Evropská sonda Venus Express učinila jedinečné pozorování chování ionosféry Venuše v období sníženého tlaku slunečního větru. Zjistila, že vrstva ionosféry na neosvětlené straně připomíná v tomto období spíše ocas komety.

Ionosféra je vrstva atmosféry s velkým množstvím slabě ionizovaného plynu. Vytváří jej ultrafialová a rentgenová složka slunečního záření, která vyráží elektrony z atomů plynů. Ve vyšších vrstvách atmosféry je menší hustota vzduchu a tak vzniklým iontům trvá výrazně delší dobu, než si najdou nějaký elektron k rekombinaci zpět na neutrální atom, čímž mají tedy delší životnost. V noci díky absenci slunečního svitu ionosféra řídne.

Ionosféru planety Země máme díky dlouholetému zkoumání poměrně dobře zmapovanou pozemními prostředky, přístroji na meteorologických balónech a sondážních raketách, v neposlední řadě pak i kosmickými družicemi. Víme, jak ji ovlivňuje sluneční aktivita, jak se její jednotlivé vrstvy mění na osvětlené a neosvětlené straně. Máme změřeno, které vrstvy ionosféry odrážejí které frekvence radiových vln. Tyto vlastnosti ionosféry ovlivňují například i příjem rozhlasu, což dobře ví posluchači krátkých a středních vln, jimž se s příchodem tmy výrazně změní kvalita příjmu a portfolio stanic.

Země má však své vlastní, relativně silné magnetické pole. To do jisté míry ovlivňuje tvar a hustotu ionosféry. Magnetosféra sousedí s vnější hranicí ionosféry přibližně do 1000 km nad povrchem (na noční straně, na denní je nižší) a nedovolí vysoce energetickým částicím přilétajícím ze  Slunce dostat se do ionosféry Země. Některým částicím se to přesto povede, zejména v okolí pólů, kde nám reakci částic s ionty oznámí polární záře. Sluneční vítr může ovlivnit magnetosféru, která pak ionosféru pod sebou trochu více zmáčkne, ale na nějaké výrazné výkyvy tvaru ionosféry nemá tento proud částic ze Slunce větší vliv.

O silném magnetickém poli si však ostatní vnitřní kamenné planety naší sluneční soustavy mohou nechat zdát. Jak se tedy chová ionosféra bez ochrany magnetického pole nechána napospas slunečnímu větru? Na planetách bez magnetického pole, např. Venuši, sluneční vítr ovlivňuje tok iontů z osvětlené strany na neosvětlenou tím, že tlačí na vrstvu ionosféry na osvětlené straně a zároveň vytváří tlak po obvodu terminátoru (rozhraní dne a noci), čímž vzniká tenký kanál, kterým plazma (na Venuši jsou to ve velké míře ionty kyslíku) teče rychlostí několika kilometrů za sekundu na noční stranu planety. Tam probíhá podobný proces jako na Zemi t.j. postupné řídnutí ionosféry. Navíc vnější vrstvy interagují se slunečním větrem, čímž je ionosféra udržována v malé vzdálenosti asi 300 km od povrchu Venuše magnetickým polem vytvářeným proudem slunečních částic.

V srpnu 2010 zaznamenala sonda STEREO-B, obíhající Slunce po podobné dráze jako planeta Země tehdy posunuté vůči Zemi o 45° dozadu, nezvykle nízkou sluneční aktivitu. Většinou se hustota větru pohybuje okolo 5-10 částic na cm krychlový (i když např. v květnu 1999 klesla skoro na nulu).

Konkrétně 3. a 4.srpna 2010 klesla hustota slunečního větru na pouhých 0,1 částic na cm krychlový. Na této hodnotě setrvala přibližně 18 hodin a pak opět začala stoupat. Vědce zainteresované na sondě Venus Express a také tým z Institutu Maxe Plancka pro solární výzkum napadlo podívat se, co v inkriminovanou dobu zaznamenala evropská sonda u Venuše.

Klíčové údaje poskytly dva přístroje Venus Expressu – Magnetometr (MAG) a  analyzátor kosmického plazmatu a energetických atomů (Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms – ASPERA-4). Zaznamenaly hustotu slunečního větru pouhé 0,2 částice na cm krychlový a pokles dynamického tlaku na 0,1 nPa, což je asi 50 krát nižší hodnota, než je obvyklé.

Změny ionosféry se začaly projevovat asi 30-60 minut od poklesu sluneční aktivity. Tok iontů podél terminátoru se znatelně zpomalil a celý kanál se roztáhl, protože mu nebránil boční tlak slunečních částic. Během několika hodin se ionosféra na neosvětlené straně Venuše rozvinula do tvaru kapky. Ta se klenula do vzdálenosti 15 000 km. Respektive toto byla nejzazší vzdálenost kudy prolétal Venus Express, přičemž ionty zaznamenal. Sonda provedla dvě měření. Více ani nemohla, protože její polární eliptická dráha 250 x 66 000 km je nastavena tak, aby jeden oblet Venuše trval 24 hodin (pokles sluneční aktivity naproti tomu trval jen 18 hodin).

Vše nasvědčuje tomu, že s přibývajícím časem se mohla kapka roztáhnout do ohonu, podobném kometárnímu, který mohl dle optimistických předpokladů dosahovat do vzdálenosti milionů kilometrů. Po opětovném zesílení slunečního větru se ionosféra v důsledku eroze vysokoenergetickými slunečními částicemi  opět vracela do své původní podoby před poklesem.

Vědci však díky této události mají poměrně jasno v otázce, jak se projeví slabý sluneční vítr na planetách bez vlastního silného magnetického pole. Před touto anomálií se nabízely dvě varianty řešení.

1. Tok plazmatu se zvýší, protože se rozšíří kanál v důsledku snížení bočního tlaku větru

2. Tok plazmatu se sníží v důsledku poklesu tlaku slunečního větru na osvětlenou stranu

Ukázalo se, že správně je 1. možnost. Tlak zepředu sice není takový, takže se zmenší rychlost částic v kanálu. Ovšem to je kompenzováno výrazným rozšířením kanálu, přes který tak může projít větší počet iontů. Navíc je omezena i eroze vnějšího obalu ionosféry. Podobné výsledky vědci očekávají i u Marsu a dalších planet bez magnetosféry.  Na spodním obrázku si můžete prohlédnout, jak se liší ionosféra Venuše při normálním a při slabém slunečním větru. Sluneční vítr přichází zleva. Žluté linky jsou  jeho magnetické siločáry, okrově je naznačena ionosféra a modrý opar je oblast reakce iontů se slunečními částicemi.

Kromě zajímavých výsledků fyzikálních, ukázal tento výzkum i důležitost mezinárodní kooperace a sdílení dat z kosmických sond a dalších projektů kosmických agentur. Sonda STEREO-B, kterou provozuje NASA, může příště přinést údaje o nějaké další anomálii sluneční aktivity a evropské sondy u Marsu a Venuše zpřesní dosavadní výsledky nebo odhalí opět něco nového.

Zdroje informací:
http://www.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://fyzika.jreichl.com
http://astronomia.zcu.cz

Zdroje obrázků:
http://spaceinimages.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2013/01/comet-like_ionosphere_at_venus/12499295-1-eng-GB/Comet-like_ionosphere_at_Venus.jpg
http://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2006/04/artist_s_impression_of_venus_express_orbit_insertion/9547701-4-eng-GB/Artist_s_impression_of_Venus_Express_orbit_insertion_medium.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/327687main_mkaiser_vid_02_1280.jpg
http://esamultimedia.esa.int/images/venusexpress/37_CUTAWAY8_H.jpg