Bouřlivá magnetosféra
Zajímají nás vlastnosti plazmatu, energetických částic a především vlastnosti elektromagnetických vln v nejbližším vesmírném okolí Země. Soustředíme se především na magnetosféru Země. Naším cílem je zkoumat odezvu magnetosféry jak na změny vlastností slunečního větru, tak na atmosférické jevy působící zdola. Tato odezva je díky setrvačnosti a prostoročasové provázanosti magnetosférického systému obyčejně rozprostřena v různých časových a prostorových škálách.
Rozlehlá oblast magnetosféry Země je navíc obydlena různými druhy elektromagnetických emisí, které jsou způsobeny vzájemným působením vln a částic v nestabilním plazmatickém prostředí. Původ těchto procesů a jejich účinky nejsou ještě zcela prozkoumány. Vlny ve hvizdovém módu obdržely své zvukomalebné označení od hvizdů, elektromagnetických vln pocházejících z bleskových výbojů a šířících se v dispersním a anizotropním plazmatickém prostředí magnetosféry Země jako několik sekund trvající pomalu se snižující tóny na slyšitelných kmitočtech. Elektromagnetické vlny, které se šíří ve stejném módu, mohou též pocházet z nestabilit plazmatu. Tyto vlnové emise, zvláště typů chorus nebo sykot, mohou ovlivňovat proměnlivost toků energetických elektronů v radiačních pásech uvnitř planetárních magnetosfér. Kvazilineární nebo nelineární vzájemné působení vln a částic tak hraje důležitou roli ve složitých procesech přenosu energie mezi různými populacemi elektronů.
Náš výzkum, který navazuje na naši dlouhou tradici měření ve vesmíru, počínající první československou umělou družicí Země Magion 1, má důsledky nejen pro základní porozumění fyzice elektromagnetických jevů v magnetosféře, ale též pro aplikace, které zahrnují vliv elektromagnetických vln na dynamiku radiačních pásů. Ty představují významná rizika pro kritickou infrastrukturu navigačních a telekomunikačních umělých družic Země. Proměnlivost radiačních pásů a příslušných mechanismů, které je ovlivňují má přímé důsledky nejen pro kosmické technologie, ale díky geomagneticky indukovaným proudům také pro energetické systémy na Zemi.
Ve spolupráci Oddělení kosmické fyziky Ústavu fyziky atmosféry AVČR, Oddělení dozimetrie Ústavu jaderné fyziky AVČR a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy používáme data z částicových detektorů a vícesložkových vlnových analyzátorů umístěných na umělých družicích Země pracujících v magnetosféře (Arase, Cluster, DEMETER, THEMIS, Van Allen Probes) a pozemních stanice. Zapojujeme moderní metody a algoritmy zpracování dat, jakož i numerické výpočty difúze částic, šíření vln a interakcí mezi částicemi a vlnami.
Soustřeďujeme se na charakteristiky elektromagnetických vln v radiačních pásech Země na základě analýzy shromážděných dat z předchozích kosmických projektů, odvození empirických modelů elektromagnetických vln v radiačních pásech Země, charakterizaci časoprostorové proměnlivosti elektromagnetických vln v plazmatu pomocí vícebodových a vícesložkových měření, vývoj nových metod, výzkum nelineárních elektromagnetických jevů v radiačních pásech a mikrofyziku těchto jevů.
Prof. RNDr. Ondřej Santolík, Dr.
Ústav fyziky atmosféry AV ČR
e-mail: os(at)ufa.cas.cz
