Přelomové laserové měření na GRACE-FO je aktivní

Před několika dny jsme na našem webu psali o úspěšné zkoušce mikrovlnného měřiče vzdálenosti na nedávno vypuštěných americko-německých sondách GRACE-FO. Čtenáři se v diskusi pod článkem velmi zajímali o osud druhého měřícího systému, který využívá laserů. Je to pochopitelné, vždyť mikrovlnné měřiče (byť technologicky starší exempláře) byly už na dřívější misi GRACE. Všechny tazatele jsme museli zklamat, protože informace ohledně testování laserů nebyly k dispozici. Dodávali jsme však, že první zkouška laserů je z technologického hlediska velká věc a NASA se s ní určitě ráda pochlubí. Nyní mám tedy velkou radost oznámit, že 14. června byl poprvé v historii kosmonautiky použit laserový interferometr na měření vzdálenosti dvou družic vzdálených 220 kilometrů.

Vizualizace družic GRACE-FO.

Vizualizace družic GRACE-FO.
Zdroj: http://www.aei.mpg.de

Zařízení LRI (Laser ranging interferometer) je skutečně inovativní přístroj, za jehož vývojem stojí mezinárodní tým vědců z Institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku (Institut Alberta Einsteina – AEI) v německém Hannoveru, z Leibnitzovy univerzity v témže městě a z kalifornské Jet Propulsion Laboratory. Čtrnáctého června došlo k jeho prvnímu aktivování a hned první pokus byl úspěšný. Od té doby LRI funguje a jeho měření se kombinují s výsledky z mikrovlnného měřice. Dosavadní výsledky jsou ve velmi dobré shodě a vědecký tým je velmi optimistický. Právě s pomocí těchto dvou měřidel budou sondy schopné sledovat projevy změn zemského klimatu tím, že se zaměří na změny zemského gravitačního pole a jeho odchylek.

Řez družicí GRACE-FO.

Řez družicí GRACE-FO
Zdroj: https://directory.eoportal.org

Na každé družici je otvor o velikosti mince, do kterého musí zamířit laser z druhé družice na vzdálenost více než 200 kilometrů, zatímco obě družice obíhají kolem Země rychlostí více než 27 000 km/h. Je to opravdu šílené,“ přiznává Gerhard Heinzel, vedoucí výzkumné skupiny vesmírných interferometrů na AEI a manažer německého podílu na LRI. V řídícím středisku v německém Oberpfaffenhofenu byla po celou dobu napjatá atmosféra – prakticky už od zahájení základních zkoušek jednotlivých systémů. 13. června se lasery obou družic daly do spirálovitého pohybu, aby zjistily, zda na sebe vidí.

Princip fungování systému GRACE-FO.

Princip fungování systému GRACE-FO.
Zdroj: http://www.clarksvilleonline.com/

Osm let jsme museli pracovat, abychom se dostali do této fáze, takže je jasné, že jsme byli docela nervózní. Laser a jeho optika jsou hodně citlivé. Pokud bychom při návrhu či stavbě cokoliv pokazili, nebo pokud by došlo k nějaké závadě během startu, neměli bychom možnost, jak to opravit,“ popisuje Vitali Müller z interferometrické výzkumné skupiny na AEI.

Během noci se k výzkumníkům dostaly dobré zprávy. Družice zaznamenaly během spirální fáze několik záblesků dlouhých zlomek sekundy, což znamenalo jediné: Lasery a optika přečkaly přetížení při startu a fungují! Ve tři hodiny ráno se podařilo data analyzovat a na jejich základě se upravilo nastavení tak, aby družice měly přímé laserové spojení. Po základní kontrole byly pokyny odeslány družicím, které se podle nich měly začít řídit. 14. června v 15:00 přišlo stahování dat a vědci se mohli znovu zaradovat. Ukázalo se, že interferometr funguje a nepřetržitě sbírá data. Další den přišla už jen drobná korekce.

Měření laserového interferometru na GRACE-FO.

Měření laserového interferometru na GRACE-FO.
Zdroj: http://www.aei.mpg.de

LRI je přelomové zařízení pro precizní měření ve vesmíru,“ chválí Kirk McKenzie, který stojí v čele americké skupiny, která se podílí na vývoji přístroje a dodává: „Je to první laserové spojení mezi dvěma družicemi a také vyvrcholení desetiletého výzkumu a vývoje NASA a německé strany.“ Počáteční zkoušky přináší očekávané výsledky a jsou ve velmi dobré shodě s měřeními hlavního přístroje, který měří vzdálenost pomocí mikrovln. V dalších týdnech a měsících chtějí vědci proniknout hlouběji do fungování laserového systému a dat, která poskytuje. Odborníci jsou optimisté a věří že LRI můžeme považovat za technologický demonstrátor budoucích misí, ale i za užitečný přídavek k mikrovlnnému měřiči, který může zpřesnit výsledky družic GRACE-FO.

Tyto družice obíhají po polární dráze ve výšce 490 kilometrů a jeden oběh jim zabere hodinu a půl. Vzdálenost mezi oběma družicemi činí 220 kilometrů, ale není konstantní – kolísá v rozmezí stovek metrů vlivem zploštění Země na pólech. Kromě těchto velkých odchylek však vzdálenost ovlivňují i další vlivy, jen s mnohem menšími projevy. Řeč je o rozmezí mikrometrů (milióntiny metru) a nanometrů (miliardtiny metru) – právě zde se projevují odchylky zemského gravitačního pole. Jde třeba o pohoří, ledovce, nebo vodní plochy.

Měření laserového interferometru během jednoho oběhu kolem Země.

Měření laserového interferometru během jednoho oběhu kolem Země.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Velmi přesné měření těchto droboučkých odchylek v časovém měřítku několika měsíců umožní vědcům velmi přesně detekovat tající ledovce v Grónsku a Antarktidě, stoupající hladinu oceánů, změny v rozložení podpovrchové vody, ale také sucha i povodně. Stejně tak dojde k upřesnění tvaru geoidu, což je základ pro globální výšková měření. Přístroje vzešlé z LRI by měly umožnit výrazně zpřesnit nástupce družic GRACE-FO, takže příští sondy budou moci zaznamenávat odchylky ještě detailněji.

Cesta laserů v sondě LISA Pathfinder

Cesta laserů v sondě LISA Pathfinder
Zdroj: https://directory.eoportal.org

Na minulých řádcích se psalo, že došlo ke spuštění historicky prvního laserového interferometru mezi dvěma družicemi. Právě konec věty je velmi důležitý, protože pokud bychom brali vesmírné laserové interferometry, pak by ty na GRACE-FO byly až druhé. Prvenství totiž drží evropská mise LISA Pathfinder, ale tehdy byl interferometr součástí jediné družice. Zajímavé je, že na obou interferometrech se podíleli odborníci jak z Institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku (Institut Alberta Einsteina – AEI) v německém Hannoveru, tak z tamní Leibnitzovy univerzity. Na misi LISA Pathfinder šlo o čtyřiceticentimetrový přístroj, který měl ověřit klíčové technologie pro budoucí vesmírnou observatoř gravitačních vln.

Vizualizace jedné ze tří částí projektu LISA.

Vizualizace jedné ze tří částí projektu LISA.
Zdroj: http://www.aei.mpg.de

Úspěšné laserové propojení mezi družicemi na vzdálenost 220 kilometrů na oběžné dráze Země je významný milník na cestě k misi LISA, budoucí observatoři gravitačních vln, která vznikne ve vesmíru,“ předjímá Karsten Danzmann, ředitel Institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku (Institut Alberta Einsteina – AEI) v Hannoveru a ředitel Institutu pro gravitační fyziku na Leibnitzově univerzitě a dodává: „Po svém startu v roce 2034 bude LISA používat velmi podobné technologie k měření drobných změn na vzdálenost 2,5 milionu kilometrů. Tímto způsobem budeme schopni detekovat nízkofrekvenční gravitační vlny z milionů dvojitých hvězd, slučujících se černých děr a dalších exotických objektů.

Zdroje informací:
http://www.aei.mpg.de/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia22431.jpg
http://www.aei.mpg.de/…cbc10cb280b2464dcc3a3050da3b2c08760329bf
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3552399/Grace-FO_Auto15.jpeg
http://www.aei.mpg.de/…-73ef298a9988c894a72a9f8279ea9024865edf1a
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/gracefo20180702-16.jpg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/1979763/LisaPath_Auto1D.jpeg
http://www.aei.mpg.de/800957/eLISA_2arms_gws_3-1381932911.jpg

Přelomové laserové měření na GRACE-FO je aktivní, 5.0 out of 5 based on 16 ratings
Pin It
(Visited 1 959 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (16 votes cast)
(Visited 1 959 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


8 komentářů ke článku “Přelomové laserové měření na GRACE-FO je aktivní”

  1. Anton napsal:

    Budú zverejňované gravitačné mapy Zeme z novej misie Grace-fo? Vie niekto o linkoch na inernete?
    Mňa by veľmi zaujímalo, či by sa nedali využiť zlepšené merania novej misie Grace-fo na presnejšie predpovede explozii väčších sopiek a supersopiek.
    Tie podmienky vedúce k výbuchu väčších sopiek a supersopiek dospievajú časom. Zhromažďujúca láva pod povrchom sopky vyvoláva veľké tlaky a asi aj zmenu gravitácie daných oblastí. Tie zmeny by sme už mali registrovať z dlhodobejších meraní takých misii ako Grace-fo.
    Polohy väčšiny supersopiek poznáme. U niektorých sopiek sú aj pravidelné pozemské merania. Merania z leteckých snímok, lebo okolie supersopiek sa môže meníť. Superpočítače už vedia objaviť aj malé zmeny terénu v okoli sopiek. Tieto kombinované merania s Grace-fo dátami by nám možno oveľa vylepšili predpovede explozie väčších sopiek.
    Čítal som už dokonca, že niektorých vedcov v Taliansku postavili pred súd za to že nepredpovedali erupciu menšej sopky, zle to vyhodnotili.
    Nechcem veštiť, alebo byť posol zlých správ. Ľudstvo už dlho nepocítilo katastrofálne dôsledky výbuchu väčších sopiek, supersopiek. Katastrofické zmeny klímy po takých výbuchov. Dokonca výbuch supersopky môže naštartovať dobu ľadovú.
    Posledné štúdie uvádzajú že sme podcenili cykly explozii Yellowstonskej supersopky v USA a v budúcnosti môže vybuchnuť oveľa skôr ako sa predpokladalo. Taká supersopka by zdevastovala väčšinu severnej Ameriky s katastrofálnymi zmenami klímy aj pre Európu.
    Aj Europská supersopka Campi Flegrei zvyšuje svojú aktivitu. V minulosti naštartovala aj zánik neandrtalcov. Metrové usadeniny z popola sa našli v Bulharsku. Stopy popola z daného výbuchu dokonca až na ďalekej Sibíri.

  2. Kamil napsal:

    Mohli by ty družice zaznamenat i gravitační vlnu?

    • marekS napsal:

      GRACE-FO meria odchýlky v gravitačnom poli Zeme s presnostou na viac ako 5 nanometrov.
      Gravitačné vlny, ktoré deteguje LIGO majú amplitúdu okolo 0.0000003 nanometrov.
      zdroj: https://mobile.twitter.com/k_brewster/status/1014144958754942976?p=v

      • Jiný Honza napsal:

        Tak uvidíme, jestli ještě tu přesnost nevylepší.

        Navíc detekce obecné existence gravitačních vln je o dost složitější než “jen” najít v datech vlnu, o které už z jiných detektorů víme kdy přišla a jak vypadá.

    • Yokotashi napsal:

      Pokud amplituda gravitacni vlny klesa se druhou mocninou vzdalenosti*, tak bychom meli byt schopni na GRACE-FO videt merger dvou cernych der, pokud se stane asi do 100kpc (v Mlecne draze a v satelitnich galaxiich – LMC, obe SMC apod.; M31 uz je moc daleko). Dalsi podminka je smer – pokud to bude kolmo na drahu obehu, tak podle me neuvidi nic, takze spravnejsi hodnota je 100kpc*cos(uhel_od_roviny_obehu_GRACEFO).

      *) energie nesena elektromagnetickou vlnou klesa s druhou mocninou vzdalenosti. Jsem presvedcen, ze to musi platit i pro gravitacni vlnu i kdyz se jedna o jiny typ vlny. Ale nejsem fyzik, takze pokud se prave chystate pouzit tento komentar v disertacni praci, radsi si to overte :-).

      • Jiný Honza napsal:

        Jestli si to dobře pamatuji, tak amplituda gravitační vlny ze srážky dvou černých děr ubývá jako 1/r.

        A vlny jsou to příčné, tedy kolmé na směr šíření. Takže směr kolmý k oběžné dráze (spojnici sond) je nejlepší varianta.

Zanechte komentář