Előfizetés a lapra

Madárdal a világűrből

A hét kutatója, Antarktisz, fizika, geofizika, interjú, kórus, plazmaszféra, világűr, whistler

2016/04/13

Lichtenberger János az ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszékének professzora az űrből érkező madárdalt tanulmányozza. Ha hozzátesszük, hogy ennek az interjúnak a válaszait az Antarktiszról küldte, akkor nagyon különös kép alakulhat ki róla az olvasóban. Pedig valójában a felsőlégkör olyan különös jelenségeit kutatja, mint a whistlerek és a kórusok. Ezek révén következtethetnek a szakemberek olyan folyamatokra, amelyek veszélyesek lehetnek a műholdakra, s így a mindennapi életünkre is.

– Fizikusként hogyan került a felsőlégkör kutatásába?

– Kalandos úton. 1980-ban végeztem az ELTÉ-n, diplomamunkámban forgó fekete lyukakkal foglalkoztam, de ebben a témában nem volt könnyű állást találni. Elhatároztam, hogy amíg nem találok állást, tovább járok egyetemre és elvégzem a matematikus szakot. Erről azonban lebeszéltek, mert ha elméleti fizikusként nincs állásom, matematikusként még kevésbé lesz. Mivel számos geofizikus barátom volt, ezért arra gondoltam, hogy geofizikával folytatom a tanulmányaimat Mielőtt azonban ténylegesen elkezdtem volna a geofizikus szakot, Barta György professzor, a Geofizikai Tanszék akkori vezetője felajánlotta, hogy dolgozzak az Űrkutató Csoportban, ahonnan éppen akkor ment el a Földmérési Intézetbe Tarcsai György, aki a magyar whistlerkutatás egyik megalapozója volt. Az ajánlatot elfogadtam, remélve, hogy előbb-utóbb csak lesz „rendes” állásom. Ennek 36 éve, azóta is itt dolgozom, mert megfogott a terület.

 A Nap-Föld rendszer dinamikáját vizsgálom, amit az utóbbi időben úgy neveznek, hogy űridőjárás. Beletartozik a napfizika, a bolygóközi mágneses tér, a földi magnetoszféra és ionoszféra vizsgálata is. Elsősorban a magnetoszférával, azon belül is plazmaszférával és a földi sugárzási övekkel foglalkozom. Kutatásaimhoz elsősorban rádióhullámokat használok, melyeket műholdakon és földi mérőállomásokon is regisztrálunk. A rádióvevőket (mind a földieket, mind a fedélzetieket) mi tervezzük és készítjük.

– Mik azok a whistlerek és kórusok?

– A whistlerek nagyon alacsony frekvenciájú rádióhullámok, melyeket közönséges villámok keltenek. A hullámok az ionoszférán keresztül eljutnak a magnetoszférába is, ahol a földi mágneses tér erővonalai mellett, az úgynevezett vezetőcsatornákban terjedve eljutnak a másik féltekére, ahol megfelelő vevővel észlelni lehet őket. Mivel a felsőlégkör mágneses térbe ágyazott plazmából áll, a rádióhullámok terjedési sebessége függ a hullám frekvenciájától. Ezért a villám által keltett, körülbelül 1 milliszekundumnyi impulzusból 0,5–1,5 másodperc hosszú szétkent jel lesz. Ezek a rádióhullámok pontosan ugyanabban a frekvenciatartományban vannak, mint a közönséges hanghullámok, így hangszóróra kapcsolva mélyülő füttyként hallatszanak. Innen ered a nevük. A jel torzulásából vissza lehet fejteni, hogy hol, milyen viszonyok között terjedt, azaz meg tudjuk mondani, melyik erővonal mellett történt ez és ott milyen volt az elektronok sűrűsége.

 A kórusok szintén természetes eredetű jelek, de nem a földön, hanem 20–30000 km magasságban, az Egyenlítő környékén, a külső sugárzási övben keletkeznek az ott lévő és a mágneses erővonalak mentén mozgó, néhányszor 10 keV-os energiájú elektronok hőmérsékleti eloszlásának egyenetlensége miatt. Ezek hangja a tavaszi hajnalok madárkórusára emlékeztet. Ezek a rádiójelek aztán az Egyenlítő környékéről kiindulva akár a földre is eljuthatnak.

– Tehát van földi jelentőségük is?

– Van, méghozzá a szó valódi és átvitt értelmében egyaránt. A kórusokat ugyanis energikus elektronok keltik, azaz fontos jelzői az elektronok meglétének és mennyiségének. Miután elindulnak az egyenlítő környékéről, képesek arra, hogy a mágneses erővonalak mentén mozgó elektronoknak energiát adjanak át, felgyorsítva azokat akár relativisztikus (1–10MeV) energiákra. Ezek a relativisztikus elektronok mozgásuk során találkozhatnak műholdakkal, és azok elektronikus egységeit, műszereit tönkre is tehetik. Mivel mai életünk nagyban függ a (nem olcsó) műholdaktól – gondoljunk csak a helymeghatározásra (GPS), távközlésre (telefon, internet, műsorszórás), időjárási és földmegfigyelő műholdakra –, ezek megóvása elsőrendű fontosságú. Nem véletlen, hogy világszerte nagy energiákat és pénzeket fektetnek be ezek kutatásába.

 A Föld mágneses terének erővonalai. A távolságok földsugáregységben vannak megadva. A whistlerek az erővonalak mentén kialakuló vezetőcsatornákban terjedve érik el a másik féltekét. Az ábra jobb oldalán lévő narancsszínű tartományban alakulnak ki a kórusok.

Tudnunk kell például, hogy a nagyenergiájú részecskék mikor keleteznek, és mennyi ideig maradnak meg, ismernünk kell a kiindulási állapotot (kórusok keletkezése) és a változásokat (gyorsítási folyamat). És itt kerülnek elő a whistlerek, ugyanis abban a hullám-részecske kölcsönhatásban, amelyben a relativisztikus elektronok keletkeznek a háttér­plazma sűrűsége az egyik kulcs­paraméter, ezt pedig a whist­le­rek­ből kaphatjuk meg.

– Ezen a területen hol a helye a magyar kutatóknak a világban?

– A whistlerkutatásban csoportunk régóta a világ élvonalában van. Jól mutatja ezt, hogy nemrégiben nyertünk el egy EU-s támogatást, a PLASMON FP7-Space projektet, jelenlegi kutatásainkat OTKA és ESA pályázatok is támogatják, mi hoztuk létre azt az egyedülálló, globális földi mérőhálózatot (AWDANet), amelynek több mint 20 állomása van szerte a világon. Emellett nem csak földi, hanem műholdas mérések is segítik kutatásainkat. Az utóbbi 25 évben több SAS hullámelemző műszerünk is repült különböző műholdakon, sőt a Nemzetközi Űrállomásra is felkerült (OBSTANOVKA-kísérlet). Jelenleg folyik a Chibis-M és az OBSTANOVKA kísérletek folytatásának előkészítése, most épp a szükséges források előteremtése az egyik nehéz feladat...

– Ennek a témának a vizsgálata viszonylag régóta folyik hazánkban is. Mi újat hozhat az antarktiszi expedíció?

– Az Antarktisz három ok miatt is fontos hely az űridőjárási kutatásokban. Egyrészt a nagy mágneses szélességű helyeken, ahol felszíni űridőjárási mérések elvben lehetségesek, az északi féltekén nincs szárazföld, délen viszont ott az Antarktisz. Másrészt a Föld forgástengelyének és a mágneses tér tengelyének eltérése miatt (ez az úgynevezett dél-atlanti anomália oka) az antarktiszi félsziget és az Antarktisz pereme az a terület, ahol a sugárzási öveken keresztülhaladó mágneses erővonalak elérik a felszínt. Ezeken a helyeken lehet észlelni a sugárzási övek dinamikájához kapcsolódó rádióhullámokat és az onnan kicsapódó töltött részecskéket. A harmadik fontos ok a civilizáció hiánya: ezeket a méréseket csak olyan helyekre érdemes telepíteni, ahol a természetes jeleket nem nyomja el az ipari-civilizációs zaj. És az itteni kutatóállomásokon rendelkezésre áll a megfelelő infrastruktúra is.

A belga antarktiszi állomás, a Princess Elisabeth

 A munka a belga Princess Elisabeth kutatóállomáson az AWDANet vagyis az automatikus whistler érzékelő és elemző hálózat itteni, új vevőjének telepítése. Ez a vevőállomás két újdonság miatt fontos: a kórusok a sugárzási övek azon tartományában keletkeznek, amelyik kívül esik a plazmaszféra határán (a plazmaszféra és a külső sugárzási öv részben átfedi egymást). Ez az állomás ilyen mágneses szélességen fekszik, ezeken a szélességeken eddig nem volt ilyen mérés, azaz itt lehetőség van ezeknek a jeleknek gyakoribb észlelésére, amelyek a kisebb szélességű állomásokon csak olykor-olykor fordulnak elő. Whistlerek szempontjából fordított a helyzet. Ezen a szélességen a klasszikus elmélet szerint csak ritkán fordulhatnak elő. A Nemzetközi Geofizikai Év (1957-58) alatt azonban dán kollégák Grönlandon is észleltek whistlereket, amelyik hasonló mágneses szélességen található – csak az északi féltekén. Arra számítunk, hogy az itteni eredmények segítenek tisztázni ezt a kérdést is.

 TRUPKA ZOLTÁN

2016/7