John, Paul, George a Ringo jsou totiž rozlišovací označení čtyř identických sond k výzkumu magnetosféry Země. Celý projekt nese označení MMS (Magnetospheric Multiscale Mission) a měl by nám pomoci objasnit procesy, které se v magnetosféře odehrávají, tak komplexně jako žádný jiný projekt před ním. 

Až se 13.března 2015 ve 3:44 našeho času zažehnou motory rakety Atlas V v konfiguraci 421, vězte, že pod jejím aerodynamickým krytem se budou ukrývat čtyři na sobě položené, důmyslné kosmické stroje, jejichž cílem je zkoumat na oběžné dráze Země v dynamickém magnetickém poli fenomén zvaný magnetické přepojení (rekonexe). Je to jev, který vzniká na rozhraní dvou magnetických polí, v tomto konkrétním případě Země a Slunce.

Magnetické siločáry jednoho pole se plynule napojují na pole druhé. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v rentgenovém spektru. Na tento jev narazily už předchozí mise, americká THEMIS a evropský Cluster, ovšem MMS je přelomová v tom, že se bude tomuto jevu věnovat primárně.

 

Raketa Atlas V dopraví nejprve družice na dráhu 2 550 x 70 080 km. Tam se družice rozdělí a utvoří prostorovou formaci čtyřstěnu nebo chcete-li pyramidy s trojúhelníkovou základnou, to jí umožní měřit vlastnosti rekonexe prostorově. Družice budou udržovat přesně daný tvar, avšak v různých vzájemných vzdálenostech, podle potřeby výzkumu od 10 km do 400 km. Dráha je nastavena tak, aby sestava první rok a půl zkoumala hranici polí na denní straně a další půlrok pak na noční straně, kde magnetické pole tvoří špičku chvostu (viz obrázek). K tomu je nutné protáhnout oběžnou dráhu na 152 900 km v nejvzdálenějším bodě.

Animace průběhu mise MMS během denní fáze včetně ukázání letu ve formaci

Ve složeném stavu bude mít družice MMS rozměry 1,2 x 3,6 metru. Jak je vidět z náhledového obrázku, tak výsuvná ramena se senzory budou zasahovat do podstatně většího prostoru 28 x 112 metrů. Hmotnost 1360 kg při startu odpovídá běžnému autu. Z toho 360 kg připadá na jednosložkové palivo. To bude třeba pro udržování přesné pozice ve formaci. O ně se bude starat 12 trysek pohonného systému. Napájení zajistí solární články po obvodu družice, doplněné baterií.

Na palubě jsou magnetometry pro snímání vektoru magnetického pole (Analog Fluxgate – AFG, Digital Fluxgate – DFG). Analogový i digitální přístroj umí detekovat magnetické pole až do 0,5 nanoTesla. Obvyklé hodnoty by se měly pohybovat okolo 50 nT. Typická dlouhá ramena ukrývají přístroje pro měření rozdílů napětí v elektrickém poli (Spin-plane Double Probe – SDP, Axial Double Probe – ADP).

Fast Plasma Investigation (FPI) obsahuje elektronové a hmotnostní spektrometry. Umožňuje zjistit počet částic v plazmatu včetně jejich energie a vektoru. U iontů je rychlost snímání 150 ms a u elektronů dokonce 30 ms, což je až 100 x rychlejší než u předchozích misí, kdy byla zachycená magnetická přepojení často spíše dílem náhody. U MMS rychlost snímání u těchto klíčových senzorů umožní cíleně zachytit rekonexe a na základě zaslaných dat vymodelovat jejich 3D podobu.

Pro pomalejší avšak podrobnější rozbory plazmatu je na palubě přístroj Hot Plasma Composition Analyzer (HPCA). Každých 10 sekund je schopen zjistit velmi podrobné složení, což je nutné s ohledem na skutečnost, že druhy částic v magnetosféře Země a ve slunečním větru jsou rozdílné. Vědci tak budou mít dobrý přehled o tom, který druh plazmatu měl jaký účinek.

Každá družice vlastní 25 různých vědeckých přístrojů. Bylo velice obtížné skloubit všechna měření tak, aby se vzájemně neovlivňovala, protože některé z přístrojů aktivně ovlivňují okolí a tak by mohly do měření ostatních přístrojů vnést chyby.

Celkový přehled přístrojů a jejich popis si můžete prohlédnout v této interaktivní grafice na webu NASA (anglicky).


Družice MMS před uzavřením do ochranného krytuzdroj: nasa.gov

O kontrolu polohy a rychlosti družic se starají pozemní stanice využívající principu Dopplerova efektu. Pro udržení správné formace jsou na palubách jednotlivých sond akcelerometry a zejména velmi přesný a citlivý přijímač GPS, který se vzhledem k vysoké protáhlé oběžné dráze musí potýkat i s nutným zamčením signálů přicházejících z GPS satelitů nad opačnou stranou planety. Ačkoliv jsou všechny čtyři družice identické, jejich konfigurace je rozdílná podle místa ve formaci. To se týká nejen navigace, ale i vědeckých přístrojů.

Magnetospheric Multiscale Mission na hranici magnetického pole Země poslouží jako nejbližší laboratoř astrofyziků, kteří tak mohou lépe pochopit kosmické počasí, s tím související ovlivnění dějů na Zemi (ohrožení rozvodných sítí) a v její bezprostřední blízkosti jako je nebezpečí pro telekomunikační satelity a další stroje na orbitě.  Nabíledni je i hledání souvislostí se vzdálenými jevy na hranici naší sluneční soustavy, se kterými se nedávno setkaly například sondy Voyager. Data získaná z MMS rovněž mohou pomoci pochopit fenomén jevů při interakcích magnetických polí u galaxií a hvězd, které z pochopitelných důvodů nemůžeme studovat přímo.

Na závěr si můžete prohlédnout video k misi MMS včetně působivých animací:




Podrobnější informace z přípravy projektu MMS v této prezentaci (anglicky).  

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/mission_pages/mms/index.html#.VP4Io-GKfTo
https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2995&context=smallsat
https://space.skyrocket.de/doc_sdat/mms.htm
https://www.aldebaran.cz/zvuky/blyskani/docs/14.html
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/images/MMS_Banner-226.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/images/mms_study_areas-428.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/946xvariable_height/public/thumbnails/image/15953144593_3e251cc522_o.jpg?itok=a0GLfG3U
Psáno pro Kosmonautix a osel.cz