O nás

JEM-EUSO

JEM-EUSO (Joint Experiment Missions for Extreme Universe Space Observatory)

Participácia na medzinárodnom projekte, ktorý má zodpovedať jednu z najväčších astrofyzikálnych otázok súčasnosti - pôvod častíc s ultra vysokými energiami.

Už viac ako pol storočia rieši astrofyzika otázku pôvodu kozmického žiarenia ultra vysokých energií (UHECR). Dôvodom, prečo je táto otázka stále nevyriešená, je mimoriadna zriedkavosť ich výskytu. Jedna častica ultra vysokej energie dopadne na kilometer štvorcový raz za niekoľko stoviek rokov. Prvýkrát bola takáto častica detegovaná v roku 1962. V súčasnosti je najväčšou sieťou detektorov Pierre Auger Observatory (PAO) s 1600 detektormi na ploche 3 000 km2, ktorá registruje približne tri desiatky UHECR častíc ročne, čo nie je dostatočné na určenie ich pôvodu. 

Zmenu paradigmy v detekcii UHECR častíc prináša koncept ich pozorovania z vesmíru - z orbity Zeme. Observatórium extrémneho vesmíru (EUSO) je navrhnuté tak, aby dokázalo pozorovať väčšiu plochu atmosféry, a tak dospieť k vyššej štatistike detegovaných UHECR, čo by malo viesť k naplneniu hlavného cieľa - identifikácii zdrojov kozmického žiarenia ultra vysokých energií. Medzi ďalšie ciele patrí pozorovanie neutrín ultra vysokých energií, gama žiarenia ultra-vysokých energií a získanie ďalších informácií o galaktických a mimogalaktických magnetických poliach. V rámci prípravy hlavného experimentu pracuje JEM-EUSO kolaborácia na sérii prípravných experimentov. Ich cieľom je preverenie konceptu pozorovania a technológií pre hlavný experiment. Ide o uskutočnené misie EUSO-Balloon (2014), EUSO-TA (od 2015), TUS (2016), EUSO-SPB1 (2017) a pripravované misie mini-EUSO na palube ISS (2019) a EUSO-SPB2 (2022). Hlavné experimenty K-EUSO a POEMMA sú plánované na najbližšiu dekádu.

Našou hlavnou úlohou je určenie nočného UV pozadia Zeme a vývoj metód na rozpoznávanie atmosférických spŕšok v meraniach EUSO detektorov. V rámci analytickej skupiny sa priamo podieľame na všetkých vyššie uvedených experimentoch.

Oficiálna stránka JEM-EUSO

Slovenská stránka JEM-EUSO

Misie ESA

Priamy inžiniersky príspevok na konštrukcii vedeckých aparatúr pre vesmírne misie Európskej vesmírnej agentúry (Rosetta, Double Star, BepiColombo, JUICE).

Spolupráca na misiách ESA začala v roku 2000. Spolupracovali sme s írskym laboratóriom Space Technology Ireland (STIL) na konštrukcii komunikačného procesora ESS pre misiu Rosetta, ktorá v roku 2014 uskutočnila historicky prvé pristátie na kométe. Paralelne od roku 2000 prebiehal vývoj imagera energetických neutrálnych atómov NUADU v spolupráci so STIL, Švédskym ústavom kozmickej fyziky IRF a Čínskym národným centrom kozmických výskumov NSSC pre spoločnú európsko-čínsku (ESA+CNSA) misiu Double Star, štart bol v roku 2004.  V rokoch 2008 - 2013 sme pokračovali v spolupráci so STIL a rakúskym Ústavom kozmických výskumov IWF na vývoji aparatúry SERENA-PICAM pre misiu BepiColombo, ktorá odštartovala k planéte Merkúr v roku 2018. Od roku 2014 sa podieľame na vývoji aparatúry PEP, ktorá je súčasťou medziplanetárnej ESA misie JUICE k Jupiteru a jeho mesiacom. Štart je naplánovaný na rok 2022.

Našou úlohou je kompletný návrh a realizácia anti-koincidenčného modulu ACM pre túto aparatúru, jeho úlohou je zlepšiť detekčnú účinnosť nízko-energetických častíc plazmy na rušivom pozadí vysokoenergetických elektrónov radiačných pásov Jupitera.

Kozmické žiarenie

Teoretické modely šírenia častíc kozmického žiarenia v heliosfére a magnetosfére.

Kozmické žiarenie tvorí prúd častíc prichádzajúcich na povrch atmosféry Zeme z vesmíru. Od jeho objavu uplynulo už viac ako sto rokov a stále tvorí mimoriadne živú oblasť astrofyziky. Príbeh kozmického žiarenia začína v oblasti za hranicami našej heliosféry. Tam, mimo pôsobnosti magnetického poľa nášho Slnka, je jeho intenzita v čase rovnaká. Situácia začne byť dynamická s jeho vstupom do heliosféry. Keďže kozmické žiarenie tvoria nabité častice, ich šírenie je ovplyvňované magnetickým poľom heliosféry. Časť kozmického žiarenia z medzihviezdneho priestoru prechádzajúce heliosférou vchádza aj do magnetického poľa Zeme - do zemskej magnetosféry. Magnetické pole z vnútorných zdrojov našej planéty a z prúdových systémov v magnetosfére bráni prístupu časti kozmického žiarenia na povrch Zeme. Podľa štruktúry a intenzity geomagnetického poľa dopadá na povrch atmosféry na rôznych geografických polohách rôzne množstvo kozmického žiarenia. Preto napríklad polárne žiary vidíme len v oblastiach geomagnetických pólov.

Našou hlavnou úlohou je modelovať celý tento proces šírenia pomocou analytických a numerických výpočtov. Vytvorili sme tak dôležitý nástroj, ktorý je dostupný pre širokú odbornú verejnosť.

Observatórium na Lomnickom štíte

Lomnický štít je vďaka svojej nadmorskej výške a infraštruktúre najvhodnejším miestom na Slovensku na detekciu sekundárnych častíc kozmického žiarenia s nízkymi energiami.

Primárna častica kozmického žiarenia interaguje s molekulami vzduchu vo výške asi 30 km. Pri tejto interakcii vznikajú sekundárne častice, ktoré sa kaskádovito šíria smerom k zemskému povrchu. Ak primárna častica nemá dostatočnú energiu, jej produkty sa nedostanú k zemskému povrchu a tak ich nemožno detegovať. Preto je potrebné pozemné detektory kozmického žiarenia umiestňovať v čo najvyšších nadmorských výškach, aby bol stĺpec vzduchu nad detektorom čo najnižší, a aby tak bolo možné zachytiť čo najviac sekundárnych častíc. Prvý neutrónový monitor bol postavený na Lomnickom štíte v roku 1957 v rámci Medzinárodného geofyzikálneho roka (IGY 1957 - 1958). V roku 1981 bol nahradený štandardizovaným zariadením NM64. Jeho nepretržité dáta sú dostupné na http://neutronmonitor.ta3.sk/. Tieto dáta boli použité na štúdium vplyvu slnečnej aktivity na tok galaktického kozmického žiarenia. Od roku 2014 bol pozorovací program rozšírený o zariadenie SEVAN, vďaka ktorému je možné študovať súvis kozmického žiarenia s bleskami.

Našou hlavnou úlohou je pokračovať v nepretržitých meraniach kozmického žiarenia na Observatóriu na Lomnickom štíte a nadviazať na štúdie prof. K. Kudelu (✝ 2019).

AMON-net

AMON-net (Airglow Monitoring Network)

Sieť detektorov AMON-net monitoruje žiarenie hornej atmosféry Zeme a má ambíciu prispieť k pochopeniu ionosférických porúch, ktoré ovplyvňujú signál z navigačných družíc.

Kvalita prenosu signálu z novej generácie navigačných družíc GALILEO je neustále ovplyvňovaná ionosferickými poruchami. Sieť detektorov AMON-net ma prispieť k pochopeniu týchto porúch pomocou monitorovania žiarenia hornej atmosféry Zeme, ktoré sa nazýva airglow.

Airglow vzniká ako dôsledok interakcie slnečného UV žiarenia s atómami a molekulami v atmosfére vo výške 80 km – 300 km. Pozorovaním airglow-u tak môžeme skúmať javy v hornej atmosfére Zeme, ktoré jeho emisiu ovplyvnujú. AMON-net je sieť nenáročných, plne automatizovaných jednopixelových detektorov, ktorá bola navrhnutá a je vyvíjaná a prevádzkovaná výhradne naším pracoviskom od roku 2015.

Absolútne intenzity airglowu v UV oblasti spektra sú dôležitou prahovou úrovňou pre detekciu atmosférických spŕšok, ktoré sú produkované kozmickým žiarením s ultra vysokými energiami. AMON-net preto poskytuje vzácne dáta aj pre program JEM-EUSO. Štvorica modifikovaných detektorov AMON bude tiež súčasťou misie EUSO-SPB2 v rámci stratosférického balónového programu NASA s plánovaným štartom v roku 2022.

Našou hlavnou úlohou je vývoj detektorov AMON pre sieť AMON-net a misiu EUSO-SPB2 a preukázanie ich užitočnosti pre monitorovanie airglow-u. Následne dáta z týchto detektorov nám majú pomôcť pochopiť dynamiku hornej atmosféry Zeme pre účely detekcie ionosférických porúch a určenia UV pozadia Zeme.