A Cluster évtizedei
(Rovat: Űridőjárás, Hazai kutatóhelyek és űripar - 2024.12.15 07:15.)

Ilyen volt az Európai Űrügynökség első programja, amelyben magyar kutatók is részt vettek.

Az Európai Űrügynökség (ESA) több évtizedes sikeres munka után idén ősszel lezárta a Cluster programot. (A műholdnégyes első tagjának irányított megsemmisüléséről az Űrvilág is beszámolt. A Clusterrel kapcsolatos régebbi híreinket a lap alján gyűjtöttük össze. – A szerk.) Az úttörő program, amelyben magyar kutatók is részt vettek, a hosszú küldetés után jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy jobban megértsük az űridőjárás jelenségeit – például a geomágneses viharokat –, amelyek befolyásolhatják a műholdakat, a kommunikációs rendszereket és az elektromos hálózatokat is. A közel 40 évig futó projektről és az eredményekről Tátrallyay Mariella, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont (FK) Részecske- és Magfizikai Intézet nyugdíjas tudományos főmunkatársa tájékoztatott, aki az 1990-es évek elejétől vesz részt a küldetésben.

(Kép: ESA)

Az 1980-as években több tervezési fázisban kialakult Cluster program célja az volt, hogy négy műholdból álló flotta segítségével feltérképezze a Föld űrbéli környezetét a földi magnetoszférán belül, illetve a földközeli bolygóközi térben. Ez volt az első olyan űrkutatási program, amelyben négy egyformán felszerelt műhold egy képzeletbeli tetraéder négy csúcsán, egyidőben végzett plazmafizikai mérésekkel a térbeli változásokat el tudta választani az időbeliektől.

Sajnos 1996. június 4-én a négy űreszközt hordozó Ariane-501 rakéta az indítás után felrobbant Kourou-ban. A projekt fontosságának és úttörő szerepének köszönhetően a résztvevő kutatók és támogatóik meg tudták győzni az ESA-t, hogy a Cluster küldetés folytatása mellett döntsön – emlékezett vissza Tátrallyay Mariella, aki 1991 óta dolgozott a programban és nyugdíjba vonulásáig a Cluster Magyar Adatközpont vezetője volt. A kutató hozzátette, mivel a költségek minimalizálása fontos feltétele volt a program folytatásának, a műszereket az eredeti tervek szerint készítették el. Három műholdat újra megépítettek és az első start előtt tartaléknak szánt negyedikkel együtt 2000. július 16-án, majd augusztus 9-én egy-egy módosított orosz Szojuz-Fregat rakéta párosa vitte a négy űreszközt Föld körüli pályára Bajkonurból.

A műholdak poláris pályára állítása és a tudományos berendezések próbaüzeme után 2001. február 1-től megkezdődött a Föld körüli térség vizsgálata az időközben Rumba, Salsa, Samba és Tango névre „keresztelt” holdak fedélzetén. Ez az adatgyűjtési időszak 2024. szeptember 8-án zárult le, amikor a Salsát a Föld légkörébe irányították, ahol elégett.

Űttörő program az űridőjárásról

A Napból eredő, a magnetoszférában és a földfelszíni mágneses térben zavarokat okozó változások összességét nevezik űridőjárásnak, amely befolyásolja a modern technológián alapuló életünket. Ezért fontos, hogy a kutatók vizsgálják ezeknek a jelenségeknek az eredetét, természetét, hatásait. Az így kapott ismeretek segítségével előre is lehet ezeket jelezni.

A program első hat évében félévenként változtatták a műholdak egymástól való átlagos távolságát 100 km és 10000 km között, a különböző méretű plazmafizikai jelenségek vizsgálata miatt. Viszont 2006 után már nem tartották az űreszközöket az eredeti poláris pályán, egyrészt az üzemanyag tartalékolása miatt, másrészt így lehetőség nyílt a magnetoszféra azon tartományainak vizsgálatára, ahová a műholdak korábban nem jutottak el – mesélte a kutató.

„Mivel a Cluster projekt előtt a magnetoszféra-kutató holdak nagy része az egyenlítői síkban gyűjtött adatokat, a Cluster magasabb geomágneses szélességeken mért adatai hiánypótlók voltak” – magyarázta Tátrallyay Mariella. A Cluster küldetést általában kétévente meghosszabbították, mindezt kilenc alkalommal. A kutató kiemelte, erre azért is volt lehetőségük, mert a tudományos berendezések nagyobb része megbízhatóan működött, például a mágneses teret mérni lehetett mind a négy műholdon a projekt végéig. „Mindig nagy izgalom volt, amikor az aktuális kétéves hosszabbítás lejárt általában december végén, ugyanis az ESA programjait felügyelő tudományos tanács rendszerint november közepén döntötte el, hogy a következő kétéves hosszabbításra beadott pályázatot jóváhagyja-e” – emlékszik vissza a fizikus.

„Természetesen voltak meghibásodások, a pozitív ionokat észlelő berendezések részben vagy teljesen használhatatlanná váltak az évek során, a műholdak felületi töltésének semlegesítését szolgáló műszerben pedig nyolc év után kimerült az indium ionokat kibocsátó forrás” – sorolta Tátrallyay Mariella.

Nem csak a korábban nem látott technika miatt fontos a program. A Cluster volt az első ESA-küldetés, amelyhez egy magyar kutatóintézet munkatársai is csatlakozhattak. Persze a nagy kutatások nagy fejlesztésekkel járnak a Földön is. Tátrallyay Mariella elmesélte, hogy a korabeli internetkapcsolatok fejlettségéhez képest gyors adatcserét szerettek volna a résztvevő közel 200 társkutató között, ezért közös, de több szerveren tárolt adatbázist akartak létrehozni a tudományos adatsorokból. Ez volt az első alkalom az űrkutatás történetében, hogy ilyen széles körű adatmegosztást terveztek, így kapott feladatot a Magyar Adatközpont is. Jellemző a budapesti telefonhálózat akkori állapotára, hogy a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) csillebérci telephelyére nem tudott az ESA vezetékes, dedikált telefonvonalat kapni 1996-ban, ezért műholdas kapcsolatot béreltek.

A Cluster küldetése sok új, meglepő eredménnyel gazdagította a tudást a Föld körüli térségről és az űridőjárásról, íme néhány ezek közül.

A földi magnetoszféra felépítésének vázlata

A négy Cluster műhold mérései alapján sikerült bizonyítani, hogy a magnetopauza a korábbi elképzelésekhez képest gyakrabban viselkedhet lyukacsos szitaként védőpajzs helyett, ilyenkor nem árnyékolja a Földet a világűrből érkező nagyenergiájú részecskéktől. A Cluster és más űreszközök egyidejű mérései alapján bizonyították a kutatók, hogy a gyors lökéshullámok hatására a magnetoszféra összenyomódik és bizonyos övezetekben az elektronok akár 15 perc alatt nagyon felgyorsulhatnak. A magnetoszféra deformációja miatt pedig a gyors, „gyilkos” elektronok tartománya elérhet olyan műholdpályákat, amelyek általában biztonságosak. Az ilyen esetek előrejelzése nagyon fontos, hogy időben ki tudják kapcsolni azokat a berendezéseket, amelyek károsodhatnak a sugárzástól – ebben is úttörő szerepe volt a programnak és a kutatási eredményeknek. Az élénk sarki fény sugarai közötti sötét foltokat, a „fekete sarki fénynek” nevezett jelenséget is a Cluster mérései alapján fedezték fel és magyarázták meg.

A Cluster adatainak felhasználásával eddig több mint 3200 tudományos publikáció jelent meg. A HUN-REN Wigner FK Űrfizikai Csoportjának kutatói 11 első szerzős cikkel és számos további cikkben társszerzőként szerepelnek a listán. (Forrás: HUN-REN sajtóközlemény)