Előfizetés a lapra

Hol tart az űridőjárás előrejelzése?

A hét kutatója, fizika, interjú, Nap, űrfizika, űridőjárás

2017/10/03

Az idei szeszélyes tavaszon sokat beszéltünk a földi időjárásról, de egyre többet foglalkoznak az űridőjárással is, legalábbis a szakemberek. Többször írtunk a magyar vonatkozású kutatásokról, nemrégiben pedig Gombosi Tamás űrfizikus, a Michigani Egyetem Űrkörnyezet-modellező Központ alapítója, az MTA külső tagja tartotta székfoglalóját Viharok a világűrben címmel. Ebből az alkalomból beszélgettünk vele arról, hol tart az űridőjárás előrejelzése.

(TRUPKA ZOLTÁN FELVÉTELE)

– Ön volt az első űrfizikus Magyar­országon. Azóta mennyit változott ennek a tudománynak a megítélése és fontossága?

– Úgy pontosítanám, hogy az első főállású űrfizikus én voltam Magyarországon. 1970-ben végeztem az ELTE-n, de Almár Ivánék már folytattak ilyen irányú megfigyeléseket a 60-as években is. Ez persze akkor még nagyon „egzotikus” alapkutatás volt, hiszen először mindig az alapokat kell megérteni. Én a 80-as évek közepétől Amerikában élek, így csak azt tudom elmondani, hogy ott mi történt. Persze van kapcsolatom a magyar kutatókkal, többen a tanítványaim voltak és szívesen adok tanácsokat vagy cserélünk tapasztalatot. Igazából a 90-es évek közepén kezdett komolyan fölmerülni, hogy amit addig megtanultunk, azt hogyan lehet a gyakorlatban hasznosítani, már ami az űridőjárást illeti. Az egész űridőjárás-prog­ram ugyanis akkor indult el Amerikában, Európában talán az utóbbi 5-6 évben kezdték komolyabban venni.

– Ön a Szovjet Űrkutatási Intézet-ben, a híres IKI-ben szerezte meg az űrfizikával kapcsolatos alapismereteket és gyakorlati tapasztalatokat. Fel tudta ezeket használni Amerikában is?

– Hosszú és kalandos történet az, ahogyan az IKI-be kerültem, és tulajdonképpen az ott elért eredményeim révén jutottam el Michiganbe. Az alaptudásomat valóban a Szovjetunióban szereztem meg, és ma is nagyon jól tudom hasznosítani, hiszen a fizika ugyanaz. Az oroszok hagyományosan jobb fizikusok és jobb matematikusok általában, az amerikaiak viszont gyakorlatiasabbak, rugalmasabbak és sokkal-sokkal jobban kihasználják a modern számítógépeket. Most is jók a kapcsolataim az oroszokkal. Októberben a Szputnyik-1 repülésének 60. évfordulója alkalmából lesz egy nagy ünnepség Moszkvában, arra is meghívtak előadni.

– A székfoglalójában elmondta, hogy 50 millió dollárt költöttek a michigani rendszer létrehozására. Ez azt jelenti, hogy már nemcsak néhány fizikus elvont témájáról van szó, hanem valamire tényleg jónak kell lennie. Az USA-ban tulajdonképpen miért foglalkoznak űridőjárással?

 – Amerikában nagy figyelmet fordítanak a katasztrófák következményeinek elhárítására. Egy 8-as földrengés vagy egy nagy cunami a nyugati parton több százmilliárd dolláros károkat okozhat, ezért kidolgoztak egy nemzeti infrastruktúra-védelmi programot a kritikus helyzetekre. Ez többszörös rétegben van biztosítva és földrajzilag szétosztva, hogy egy tragédia ne tudja az egész rendszert használhatatlanná tenni. Az űridőjárás előrejelzése is része ennek.

 Napkitörés a NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) képén

Azt azért megjegyzem, hogy ez a kifejezés „csak” egy analógia. Az űridőjárás gyakorlatilag a Napból érkező hatások összességéről ad számot, ami befolyásolja a Földet és környezetét. Az űrviharok a Nap felszíni mágneses terének átrendeződése által keltett hatalmas koronakitörések következményei. A mágneses erők hatására a kidobódó plazmafelhő gyorsan távolodik a Naptól, és amikor eléri a Földet, geomágneses vihar keletkezik. A modern technológiai rendszerek, a mobiltelefonok, a GPS, a távközlés megbénulhat a nagy űrviharok ideje alatt. Egy nagyon nagy napkitörés akár hónapokra is használhatatlanná teheti a villamosenergia-hálózatot, ami azt jelenti, hogy semmi nem fog működni, mert áram nélkül ma már semmi nem megy. Az egész bankrendszer összeomolhat, akár­csak a központi számítógépek, központi tárolók, nem lehet pénzhez jutni, leáll a termelés, az egészségügy stb. Nem is részletezném tovább, hogy milyen következményei lennének. Az ilyen eseményeket először meg kell érteni és aztán felmérni, hogy milyen következményei lehetnek. Statisztikusan 100–150 évenként lehet számítani egy ilyenre, de tulajdonképpen bármikor jöhet, és fel kell készülni rá.

– Ezért hozta létre a michigani rendszert?

– A 90-es évek elején már megbízható műholdjaink voltak, az elméleti plazmafizikát is elég jól értettük, de nem lehetett az egészet oly módon modellezni, hogy a korabeli számítástechnika kezelni tudta volna. A megoldáshoz egy alkalmazkodó rácsot használtunk, amellyel már nagyságrendekkel kevesebb számítógépes erőforrásra volt szükségünk. Kicsit szerencsém is volt, mivel a Michigani Repülőmérnöki Tanszék akkoriban vette fel a világ két vezető kutatóját a számítógépes gázdinamika területéről. Beszélgettünk, és fölmerült, hogyan lehetne a gázdinamikai kutatások módszereit űrplazmákra is alkalmazni. Új módszereket találtunk ki, ami nagy vitákat váltott ki szakmai körökben, de 2000-re megnyertük a „háborút” és attól kezdve ez a dolog már saját lendületéből ment tovább. Az eljárással lehetővé vált a teljes Nap–Föld-rendszer valósághű számítógépes modellezése. Ezen a módszeren alapul az Űridőjárás-modellezési Keretrendszer, ezt használja a NASA és az USA állami űridőjárás-előrejelző szolgálata.

– Ez azt jelenti, hogy készen van a michigani rendszer?

– Készen van, ám folyamatosan fejlődik, javul, gyorsul, megbízhatóbb lesz. Kicsit olyan, mint egy operációs rendszer. Nem az, de nevezhetnénk akár űridőjárás-operációs rendszernek is. Ez a számítógépes modell is fejlődik, de viszonylag stabil része az egésznek. Maguk a domain-programok, tehát az egyes fizikai régiók vagy folyamatok leírása javul idővel. Ha van egy újabb és jobb program, akkor azt be lehet tenni a keretrendszerbe vagy ki lehet cserélni egy újra.

– Mennyire megbízható az űridőjárás előrejelzése?

– A földi időjárást 50 évvel előttünk kezdték számítógépekkel modellezni. Körülbelül 20 éve lett a számítógépes időjárás-előrejelzés jobb, mint a kézi szinoptikus előrejelzés. A meteorológusok már nem kis térképeken húzgálták a vonalakat, a számítógép „meg tudta verni” az embert. Ma mindenki szidja a meteorológiai előrejelzést, de az nagyságrendekkel jobb, mint a kézi előrejelzés. Mi még ott tartunk, hogy éppen meg tudjuk verni az embert. Még óriási fejlődésen kell keresztülmenni, hogy ez igazán hasznos legyen.

A napszél és a Föld magnetoszférájának kölcsönhatása

– Ez már csak technikai kérdés, vagy kell még hozzá a kutatói kreativitás?

– Hogyne. Egy csomó alapfizikát még mindig nem értünk. Pillanatnyilag az űrfizika élvonalának a kinetikus fizika számít. Az elektronskála, ahol szinte csak az egyedi részecskék hatnak egymással kölcsön és ahol a mágneses tér átrendeződése lejátszódik, 10–100 méter nagyságrendű az űrben. Ma sem értjük, hogy a mágneses átrendeződés során a részecskék és a mágneses tér hogyan hatnak egymással kölcsön. Ez nemcsak az űrfizika szempontjából lenne fontos, hanem a fúziós energiatermelés végett is. Ha ezt a „mágneses reconnection”-nak nevezett problémát megoldjuk, az várhatóan a mágneses fúziót is forradalmasítani fogja. A most zajló MMS űrmisszió pontosan ezt a kinetikus skálát vizsgálja és nagyon érdekes eredményei vannak. A mi új módszerünkkel, amikor beépítünk egy kinetikus programot a nagy gázdinamikai program közepébe, már tudunk olyan eredményeket produkálni, amelyeket az MMS megfigyel, tehát tudjuk reprodukálni. Ez azonban vadonatúj terület, ezek még csak az első eredmények. Még rengeteg dolgot meg kell érteni ahhoz, hogy a következő nagy előrelépést meg lehessen tenni az űridőjárás előrejelzésében.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2017/25