Zjawiska aktywne zachodzące w atmosferze słonecznej prowadzą

Nr wniosku: 146116, nr raportu: 13766. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. Janusz Andrzej Sylwester
Zjawiska aktywne zachodzące w atmosferze słonecznej prowadzą do ciągłego zasilania heliosfery przez
strumienie energetycznych cząstek. Heliosfera ma ogromny wpływ na bezpośrednie otoczenie Ziemi., W
tym otoczeniu działają satelity zapewniające funkcjonowanie systemów informatycznych, komunikacyjnych
i systemy bezpieczeństwa naszej cywilizacji. Stan tzw. pogody kosmicznej ma wpływ na wielkie sieci i ich
elementy znajdujące się na powierzchni Ziemi, takie jak sieci przesyłowe energii, stacje transformatorowe,
rurociągi oraz globalne systemy energetyczne. To sprawia, że badanie oddziaływania ziemskiej jonosfery z
promieniowaniem rozbłysków słonecznych oraz współdziałania magnetosfery z napływającym wiatrem
słonecznym jest niezwykle istotne z punktu widzenia poprawnego dalszego funkcjonowania naszej
cywilizacji.
Kluczem do zrozumienia zjawisk stowarzyszonych z aktywnością Słońca są obserwacje wykonane w
zakresie rentgenowskim promieniowania elektromagnetycznego. Specyfiką emisji tzw. twardego
promieniowania rentgenowskiego (HXR) są gwałtowne zmiany strumienia i duże różnice jasności źródeł
występujących w koronie - zewnętrznej części atmosfery Słońca. Dodatkowo, znaczna energia fotonów
rentgenowskich powoduje, że nie można ich skupiać tradycyjnymi metodami, co oznacza, że nie
obserwujemy ich z użyciem „zwykłych” teleskopów. W zakresie HXR wykorzystujemy specjalne teleskopy,
typu tomografów, w których Na drodze optycznej znajdują się specjalnie zaprojektowane maski (tzw.
apertura kodowana). Niestety, obecnie wykorzystywane techniki obserwacji źródeł HXR zbliżyły się do
granic możliwości technologicznych przy założeniu prowadzenia obserwacji z orbity okołoziemskiej.
Oryginalnym sposobem na pokonanie tych ograniczeń jest wysłanie obserwatorium do obszaru znajdującego
się w bezpośrednim sąsiedztwie Słońca.
Misja Solar Orbiter (http://sci.esa.int/solar-orbiter/ ) należy do grupy najważniejszych europejskich
projektów kosmicznych realizowanych w ramach projektu ESA Cosmic Vision (http://sci.esa.int/cosmicvision/). „The Spectrometer Telescope for Imaging X-rays (STIX)” jest jednym z przyrządów o
podstawowym znaczeniu gwarantujących wypełnienie zadań naukowych tej misji. STIX umożliwi pomiar i
uzyskanie obrazów obszarów emisji promieniowania HXR z niespotykaną dotąd precyzją.
Nie będzie to łatwe, gdyż warunki pracy teleskopu STIX i wartość mierzonego sygnału będą się zmieniać
wraz z odległością od Słońca a także podczas zjawisk aktywnych, kiedy strumień promieniowania
rentgenowskiego może wzrosnąć tysiąckrotnie w ciągu zaledwie kilku minut. Osiągnięcie ambitnych celów
naukowych wymaga poświęcenia dużej uwagi fazie projektowania, konstrukcji, budowy oprogramowania i
testów naziemnych instrumentu. Możliwe to jest jedynie w wyniku ścisłej współpracy grup inżynierskich,
fizyków Słońca i fizyków plazmy. Wynikiem takiej współpracy bylo dostarczenie odpowiednich
rekomendacji i wytycznych umożliwiających właściwą konstrukcję przyrządu.. Nasz projekt miał właśnie na
celu przygotowanie, przeanalizowanie i wytyczenie założeń naukowych i sposobów prowadzenia obserwacji
za pomocą przyrządu STIX.
Zadanie to było ambitne ponieważ zespół opracowujący poszczególne aspekty dotyczące ”funkcjonalnosci
naukowej” teleskopu STIX liczy ponad 100 naukowców i inżynierów z całego świata: Polski, Szwajcarii,
Francji, Niemiec, Czech, Irlandii, Austrii, Włoch i Stanów zjednoczonych. W ramach projektu udało się
zbudować kompletny system umożliwiający symulacje sposobu działania instrumentu. W skład systemu
wchodzi generator zjawisk słonecznych (rozbłysków), moduł analizujący oddziaływanie fotonów
rentgenowskich z elementami konstrukcyjnymi oraz moduł opisujący absorpcję tych fotonów w kryształach
detektorów (Geant4). Wielkim osiągnięciem było opracowanie i wykonanie symulatora sprzętowego bloku
detektorów (DSS) oraz komputera pokładowego (IDPU). Dodatkowo, całość konstrukcji przeanalizowano
pod kątem obecności niepożądanych obciążeń termicznych. Podczas krytycznego zbliżenia do Słońca,
przednia część teleskopu STIX będzie osiągała temperaturę około 600°C, a tylna, tam, gdzie prowadzone są
pomiary, położona zaledwie 90 cm dalej, musi znajdować się w temperaturze nie wyższej niż -20°C!
W trakcie trwania projektu przesunięciu ulegał termin wystrzelenia sondy Solar Orbiter, jak również
zmieniały się koncepcje mechanicznej konstrukcji teleskopu. W związku z tym niektóre moduły układu
symulatora były na bieżąco modyfikowane, a nawet budowane od początku. Obecnie, wciąż trwają testy z
wykorzystaniem przeprowadzonych przez nas symulacji. W ciągu kilku miesięcy rozpocznie się faza
budowy modelu lotnego teleskopu STIX. Start tej ważnej misji kosmicznej odbędzie się w październiku
2018 r., a około 2021 r. otrzymamy pierwsze dane naukowe z naszego instrumentu. Będzie to szybciej niż w
wypadku misji Rosetta.