Veda a výskum

Slnečná fyzika

---

Výskum v slnečnej fyzike sa orientuje na dve oblasti, ktoré sa čiastočne prelínajú – na štúdium a diagnostiku netermálnych distribúcií v plazme slnečnej koróny a v prechodovej oblasti a na štúdium dynamických javov na Slnku, hlavne erupcií.

Teoretická analýza vplyvu netepelných distribúcií elektrónov a netermálnych elektrónov na ionizačnú a excitačnú rovnováhu v slnečnej koróne ukázala, že netermálne distribúcie ovplyvňujú ionizačnú aj excitačnú rovnováhu, a teda aj intenzitu spektrálnych čiar. To nám umožňuje navrhovať diagnostické metódy na určenie typu distribúcie. Prítomnosťou netermálnej distribúcie je možné vysvetliť aj pozorovania niektorých dynamických javov ako sú blinkre a spektrá impulznej fázy erupcie. Skupina pod vedením E. Dzifčákovej ukázala (1995-2004), že netermálna distribúcia ovplyvňuje distribúciu miery emisie a vysvetľuje nezhody v pozorovaniach dvojsmerných džetov a trojminútových ocsilácií v extrémnej ultrafialovej (EUV) oblasti. Nami vyvinuté diagnostické metódy je tiež možné využiť na dokazovanie prítomnosti netermálnych elektrónov, ktoré vznikajú pri procese magnetickej rekonexie počas slnečnej erupcie a šíria sa pozdĺž magnetických siločiar. E. Dzifčáková a A. Kulinová zistili (2003), že prítomnosťou netermálnej distribúcie elektrónov možno vysvetliť pozorovanú zvýšenú emisiu v oblasti 160 nm v miestach tzv. kváziseparatrixov.

Štúdiom erupcií sa slnečná fyzika zaoberá už niekoľko desaťročí. Je to jav, pri ktorom sa v priebehu niekoľkých minút uvoľní veľké množstvo energie pravdepodobne disipáciou magnetického poľa. Náš chromosférický ďalekohľad so širokopásmovým filtrom umožňuje detailne pozorovať štruktúry v erupčných slučkách a zisťovať ich súvis s topológiou magnetických polí aktívnych oblastí. Tieto pozorovania spolu s pozorovaniami družíc SoHO, TRACE a RHESSI môžu po konfrontácií s teoretickými modelmi veľmi prispieť k pochopeniu mechanizmu erupcie, resp. k jej predpovedaniu. Celé zariadenie, vrátane konštrukcie, softvéru i metód spracovania obrazu, bolo vyvinuté na ústave. Cieľom úprav bolo, aby sme získali čo najviac informácií o tom, akým spôsobom je energia uložená v magnetickom poli aktívnej oblasti, aké sú možnosti získať tieto informácie z pozorovaní a čo je spúšťacím mechanizmom jednotlivých slnečných erupcií. Syntéza týchto poznatkov vedie k zlepšeniu predpovede uvedených javov. Napríklad A. Kulinová s kolektívom ukázali (2003), že spúšťacím mechanizmom pre výtrysk počas erupcie môže byť magnetická rekonexia.

V budúcnosti plánujeme rozšíriť pozorovania Slnka v čiare H-alfa o patrolné pozorovania celého slnečného disku a pozorovania v čiare Ca. Takto získaný materiál poskytne komplexnejší obraz o dejoch v chromosfére.

Medziplanetárna hmota

---

Výskum v oblasti medziplanetárnej hmoty (MPH) na Matematicko-fyzikálnej fakulte bol od samého začiatku úzko prepojený s výskumom na Astronomickom ústave SAV (ako už pred rokom 1980 na Prírodovedeckej fakulte), keďže na oddelení astronómie KAGM sa danou problematikou v tom čase zaoberal prakticky len jeden astronóm. Fotografický pozorovací materiál sa získaval z Astronomického observatória na Skalnatom Plese a aj diplomové práce študentov z oblasti MPH sa vypracúvali v spolupráci s AÚ SAV.

Výskum bol zameraný hlavne na fotografickú oblasť žiarenia meteorov, stanovenie farebného indexu a ďalších fyzikálnych charakteristík meteorov, ďalej na stavbu a vývoj meteorických rojov, najmä Orioníd, na sledovanie prítoku meteorickej hmoty na Zem, skúmanie rozloženia častíc, hustoty a štruktúry meteorických prúdov v medziplanetárnom priestore (M. Hajduková). Z tejto oblasti vzniklo niekoľko desiatok vedeckých prác a nadviazala sa spolupráca s Kyjevskou univerzitou. Týmto smerom sa výskum medziplanetárnej hmoty orientoval aj v ďalších rokoch. Ale až po roku 1989, najmä po vybudovaní Astronomického a geofyzikálneho observatória (AGO) v Modre a sprevádzkovaní tamojšieho ďalekohľadu, po nástupe ďalších mladých pracovníkov a po získaní finančných prostriedkov z grantových projektov sa začal naplno rozvíjať výskum v tých oblastiach MPH, ktoré sa dnes úspešne pestujú na ústave.

Dnes sa výskum orientuje na dynamické a fyzikálne vlastnosti malých telies slnečnej sústavy – od medziplanetárneho prachu až po asteroidy a kométy. Uvedená oblasť je v popredí záujmu najmä z dôvodov možného ohrozenia Zeme blízkozemskými asteroidmi.

Ťažiskom práce sú astronomické pozorovania malých telies slnečnej sústavy – asteroidov a komét. Vykonávajú sa zrkadlovým ďalekohľadom s priemerom 60 cm, ktorý FMFI UK získala bezplatným prevodom od AÚ SAV v roku 1981 ako vyradený a nepoužiteľný prístroj (podrobnejšie pozri v časti /História AGO/). Ďalekohľad bol rekonštruovaný, vybavený CCD kamerou SBIG ST-6 a v roku 1994 uvedený do prevádzky. Prístroj sme neustále zdokonaľovali a vybavovali novou a novou elektronikou. V súčasnosti sa v ňom používa kamera Ap8. Prístroj má limitnú magnitúdu 20,5 mag. a zorné pole 25´×25´, čo umožňuje robiť kvalitnejšie pozorovania a zvyšuje šancu objaviť nové telesá. Pred rokom 1995 boli na Slovensku, na Skalnatom Plese, objavené iba dva nové asteroidy. Od roku 1995, keď sa ďalekohľad zmodernizoval, sme na Astronomickom ústave objavili vyše 160 nových asteroidov, z ktorých 79 má už definitívne označenie a 20 je pomenovaných. V tejto oblasti sa Astronomický ústav radí medzi päť najúspešnejších európskych observatórií. V roku 2002 získal AÚ grant MŠ SR na opätovnú rekonštrukciu a ďalšiu modernizáciu prístroja, na úplnú jeho elektronizáciu a automatizáciu.

 

V oblasti MPH sa v súčasnosti realizujú tieto vedecko-výskumné programy:

Astrometria

Astrometrický program spočíva v získavaní presných pozícií asteroidov a komét, ktoré sú potrebné na výpočet dráh, na dynamické modelovanie negravitačných efektov a pre odhady priemerov komét. Pozorovací program je súčasťou medzinárodnej spolupráce v oblasti vyhľadávania a spresňovania dráh telies potenciálne nebezpečných pre Zem. Vo svete a zvlášť v  Európe je naše pracovisko kvalitou a počtom astrometrických pozorovaní na poprednom mieste. Aj preto sme v r. 1998 získali jeden z troch grantov nadácie The Planetary Society Gene Shoemaker.

Potvrdzovanie a sledovanie malých planét - o našom postavení svedčí aj poobjavové sledovanie blízkozemských telies pre Centrum malých planét (Cambridge, USA). S observatóriom v Ondřejove sme úzko spolupracovali pri tvorbe koordinačnej stránky vyžiadaných pozorovaní nových blízkozemských asteroidov a komét prostredníctvom internetu (NEOCooP). Naše pozičné merania patria k najlepším na svete. Preto sa Centrum malých planét (MPC) na nás často obracia s požiadavkou o potvrdenie vizuálnych objavov komét a blízkozemských asteroidov.

 

Kométy

Pozorovanie komét -  okrem astrometrie sa uskutočňujú pozorovania zamerané na určenie fyzikálnych parametrov vybraných komét. Hlavným cieľom sú jasné kométy – najmä nové a aktívne periodické kométy v okolí perihélia a zvláštne telesá s nepravidelnou aktivitou. Vo všetkých týchto prípadoch sa študujú morfologické znaky, ako sú zmeny v kome a chvoste a odhady jasnosti komét. Jemné detaily sa získavajú metódami spracovania obrazu a umožňujú určiť napr. rotáciu jadra a študovať blízkojadrové javy komét. Medzi najzaujímavejšie patria spracované pozorovania náhleho zjasnenie kométy 29P/Schwassmann-Wachmann v období 1995-1996 (A. Galád, A. Pravda) a rozpad kométy 73P/Schwassmann-Wachmann v roku 1995 (A. Galád, Š. Gajdoš), únik fragmentov z C/1995 Y1 Hyakutake (J. Világi), rotácia jadra kométy C/1995 Hale-Bopp (T. Paulech)

 

Fotometria

Fotometrický program - Cieľom diferenciálnej CCD fotometrie je určenie svetelnej krivky a základných fyzikálnych parametrov asteroidov (rotačná perióda, albedo, tvar, orientácia rotačnej osi, podvojnosť a pod.). V spolupráci s Astronomickým ústavom SAV sa na jeseň 1998 uskutočnili prvé fotometrické pozorovnia asteroidov z hlavného pásu. Neskôr sa výber študovaných objektov sústredil na blízkozemské asteroidy a rozbehla sa spolupráca s ďalšími pracoviskami, najmä s  Astronomickým ústavom AV ČR v Ondřejove. Hoci softvér na spracovanie je stále vo vývoji, niektoré výsledky sme už publikovali. Bolo to niekoľko svetelných kriviek číslovaných asteroidov, pričom medzi najvýznamnejšie výsledky patrí objav podvojnosti asteroidu 2003 YT1 (2003) a tiež určenie (2004) periódy blízkozemských asteroidov s rotáciou okolo dvoch osí (A. Galád, Š. Gajdoš, L. Kornoš, J. Tóth, J. Világi).

 

Radarové pozorovania

Radarové pozorovanie meteorov - Prijímacie zariadenie dopredného meteorického radaru je súčasťou základne Bologna-Lecce-Modra a zriadilo sa v roku 1992 na podnet pracovníkov SAV (A. Hajduk, V. Porubčan) a v spolupráci s Ústavom pre vedy o atmosfére a oceánoch Talianskej akadémie vied (ISAO CNR) v Bologni, s ktorou AU SAV v Bratislave už viac rokov spolupracoval. Vysielač pracujúci na frekvencii 42,7 MHz je umiestnený v Bologni a prijímače sú inštalované na Astronomickom observatóriu v Modre a v Lecce (južné Taliansko). Odvtedy vykonávame s týmito pracoviskami koordinované systematické pozorovania meteorov so zameraním na výskum hlavných meteorických rojov a sporadického pozadia (M. Hajduková, Š. Gajdoš, P. Zigo, 1993, 1996, 1997; V. Porubčan, P. Zigo, L. Kornoš, 2001-04). Štúdiom meteorických stôp rojových meteorov, hlavne Lyríd, a interakcie meteoroidu s atmosférou pomocou radarového pozorovania sa v rokoch 1997-2001 podarilo určiť koncentráciu ozónu v atmosfére v meteorickej zóne (A. Hajduk, M. Hajduková, V. Porubčan). 

 

Fotografické komory

Celooblohové fotografické komory - Na AGO v Modre je umiestnená stanica Európskej bolidnej siete. Pozostáva z dvoch fotografických komôr s objektívmi typu rybie oko a je zameraná na nepretržité sledovanie nočnej oblohy s cieľom fotografovať prelety jasných meteorov-bolidov. Pozorovanie z 2-3 staníc umožňuje vypočítať dráhu meteoru v atmosfére a následne dráhu meteoroidu v medziplanetárnom priestore. V prípade mimoriadne jasného bolidu sa z celooblohových snímok dá vypočítať i miesto dopadu možného meteoritu na Zem. Najvýznamnejším úspechom je snímka meteorického roja Leoníd zo 16./17. novembra 1998 (J. Tóth, T.Paulech), ktorá prešla celosvetovou astronomickou verejnosťou. Na jednej pointovanej snímke exponovanej 4 hodiny je zachytených 156 meteorov jasnejších ako -2 mag. z dovtedy neznámeho filamentu Leoníd (J. Tóth, V. Porubčan, L. Kornoš, 2000). Ďalším významným výsledkom bolo vyfotografovanie preletu veľmi jasného bolidu, -18 absolútnej fotografickej magnitúdy, celooblohovými komorami (v Modre, aj na Skalnatom Plese). Jeho koncová výška bola len 13,5 km. Z doteraz fotografovaných preletov meteorov prenikol do atmosféry vôbec najnižšie a na povrch dopadli meteority s hmotnosťou vyše 450 kg (oblasť Turji-Remety, 15 km východne od Slovenska) (P. Spurný, V. Porubčan, 2002). Od roku 2005 sa začína experimentálne pozorovanie meteorov televíznou CCD technikou, ktorá umožňuje detekovať menej jasné meteory jako klasická fotografická metóra. Od roku 2007 sa spúšťa celooblohový televízny systém na detekciu meteorov (J. Tóth).

 

Kozmické prachové častice

Medziplanetárny prach - Skúmanie dynamiky kozmických prachových častíc sa zameriava hlavne na pôsobenie elektromagnetického žiarenia na pohyb prachových častíc. Odvodili sme relativisticky kovariantnú pohybovú rovnicu pre časticu s ľubovoľným tvarom, pričom sa zobrala do úvahy extinkcia, rozptyl, absorpcia a tepelná emisia častice (J. Klačka, M.Kocifaj, 2001). Táto všeobecná rovnica zohľadňuje pôsobenie elektromagnetického žiarenia na pohyb častice a ako špeciálny prípad obsahuje v astrofyzike známy Poyntingov-Robertsonov efekt i Einsteinom odvodený tlak, ktorý je dôsledkom relativistického pôsobenia svetla na rovinné zrkadlo. V rámci aplikácií (bez uváženia tepelnej emisie) sme ukázali (2004), že slnečná sústava môže zachytiť nesférické medzihviezdne prachové častice, takže môžu obiehať okolo Slnka (J. Klačka).

 

Publikačná činnosť

---

Spomínané vedecké aktivity vyústili do početných pôvodných vedeckých prác, ktoré vznikli najskôr ako súčasť štátneho plánu základného výskumu, neskôr (od r. 1990) v rámci grantových projektov (10 z oblasti medziplanetárnej hmoty, 2 z oblasti výskumu Slnka a 6 projektov UK pre mladých pracovníkov). Pracovníci KAGM M. Hajduková a P. Paľuš sa autorsky podieľali na príprave a tvorbe Encyklopédie astronómie (Obzor, 1987) a M. Hajduková bola spoluautorkou publikácie Astronomická terminológia (SAA, 1998).

Vedecká činnosť na Astronomickom ústave sa vo veľkej miere uskutočňovala v rámci projektov podporených grantovou agentúrou VEGA, menovite:

 

• Dynamické a fyzikálne charakteristiky vzniku a vývoja meteorických prúdov z komét a asteroidov (1991-93, M. Hajduková)
• Interakcie medziplanetárnej hmoty (1994-96, M. Hajduková)
• Malé telesá slnečnej sústavy, fyzikálne a dynamické vlastnosti komét a asteroidov s väzbami na štruktúru a vývoj meteorických rojov (1997-99, M. Hajduková)
• Modelovanie ohrevu v erupciách a diagnostika impulznej fázy erupcií (1997-99, E. Dzifčáková)
• Meteorické roje – nová metóda ich analýzy a nová všeobecná metóda predpovede existencie ďalších meteorických rojov (1997-99, J. Klačka) Vzájomné vzťahy a vývoj komét, asteroidov a meteoroidov (2000-02, M. Hajduková)
• Dynamika a kinematika medziplanetárnej hmoty (2000-02, J. Klačka)
• Diagnostika netepelných distribúcií v slnečnej koróne (2002-04, E. Dzifčáková)
• Blízkozemské objekty, ich rozpad a súvis s ostatnými zložkami medziplanetárnej hmoty (2003-05, M. Hajduková)
• Dynamika kozmických prachových častíc (2003-05, J. Klačka)

 

Veľkou finančnou i morálnou podporou boli zahraničné granty:

 

• Dynamika častíc medziplanetárneho prachu (ESO&CEE Programme, Germany, 1992-93, J. Klačka)

Potvrdzovanie a sledovanie malých planét – grant nadácie The Planetary Society Gene Shoemaker (1998-2000, Š. Gajdoš)