Zprávy ze světa

Ba6fe_illustration
30.09.2018

Evropská družice Aeolus...

… se po úspěšném startu připravuje k měření větrných proudů v zemské atmosféře.

Družice Aeolus se jmenuje podle latinské verze řeckého jména Aiolos, jehož nositelem měl být mýtický vládce větrů, který podle některých antických mýtů měl být i vynálezcem lodní plachty. Ke jménu družice se někdy přidává i její dřívější označení ADM (z angl. Atmospheric Dynamics Mission), kterým se popisuje, že hlavním úkolem družice je studium dynamiky atmosféry a to konkrétně unikátním dálkovým měřením větrného proudění v zemské atmosféře z oběžné dráhy.

Obr.: Družice Aeolus Evropské vesmírné agentury ESA má hmotnost 1360 kg, rozměry trupu družice jsou 1.74 m x 1.9 m x 2.0 m, rozpětí na oběžné dráze rozložených slunečních panelů je 13 metrů. Družice obíhá ve výšce 320 km. Družici zkonstruovala evropská společnost Airbus Defence and Space. Zdroj: ESA/ESTEC

 

Obr.: Družice Aeolus Evropské vesmírné agentury ESA má hmotnost 1360 kg, rozměry trupu družice jsou 1.74 m x 1.9 m x 2.0 m, rozpětí na oběžné dráze rozložených slunečních panelů je 13 metrů. Družice obíhá ve výšce 320 km. Družici zkonstruovala evropská společnost Airbus Defence and Space. Zdroj: ESA/ESTEC

Mapování větrného proudění se možná nezdá příliš důležité, stejně jako se u předpokládané klimatické změny nemusí zdát důležíté zvýšení průměrné teploty o několik málo stupňů. Vyšší množství tepelné energie v klimatickém systému ale může jednak způsobit častější výskyt extrémního počasí a jednak se také může klimatický systém přenastavit, kdy se globálně změní mořské proudy i pravidelné větrné proudění v atmosféře. Změny ve složitém systémů klimatických vazeb jsou těžko předvídatelné a jejich následky by mohly být razantní a někdy i dost paradoxní. Pokud by například v důsledku klimatických změn zeslábl Golfský mořský proud v Atlantském oceánu, který výrazně ohřívá Evropu, následkem globálního oteplování by v Evropě mohlo být naopak kontinentální výrazné ochlazení. Síla, směr a pravidelnost větrných proudů v atmosféře je neméně důležitá. Pravidelné monzunový vzdušný proud každé léto přináší dešťové srážky nad celý Indický subkontinent, místní zemědělství je na tomto pravidelném zdroji závlah do značné míry závislé. Představa náhlých změn v monzunovém proudění s následky kolapsu zemědělství v druhé nejlidnatější zemi světa je jistě humanitární, ekonomickou i politickou noční můrou. Zranitelnost jiných zemí může být o něco menší, ale žádná země není zcela imunní. I v České republice by se srážkový úhrn výrazně změnil, pokud by nad Evropou místo větrů vanoucích od okolních moří a Atlantského oceánu začalo převládat vzdušné proudění ze suchých oblastí.

Družice Aeolus je pro svůj úkol dálkového měření větrného proudění vybavená inovativním přístrojem ALADIN (z angl. Atmospheric LAser Doppler INstrument), který je prvním přístrojem svého druhu. Rozsáhlý program vývoje komponent pro současný přístroj ALADIN byl zahájen v roce 2000 a ukázal se být náročnějším, než jak se původně předpokládalo, původní optimistické plány předpokládaly start družice s hotovým přístrojem už v roce 2007, nakonec k tomu došlo až o 11 let později.
Přístroj ALADIN vysílá do atmosféry Země šikmo (pod úhlem 35º) každou vteřinu 50 laserových pulsů ultrafialového záření o vlnové délce 355 nm. Tato vlnová délka, která je mimo rozsah viditelného světla, byla vybraná nejen pro svou vhodnost k danému účelu, ale i pro svou bezpečnost. Tato frekvence se používá i v některých pozemních a leteckých přístrojích a na základě těchto zkušeností je ověřeno, že je toto záření neškodné i při přímém zásahu lidského oka už ve vzdálenosti větší než několik set metrů, přičemž družice bude tyto pulsy vysílat ze vzdálenosti 320 km nad Zemí, neviditelné laserové pulzy budou procházet šikmo hustou zemskou atmosférou a po cestě průběžně slábnout rozptylem a odrazem od ní.
Záření vyslaných laserových pulsů se bude při průchodu atmosférou rozptylovat na molekulách vzduchu a v něm obsažených dalších částicích (prach, vlhkost), ale malá část se ho odrazí zpět ke družici, kde bude zachyceno dalekohledem o průměru 1.5 metru. Na základě změn mezi vyslaným a přijatým signálem lze získat řadu různých údajů. V konkrétním případě dálkového měření rychlosti větru je použit Dopplerův jev, kdy se podle rychlosti pohybu objektu (v tomto případě podle rychlosti pohybu vzduchu) mění vlnová délka od něj odraženého signálu. S Dopplerovým jevem se nejčastěji setkáváme v běžném životě v akustické oblasti, kdy hluk blížícího se auta nebo vlaku zní ve vyšších tónech, pokud se k nám blíží a prudce poklesne do nižších tónů, když kolem nás projede a vzdaluje se.
V případě bezoblačné oblohy bude takto možné měřit rychlosti větrů v celém profilu 30 km dolní vrstvy atmosféry až k povrchu Země.

Družici Aeolus vynesla na oběžnou dráhu evropská raketa Vega z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně. Úspěšný start proběhl 22. srpna 2018 v 18:20 podle místního času na kosmodromu, tj. ve 21:20 podle světového času UTC.

Obr.: Evropská raketa Vega ja připravená na startovní rampě s družicí Aeolus v nákladovém prostoru. Zdroj: ESA

 

Obr.: Evropská raketa Vega ja připravená na startovní rampě s družicí Aeolus v nákladovém prostoru. Zdroj: ESA

První raketa Vega odstartovala v únoru 2012. Tyto rakety jsou čtyřstupňové, 30 metrů vysoké, na nízké oběžné dráhy dokáží vynést náklad až do hmotnosti 2 100 kg. Start s družicí Aeolus byl jejich 12. startem a všechny starty proběhly bez nehod, při vynášení družic mají stále 100 % úspěšnost.

Umístění družici Aeolus na oběžnou dráhu trvalo 55 minut, první kontakt s družicí byl navázán přes pozemní stanici Troll na Anarktidě a družice je nyní řízena z centra ESOC (z angl. European Space Operations Center) v německém Darmstadtu. Po vynesení každé družice se v první nejkritičtější a poměrně rychlé fázi oživují a zprovozňují nejzákladnější systémy družice, kdy se například rozevírají při startu složené sluneční panely pro výrobu elektrické energie. To už má družice Aeolus úspěšně za sebou. Následuje pak několik měsíců trvající období zkoušení a kalibrace přístrojů a senzorů. První laserové pulzy k zemské atmosféře vyslal přístroj ALADIN z družice Aeolus 5. září 2018, přestože přístroj ještě zdaleka není zcela zkalibrovaný, 12. srpna 2018 byly zveřejněné výsledky z těchto prvních měření získaných při necelém jednom oběhu družice Aeolus kolem Země.

Obr.: Globální větrné proudy v prvních zpracovaných datech z družice Aeolus. Zdroj: ESA/ECMWF

 

Obr.: Globální větrné proudy v prvních zpracovaných datech z družice Aeolus. Zdroj: ESA/ECMWF

Nadšení u odborníků vyvolalo, že už v prvních výsledcích se zcela jasně zobrazily hlavní prvky globálních větrných proudů v zemské atmosféře, například tzv. stratosférický polární vortex okolo Antarktidy, což je silné větrné proudění vanoucí v obrovském víru (odtud název, protože vír je anglicky vortex) okolo Antarktidy. A právě tento jev přispěl například k tomu, že se tzv. „ozonová díra“ vytvořila paradoxně nad téměř pustou Antarktidou a nikoliv nad obydlenými oblastmi, kde jsou zdroje látek ničících ozon. Obrovské polární vortexy okolo jižního a severního pólu mají zásadní vliv i na počasí. Proměnlivá síla, poloha a stav severního polárního vortexu například rozhoduje o tom, jestli se do Evropy dostane studený vzduch a tak jestli zima bude tuhá nebo mírná. Pokud je vortex zrovna v nějakém krajně neobvyklém stavu, současné předpovědní numerické modely meteorologů začínají mít problémy i s předpovědí na několik hodin dopředu, protože obvyklá pravidla přestávají platit. Pokud v důsledku globálního oteplování bude vzrůstající energie v systému pravidelné proudění vortexů častěji a výrazněji narušovat, stane se to zdrojem extrémních, náhlých a zatím i obtížně předpovídatelných výkyvů počasí.

Kalibrace přístrojů na družici Aeolus by měla být hotová před koncem roku 2018 a pak by se družice s přístrojem ALADIN měla stát po dobu několika roků nepřetržitým zdrojem nových dat o rychlostech větrných proudění z Dopplerova měření odražených signálů i o oblačnosti a různých v atmosféře se nacházejících znečišťujících látkách na základě změn intenzity odrazu v různých výškách. Výsledky by měly zpřesnit vše od krátkodobých lokálních meteorologických předpovědí až po dlouhodobé klimatické modely s předpovědí globálních změn, jak veliké budou, jestli je ještě lze zastavit, nebo jestli se jim lidstvo bude muset nějak radikálně přizpůsobit.

Článek zpracoval: Jiří Šustera

 

nahoru

zpět