Μελέτη εκρηκτικών ηλιακών επεισοδίων από Έλληνες ερευνητές

Ένα σημαντικό ερευνητικό έργο στον τομέα της Διαστημικής Φυσικής, το πρώτο στην Ελλάδα με χρηματοδότηση από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (European Space Agency, ESA), ολοκληρώθηκε πρόσφατα από ερευνητές του Ινστιτούτου Διαστημικών Εφαρμογών και Τηλεπισκόπησης του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (ΙΔΕΤ/ΕΑΑ), σε συνεργασία με την Ομάδα Κοσμικής Ακτινοβολίας του Πανεπιστημίου Αθηνών. Πρόκειται για το έργο "SREM Solar Particle Event Scientific Analysis", το οποίο αφορά την ανάλυση των μετρήσεων ενεργειακών ηλιακών σωματιδίων από τον ανιχνευτή σωματιδιακής ακτινοβολίας SREM της ΕSA. Aποτέλεσμα του έργου αναμένεται να είναι η δημιουργία συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης για εκρηκτικά ηλιακά επεισόδια που επηρεάζουν τη γήινη μαγνητόσφαιρα, αλλά και συνολικά τον διαπλανητικό χώρο.
Από το 2005 που η Ελλάδα έγινε πλήρες μέλος της ESA υπάρχουν ολοένα και περισσότερα ερευνητικά έργα χρηματοδοτούμενα από την ESA, αλλά στην προκειμένη περίπτωση πρόκειται για το πρώτο χρηματοδοτημένο έργο που αφορά την επιστημονική εξερεύνηση, "χαρτογράφηση" και κατανόηση του διαστημικού χώρου. Όλες οι άλλες περιπτώσεις αφορούν διαστημικές εφαρμογές (γεωσκόπηση, δορυφορική πλοήγηση και δορυφορικές τηλεπικοινωνίες) και ανάπτυξη διαστημικής τεχνολογίας.
Αντικείμενο του έργου "SREM Solar Particle Event Scientific Analysis" είναι η εκτενής μελέτη εκρηκτικών ηλιακών επεισοδίων, τα οποία λόγω του κινδύνου που αντιπροσωπεύουν τόσο για τα υποσυστήματα των δορυφόρων, όσο και για τους αστροναύτες επανδρωμένων αποστολών, ενδιαφέρουν ιδιαίτερα τόσο την ESA όσο και τη NASA. Η μελέτη των εκρηκτικών ηλιακών επεισοδίων γίνεται με τη επεξεργασία, μοντελοποίηση και ερμηνεία διαστημικών μετρήσεων ενεργειακών ηλιακών σωματιδίων και συμπληρωματικών παρατηρήσεων των φαινομένων στον Ήλιο, που "γεννούν" τα ενεργειακά σωματίδια. Οι μετρήσεις ενεργειακών ηλιακών σωματιδίων προέρχονται από τον ανιχνευτή σωματιδιακής ακτινοβολίας SREM (Standard Radiation Environment Monitor) της ESA, που βρίσκεται εγκατεστημένο σε έξι διαστημικές αποστολές της ESA: PROBA-1, INTEGRAL, Rosetta, Herschel, Planck και Giove-Β (που είναι το δεύτερο σκάφος του ευρωπαϊκού συστήματος δορυφορικής πλοήγησης Galileo).
Τα εκρηκτικά ηλιακά επεισόδια ξεκινούν με την εμφάνιση ηλιακών εκλάμψεων ή στεμματικών εκτινάξεων ηλιακής μάζας και καταλήγουν στην εκροή ενεργειακών πρωτονίων και ηλεκτρονίων στον διαπλανητικό χώρο, κυρίως σε περιόδους έντονης ηλιακής δραστηριότητας, δηλαδή κοντά στο μέγιστο του ηλιακού κύκλου.
Το έργο της λεπτομερούς επιστημονικής ανάλυσης των δεδομένων των μετρητών SREM ανατέθηκε από την ESA, κατόπιν ανοικτής πρόσκλησης υποβολής προτάσεων, στο Ινστιτούτο Διαστημικών Εφαρμογών και Τηλεπισκόπησης του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (ΙΔΕΤ/ΕΑΑ). Σκοπός της ανάλυσης είναι η καλύτερη κατανόηση των φυσικών μηχανισμών που δημιουργούν και ελέγχουν τα εκρηκτικά ηλιακά επεισόδια, καθώς και η μοντελοποίηση της εξέλιξής τους στην ηλιόσφαιρα και τη γήινη μαγνητόσφαιρα, έτσι ώστε μακροπρόθεσμα να δημιουργηθούν συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης για την προστασία τόσο των διαστημοσυσκευών όσο και των αστροναυτών.
Ο ανιχνευτής SREM είναι ένα σύστημα ανιχνευτών στερεάς κατάστασης πυριτίου (Si) και καταγράφει πρωτόνια ενέργειας άνω των 10 MeV και ηλεκτρόνια ενέργειας άνω των 500 KeV. Οι μετρήσεις του SREM καταχωρούνται σε 15 καταμετρητές, η απόκριση των οποίων εξαρτάται από την ένταση και τη συνιστώσα (πρωτονική, ηλεκτρονική) της σωματιδιακής ακτινοβολίας. Στο πλαίσιο του έργου, το ΙΔΕΤ/ΕΑΑ ανέπτυξε μια καινοτόμο μέθοδο για το "αντίστροφο πρόβλημα" του υπολογισμού των ροών ενεργειακών πρωτονίων και ηλεκτρονίων, χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις των καταμετρητών του SREM. Η μέθοδος χρησιμοποιεί αλγορίθμους που λαμβάνουν υπόψη τα χαρακτηριστικά του SREM και βασίζεται στην τεχνική αποδόμησης ιδιαζουσών τιμών του πίνακα απόκρισης του οργάνου.
Οι ροές πρωτονίων στον διαπλανητικό χώρο, όπως υπολογίστηκαν από τις μετρήσεις του SREM με τη νέα μέθοδο που ανέπτυξε το ΙΔΕΤ/ΕΑΑ, συσχετίστηκαν με μία πληθώρα παρατηρήσεων ηλιακών εκλάμψεων και στεμματικών εκτινάξεων ηλιακής μάζας, σε διάφορα μήκη κύματος του ηλιακού ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Σύμφωνα με τον Ιωάννη Δαγκλή, Διευθυντή του ΙΔΕΤ/ΕΑΑ και επιστημονικό υπεύθυνο του έργου, "Οι λεπτομερείς αναλύσεις χρονοσειρών και δισδιάστατων εικόνων από διαστημικά όργανα, εγκατεστημένα σε δορυφόρους όπως οι SOHO, TRACE, RHESSI, Wind και Hinode, που παρατηρούν σχεδόν αδιάλειπτα τον Ηλιο, ανέδειξαν τη σαφή σχέση των ηλιακών γενεσιουργών φαινομένων με τις καταγεγραμμένες μετρήσεις του SREM, καθώς και τη χρησιμότητα του παραπάνω ανιχνευτή ως ένα νέο αξιόπιστο και πολύτιμο σύστημα προειδοποίησης επικίνδυνων έκτακτων ηλιακών επεισοδίων, τα οποία είναι επικίνδυνα για τους αστροναύτες και επηρεάζουν τη λειτουργία δορυφόρων στη γήινη μαγνητόσφαιρα και τον διαπλανητικό χώρο."
Η ερευνητική ομάδα του ΙΔΕΤ/ΕΑΑ που υλοποίησε το έργο έχει μακρά πείρα στην ανάλυση και την ερμηνεία δεδομένων από επίγειες και διαστημικές πειραματικές διατάξεις, αλλά και στη μοντελοποίηση φυσικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο, τον διαπλανητικό χώρο και τη γήινη μαγνητόσφαιρα.
Στο πλαίσιο του έργου, το ΙΔΕΤ/ΕΑΑ συνεργάστηκε με την Ομάδα Κοσμικής Ακτινοβολίας του Τμήματος Φυσικής στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ), που είχε την ευθύνη συσχέτισης των επεισοδίων ενεργειακών ηλιακών σωματιδίων με σχετικές καταγραφές από επίγειους μετρητές νετρονίων, ένας εκ των οποίων λειτουργεί στο ΕΚΠΑ. Συγκεκριμένα στο έργο συμμετείχαν, από πλευράς ΙΔΕΤ/ΕΑΑ οι: Ιωάννης Δαγκλής (συντονιστής), Αναστάσιος Αναστασιάδης, Ingmar Sandberg, Κωνσταντίνος Τζιότζιου, Ιωάννης Παναγόπουλος, και από πλευράς ΕΚΠΑ οι Ελένη Μαυρομιχαλάκη, Αθανάσιος Παπαϊωάννου, Μαρία Γεροντίδου.