W głębinach kosmosu, tam gdzie nieustanny strumień cząstek ze Słońca spotyka się z magnetyczną tarczą naszej planety, rodzi się nowa era badań naukowych. W centrum tej rewolucji znajduje się misja Smile (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), ambitny wspólny projekt Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i Chińskiej Akademii Nauk (CAS). Cel tej misji jest wyjątkowy: po raz pierwszy zarejestrować globalną interakcję między wiatrem słonecznym a magnetosferą Ziemi w czasie rzeczywistym, czyniąc dotychczas niewidoczne procesy widzialnymi. Start planowany jest na 2026 rok, a Smile obiecuje odkryć tajemnice pogody kosmicznej, które bezpośrednio wpływają na nasz technologiczny świat.

Ta misja stanowi kamień milowy we współpracy w dziedzinie badań kosmicznych, łącząc wiedzę i zasoby Europy i Chin w przedsięwzięciu, które na nowo zdefiniuje nasze rozumienie dynamicznych procesów kształtujących środowisko kosmiczne wokół Ziemi. Smile dostarczy nam pierwszych filmów i obrazów interakcji wiatru słonecznego z polem magnetycznym Ziemi, umożliwiając naukowcom śledzenie całego łańcucha zdarzeń, od nadejścia wiatru słonecznego po jego wpływ na naszą planetę.

Cele Naukowe Misji: Zrozumienie Kosmicznej Bitwy

Ziemia jest nieustannie bombardowana przez wiatr słoneczny, strumień naładowanych cząstek, które Słońce wyrzuca z prędkością setek kilometrów na sekundę. Na szczęście nasza planeta ma potężną obronę: magnetosferę, niewidzialny magnetyczny bąbel, który odbija większość tych cząstek. Jednak ta interakcja nie jest prosta; jest dynamiczna i czasami dramatyczna, a jej skutki odczuwamy jako pogodę kosmiczną. Głównym celem naukowym misji Smile jest zbadanie właśnie tego fundamentalnego połączenia. Misja skupi się na badaniu, w jaki sposób energia i cząstki wiatru słonecznego są przenoszone do magnetosfery Ziemi. Szczególny nacisk zostanie położony na proces znany jako rekoneksja magnetyczna, kluczowy mechanizm, który pozwala wiatrowi słonecznemu „przebić” naszą tarczę magnetyczną po dziennej stronie Ziemi. Smile będzie jednocześnie obserwować globalne skutki tej interakcji, takie jak burze i subburze geomagnetyczne, które mogą uszkadzać satelity, zakłócać systemy komunikacyjne i nawigacyjne, a nawet powodować przerwy w dostawie prądu na Ziemi. Obserwując cały proces, od początkowego zderzenia do ostatecznych konsekwencji w postaci zorzy polarnej (aurory), Smile zapewni kompletny obraz, którego dotychczas brakowało.

Innowacyjne Instrumenty dla Nowego Spojrzenia w Kosmos

Aby zrealizować swoje ambitne cele, statek kosmiczny Smile, ważący około 2,3 tony, jest wyposażony w cztery najnowocześniejsze instrumenty naukowe, które będą działać w sposób skoordynowany. Dwa z nich to instrumenty obrazujące, które zapewnią globalny widok, podczas gdy pozostałe dwa dokonują pomiarów w miejscu lokalizacji statku (in-situ).

• Soft X-ray Imager (SXI): To „gwiazda” misji. SXI to teleskop o szerokim polu widzenia, który wykorzystuje innowacyjną optykę „homarowego oka” do wykrywania miękkich promieni rentgenowskich. Promienie te powstają, gdy wysoko naładowane jony z wiatru słonecznego zderzają się z neutralnymi atomami w najdalszych częściach atmosfery ziemskiej, egzosferze. Po raz pierwszy SXI będzie w stanie zobrazować granice magnetosfery Ziemi – falę uderzeniową (bow shock) i magnetopauzę – pozwalając naukowcom zobaczyć, jak te granice poruszają się i zmieniają pod wpływem wiatru słonecznego.


• Ultraviolet Imager (UVI): Ten instrument zapewni najdłuższą ciągłą obserwację zorzy północnej do tej pory. UVI będzie rejestrować promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez cząstki wchodzące w górne warstwy atmosfery Ziemi. Ponieważ SXI i UVI będą obserwować jednocześnie, naukowcy będą mogli bezpośrednio powiązać zdarzenia na skraju magnetosfery z intensywnością i lokalizacją zorzy polarnej, dostarczając kluczowego ogniwa w zrozumieniu łańcucha przyczynowo-skutkowego pogody kosmicznej.


• Light Ion Analyzer (LIA): Ten instrument będzie bezpośrednio mierzyć właściwości cząstek wiatru słonecznego i tych wewnątrz magnetosfery. Składa się z dwóch czujników umieszczonych po przeciwnych stronach statku kosmicznego w celu pomiaru gęstości, prędkości i temperatury jonów (głównie protonów i cząstek alfa) przelatujących obok satelity. Dane te zapewnią kluczowy kontekst dla obrazów rejestrowanych przez SXI i UVI.


• Magnetometer (MAG): Umieszczony na wysięgniku o długości 3 metrów, aby uniknąć zakłóceń magnetycznych z samego statku kosmicznego, magnetometr będzie precyzyjnie mierzyć siłę i kierunek pola magnetycznego wiatru słonecznego i magnetosfery Ziemi. Dane te są niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób pola magnetyczne splatają się i ponownie łączą, napędzając procesy energetyczne w kosmosie.

Partnerstwo, Które Przesuwa Granice

Smile to nie tylko zaawansowana technologicznie misja, ale także znaczące przedsięwzięcie geopolityczne i naukowe. Jest to pierwsza misja, w której Europejska Agencja Kosmiczna i Chińska Akademia Nauk współpracowały od samego początku – od wspólnego zaproszenia do składania propozycji w 2015 roku, poprzez wspólny wybór, projekt, rozwój, aż po przyszły start i operacje. Ta głęboka współpraca pokazuje, jak można osiągnąć cele naukowe, gdy zasoby i wiedza są łączone ponad kontynentami. W tym podziale pracy ESA jest odpowiedzialna za moduł ładunkowy (Payload Module), w którym znajdują się instrumenty, sam start, jeden z instrumentów naukowych (SXI) i część operacji naukowych. Z drugiej strony, CAS zapewnia samą platformę statku kosmicznego, trzy instrumenty naukowe (UVI, LIA, MAG), a także całościowe operacje misyjne i naukowe po starcie. Ta synergia umożliwiła stworzenie misji, która dla każdej z agencji osobno byłaby znacznie trudniejsza do zrealizowania.

Ostatnie Przygotowania Przed Startem

Aby upewnić się, że statek kosmiczny jest gotowy na surowe warunki kosmosu, Smile niedawno przeszedł intensywną czteromiesięczną fazę testów w technicznym sercu ESA, centrum ESTEC w Holandii. Inżynierowie z Europy i Chin, w tym eksperci z firm takich jak Airbus i European Test Services, pracowali razem, aby poddać Smile serii rygorystycznych kontroli. Testy symulowały wszystkie wyzwania, z jakimi zmierzy się statek kosmiczny: od silnych wibracji i hałasu podczas startu rakiety, przez ekstremalną próżnię kosmosu, po szoki termiczne spowodowane naprzemiennym działaniem bezpośredniego światła słonecznego i ciemności. Kluczowi członkowie zespołu, tacy jak David Agnolon, kierownik projektu Smile z ramienia ESA, i Li Jing, kierownik projektu z ramienia CAS, wraz ze swoimi zespołami inżynierów, takimi jak Chris Runciman, Laura Malene Lottes, Benjamin Vanoutryve, He Tau i Zhu Xiaofei, nadzorowali te kluczowe testy. Pomyślne zakończenie tej fazy stanowi ogromny krok naprzód i potwierdzenie, że Smile jest wytrzymały i gotowy do swojej podróży.

Podróż na Skrzydłach Rakiety Vega-C

Gdy w końcu będzie gotowa, misja Smile rozpocznie swoją podróż na unikalną, wysoce eliptyczną orbitę z europejskiego portu kosmicznego w Kourou w Gujanie Francuskiej. Do startu wybrano europejską rakietę Vega-C, potężny i wszechstronny nośnik zaprojektowany do przenoszenia ładunków średniej wielkości. Vega-C, o wysokości około 35 metrów, jest w stanie dostarczyć ładunek o masie ponad dwóch ton na orbitę polarną, co czyni ją idealną dla potrzeb misji Smile. Trajektoria misji została starannie zaprojektowana. Smile zostanie umieszczony na orbicie o wysokim nachyleniu i wydłużeniu, która zabierze go na wysokość prawie 120 000 kilometrów, co stanowi prawie jedną trzecią odległości do Księżyca. Z tego odległego punktu nad biegunem północnym statek kosmiczny spędzi około 80% swojego czasu, co zapewni mu doskonały widok do rejestrowania globalnych obrazów magnetosfery. Orbita ta minimalizuje również czas spędzany w niebezpiecznych pasach radiacyjnych Van Allena, chroniąc wrażliwe instrumenty i zapewniając długowieczność misji, która nominalnie jest planowana na trzy lata. Wszystkie najnowsze wiadomości i postępy misji można śledzić na oficjalnej stronie esa.int/smile.

Źródło: European Space Agency