Zprávy ze světa

3640_illustration
31.12.2020

Úplné zatmění Slunce...

… ze dne 14. 12. 2020 družice zaznamenali jako přechod temného stínu přes Zemi.

V roce 2020 se jednalo o jediné úplné sluneční zatmění pozorovatelné z povrchu Země. Jeho tzv. „pás totality“ (tj. oblast, pro které Měsíc zastínil celý sluneční kotouč a zatmění bylo tedy odtud viditelné jako úplné, „totální”) se táhl od Tichého oceánu přes území Chile a Argentiny až po Atlantský oceán.
Z Jižní Ameriky bylo pozorovatelné odpoledne 14. prosince 2020 mezi 13:00 až 13:25 místního času. Úplné zatmění trvá pro každé stanoviště nanejvýš několik málo minut a jen během této krátké chvíle, kdy dokonalým zastíněním slunečního kotouče ztmavne obloha, lze ze Země vidět na vlastní oči sluneční korónu jako rozsáhlou bílou auru okolo Slunce
a těsně nad slunečním diskem červené oblouky slunečních protuberancí.
Obloha je při úplném slunečním zatmění natolik tmavá, že je na ní vidět i několik jasných hvězd.

Obr.: Úplné zatmění Slunce 14. prosince 2020 pozorované z Argentiny, Valcheta, Rio Negro. Zdroj: Esteban J Andrada  (2020), CC BY-SA 4.0

 

Obr.: Úplné zatmění Slunce 14. prosince 2020 pozorované z Argentiny, Valcheta, Rio Negro. V okolí zastíněného slunečního kotouče je vidět rozsáhlá bílá sluneční koróna.Zdroj: Esteban J Andrada (2020), CC BY-SA 4.0

Z pohledu družic dálkového průzkumu se úplné sluneční zatmění projeví přechodem tmavého stínu přes Zemi. Přechod nejtmavší části stínu po Zemi vykreslí pás totality úplného zatmění, okolní méně tmavá část stínu je oblast, odkud je zatmění pozorovatelné jen jako částečné.
Celý postup tmavého stínu přes kotouč Země jsou schopné zaznamenat meteorologické družice rozmístěné na geostacionární dráze nad oblastí zatmění.
V tomto případě byla takovou vhodně umístěnou družicí GOES-16 (z angl. Geostationary Operational Enviromental Satellite), americká meteorologická družice provozovaná vesmírnou agenturou NASA a Národním úřadem pro oceán a atmosféru NOAA (z angl. National Oceanic and Atmospheric Administration).

Družici GOES-16 na oběžnou dráhu vynesla 19. listopadu 2016 z Mysu Canaveral raketa Atlas V, pak družici několik dní trval přesun na geostacionární dráhu a po roce zkoušek, kalibrací a validace dat byla družice oficiálně uvedena do provozu 18. prosince 2017.
Družice měla při startu celkovou hmotnost 5 192 kg, velkou část (cca 2 335 kg) z toho ale tvořilo palivo, které je i po dosažení cílového stanoviště nutné pro dlouhodobé udržování družice na geostacionární dráze, protože zejména kvůli gravitačním vlivům ostatních těles ve sluneční soustavě (hlavně Měsíce), nejsou družice na geostacionární dráze zcela stabilní a musí tam být čas od času udržovány zážehy korekčních raketových motorů.
Rozměry tělesa družice GOES-16 jsou 6.1 m × 5.6 m × 3.9 m, elektrickou energií družici dodává 5 fotovoltaických panelů složených do jednoho výklopného křídla o celkovém výkonu 4 kilowatty.
Družice má plánovanou životnost 10 roků provozu s dalšími možnými 5 roky jako zálohou pro dostatek času na zprovoznění další družice.

Hlavním přístrojem na družici GOES-16 je senzor ABI (z angl. Advanced Baseline Imager), který v běžném režimu pořizuje obrazová data celého pozorovatelného kotouče Země každých 15 minut.
Data jsou snímána v 16 pásmech různých vlnových délek, rozlišení těchto obrazových dat se liší podle pásem, nejpodrobnější data s rozlišením 500 metrů jsou snímána v pásmu viditelného červeného světla, ostatní pásma (hlavně vlnové délky infračerveného záření) jsou snímána v rozlišení 1 a 2 km.

Obr.: Časosběrné video složené z obrazových dat pořízených družicí GOES-16 dne 14. prosince 2020. Zdroj: NOAA

 

Obr.: Časosběrné video složené z obrazových dat pořízených družicí GOES-16 dne 14. prosince 2020 z geostacionární dráhy ve výšce 35 786 km nad rovníkem. Zdroj: NOAA

Kromě geostacionární dráhy je dalším speciálním stanovištěm pro pozorování Země tzv. Lagrangeův bod (librační centrum) L1 nacházející se na spojnici Země – Slunce
ve vzdálenosti 1 500 000 km od Země. Tento bod se nachází v rovině oběhu Země kolem Slunce (tzv. rovina ekliptiky), gravitační síly Země a Slunce se tu vyrovnávají natolik vhodně, že tu družice může obíhat kolem Slunce stejnou úhlovou rychlostí, jakou se kolem Slunce pohybuje naše Země. To by jinak v této vzdálenosti od Slunce nebylo možné, protože podle Keplerových zákonů tělesa ke Slunci bližší obíhají rychleji.

Zatímco pro pohled z geostacionární družice se Země zdánlivě neotáčí, je pozorovatelné stále stejné území, ale střídají se na něm den a noc, při pohledu z bodu L1 se Země otáčí a pozorovatelné oblasti se střídají, ale pozorovatelná část Země je stále dokonale osvětlená.
Stanoviště v bodu L1 je také ideální pro umístění družic určených ke kontinuálnímu sledování Slunce. Družice umístěné v tomto bodě ale také nejsou zcela stabilní, i při malé výchylce mají tendenci z tohoto bodu vypadnout. Lze ale nalézt okolo tohoto bodu polostabilní skloněné dráhy, kam lze družice umístit. Technicky to usnadňuje i komunikace s družicí, kterou méně ruší interference ze Slunce. Další velkou výhodou takového řešení také je, že je sem tímto způsobem možné umístit více družic.

Jenou z družic umístěných do okolí bodu L1 je DSCOVR (z angl. Deep Space Climate Observatory), kterou také provozují americká NASA a NOAA. Tato družice o hmotnosti 570 kg odstartovala 11. února 2015 v nákladovém prostoru rakety Falcon 9 americké soukromé společnosti SpaceX, k Langrangeovu bodu L1 se dostala 8. června 2015. Kromě sledování sluneční aktivity a úkolu fungovat jako družice včasného varování
před příchodem slunečních bouří, jejichž příval elektricky nabitých částic by na Zemi mohl způsobit elektronice nebezpečné geomagnetické bouře, má družice DSCOVR přístroj EPIC (z angl. Earth Polychromatic Imaging Camera) pro pořizování obrazových dat Země. EPIC snímá Zemi v 10 pásmech vlnových délek s rozlišením 25 km na jeden obrazový bod. První obrazová data Země pořídil přístroj EPIC už 6.července 2015 a od té doby pořizuje 13 až 22 záběrů Země denně.

Provoz družice DSCOVR není zcela bezproblémový, od svého uvedení do provozu měla družice sklony opakovaně se přepínat do nouzového bezpečnostního režimu, kdy se přestanou snímat data a v provozu jsou ponechány pouze nejzákladnější systémy družice.
Operátoři nejdříve úspěšně vyvinuli postupy pro opětovné uvedení družice do normálního pracovního režimu během několika hodin, v červnu 2019 nainstalovali do palubního letového softwaru opravu, která měla zabránit dalším výpadkům, z nichž většina byla pravděpodobně bezdůvodná.
Nicméně už 27. června 2019 postihl družici další výpadek, který nakonec trval několik měsíců až do počátku března 2020. Tentokrát šlo o zcela reálnou závadu na systému řízení polohy. Laserový gyroskop v ose Z v inerciální měřicí jednotce MIMU (z angl. Miniature Inertial Measurement Unit) od konce roku 2018 vykazoval známky významné degradace a protože jde o zásadní systém, bez kterého by družice jinak nemohla plnohodnotně pracovat, musela být nakonec uvedena do nouzového bezpečnostního režimu do doby, než bude nalezeno řešení.
Tímto řešením nakonec bylo používat pro určení polohy družice místo jednotky MIMU sledovač hvězd (angl. Star Tracker) a v únoru 2020 byl palubního letový software družice podle toho pozměněn a družice se mohla vrátit do pracovního režimu s mírně upravenými postupy.
Nominální životnost družice DSCOVR je 5 roků provozu, byla tedy již letos překročena. Vesmírné prostředí elektroniku na družici časem významně a ne zcela předvídatelně degraduje, nelze tedy nyní zcela spolehlivě předpovědět, jestli šlo o ojedinělou a úspěšně odstraněnou závadu, nebo jestli jde o signál blížícího se konce činnosti DSCOVR, kde se budou brzy hromadit další a další kritické závady na opotřebované elektronice.

Obr.: Stín úplného zatmění Slunce u jihoamerického pobřeží zaznamenaný americkou družicí DSCOVR. Zdroj: NASA EPIC Team

Obr.: Stín úplného zatmění Slunce u jihoamerického pobřeží zaznamenaný americkou družicí DSCOVR na jednom vybraném záběru z odpoledne 14. prosince 2020. Zdroj: NASA EPIC Team

Ačkoliv stále dokonale osvětlená Země vypadá jako velká výhoda pro družice dálkového průzkumu Země na tomto stanovišti u bodu L1, když optické družice dálkového průzkumu všude jinde polovinu času přelétají nad noční stranou Země bez možnosti snímat plnohodnotná obrazová data, zásadní nevýhodou pro pozorování Země z bodu L1 je ovšem samozřejmě příliš velká vzdálenost od Země, která při přijatelné velkosti optické soustavy na družici neumožňuje pořizovat data ve vysokých rozlišeních.
Geostacionární dráha je výrazně blíž a je ideální pro potřeby často opakovaného snímání téhož území ve dne i v noci, jak je to potřeba u meteorologických družic, a dále pak je ideální i pro potřeby udržovat stabilní spojení se sítí pozemních stanic a dalších družic, jak je tomu u telekomunikačních družic. Pro družice dálkového průzkumu to ale je jednak stále poměrně daleko od povrchu Země, navíc rozlišení pořizovaných dat prudce klesá s větší šikmostí pohledu na území dále od rovníku, který je pro tyto družice jedinou rovnoběžkou, nad kterou mohou být nehybně zavěšené a rovníkové oblasti jsou tak pro geostacionární družice jediné, které lze pozorovat kolmo s nejvyšším rozlišením.
Naprostá většina družic dálkového průzkumu Země proto obíhá Zemi ve vzdálenostech výrazně menších, nejčastěji ve výškých 600 až 700 km nad povrchem, odkud jsou schopné pořizovat data vysokého až velmi vysokého rozlišení s podrobnostmi až několik desítek centimetrů.
Pro porovnání: pokud bychom si Zemi zmenšili na velikost basketbalového míče průměru 24 cm, pak by běžné družice dálkového průzkumu obíhaly jen o něco málo výš než 1 cm nad povrchem, meteorologické družice na geostacionární dráze ve výšce 67 cm
a družice DSCOVR u bodu L1 dokonce ve vzdálenosti přes 28 metrů (2 822 cm).
Lze si dobře představit, že při pozorování většího globusu o průměru 24 cm z takto rozdílných vzdáleností budeme schopní také vidět zcela jinou úroveň podrobností
a družice jsou na tom stejně. Doprava družic do větších vzdáleností od Země se navíc výrazně prodražuje, zejména pokud by měly být vybavené velkými výkonnými a tedy i těžkými přístroji.
Proto se velká většina všech družic dálkového průzkumu nachází na nízkých oběžných drahách kolem Země, které poskytují o několik řádů podrobnější data, nejsou ale ve velmi krátké době schopné poskytnout přehledová data téměř celého zemského kotouče jako meteorologké družice z geostacionární oběžné dráhy a nebo unikátní družice DSCOVR
z libračního centra Lagrangeova bodu L1, která dokáže ze svého vzdáleného stanoviště nasnímat nejen Zemi, ale i odvrácenou stranu kolem ní obíhajícího Měsíce.

Starší článek z roku 2015 s podrobnostmi o družici DSCOVR je zde.

Článek zpracoval: Jiří Šustera

 

nahoru

zpět