Když se vědecký experiment nad očekávání povede, občas se při něm něco rozbije. Málokdy je ovšem úspěch tak třeskutý jako v případě amerického pokusu Starfish Prime. V jeho rámci 9. července 1962 vystoupala raketa Thor s hlavicí o síle zhruba 1,4 megatuny TNT do výšky 400 kilometrů nad povrchem. Pak podle plánu explodovala v podstatě přesně nad místem, odkud vylétla, nad Johnstonovým atolem zhruba tisíc kilometrů západo-jihozápadně od Havaje.
Dnes nelegální a bláznivý experiment inspirovaly předchozí výbuchy z konce 50. let vysoko v atmosféře (YUCCA, TEAK, ORANGE, tři v rámci projektu ARGUS), které podle přípravného dokumentu projektu Starfish Prime nebyly dobře provedeny, ale příliš uspěchány, takže údaje z nich jsou pouze kusé. Přesto výsledek nejen autory experimentu překvapil. Byl výrazně silnější, než se očekávalo. Při výbuchu vznikl rychle se rozpínající oblak ionizovaných částic a elektronů, často s poměrně vysokými energiemi. Část z nich zůstala zachycena v magnetickém poli Země zhruba ve výšce výbuchu.
Odtajněný filmový dokument k pokusu Starfish Prime:
O pár let dříve by to nebyl praktický žádný problém, ale v roce 1962 už se pomalu rozbíhal kosmický věk. Nabité částice uvězněné v magnetické pasti Země poškodily tři z pěti družic, které byly v té době na oběžné dráze, kde také vydržely nečekaně dlouho. Některé se podařilo zachytit až po pěti letech, byť se samozřejmě jejich celkové množství během té doby rychle snižovalo.
Proud částic poškodil i tranzistory první telekomunikační družice Telstar 1, která byla vypuštěna den po jaderném výbuchu Starfish Prime. Na rozdíl od většiny dnešních spojovacích družic „nestála“ na geostacionární dráze 36 tisíc kilometrů nad Zemí, ale pohybovala se po velmi eliptické dráze do tisíce kilometrů nad povrchem. Znamenalo to nejen, že pro dané místo na Zemi vysílala pouze přerušovaně, ve zhruba 20 minutových „oknech“.
Především se ovšem pohybovala ve výškách, kde kroužily částice vzniklé explozí. Jak částice poškozovaly tranzistory Telstaru, v elektronice se postupně kupily chyby. Družice tedy nebyla zničena najednou, „odcházela“ postupně (podrobnosti o konci družice pro zájemce v této práci).
To by se někomu mohlo hodit
Družice Telstar 1 (ilustrační znázornění)
Nečekané důsledky Starfish Prime samozřejmě neunikly pozornosti vojenských plánovačů. Potenciál jaderných výbuchů na oběžné dráze zkoumali ze všech možných úhlů. Dnes se ovšem obecně předpokládá, že i když pomineme s touto zbraní spojené porušení platných mezinárodních smluv, které podepsaly všechny velmoci, takový krok nedává příliš smyslu.
USA mají v tuto chvíli na orbitě téměř nepochybně velkou převahu nad svými možnými protivníky, jako jsou Čína i Rusko. I tyto země ovšem mají své kosmické špiony, a nechtěly by o ně nejspíše zcela přijít. Exploze by si také mohla vynutit evakuaci lidí na oběžné dráze a znemožnit lety s lidskou posádkou možná až na další rok.
Existuje jedna země s jadernými zbraněmi a balistickými raketami, která by výbuchem na oběžné dráze nic neztratila: Severní Korea. Americké ozbrojené síly se tak údajně serózně zabývají plánováním pro případ korejského útoku na oběžné dráze – a dokonce vyvíjejí protizbraň.
Jak dokázaly pokusné výbuchy na přelomu 50. a 60. let, člověk evidentně dokáže rozpoutat „bouřku“ na oběžné dráze. Od 70. let se však snad ještě překvapivěji ukazuje, že „kosmické počasí“, tedy konkrétněji toky nabitých částic v magnetickém poli Země, ovlivňují i pozemské vysílače. Jak se ukázalo, především vysílání v pásmu velmi dlouhých vln výrazně ovlivňuje množství nabitých částic (viz tyto dvě práce z roku 1998). Měření tentokrát ovšem neprobíhalo na následcích jaderného výbuch, ale na oblasti, kde se na oběžné dráze nabité částice, primárně tedy elektrony, pohybují v největším množství: v tzv. Van Allenově pásu.
Vlastně bychom měli říkat pásech. První Van Allenův pás začíná ve výšce zhruba 600 kilometrů, dosahuje výšek zhruba 6 000 kilometrů. Nad ním leží ještě druhý pás. Jak se zjistilo díky americkým sondám Van Allen, které pás zkoumaly mezi lety 2012 a 2019, nad tímto pásem ještě čas od času mohou vznikat další. V říjnu 2013 například vznikl nad Zemí na několik týdnů třetí pás nabitých částic.
Van Allenovy pásy kolem Země
Největší zájem se ovšem soustředí na vnitřní Van Allenův pás, který je nejen nejstabilnější, ale také nejnebezpečnější. Obsahuje částice s nejvyššími energiemi, zhruba od 10 do 100 megaelektronvoltů (MeV), které mohou ve větších dávkách poškodit jak elektroniku, tak lidské zdraví. První Van Allenův pás je jeden z důvodů, proč stanice ISS je ve výškách kolem 400 kilometrů, a ne o mnoho výše.
Vlny pro ponorky
Velmi dlouhé vlny (VDV) ze svého radiopřijímače asi neznáte. Označují se tak rádiové vlny o frekvencích 30 až 300 KHz (tedy s vlnovou délkou od 10 do 100 kilometrů). Není to zrovna účinný komunikační prostředek; velmi zjednodušeně řečeno dokážou tyto vlny přenést poměrně málo informací, a tak se využívají pouze pro některé specifické účely. Například pro rádiovou navigaci, vysílání časového signálu. A například také pro komunikaci s ponorkami, protože proniknou až do hloubek kolem 40 metrů.
Zároveň se ještě lépe než jiné rádiové vlny hodí k „čištění“ oběžné dráhy od elektronů. Velmi zjednodušeně řečeno tyto vlny, především vysílače v pásmu zhruba od 17–23 kHz s poměrně vysokou účinností „vyráží“ elektrony z Van Allenova pásu blíže k atmosféře, kde pak při dalších srážkách elektrony zanikají. V některých částech pásu má pozemské vysílání větší vliv na délku „přežití“ elektronů než přírodní zdroje, jak zjistila již jednou nám citovaná práce z roku 1998. Jinak řečeno, bez pozemského vysílání by tyto radiační pásy vypadaly jinak. Lidé tedy v podstatě desítky let ovlivňovali „vesmírné počasí“, aniž o tom věděli.
Simulace toho, co se na oběžné dráze děje, se v posledních letech zpřesňovaly i s tím, jak přibývalo měření. A podle všeho se zdá, že „vesmírné počasí“ by mohlo být nejspíše mnohem snáze ovladatelné než naše počasí pozemské. Z modelů vychází, že na poměrně výraznou změnu množství elektronů v radiačním pásu stačí výkon řádově desítek kilowattů. (Pro srovnání, z hlediska zemské atmosféry jde o zanedbatelné energie: průměrný hurikán má výkon zhruba 1013 kilowattů, tedy více než bilionkrát vyšší.) A tak se začíná přistupovat k činům.
Sondy mise Van Allen. Jednalo se o dvě identické sondy, které putovaly s relativně malým odstupem po velmi eliptické dráze, která je zavedla přes oba Van Allenovy pásy.
Čtyřikrát jinak
Odborníci začínají zkoušet, zda je „náprava radiačního pásu“ (anglicky „radiation belt remediation“, tedy RBR) skutečně proveditelná v praxi. Dan Baker z Koloradské univerzity pro časopis Science řekl, že vědci už za sebou mají první pokusy s VDV anténami, které americké námořnictvo používá při komunikaci s ponorkami. Do programu by se podle něj mohla výhledově zapojit i obří „mísa“ vysílače Arecibo v Portoriku.
Experiment DSX
Velké naděje se vkládají do zařízení umístěných přímo na oběžné dráze. Například proto, že dosáhnou stejného výsledku s nižšími energiemi než pozemní stanice. V roce 2020 by tak měly proběhnout první pokusy o „nápravu radiačního pásu“ s pomocí zařízení DSX, kterou americké letectvo poslalo do vesmíru v roce 2019 na palubě nosiče Falcon Heavy. V podstatě jde o rozměrnou anténu s délkou zhruba 80 metrů, která bude samozřejmě vysílat velmi dlouhé vlny.
V roce 2021 by se pak do vesmíru mělo dostat zařízení navržené v laboratořích v Los Alamos. Nese název Beam Plasma Interactions Experiment (více o něm na stránkách NASA). V podstatě se jedná o malý urychlovač elektronů, které pak „vypustí“ na oběžné dráze. Vznikne tak vlna plazmatu a přístroje na sondě mají sledovat, jak se šíří v prostředí na oběžné dráze. Při tom budou vznikat i rádiové vlny, které pak mohou „čistit“ oběžnou dráhu od elektronů. S jakou účinností bude proces probíhat, na to jsou dnes rozporuplné názory (existují různé modely interakce vznikajícího plazmatu s okolím), experiment by měl poskytnout jasnou odpověď.
O několik měsíců později by měl následovat další pokus, zase s trochu jiným přístupem. Americká Námořní výzkumná laboratoř vypustí experiment SMART (Space Measurements of a Rocket-Released Turbulence, tedy „Kosmické měření raketou vytvořených turbulencí“).
V názvu obsažený výraz turbulence se nevztahuje k turbulencím, které znepříjemňují život cestujícím v letadlech, ale k poruchám v prostředí podstatně řidším, v ionosféře. Sonda by měla vypustit na oběžnou dráhu oblak 1,5 kilogramu bária. Sluneční záření pak atomy bária ionizuje, a tak vznikne oblak plazmatu produkujícího záření.
Jestli se některý experiment přetaví ve skutečné zařízení na ochranu před jaderným útokem na oběžné dráze nebo třeba i následky slunečních bouří, to v tuto chvíli není jasné. Zatím se údajně rozhoduje o tom, který princip se případně ukáže být nejvýhodnější – pokud tedy budou fungovat.
Měli bychom poznamenat, že vojenské síly pro případný výsledek možná najdou i jiné použití. „Náprava“ totiž má své druhotné důsledky, předvídají fyzikální modely. Stejně jako například sluneční bouře může znamenat narušení rádiové komunikace v dané oblasti. Při událostech také vzniká například množství oxidů dusíku, které by mohlo narušit ozónovou vrstvu. Podle modelů by množství mělo být malé, podobné jako v případě slunečních bouří, ale samozřejmě to zatím nevíme zcela jistě.
Zároveň se nabízí možnost, že by podobná technologie mohla sloužit k ochraně lidské posádky při cestě do vzdálenějších koutů sluneční soustavy před vlivem slunečních erupcí. Antény či třeba urychlovač by mohly utvořit kolem lodi „ochrannou obálku“, která by nabité částice mohla účinně odklánět. Ale to je zatím hodně vzdálená vize; jaderný výbuch na oběžné dráze může přijít podstatně dříve než let první posádky k jiné planetě.
