Geodetic and Geophysical Institute, RCAES, HAS

13. 02. 2017. 12:50

Magyar kutató a NASA Goddard Űrközpontjában

Négy hónapot töltött a NASA egyik vezető űrközpontjában Facskó Gábor, az MTA CSFK Geodéziai és Geofizikai Intézet kutatója. Az űrfizikus globális magneto-hidrodinamikai szimulációkkal kapcsolatos eredményei alapján nyert meghívást az intézménybe, ahol a NASA és a magyar kutatók közötti hosszú távú együttműködés megalapozása mellett bekapcsolódott az ott folyó tudományos munkába, és több workshopon is részt vett. Az űrközpontban szerzett tapasztalatairól számolt be az mta.hu-nak.


A Goddard Űrközpont (Goddard Space Flight Center, GSFC), a NASA legnagyobb telephelye Washington D.C.-től kb. 20 km-re található, több űrfizikai kutatócsoportot működtető egyetem és a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma (JHUAPL) közelében, ahol a NASA magnetoszferikus misszióihoz szükséges műszerek többségét építették. Az űrközpontban is párhuzamosan zajlik a tudományos kutatás és a műszerépítés – 2016 nyarán pl. éppen a James Webb űrtávcső tükrét tesztelték a hangárnyi méretű pormentes szobában. A telephelyen jelentős számban dolgoznak a Föld fejhullámával, a nappali oldali magnetoszféra tranziens jelenségeivel és a helioszférával foglalkozó szakértők.

A GSFC ad otthont továbbá egy nyilvános, bárki által elérhető és használható szuperszámítógép-központnak (Community Coordinated Modelling Center, CCMC), amely amerikai és európai, lokális és globális magneto-hidrodinamikai (MHD), teljesrészecske-, sugárzásiöv-, gyűrűáram- és helioszféra-kódok gyűjtőhelye, amiket kérésre bárki futtathat. A CCMC rendezi minden évben a „Space Weather REDI Summer Bootcamp” elnevezésű képzési programot, egy űridőjárás-előrejelző tanfolyamot, ami egyúttal jó bevezetés a CCMC honlapján szabadon elérhető, előre jelző és globális MHD kódok használatába.

Facskó Gábor, az MTA CSFK Geodéziai és Geofizikai Intézetének tudományos munkatársa 2016 májusában publikálta tanulmányát egy rendkívül hosszú, egyéves globális MHD szimulációról. A szimuláció újdonságát a hossza adja, mivel csak pár órás intervallumokat szoktak modellezni. (A magyar–finn–svéd–brit együttműködés során létrehozott szimulációk hamarosan elérhetőek lesznek a CCMC honlapján.) Eredményei felkeltették David Sibeck, több magnetoszferikus NASA-misszió vezető kutatójának figyelmét, aki egy tervezett hosszabb távú együttműködés első lépéseként a GSFC vendégkutató-programja keretében négy hónapos tartózkodásra meghívta az intézménybe a magyar űrfizikust.

Az ott töltött idő új irányt szabott az MTA CSFK GGI-ben folyó űrfizikai kutatásoknak, és semmihez sem hasonlítható munkatapasztalatot jelentett a kutató számára: „A »nagy« szó új értelmet nyer, ha erről az intézetről beszélünk. Egész városok terülnek el egy akkora területen, mint amelyet a GSFC elfoglal félszáz hatalmas épületével, a hozzájuk tartozó több ezer parkolóhellyel, látogatóközponttal, éttermekkel, sportcentrumokkal, tavakkal, erdőkkel és többsávos úthálózattal. A légkondicionált, teljesen zárt épületekben szinte minden iroda ablak nélküli. A kutatócsoportok mérete egyedülálló. Csak a vendéglátónak húsz posztdoktori kutatója és változó számú látogatója volt. A három általa felügyelt misszióban folytatott kutatások révén legalább hatvan emberrel állt közvetlen munkakapcsolatban, ezenkívül a missziók irányítása kapcsán további több száz mérnökkel és más kutatóval konzultált heti szinten. Mindannyian teljesen szabadon oszthatták be a munkaidejüket és erőforrásaikat, a lényeg az új, világszínvonalú eredmények elérése. Mindezt az amerikai közvélemény – teljesen átlagos emberek – nyomon követi, és hála a nagyszámú és szakmáját magas színvonalon művelő ismeretterjesztőnek, érti is. A felfokozott munkatempó és a hétvégi munka ellenére az ott dolgozók közül szinte mindenki teljes életet él, amire a főváros, Washington D.C. közelsége és a helyi programok kínálnak lehetőséget.

Facskó Gábor eredményei iránt már a publikációja megjelenése előtt több kutatócsoport is érdeklődött. A globális MHD szimulációk a legköltséghatékonyabb modellező és előre jelző kódok az űrfizikában, azonban nem tökéletesek. Ezt jól mutatja, hogy a kifejlesztett programok azonos egyenleteket oldanak meg szinte azonos módszerekkel, mégis más eredményeket adnak. Ezért a kódok összehasonlítása egymással és a mérésekkel külön szakterület, amit validációnak hívnak, amihez különböző hosszúságú szimulációkat futtatnak valódi és mesterséges bemeneti adatokkal. Ez adja a megjelent, egy év hosszúságú szimuláció jelentőségét: a korábbi leghosszabb, validációra használható szimuláció mindössze két hónapot ölelt fel. Az egy év hosszúságú szimulációt azonnal az európai kód (Grand Unified Magnetosphere–Ionosphere Coupling Simulation, GUMICS-4) tesztelésére használták fel a látogatás alatt megjelent publikációban. Azonban ugyanezeket az eredményeket a szimulált és a mért ionoszféra összevetésére is felhasználták  egy másik, más szerzőkkel korábban megjelent cikkben, annak megállapítására, hogy a kód mennyire használható a földi ionoszféra folyamatainak megértésére.  Egy harmadik kutatócsoporttal egy újabb cikkben a napszél paramétereinek változását vizsgálták a Hold pályája mentén a Föld geomágneses csóvájában. Azt a meglepő eredményt kapták, hogy a napszél sebessége és mágneses tere alig változik, de a sűrűsége és a hőmérséklete jelentősen módosul. Emiatt nem lehet a Hold-szimulációnak zavartalan napszélméréseket adni bemeneti adatként.

Az egy év hosszú globális MHD szimulációról szóló cikk végleges formájában pont a látogatás elején jelent még, és ebben a témában tartott Facskó Gábor előadást az űrközpontban. A cikk és az előadás az űrközpont munkatársainak közreműködésével tervezett CuPID (Cusp Plasma Imaging Detector) mikroműhold fejlesztőcsoportjának figyelmét is felkeltette. A csoport a földi magnetoszférát lágy röntgentartományban észlelő szondát épít, és számításokat végez a várható eredmények előrejelzésére.

A GSFC támogatásával a magyar kutató 2016. június 19–24. között részt vehetett az Egyesült Államok második legnagyobb nemzeti űrfizikai konferenciáján, az új-mexikóbeli Santa Fében megrendezett GEM Summer Workshopon, ahol megismerkedhetett a földi kozmikus környezet kutatásának jelenlegi állapotáról. A legnagyobb érdeklődés a Magnetospheric Multiscale (MMS) missziót övezte. Ebben a misszióban négy teljesen egyforma szondát használnak, amelyek szoros tetraéder alakzatban keringenek a Föld körül. A projekt célja a rekonnekció, azaz a kozmikus környezet tanulmányozása a magnetopauzánál, a napszél, illetve a Föld mágneses tere által dominált régiókat elválasztó felületnél és a geomágneses csóvában. A szondák pályáját úgy választották meg, hogy jobbára a mágneses burokban keringjenek, gyakran metszve a magnetopauzát és – nagy napszélnyomásnál – néha a fejhullámot. A műszerek teljesítménye minden képzeletet felülmúl: a mágneses, ion- és elektron-, plazma-, valamint egyéb műszerek felbontása százszorosa a korábbi szondákénak. A plazmaműszerek felbontása tipikusan a szonda forgási ideje, vagyis néhány másodperc, itt azonban a felbontás még ennél is jobb – a rekonnekciót olyan részletességgel érzékelik a műszerek, amilyet korábban csak teljes részecskeszimulációkban (azaz a plazma elektron- és ionrészecskéit is figyelembe vevő kódokban) láttak. A korábban indított Van Allen Probes szondapáros a sugárzási öveket tanulmányozza, illetve fut még a THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) misszió a földi magnetoszféra általános tanulmányozására, valamint az ARTEMIS (Acceleration, Reconnection, Turbulence, and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun) a Hold kozmikus környezetének vizsgálatára. A konferencia egyben a különféle globális MHD szimulációs iskolák találkozóhelye, ahol a kódokat validálják, azaz a szimulációk eredményeit összevetik a mérésekkel és egymással.

A workshopon tett látogatás adta az ötletet, hogy az Európai Földtudományi Unió (European Geosciences Union, EGU) Bécsben 2017. április 23–28. között rendezendő éves konferenciáján nemzetközi együttműködésben egy modell validációs szekciót szervezzenek. A szekció előadásai az ionoszféra- és magnetoszféra-modellek fejlesztésének európai eredményeit ismertetik majd meg a résztvevőkkel.