Sonda je určená ke studiu chemického a izotopového složení hmoty pocházející ze sluneční koróny, z meziplanetárního, lokálního mezihvězdného a mezigalaktického prostředí.

KuaFu – čínský výzkum Slunce

KuaFu je projekt čínských satelitů k výzkumu tzv. kosmického počasí. Jedna z plánovaných družic by měla být vypuštěna na dráhu kolem libračního bodu L1 soustavy Slunce-Země a měla by se věnovat sledování Slunce. Další dvě družice by měly být navedeny na polární oběžné dráhy kolem Země. Projekt by mohl být realizován v rámci čínsko-kanadsko-evropské spolupráce. Předpokládaný start: rok 2017.

 
František Martinek, Hvězdárna Valašské Meziříčí