Na ceste k riešeniu záhady najenergetickejších častíc vo vesmíre

Nočná obloha svieti. Samotná atmosféra, jej horná časť, svieti slabým svetlom, ktoré ľudské oko pri pohľade na oblohu nezachytí. Molekuly kyslíka, ktoré počas dňa rozdelilo ultrafialové žiarenie slnka na atómy kyslíka sa počas nocí opätovne spájajú. Pri ich spojení do O₂ molekuly sa vyžiari fotón. Takto vytvorené svetlo nesie pomenovanie airglow.

Airglow žiarenie je približne desiatky miliónov krát slabšie ako denné svetlo. Napriek tomu je prekážkou pri sledovaní zaujímavého fyzikálneho javu, časticových spŕšok tvorených kozmickým žiarením s ultra vysokou energiou (UHECR častice z Ultra High Energy Cosmic Rays). Pôvod UHECR častíc je nevyriešenou záhadou astrofyziky už takmer 60 rokov. Viac než 300 výskumníkov zo 16 krajín pracuje na príprave experimentu pomenovaného Observatórium extrémneho vesmíru, v skratke EUSO (Extreme Universe Space Observatory), ktorý by mal z vesmíru pozorovať svetelné stopy časticový spŕšok tvorených UHECR žiarením a rozriešiť túto záhadu. Na experimente pracuje aj Ústav Experimentálnej Fyziky SAV a Technická Univerzita v Košiciach. Dôležitou súčasťou príprav tohto experimentu je mapovanie airglow žiarenia. Toto svetlo je najväčšou prekážkou pri sledovaní časticových spŕšok v atmosfére. Ešte pred štartom hlavného EUSO experimentu, prebieha séria prípravných experimentov. Dvojica z nich, zameraná hlavne na sledovanie airglow žiarenia štartovala v posledných dňoch.

Najskôr 22. augusta odštartovala z Bajkonuru kozmická loď Sojuz MS-14. Po prvý krát po 33 rokoch bez posádky. Štart otestoval jej fungovanie s novším raketovým nosičom Sojuz-2.1a. Súčasťou jej nákladu, ktorý viezla k Medzinárodnej vesmírnej stanici ISS je aj Mini-EUSO experiment. Ten bude umiestnený na ISS v module Zvezda v okne smerujúcom na Zem. Odtiaľ bude pozorovať atmosféru na nočnej strane Zeme a monitorovať airglow žiarenie, hmotu zloženú z podivných kvarkov a ďalšie atmosférické javy.

Večer 31. augusta, deväť tisíc kilometrov od Bajkonuru v Timminse v Kanade sa od zeme odlepil balón francúzskej vesmírnej agentúry CNES. Odštartoval na stratosférickú misiu Strato Science 2019 nesúc vo svojej gondole sériu vedeckých experimentov. Z boku bol na gondole pripojený HiDRON, klzák s rozpätím krídel 3,4 metra, určený na lety vo veľkých výškach. Ten vyvíja kanadský startup Stratodynamics ako pokročilú manévrovateľnú alternatívu k stratosférickým balónom.

Balón CNES gondolu s HiDRONom vyniesol do výšky 34 kilometrov. Tam sa HiDRON oddelil a začal svoj samostatný let, misiu nazvanú HiDRON Airglow. Túto misiu realizoval pre Ústav Experimentálnej Fyziky SAV v Košiciach. Detektor AMON (Airglow MONitor) pozoroval z paluby HiDRONu airglow žiarenie. AMON detektor je pôvodne detektorom pozemnej meracej siete AMON-net, ktorú postupne vyvíja a buduje ÚEF SAV. Jeden AMON monitoruje nočnú oblohu v Mexiku, ďalší na Kanárskych ostrovoch, jeden v Nemecku a jeden v Kolonici. Na ÚEF SAV teraz pripravujú jeho verziu prispôsobenú kozmickým podmienkam. V rámci jej testovania prebehol aj let v Timminse.

HiDRON po svojom uvoľnení z gondoly balónu voľným pádom zrýchlil na takmer 900 km/h a preťaženie na jeho palube dosiahlo hodnotu 12g. Potom let vyrovnal, výrazne spomalil a pokračoval v kĺzavom lete. Štart UAS dronu z takej výšky je pravdepodobne svetovým výškovým rekordom. Let skončil úspešný pristátim po približne 4 hodinách od oddelenia sa od balónu.

AMON na palube HiDRON klzáku fungoval správne a zaznamenával intenzitu svetelného žiarenia a sériu telemetrických údajov. Zniesol tak podmienky vo výške 34 kilometrov, kde napríklad teplota klesá k hodnote -60 stupňov Celzia. Tím z ÚEF SAV potrebuje aby tieto podmienky dokázal znášať dlhodobo. V roku 2022 poletí séria AMON detektorov s EUSO detektorom na stratosférickom balóne NASA (misia EUSO-SPB2) a jeho let vo výške 35 km a let potrvá 100 dní.

Výsledkom meraní týchto misií a pozemnej siete AMON-net bude časová mapa tvorby airglow žiarenia, ktorá ukáže koľko svetla produkuje horná vrstva atmosféry na rôznych miestach v rôznych časoch.

text a foto: P. Bobík