Double Star byla velmi úspěšná dvojice čínsko-evropských sond určených pro výzkum magnetosféry Země. Šlo o první spolupráci kosmických agentur CNSA a ESA na vědeckém projektu. První ze sond startovala 29. prosince 2003 a druhá 25. července 2004. Obě vynesla na oběžnou dráhu čínská nosná raketa Long March 2C (Dlouhý pochod). První sonda TC-1 byla navedena na rovníkovou dráhu a druhá TC-2 na polární dráhu. Dráhy byly voleny tak, aby naměřené údaje doplňovaly data z evropské čtveřice družic Cluster. Obě sondy nesly magnetometry a různé detektory částic a vln. Přístroje byly vyrobeny v Číně, Anglii, Irsku, Francii a Rakousku. Původně byla mise plánována na jeden rok. Po dvou prodlouženích byla mise ukončena 14. října 2007 navedením první z družic do atmosféry Země, kde shořela.
|
CNSA – China National Space Administration, Čínská národní kosmická agentura, založená v roce 1993. Agentura vlastní tři kosmodromy (Jiuquan, Xichang, Taiyuan) a nosnou raketu Long March. ESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 15 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1973 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Double Star – čínsko-evropská mise dvou družic zkoumající magnetosféru Země. Společný projekt Čínské národní kosmické agentury CNSA a Evropské kosmické agentury ESA. Družice startovaly v prosinci 2003 a červenci 2004. Jedna ze sond byla navedena na rovníkovou (570 × 78 970 km, sklon 28,5°) a druhá na polární (700 × 39 000 km, sklon 90°) dráhu. Jejich data doplňovala měření evropské čtveřice družic CLUSTER. Mise byla ukončena v říjnu 2007. Cluster – čtveřice stejných družic pojmenovaných podle latinsko-amerických tanců (Rumba, Salsa, Samba a Tango) vypuštěných v roce 2000 Evropskou kosmickou agenturou. Kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu (vzdáleny 5 000 až 20 000 km) a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, přepojení magnetických silokřivek, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země. |
| Výsledky mise |
Mise Double Star zaznamenala několik významných objevů a po celou dobu se kombinovala data z této mise spolu s daty ze čtveřice evropských družic Cluster. Pozorovací sady tak obsahovaly jak prostorová data na malých měřítcích čtyřstěnu Clusteru, tak data na větších škálách z TC-1 a TC-2.
- Bubliny ve slunečním větru. Družice Double Star spolu se čtveřicí evropských družic Cluster zjistily, že sluneční vítr v blízkosti čelní rázové vlny není spojitým tokem částic, ale nachází se v něm různé bubliny o velikosti několika tisíc kilometrů s malým počtem iontů a slabým magnetickým polem. Sluneční vítr zde vypadá jako napěněný šumivý nápoj. Možná, že právě tyto bubliny hrají rozhodující roli při formování čelní rázové vlny slunečního větru, na které se mění rychlost slunečního větru z nadzvukové na podzvukovou. První taková bublina byla objevena 2. března 2005, kdy jak sonda TC-1, tak čtveřice Cluster pozorovaly společně bublinu v koncentraci iontů, jejíž tvar kopírovalo zeslabené magnetické pole. Bublin bylo při dalším pozorování nalezeno přibližně 150, všechny na vnější straně rázové vlny. Zdá se, že mají protažený tvar ve směru magnetických silokřivek meziplanetárního magnetického pole.
 |
| Bubliny před rázovou vlnou. Napravo nahoře je záznam magnetického pole bubliny. Zdroj: ESA/CNSA, Double Star, 2005. |
- Dynamika magnetického ohonu. Do vzdálenosti zhruba 100 zemských poloměrů (RZ) se za Zemí (směrem od Slunce) táhne magnetický ohon. Jde o oblast otevřených silokřivek odkláněných slunečním větrem. V centrální části magnetického ohonu je tzv. nulová vrstva, ve které je nulové magnetické pole. Na jedné straně od této vrstvy mají magnetické silokřivky směr od Země, na druhé straně směr k Zemi. Právě v této nulové vrstvě dochází k zajímavým jevům, jako je například přepojení magnetických silokřivek. Na konci roku 2005 bylo publikováno pozorování družic mise Double Star kombinované s daty z Clusteru, které ukázalo, že v nulové vrstvě dochází k prostorovým oscilacím. Tyto oscilace byly poprvé pozorovány 5. srpna 2004 ve vzdálenosti 11 RZ (TC-1) a 16 RZ (Cluster). Oscilace tedy byly pozorovány naráz na úseku dlouhém 30 000 km!
 |
- Nebeský chór. Chór je elektromagnetické vlnění patřící do skupiny hvizdů, které má extrémně nízké frekvence (10 ÷ 1 000 Hz). Chóry vznikají z plazmových vln šířících se podél magnetického pole Země. Po svém vzniku vlnění interaguje s pohybujícími se elektrony, narušuje jejich spirální dráhy a způsobuje jejich urychlení ve vnějším van Allenově radiačním pásu na relativistické rychlosti. Tyto relativistické elektrony mohou poškodit panely slunečních baterií a elektronická zařízení družic. Jsou nebezpečné i pro lidskou posádku. Proto se jim říká "zabijácké" elektrony. Výzkum hvizdů, chórů a mechanizmu urychlení elektronů je proto nesmírně důležitý. Hvizdy a chóry byly intenzivně sledovány družicí POLAR, družicemi Cluster i dvojicí družic Double Star, která je při zvýšené geomagnetické aktivitě poprvé pozorovala i ve velkých vzdálenostech od Země. Právě díky družici TC-1 s rovníkovou dráhou dnes víme, že zdrojem chórů jsou oblasti v blízkosti roviny geomagnetického rovníku vzdálené od Země 6÷7 RZ. Tyto oblasti jsou protažené ve směru silokřivek magnetického pole, mají délku 3 000 ÷ 5 000 km, napříč silokřivkám měří ale pouze desítky kilometrů. Chóry se pohybují podél silokřivek ve vlnových balících s trváním 1÷40 ms. Amplituda elektrického pole je přibližně 30 mV/m, magnetického 300 nT. Rychlost pohybu chórů je zhruba 100 km/s. Intenzivnější chóry jsou pozorovány při Kp indexu geomagnetické aktivity vyšším než 2. Pozorován byl i odraz chóru ve vyšších geomagnetických šířkách a jeho návrat do roviny geomagnetického rovníku. Navrácený chór měl nižší frekvenci než původní. Vzhledem k nízké frekvenci chórů je možné je poslouchat i jako zvukové nahrávky.
 |
| Chóry zaznamenané družicí TC-1 (s rovníkovou dráhou) mise Double Star. Jde o záznamy ze 150 obletů v letech 2004 až 2005. Zdroj: O. Santolík et al., MFF UK. |
Po necelých čtyřech letech trvání mise Double Star je zřejmé, že obě družice splnily své úkoly na výbornou. První vědecká spolupráce na poli kosmonautiky s Čínou se vydařila. Data družic přinesla nové, neočekávané výsledky a doplnila sady dat z evropské čtveřice družic Cluster. Na závěr si poslechněte nahrávku chóru (wav, 1 MB) pořízenou družicí TC-1 úspěšné mise Double Star.
Magnetosféra – oblast magnetického vlivu naší Země. Dipólové magnetické pole je vytvářeno v jádru Země elektrickými proudy o řádové hodnotě 109 A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféra je přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru.
Sluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v m3. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země.
Hvizdy – nízkofrekvenční elektromagnetické vlny (300 Hz až 30 kHz) šířící se podél magnetických silokřivek. Charakteristické je krátkodobé trvání s postupně klesající frekvencí vlny. Jde o modifikaci R vln. Poprvé byly pozorovány v kanálech blesků na Zemi Barkhausenem v roce 1919.
Van Allenovy pásy – jde o nabité částice (elektrony, protony a ionty O+, He+) zachycené v okolí Země ve vzdálenosti 1,2 až 4 RZ magnetickým polem Země. Tyto částice září. Jejich energie je od 1 keV do 100 MeV. Pásy objevil James van Allen z University of Iowa na základě měření družic Explorer 1 a 2.
POLAR – družice NASA z roku 1996. Polar spolupracovala s obdobnou družicí WIND, která startovala později. POLAR je známa skvělými vizuálními a ultrafialovými snímky aurorálního oválu a polárních září. Jedinečné jsou nahrávky hvizdů – krátkých nízkofrekvenčních elektromagnetických pulsů šířících se podél zemských magnetických silokřivek.
Kp index – logaritmická míra fluktuací vodorovné složky geomagnetického pole vzhledem k jeho klidovému stavu. Tento index je integrálně počítán přes tříhodinový interval, nabývá hodnot 0 až 9.
