Americká sonda Parker Solar Probe bude během své mise pracovat v extrémních podmínkách, aby mohla sbírat data ze sluneční koróny. Dostane se k naší životodárné hvězdě blíže než jakákoliv sonda před ní. Čtveřice vědeckých přístrojů má za úkol charakterizovat podmínky v této dynamicky se měnící oblasti v těsné blízkosti Slunce pomocí měření částic, elektrických a magnetických polí, přičemž každý z nich byl speciálně navržen, aby dokázal odolat drsnému prostředí u Slunce. Každého určitě napadne, že přístroje budou muset odolávat vysokým teplotám, ale v koróně je potřeba pamatovat i na radiační odolnost.

FIELDS
Tento přístroj s názvem, který v angličtině znamená pole, bychom mohli vzletně nazvat průzkumníkem neviditelných sil. Jeho úkolem je zachytit sílu a tvar elektrických a magnetických polí v atmosféře Slunce, tedy koróně. FIELDS bude měřit vlny a turbulence ve vnitřní heliosféře s vysokým časovým rozlišením, aby mohli vědci pochopit, jak vlastnosti polí souvisí s chováním vln, rázů a magnetických přepojení, což je proces, při kterém se siločáry magnetického pole explozivně přeorganizují.

Přístroj FIELDS změří elektrické pole kolem sondy pomocí pěti antén – čtyři z nich přesahují přes okraje tepelného štítu a budou vystaveny teplotám až 1650°C. Dvoumetrové antény jsou vyrobené ze speciální slitiny na bázi niobu, která má těmto teplotám odolávat. Přístroj FIELDS bude měřit elektrická pole v širokém rozsahu frekvencí a to jak kontaktně, tak i na dálku.

Zařízení pracuje ve dvou režimech – čtyři slunci vystavené antény měří vlastnosti rychlého a pomalého slunečního větru – tedy proud nabitých částic, který Slunce neustále vyvrhuje do prostoru. Pátá anténa ční kolmo k ostatním čtyřem a měla by být ukryta ve stínu za tepelným štítem. S její pomocí by mělo být možné vytvořit trojrozměrný obraz elektrického pole ve vyšších frekvencích.

Tento přístroj disponuje i trojicí magnetometrů, z nichž každý má rozměry přibližně zaťaté pěsti a jejichž úkolem je sledovat magnetické pole. Cívkový magnetometr SCM (search coil magnetometer) měří, jak se magnetické pole mění v průběhu času. Změny magnetického pole indukují v cívce napětí a díky tomu je možné sledovat změny těchto polí právě měřením napětí. Dva identické fluxgate magnetometry (též známé jako magnetometry se saturovatelným jádrem) MAGi a MAGo měří koronární magnetické pole ve velkém měřítku. Tyto magnetometry jsou speciálně určené k měření magnetického pole dále od Slunce, kde se podmínky mění pomaleji. Naopak cívkový magnetometr je nezbytný blízkosti Slunce, kde se podmínky mění mnohem rychleji – zvládne totiž sbírat údaje dvamilionkrát za sekundu.

Přístroj FIELDS byl navržen, postaven a je provozován týmem, v jehož čele stojí zástupci Space Sciences Laboratory z University of California v Berkeley. Hlavním výzkumníkem přístroje FIELDS je Stuart D. Bale.

WISPR
Zkratka vychází z kompletního názvu Wide-Field Imager for Parker Solar Probe. Jedná se o jediný snímkovací přístroj na palubě sondy. WISPR bude sledovat velké struktury v koróně a formace slunečního větru, než jimi sonda proletí. Samotné zařízení má rozměry krabice na boty a bude z dálky snímkovat struktury jako jsou výrony koronární hmoty, či výtrysky. Tyto jevy se šíří od Slunce a sondu tak pravděpodobně dostihnou a ostatní přístroje budou moci prodávat kontaktní měření. WISPR pomůže najít souvislosti mezi velkými strukturami v koróně a fyzikálními měřeními, která se podaří kontaktně nasbírat v blízkém okolí Slunce.

K vyfocení solární atmosféry použije WISPR tepelný štít k odblokování většiny slunečního záření, které by jinak přesvítilo mnohem slabší korónu. Speciálně navržené přepážky a okulátory odráží a pohlcují zbytkové paprsky, které přichází ze strany, protože se odrazily od hrany tepelného štítu, či jiných částí sondy. WISPR má k dispozici dvě kamery s radiačně odolnými detektory CMOS s aktivními pixelovými senzory. Tyto detektory se používají místo tradičních CCD kvůli menší hmotnosti a snížené energetické náročnosti. Kromě toho jsou i méně náchylné k radiačnímu poškození od kosmického záření a různých vysokoenergetických části, které v blízkosti Slunce představují velké riziko.

Čočky kamer jsou vyrobeny z radiačně odolného skla BK7, které se běžně používá v kosmických teleskopech a které je odolnější proti nárazům prachových částic. Tento přístroj navrhla a vyvinula Solar and Heliophysics Physics Branch z Naval Research Laboratory z Washingtonu D.C. Hlavním výzkumníkem je Russell Howard. Řídící tým také vypracoval samotný pozorovací program.

SWEAP
I v tomto případě se jedná o zkratku – v tomto případě Solar Wind Electrons Alphas and Protons. Přístroj bude sbírat pozorování z dvou podjednotek – SPC (Solar Probe Cup) a SPAN (Solar Probe Analyzers). Tohle zařízení bude počítat nejhojnější částice, které tvoří sluneční vítr – elektrony, protony a heliové ionty. Kromě samotného počítání bude měřit i vlastnosti těchto částic – jejich rychlost, hustotu a teplotu, aby bylo možné zlepšit naše chápání principů slunečního větru a koronárního plasmatu.

SPC je v podstatě takzvaný Faradayův pohár – kovová konstrukce, která dokáže ve vakuu zachytávat nabité částice. Vyčuhuje zpoza tepelného štítu, aby mohl měřit, jak se elektrony a ionty pohybují. SPC je tedy vystaven plnému slunečnímu žáru. Zařízení je tvořeno sérií vysoce transparentních mřížek, přičemž jedna z nich používá měnitelné vysoké napětí k rozřazení těchto částic nad několika sběrnými deskami, které měří vlastnosti částic. Mřížka s měnitelným napětím také pomáhá uspořádat šum v pozadí jako je kosmické záření  a fotoionizované ionty, které by jinak mohly znepřesnit měření.

Mřížky umístěné blízko přední části přístroje se mohou rozpálit až na teplotu 1650 °C, takže při měření budou doslova rozpálené do ruda. Zařízení používá kousky safírů k elektrické izolaci různých dílů uvnitř pohárku. Při blízkém přiblížení ke Slunci provede SPC 146 měření každou sekundu, aby mohl přesně určit rychlost, hustotu a teplotu plasmatu.

Druhý zmíněný systém, tedy SPAN, je tvořen dvěma prvky – SPAN-A a SPAN-B, které mají široké zorné pole, aby mohly sledovat prostor, který nepozoruje výše zmíněný SPC. Jejich zorná pole se prakticky dotýkají, takže vytváří téměř komplexní monitoring okolí sondy. Chybí vlastně jen výhled blokovaný tepelným štítem. Částice, které se dostanou k detektoru, vstoupí do jakéhosi bludiště, v rámci kterého částice projde sérií deflektorů a systémů, které s pomocí napětí roztřídí částice podle jejich hmotnosti a náboje. SPAN-A je tvořen dvěma komponenty, takže zvládá měřit jak elektrony, tak i ionty, naopak SPAN-B zvládá monitorovat pouze elektrony.

Celý přístroj SWEAP byl postaven společným úsilím Smithsonian Astrophysical Observatory v Canbridge, stát Massachusetts a Space Sciences Laboratory z University of California. Hlavním výzkumným pracovníkem je Justin Kasper z University of Michigan.

ISʘIS
V celkovém znění se tento přístroj jmenuje Integrated Science Investigation of the Sun, přičemž zkratka, která obsahuje symbol Slunce se čte [í-sis]. Přístroj tvoří dva vzájemně se doplňující systémy, které společně zmapují částice v širokém spektru energií – od desítek tisíc elektronvoltů až po stovky milionů elektronvoltů. Měřením elektronů, protonů a iontů ISʘIS pomůže pochopit životní cyklus těchto částic – odkud pochází, co je urychlilo a jak se pohybují pryč od Slunce do meziplanetárního prostoru. Dva výše zmíněné systémy se označují EPI-Lo a EPI-Hi, kde EPI znamená Energetic Particle Instrument.

EPI-Lo měří spektra elektronů a iontů a hledá uhlík, kyslík, neon, hořčík, křemík, železo a dva izotopy helia – helium 3 a helium 4. Rozlišení mezi izotopy helia pomůže určit, který z několika teoretických principů způsobuje urychlování částic. Přístroj má unikátní design, který trochu připomíná mořského ježka. Jeho tělo má osmihrannou základnu, ze které vystupuje klenutý „strop“.  Ten je vybaven 80 hledáčky, přičemž každý z nich má průměr srovnatelný s běžnou malou mincí. Použití mnoha hledáčků poskytne široké zorné pole pro sledování nízkoenergetických částic.

Iont, který projde do přístroje EPI-Lo přes některý z hledáčků nejprve proletí skrz dvě uhlíko-polyimido-hliníkové fólie a pak se dostane k pevnolátkovému detektoru. Po kolizi fólie vyprodukuje elektrony, které změří mikrokanálová deska. Díky množství energie, která se uvolní při kolizi iontu na detektoru a také podle času, jak dlouho bude průchod trvat, bude detektor určovat druh částice.

EPI-Hi používá tři částicové senzory složené z detektorových vrstev, aby měřil částice s energiemi vyššími, než jaké zvládá EPI-Lo. Několik předních vrstev je tvořeno ultratenkými křemíkovými detektory vytvořenými z geometrických segmentů, které umožňují určit směr částice a také snižují šum z pozadí. Nabité částice budou identifikovány pomocí měření, jak hluboko v detektoru proniknou a kolik atomů v každém detektoru bude ionizováno. Při maximálním přiblížení ke Slunci bude EPI-Hi schopen detekovat až 100 000 částic za sekundu.

Sběrem dat z EPI-Lo a EPI-Hi bude přístroj ISʘIS schopen prozkoumat sluneční částice všech energií včetně vysokoenergetických částic slunečního větru, které nezachytí SWEAP. Přístroj ISʘIS vede Princeton University z Princetonu v New Jersey a hlavním vědeckým pracovníkem je David McComas. Zařízení samotné bylo postaveno většinou v Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (Laurel – stát Maryland) a v Caltech (Pasadena – Kalifornie). Významený přínos při konstrukci přístroje měly i další organizace, například Southwest Research Institute ze San Antonia v Texasu nebo Goddardovo středisko z Greenbeltu v Marylandu. Řídící středisko přístroje ISʘIS se nachází v prostorách University of New Hampshire v Durhamu.

Pokud máte zájem o mnohem podrobnější a technicky/odborně složitější popis jednotlivých přístrojů, pak Vám mohu vřele doporučit velmi rozsáhlou a podrobnou stánku na webu directory.eoportal.org.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://directory.eoportal.org/

Zdroje obrázků:
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto35.jpeg
http://planetary.s3.amazonaws.com/…/2017/20170530_spp-instruments.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Parker-Solar-Probe-FIELDS.png
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto24.jpeg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto3.jpeg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto31.jpeg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto28.jpeg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_Auto1C.jpeg
https://directory.eoportal.org/documents/163813/3705371/ParkerSP_AutoF.jpeg