Parkerova sonda se „dotkla“ Slunce. Jak je možné, že se v tak velkém žáru neroztavila?

NASA v loňském roce potvrdila, že se sonda Parker Solar Probe přiblížila ke Slunci, odebrala vzorky částic a změřila přitom magnetické pole. Celý svět tuto zprávu přivítal s obdivem a úžasem, píše se na serveru Scienceabc. Počáteční nadšení a údiv brzy vystřídala otázka, jak se vůbec podařilo sondě přiblížit ke Slunci, aniž by se pod jeho extrémní teplotou roztavila?

Parkerova sluneční sonda
NASA vypustila sondu Parker Solar Probe, která se snaží odhalit tajemství Slunce, 12. srpna 2018. Cílem mise je studovat Slunce, jeho atmosféru a sluneční vítr. Tento počin byl revoluční a ojedinělý z mnoha důvodů.

Parkerova sluneční sonda představuje první cestu lidstva ke hvězdě. Žádná jiná sonda se ještě nedostala tak blízko k našemu Slunci, natož ke hvězdě jiné sluneční soustavy. S hmotností 735 kg a velikostí jen asi jako malé auto je jednou z nejlehčích, ale zároveň nejvýkonnějších kosmických sond v historii NASA.

Sonda je také nejrychlejším objektem, který vůbec kdy vyrobil člověk. Je schopna dosáhnout rychlosti téměř 692 000 km/h. Parker Solar Probe je navíc první sondou NASA, která nese jméno žijícího člověka, a to astrofyzika Dr. Eugena Parkera, který v roce 1958 předpověděl existenci slunečního větru.

Co znamená „dotknout se Slunce“?
Přistání kosmické sondy na povrchu Slunce je nemožné, protože na rozdíl od většiny planet nemá Slunce pevný povrch. Naše Slunce je v podstatě koule přehřátých plynů a plazmy, kterou drží pohromadě gravitace. Slunce se skládá ze sedmi vrstev, 3 vnitřních a 4 vnějších. Vnitřní vrstvy Slunce se skládají z jádra, radiační zóny a konvekční zóny. Jádro je elektrárnou Slunce, kde za obrovského tlaku a teploty probíhá jaderná fúze, která pohání Slunce. Radiační zóna, jak už název napovídá, je vrstva, do které vychází záření z jádra. Vnější vrstvy Slunce jsou fotosféra, chromosféra, přechodová oblast a koróna. Fotosféra je známá jako povrch Slunce. Je to vrstva, kterou „vidíme“ při pohledu na Slunce, a tvoří hranici mezi vnitřními vrstvami a sluneční atmosférou.

Do sluneční koróny se dostala právě i sonda Parker Probe. Když tedy říkáme, že se sonda dotkla Slunce, myslíme tím, že vlétla do koróny. Koróna byla pro vědce velkou záhadou, protože je téměř 300krát žhavější než povrch Slunce, přestože má mnohem menší hustotu. Vědci byli vždy touto anomálií zahřívání koróny zmateni a věří, že Parkerova sluneční sonda by mohla poskytnout určitý vhled do pozadí této záhady.

• 

Proč se sonda tak blízko Slunce neroztavila?
Parkerova sluneční sonda je zázrakem techniky a technologie. Využila pokročilé vědecké poznatky a špičkové technologie, aby přežila smrtící hvězdné prostředí.

Teplo versus teplota
Jedním z faktorů, které udržují sondu v bezpečí, je samotné Slunce. Abychom to pochopili, objasněme si, co přesně je teplo a teplota. Teplo definuje celkovou energii systému (kinetická energie + potenciální energie). Teplota je naproti tomu mírou průměrné kinetické energie systému – mírou toho, jak rychle se částice pohybují.

Vezměme si například hořící sirku a šálek horké kávy. Zápalka má vyšší teplotu, protože hořící částice mají vysokou kinetickou energii, ale horká káva má více tepla, protože v šálku kávy je mnohem více částic, takže celková energie všech částic je mnohem vyšší než u zápalky. Shrňme, že to, že má něco vysokou teplotu, nemusí nutně znamenat, že to má vysokou tepelnou energii. Přenášené teplo závisí na množství a hustotě částic v systému.

via GIPHY

Podobně je tomu i v případě Slunce. Koróna má velmi vysokou teplotu, protože částice mají vysokou kinetickou energii. Koróna má však také nízkou hustotu, protože částice s vysokou teplotou se rozptylují na velké ploše. Se sondou tedy interaguje relativně jen několik částic ze Slunce, což výrazně snižuje riziko tepelného poškození. Takže i když má koróna teplotu 1 milion stupňů Celsia, zahřeje sondu jen na přibližně 1400^oC.

Tepelný štít
Stejně jako se před sluncem chráníme deštníkem, využívá sonda pokročilý tepelný štít zvaný Thermal Protection System (TPS), což je 2,5 metru široký a 11,5 cm tlustý uhlíkový štít, který chrání sondu před sluncem. Tepelný štít je vyroben z lehkého jádra z uhlíkové pěny vloženého mezi dva panely z přehřátého kompozitu uhlíku. Povrch štítu směřující ke slunci je navíc natřen speciální bílou vrstvou, která odráží většinu slunečního světla dopadajícího na něj. V koróně se může panel směřující ke Slunci zahřát až na 1400^oC a přitom udržet zadní panel na teplotě kolem 315^oC, zatímco samotná kosmická loď existuje při příjemné teplotě 30^oC.

• 

Sluneční senzory
Vzhledem k tomu, že většina sondy se nachází za tepelným štítem, může i malé vychýlení vystavit celou sondu slunečnímu žáru. Sonda má proto zabudovaný mechanismus pro zjišťování vlastní orientace vůči Slunci. Po okrajích sondy je umístěno sedm slunečních senzorů. Když některý z těchto senzorů zaznamená sluneční záření, upozorní centrální počítač a sonda upraví svou polohu. Díky sondám zůstávají přístroje v bezpečí před nepříznivým slunečním prostředím.

Přestože je většina sondy ukryta za tepelným štítem, existuje několik částí, které odvážně vyčnívají a vystavují se smrtícímu slunečnímu záření. Tyto části byly speciálně zkonstruovány tak, aby odolaly veškerému teplu a emisím částic, kterým budou vystaveny.

Jednou z nejdůležitějších částí sondy je pohár sluneční sondy neboli Faradayův pohár. Tento pohár je obrácen přímo ke Slunci, aby zachycoval a detekoval vysokoenergetické částice, které k němu přilétají. Pohár je vyroben ze slitiny molybdenu s velmi vysokou teplotou tání (2 349^oC) a jeho elektrické mřížky jsou vyrobeny z wolframu, kovu s nejvyšší teplotou tání (3 422^oC). Aby se neroztavily ani elektrické vodiče přístroje, jsou vyrobeny z niobu a zavěšeny v trubicích ze safírového křišťálu.

Vodní chladicí systém
Je zřejmé, že nejlepším zdrojem energie pro pohon kosmické lodi letící ke Slunci je samotná sluneční energie. Příliš mnoho sluneční energie však může být i zhoubou. Obrovské množství slunečního záření může solární panely v kosmické lodi přehřát a poškodit. Aby se tomu předešlo, jsou solární panely konstruovány tak, aby se při velkém přiblížení zasunuly a vystavily slunečnímu záření pouze část svého povrchu. Tím se brání nadměrnému pohlcování slunečního světla, a přitom je stále zajištěn dostatek energie pro napájení kosmické lodi.

• 

Solární panely jsou také chlazeny pomocí jednoduchého chladicího mechanismu. Kosmická loď využívá chladicí systém solárních panelů chlazený vodou. K chlazení solárních panelů sonda spotřebuje přibližně 3,6 litru vody. Voda protéká malými kanálky zabudovanými do solárních panelů a následně pohlcuje přebytečné teplo. Horká voda pak proudí do čtyř radiátorů, odkud je teplo vyzařováno do vesmíru. Tím se solární panely udržují dostatečně chladné, aby mohly efektivně fungovat.

Závěr
Parkerova sluneční sonda je vyvrcholením desetiletí výzkumu a vývoje. Úspěch této mise je pro vědu a lidstvo velkým úspěchem. Mise je navržena tak, aby během své odhadované životnosti sedmi let (2018-2025) uskutečnila 24 blízkých přiblížení ke Slunci. Díky svému zdatnému chladicímu systému se sonda ponoří do neprobádaných oblastí Slunce a odhalí nová tajemství vesmíru.

Zdroj: scienceabc.com