Alina Prigancová, Geofyzikálny ústav SAV, geofpria @savba.sk
 

Abstrakt
V príspevku sa predkladá stručný prehľad vedeckých aktivít v oblasti výskumu premennej slnečnej činnosti a variability geomagnetického poľa, ktoré sa podstatne zintenzívnili po vykročení ľudstva do vesmíru. Vďaka nástupu kozmickej éry výskum fyziky vzťahov Slnko-Zem sa dostal do popredia vedeckej komunity najmä z oblasti astronómie, astrofyziky, geofyziky a meteorológie. Aj vedecké ústavy tohoto zamerania na Slovensku sa aktívne zapojili do celosvetového úsilia pochopiť dynamiku procesov v systéme Slnko-Zem. Výskum sa oprel o zinten- zívnenie medzinárodnej spolupráce prostredníctvom participovania Astronomického ústavu SAV, Geofyzikálneho ústavu SAV, Ústavu experimentálnej fyziky SAV a ďalších vedeckých pracovísk na medzinárodných programoch a projektoch. Získané pôvodné vedecké výsledky, bezprostredné kozmické experimenty napr. v rámci projektov INTERCOSMOS, INTERBALL, ako aj kozmická misia slovenského kozmonauta v r.1999 sú významným prínosom Slovenska do klenotnice našich poznatkov o Zemi a vesmíre.
     Celoštátny slnečný seminár, ktorého usporiadateľom je Slovenská ústredná hvezdáreň, poskytuje ojedinelé pódium pre prezentáciu týchto výsledkov, najmä pre domácu odbornú verejnosť, a napomáha prehlbovaniu spolupráce s kolegami zo susedných štátov, hlavne ČR.
     Vďaka aktivitám Národného komitétu SCOSTEP (Scientific Committee for Solar-Terrestrial Physics), Národného komitétu COSPAR (Committee on Space Research) a Národného komitétu IAU (International Astronomical Union) sa na Slovensku konali viaceré medzinárodné podujatia, na ktorých rezonovala aj problematika ďalších perspektív výskumu. Záverom sú zhodnotené výhľady pre výskum fyziky vzťahov Slnko-Zem na prahu nového milénia.
 

1. ÚVOD

     Problematika fyziky vzťahov Slnko-Zem je nosnou témou v rámci celoštátnych slnečných seminárov. Ich usporiadateľom je Slovenská ústredná hvezdáreň (SÚH) Hurbanovo. Vďaka tejto svojej činnosti SÚH Hurbanovo v spolupráci so slnečnou sekciou Slovenskej astronomickej spoločnosti pri SAV ako aj s Národným komitétom SCOSTEP pravidelne poskytovala príležitosť na výmenu skúseností odborníkov v oblasti slnečnej fyziky a kozmickej geofyziky na Slovensku a v Čechách a tiež významne prispievala k šíreniu najnovších výsledkov a poznatkov v oblasti fyziky Slnka, premennej slnečnej irradiancie a následných vplyvov v medzi-planetárnom a okolozemskom priestore.
     15. celoštátny slnečný seminár s medzinárodnou účasťou sa koná na prahu nového tisícročia a je opodstatnené stručne zhodnotiť v ostatných rokoch dosiahnuté výsledky vo výskume fyziky vzťahov Slnko-Zem a vymedziť perspektívy bádania z hľadiska komplexnosti tejto problematiky.
     Determinujúcim faktorom fyziky slnečno-zemských vzťahov je Slnko a variabilita jeho aktivity (napr. Sýkora, 2000). Následne premenná slnečná činnosť ovplyvňuje a moduluje priebeh procesov v heliosfére – rozsiahlej oblasti pôsobenia slnečného vetra (SV).
     V príspevku venujeme pozornosť procesom odozvy medziplanetárneho a okolozemského priestoru na variabilitu slnečného agensu. Vďaka nástupu kozmickej éry výskum fyziky vzťahov Slnko-Zem sa dostal do popredia vedeckej komunity najmä z oblasti astronómie, astrofyziky, geofyziky a meteorológie. Cieľavedomým úsilím, ktoré je koordinované viacerými celosvetovými programami, sa za ostatné desaťročia prehĺbili naše poznatky v oblasti premennej slnečnej činnosti, variability parametrov medziplanetárneho priestoru a variability geomagnetického poľa (GMP). Niektorým z týchto poznatkov, prispievajúcim ku komplexnému pochopeniu väzieb v systéme Slnko-Zem a otvárajúcim nové perspektívy ich ďalšieho štúdia, sa budeme stručne venovať v ďalšom výklade.

2. PREMENNÁ SLNEČNÁ ČINNOSŤ

     Výskum v oblasti premennej slnečnej činnosti sa v ostatnom štvrťstoročí dostal na kvantitatívne vyššiu úroveň (napr. Woo, Habbal, 2000) vďaka rozsiahlemu programu kozmických experimentov. Zistenie, že sporadická aktivita Slnka je prezentovaná nielen prevažne vznikom erupcií, ale aj veľkorozmerovými výronmi slnečnej plazmy, sa stalo priekopníckym poznatkom (Webb, 1995).
     Aktívne deje na Slnku sú zaujímavé predovšetkým z hľadiska ich geoefektívnosti. Vznik pozemských efektov sa už na začiatku 20. storočia spájal s výronmi plazmy zo Slnka, z ktorých najznámejšími sú erupcie (ich prvé pozorovania R. Carringtonom sa vzťahujú na r. 1859). Popri iných úkazoch eruptívnej aktivity Slnka (aktívne filamenty, spreje, prilbicové lúče, eruptívne protuberancie atď.) zvlášť upútali pozornosť objavené v r. 1973 (misia Skylab) koronálne tranzienty, nazývané v súčasnosti CME (Coronal Mass Ejections). Vyskytujú sa tak izolovane ako aj v sprievode erupcií, resp. eruptívnych filamentov a vykazujú veľmi dobrú zhodu s 11-ročným cyklom slnečnej aktivity (Webb, Howard, 1994). Viaceré zaujímavé poznatky o CME sa získali v rámci misie SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) pomocou experimentov LASCO (Large Angle Spectroscopic Coronograph) a EIT (Extreme Ultraviolet Imaging Telescope). Komplexnejšia informácia o CME sa využíva pre zhodnotenie ich geoefektívnosti (napr. Brueckner et al., 1998).
     V ostatnom čase sa detailne sleduje slnečná X-emisia (napr. družica YOHKOH). CME sú tiež často sprevádzané intenzívnym X-žiarením a vystupujú ako indikátory rýchlych koronálnych nárazových vĺn.
     V porovnaní s erupciami, týmito "zaostrenými" výronmi plazmy, sú CME priestorovo reprezentatívnejšími, ak berieme do úvahy ich uhlové rozpätie 24–45° (údaje z družice SOLWIND). Potom môžu CME ľahšie "zasiahnuť" Zem. Napriek tomu treba zdôrazniť, že nie každá CME je geoefektívna.
     Gosling (1993), vychádzajúc z výsledkov štúdia premennej slnečnej činnosti a jej geoefektívnosti, navrhol principiálne novú predstavu príčinno-následných väzieb v systéme Slnko-Zem. Týmto postupom sa pokúsil odstrániť slnečný mýtus (jeho výraz) dominantnej úlohy erupcie ako hlavného zdroja vysokorýchlostného SV a tokov energetických častíc (SEP – Solar Energetic Particles, resp. SPE – Solar Proton Events) pri vzniku poruchy v okolozemskom priestore a pripísal CME dominantné postavenie v reťazci Slnkom indukovaných porúch. Je to názorne vidieť z porovnania uvedených jednoduchých schém. Nahradenie zaužívanej paradigmy, pre ktorú platí horná schéma, novou paradigmou, ktorú vystihuje dolná schéma, vyvolalo širokú diskusiu v odborných kruhoch.

     Je klasická paradigma definitívne prežitá? Je presunutie kľúčovej úlohy z erupcií na CME, pokiaľ ide o následné poruchy v heliosfére a magnetosfére, oprávnené? Sú to dnes stále otvorené otázky.
     Všimneme si, že v uvedených schémach nadväzujú slnečné zdroje porúch na meniace sa slnečné magnetické pole. Za definitívny poznatok sa dnes môže považovať rozhodujúca úloha konfigurácie slnečného magnetického poľa, jeho meniacej sa štruktúry pri generovaní sporadickej aktivity Slnka (napr. Luhmann et al., 1998) .

3. VARIABILITA PARAMETROV MEDZIPLANETÁRNEHO PRIESTORU

     Meniace sa vlastnosti rozpínajúcej sa slnečnej koróny, t.j. parametre SV, vystihujú variabilitu medziplanetárneho priestoru. Koronálna plazma je v blízkosti Slnka (1,0–1,2 R_o) kontrolovaná koronálnym magnetickým poľom, ktorého veľkorozmerová štruktúra je zložitá. Ale pri ďalšom pohybe od Slnka dominuje plazma s do nej vmrazeným slnečným magnetickým poľom. Pri jej rozpínaní sa vytvára medziplanetárne magnetické pole (MMP), charakterizované magnitúdou B, typickou sektorovou štruktúrou a severo-južnou zložkou B_z. Výskyt geoefektívnej Bz južnej orientácie (B_S) často nadväzuje na šíriace sa plazmové štruktúry.
     Poukážme na fakt, že pri vzniku a šírení CME sa konfigurácia MMP deformuje, v medziplanetárnom priestore často vzniká magnetický oblak (obr. 1), pre ktorý je charakteristická zvýšená rýchlosť šírenia a nárast B_S. Preto je geoefektívnosť tejto medziplanetárnej štruktúry pochopiteľná.

     Družicové údaje za obdobie 1964–1995, t.j. za ostatné 3 slnečné cykly, poukazujú na trend nárastu veľkosti MMP na obežnej dráhe Zeme. Magnitúda MMP je modulovaná 11-ročným slnečným cyklom (obr. 2a). Jeho zložka pozdĺž spojnice Slnko-Zem (B_x), ktorá je identická s radiálnou zložkou (B_r), má zložitejšiu dynamiku (obr. 2b). Priebeh ročných priemerov |B_x| = |B_r| vykazuje lineárny trend zodpovedajúci celkovému nárastu o 1/3 (33%). Tento trend vo veľkosti modulu radiálnej zložky MMP |B_r|, vyjadrovanej ako:

odráža nárast koronálneho zdrojového poľa B₀ na sférickom obale v heliosférickej vzdialenosti R0, kde slnečné pole sa stáva radiálnym. S nárastom koronálneho zdrojového poľa sa konzistentne prejavuje celkový nárast magnitúdy MMP, čo sa premieta do výrazného trendu zvýšenia úrovne geomagnetickej aktivity (GA), ako uvádzame nižšie.

Obr. 2. Priemerné ročné hodnoty charakteristík MMP na obežnej dráhe Zeme (GSE súradnice): a) modulu severo- južnej zložky MMP { |Bz| } a jej veľkosti {Bz} (vykazuje malé odchýlky od nulovej hladiny); b) modulu radiálnej zložky { |Bx| }; c) uhlu zakrivenia siločiar MMP v azimu-tálnej rovine – teoreticky vypočítaného (plná krivka) a pozorované- ho (prerušovaná krivka): podľa (Stamper et al., 1999).

     Ako vidieť na obr. 2c, orientácia MMP je dostatočne stabilná a zodpovedá geometrii Archimedových špirál. Je to zrejmé z porovnania priebehu priemerných ročných hodnôt teoretického uhlu <g>a pozorovaného uhlu <g> + <d> , kde d kvantifikuje odchýlky od teoretickej hodnoty. Dobrá koincidencia teoretických (plná čiara) a pozorovaných (prerušovaná čiara) hodnôt svedčí o tom, že uhol g:

vypočítaný podľa Parkerovej teórie (w – uhlová rýchlosť rotácie Slnka, r = 1AU pre obežnú dráhu Zeme), je dobrou aproximáciou pozorovanej orientácie MMP.
     V oblasti ekliptiky evolúciu základných parametrov zmagnetizovanej slnečnej plazmy približuje obr. 3. Je vidieť, že v maxime slnečného cyklu je hladina zmien rýchlosti SV znížená na rozdiel od priebehu B, modulovaného v súlade s priebehom slnečného cyklu. Rokom 1982 a 1991, pre ktoré boli príznačné viaceré prípady extrémnej porušenosti magnetosféry, zodpovedajú zvýšené hodnoty |B_S| a dynamického tlaku SV.

     Štúdium vlastností slnečnej plazmy bol až do 90-tych rokov limitovaný rovinou ekliptiky. Principiálne nové poznatky o heliosfére, predstavujúcej medziplanetárny priestor s dominantným pôsobením SV, sa získali prostredníctvom družice ULYSSES, ktorá prednedávnom dovŕšila svoj prvý úplný obeh Slnka po približne polárnej (nad slnečnými pólmi) obežnej dráhe (McComas et al., 2000). Merania pomocou na nej umiestnených prístrojov poskytli informáciu o parametroch SV a MMP mimo roviny ekliptiky.
     Pokiaľ ide o konfiguráciu MMP, sú viaceré príklady detekcie ULYSSESom radiálneho poľa s väčšími či menšími výchylkami od radiálneho smeru (Jones et al., 1998). Z obr. 4 je zrejmé, že výskyt deviácií vykazuje závislosť od heliosférickej šírky.
     Časové zmeny jednotlivých parametrov slnečnej plazmy v intervale 3.–9. 1. 1997 sú znázornené na obr. 5. Je vidieť, že výskyt radiálneho poľa obvykle nadväzuje na zmenšujúcu sa rýchlosť SV. Deviácie B od radiálneho smeru vykazujú fluktuácie: napr. v priebehu 8. dňa je pole približne radiálne na rozdiel od 6. a 7. dňa, kedy sa prejavuje špirálovitá štruktúra, čo je vidieť z porovnania s uhlom pre teoretickú špirálu (obr. 5, prerušovaná čiara na dolnom paneli).

     Ukazuje sa, že prípady výskytu radiálneho poľa nadväzujú na šírenie CME. Preto riešenie otázky slnečných zdrojov takýchto deviácií pomôže hlbšie pochopiť fyziku koróny.

4. VARIABILITA GMP

     Variabilitu GMP ako prejav porušenosti magnetosféry kvantitatívne charakterizujeme indexami GA, resp. frekvenciou výskytu skúmaného úkazu porušenosti magnetosféry. Najznámejším úkazom porušeného GMP je magnetická búrka. Má globálny charakter a jej intenzita daná indexom D_st (resp. indexom DR) môže dosiahnuť aj stovky nT. Búrková porucha v aurorálnej oblasti – subbúrka – sa charakterizuje indexom AE, ktorého hodnota môže prevýšiť 1000 nT. Výskyt búrok a subbúrok nadväzuje na premennú slnečnú činnosť.
     Meniaca sa slnečná aktivita (SA), charakterizovaná kvantitatívne najrozšírenejším indexom SA (relatívne číslo slnečných škvŕn R), moduluje premenné GMP. Ak použijeme najdlhší rad indexu planetárnej porušenosti GMP aa, potom porovnanie dlhodobého priebehu priemerných ročných hodnôt obidvoch indexov preukazuje dobre známu moduláciu úrovne GA 11-ročnou rytmicitou SA (obr. 6). Pritom sa vo viacerých analýzach poukazuje na fázovú asynchrónnosť nárastu a poklesu GA v 11-ročnom slnečnom cykle. Na obr. 6 je znázornené obdobie zahrňujúce 12 úplnych cyklov (11–22). Po 14. cykle (1901–1913) s najnižšou hladinou GA je zreteľný dlhodobý nárast GA s výnimkou jej prechodného zmenšenia na začiatku 20. cyklu. Napriek tomu, že R v minime cyklu je obvykle blízke 0, pre ročné priemery aa v minime je charakteristický dlhodobý stúpajúci trend.

Obr. 6. Evolúcia úrovne SA a GA vyjadrená priebehom priemerných ročných hodnôt R a aa indexov. Súvislé a pre-rušované vertikálne čiary indikujú roky maxima a minima slnečných cyklov.

     Z obr. 6 je zrejmé, že minimá SA a GA nie sú identické (výnimky ako napr. pre cyklus 14 s minimom v r. 1901 sú len ojedinelé). Ani maximá GA nie sú synchronizované s maximami SA. Úroveň planetárnej GA kulminuje vo fáze spádu SA.
     Viaceré analýzy ukazujú, že pre vzťah medzi R a aa sú charakteristické rozdiely pokiaľ ide o fázu nárastu a poklesu SA, ako aj o párne a nepárne 11-ročné cykly, čo je vlastne prejavom 22-ročného slnečného magnetického cyklu.
     Úroveň globálnej porušenosti magnetosféry dobre korešponduje s porušenosťou v aurorálnej oblasti. Údaje o aurorálnej subbúrkovej aktivite (SS) z observatória Sodankylä ukazujú, že SS je najvyššia práve vo fáze spádu SA (obr. 7a). Zároveň jej náhle poklesy sa môžu vyskytovať vo fáze maxima SA (napr. v r. 1980). Pritom zmeny SS a globálnej aktivity vyjadrenej indexom aa dobre korelujú (obr. 7b) na časovej škále ročných priemerov.

Obr. 7. Priebeh ročných priemerov indexu subbúrkovej aktivity SS (substorm strength) z observatória Sodankylä v porovnaní s priebehom relatívneho čísla slnečných skvŕn (a) a indexu aa (b) podľa (Nevanlinna and Pulkki-nen, 1998).

     Slnkom generovaná variabilita GMP, prejavujúca sa zložitým spektrálnym zložením (napr. Gonzalez et al., 1993), sa premieta do dynamiky viacerých parametrov okolozemského priestoru, najmä aeronomických. V tejto súvislosti vzniká potreba predpovede SA s dôslednejšou analýzou celkovej slnečnej irradiancie (napr. Solanki, Fligge, 1998; Veretenenko, Pudovkin, 1998) a tiež dynamiky kozmického žiarenia (napr. Belov et al., 1998; Cane et al., 1999).
     Obvykle sa hodnotí výška nadchádzajúceho resp. aktuálneho slnečného cyklu. Existujúce predpovede terajšieho 23. cyklu (napr. Wilson et al., 1998; Hathaway et al., 2000), ktorý sa začal v r. 1996, svedčia o tom, že kulminácia SA sa očakáva na hladine R = 153 ± 30 (Schatten, Hoyt, 1998) a predpokladá sa v januári 2001 (ale uvádzajú sa aj iné blízke termíny). Všeobecne pre rôzne prejavy SA (výskyt erupcií, výskyt CME atď.) je časová poloha maxima odlišná.
     GA s priemernou hodnotou aa = 23.1 nT v maxime (Cliver et al., 1999) bude svojím priebehom v 23. cykle podobná rozvoju GA v 18. slnečnom cykle.
     Rozvoj GA je determinovaný jednak vonkajším pôsobením nadväzujúcim na parametre SV (napr. Crooker, Gringauz, 1993; Gleisner et al., 1996; Makarov, 1998), jednak aktuálnym stavom magnetosféry, ako ukazujú najmä najnovšie poznatky vychádzajúce z družicových pozorovaní plazmových procesov v okolozemskom priestore.

5. SUBBÚRKA A MAGNETICKÁ BÚRKA

     Podľa súčasných predstáv intenzívna subbúrka je vlastne predzvesť magnetickej búrky. Vzťah medzi týmito dvomi základnými úkazmi je predmetom dlhšieho výskumu (Feldstein, 1992; De Michelis et al., 1997; Gelberg, 1998). Pochopiť fyzikálne mechanizmy rozvoja subbúrky znamená schopnosť modelovaním reprodukovať formovanie odozvy magnetosféry na vonkajší slnečný agens od vzniku poruchy v aurorálnej oblasti až po jej prípadné pretransformovanie na globálnu poruchu.
     Výskumy v ostatných rokoch poukazujú na to, že subbúrka nie je vlastne lokálny jav. Expanzívna fáza subbúrky vzniká pri rôznych vonkajších podmienkach (napr. Henderson et al., 1996):

• náhla zmena tlaku SV v spojitosti s príchodom medziplanetárnej nárazovej vlny či inej diskontinuity a teda následná kompresia magnetosféry
• zmena orientácie MMP
• pomerne stabilné MMP.

Obr. 8. Začiatok expanzívnej fázy subbúrky a formovanie (poradie jednotlivých úkazov je očíslované) tzv. current wedge (Shiokawa et al., 1998).

     Prúdové systémy v magnetosfére vykazujú výraznú súvislosť so zmenami dynamického tlaku SV. Je známe, že jeho nárast stláča magnetosféru na dennej strane. Novšie analýzy ukazujú, že zároveň na nočnej strane dominuje depresia magnetosféry, čo súvisí s intenzifikáciou priečnych prúdov v magnetosférickom chvoste (Ostapenko, Maltsev, 1998).

 Z hľadiska týchto nových poznatkov subbúrka nadobúda doteraz menej známu úlohu pri formovaní magnetosférickej porušenosti. Identifikácia spúšťacieho mechanizmu expanzívnej fázy subbúrky bude ďalším krokom v pochopení fyziky magnetosféry (Lyons, 1995).

Nie v menšej miere sa to týka aj teórie magnetických búrok. Dôležitým smerom výskumu je štúdium medziplanetárnych mechanizmov vzniku najintenzívnejších búrok (napr. Bravo et al., 1998; Ivanov, Romashets, 1998). Je známe, že MMP južnej orientácie s magnitúdou B_S   –10 nT a trvaním > 3 hod. obvykle vyvoláva intenzívnu magnetickú búrku (Gonzalez, Tsurutani, 1987). Preto štúdium takých zdrojov búrok ako šíriace sa CME, magnetické oblaky a iné úkazy kompresie plazmy, spôsobujúce zvýraznenie južnej orientácie MMP, vystupuje do popredia. Podrobnejšie sa tomu venovali Tsurutani et al., (1992) na príklade piatich najintenzívnejších búrok v období 1980–1986 (obr. 9). Je vidieť, že rozvoj búrky môže byť stupňovitý (2. a 3. panel). Energeticky výnosnejšie búrky pomáhajú špecifikovať ich mechanizmy (Kamide et al., 1998a; Ebihara, Ejira, 2000).

     Aj keď vznik búrky sa hlavne spája s intezifikáciou prstencového prúdu (PP), súčasné poznatky svedčia o tom, že búrkový D_st index nie je adekvátnym indikátorom intenzity PP (napr. Gonzalez et al., 1994; Kamide et al., 1998b), keďže jeho hodnota je ovplyvňovaná viacerými prúdovými systémami (preto sa často využíva jeho redukovaná hodnota DR). Najnovšie výsledky poukazujú na význam prúdov v magnetosférickom chvoste (Kalegaev et al., 1998; Dremukhina et al., 1999).
     Vďaka družicovým meraniam zloženia okolozemskej plazmy pri rôznych úrovniach porušenosti magnetosféry sa podarilo zistiť, že ionosféra zohráva dôležitú úlohu ako zdroj častíc pre PP, pritom ionosférické ióny O⁺ dominujú v maxime búrkovej poruchy. Z Tab. 1, v ktorej sú zhrnuté výsledky monitoringu plazmy v rámci družicových misií AMPTE/CCE (Active Magnetospheric Particle Tracer Explorer/Charge Composition Explorer) a CRRES (Combined Release and Radiation Effects Satellite), je vidieť, že populácia pokojného PP je hlavne zastúpená iónmi H⁺ (ióny He⁺⁺ slnečného pôvodu a ióny O⁺ ionosférického pôvodu celkom činia 10%). To značí, že v pokojnom PP ~ 2/3 populácie PP je zo slnečnej plazmy.

Tabuľka 1. Zdroje nabitých častíc (iónov) pre PP podľa meraní na družiciach AMPTE/CCE a CRRES. Celková hustota energie iónov je pre L = 5 (podľa Daglis et al., 1999a).
 

Zdroje	Pokojné  obdobie	Slabé a mier- ne búrky	Intenzívne búrky
Celková hustota energie, keVcm-3	~ 10	50	100
H+ zo SV, %	60	~ 50	20
H+ z ionosféry, %	30	~ 20	10
O+ z ionosféry, %	< 5	~ 30	> 60
He++ z ionosféry, %	~  2	5	10
Celkom zo SV, %	~ 65	~ 50	~ 30
Celkom z ionosféry, %	~ 35	~ 50	~ 70

     Pri slabej a miernej búrkovej poruche pomer slnečného a ionosférického zdroja populácie PP sa vyrovnáva. Pri intenzívnej búrke dominuje ionosférický zdroj vďaka prísunu iónov O⁺, ktorých obsah sa zdvojnásobuje v porovnaní s prípadmi slabej, resp. miernej búrky. Výdatnosť zdroja častíc (koncentrácia v plazmovej vrstve) a injektovaná energia (medziplanetárne elektrické pole E (V, B_S)) ovplyvňujú veľkosť PP v dôsledku zintenzívnenia konvekcie (Thomsen et al., 1998).
     Monitoring týchto procesov vo viac ako jednom bode a viacerými vzájomne sa doplňujúcimi prístrojmi otvára nové možnosti pre ich výskum. Napr. údaje z experimentov INTERBALL 1 a POLAR potvrdili stochastický charakter procesov v oblasti cuspu (napr. Savin et al., 1998), ktorý slúži ako vstupná brána pre slnečnú plazmu. Poznamenáme, že pozorovania pomocou družíc IMP 8 a GEOTAIL priblížili podmienky tvorby a šírenia plazmoidu (s rýchlosťou ~140 km/s) v magne-tosférickom chvoste (Slavin et al., 1998) ako prejavu porušenosti magnetosféryh.
     Je zaujímavá aj ďalšia okolnosť. Vďaka prebytku iónov O⁺, ktorých životnosť je viacnásobne kratšia ako pre H⁺, počiatočný útlm PP prebieha rýchlejšie. Odlišná rýchlosť nábojovej výmeny prispieva k stupňovitému priebehu návratovej fázy búrky. Relatívny pomer H⁺/O⁺ v populácii PP ovplyvňuje aj celkovú rýchlosť útlmu PP.
     Tým, že ionosféra je zásobovacím zdrojom dôležitej zložky horúcej magnetosférickej plazmy, zastúpenej iónamy O⁺, vnútorný regulačný faktor porušenosti magnetosféry zohráva významnú úlohu. To sa potvrdilo ešte meraniami pomocou IMP 7, IMP 8 a ISEE 1 na začiatku 90-tych rokov, kedy sa prvý raz zaregistrovali zintenzívnené toky energetických neutrálnych atómov ENA (Energetic Neutral Atoms). ENA vznikajú pri nábojovej výmene tokov častíc PP s vodíkom a kyslíkom exosféry. ENA emisie sa tým stávajú prostriedkom diaľkového prieskumu stavu magnetosféry (Daglis et al., 1999b). Vďaka monitoringu ENA sa štúdium porušenosti magnetosféry dostáva na novú úroveň. Toky ENA prinášajú užitočnú informáciu o procesoch disipácie, najmä o plazmových disipačných procesoch napr. pri útlme PP.
     Detekcia ENA sa už dnes považuje za bezpodmienečne potrebnú na upresnenie dynamických plazmových procesov v geopriestore. Počíta sa s multi-družicovými simultánnymi meraniami, aby sa pristúpilo k dôslednej 3D analýze procesov vo vnútornej magnetosfére. Na základe nových poznatkov sa zabezpečí predpoveď subbúrkovej a búrkovej aktivity ako prejavu premenlivého kozmického počasia.

6. KOZMICKÉ POČASIE

     Systém Slnko-heliosféra-magnetosféra je otvorený dynamický systém, kontrolovaný aktívnymi procesmi v slnečnej atmosfére. Štúdium reťazca fyzikálnych procesov v tomto systéme vyústilo k zavedeniu nového pojmu vystihujúceho dynamické vlastnosti jeho stavu. Ide o kozmické počasie, ktorého premenlivosť tesne súvisí s heliosférickými búrkami (napr. Ivanov, Romashets, 1998), s vysokorýchlostným SV, vznikom a šírením magnetických oblakov, svietivosťou aurorálnych oblúkov, aktivizáciou plazmových procesov počas magnetických búrok.
     Zriadením pracovnej skupiny kozmického počasia (Uppsala, IAGA-1997) sa začal jeho koordinovaný výskum v rámci medzinárodného programu SCOSTEP – SRAMP (STEP Results, Applications and Modeling Phase). Bol vytýčený hlavný cieľ – včasná a presná predpoveď kozmického počasia na základe komplexných pozorovaní, teoretického modelovania a adekvátnej interpretácie.
     Kontinuálne pozorovania v systéme Slnko-Zem umožnili realizácie cielených pozorovacích kampaní s možnosťou okamžitej analýzy priebežných výsledkov pozorovaní. Prvý Mesiac kozmického počasia (Space Weather Month) sústredeného monitoringu bol vyhlásený na september 1999. Komplexné údaje družicových, balónových a pozemských meraní sa v globálnom meradle sústreďovali na špeciálne zriadenej web stránke a boli sprístupnené (quick-look data) pre záujemcov: http://aoss.engin.umich.edu/intl_space_weather/sramp/sept99_campaign_index.html.
     Výsledky spracovania a interpretácie synoptických údajov, získaných cez svojrázne "okno" nahromadených údajov, budú zhodnotené na workshope v rámci I. konferencie SRAMP (Japonsko, október 2000).
     Získané skúsenosti budú užitočné pre aktivity v rámci Týždňa kozmického počasia vyhláseného pre časový interval 30. 4.–4. 5. 2001. Podobné kampane okrem vedeckej hodnoty majú aj aplikačný význam. Užívateľská obec, ktorej rozsiahlosť je daná dopadom kozmického počasia na ľudskú činnosť (najmä komunikačné systémy) má k dispozícii informačný zdroj SEC (Space Environment Center, Boulder, USA) dostupný na web stránke: http://sec.noaa.gov.
     Dlhodobé trendy variability kozmického počasia sú východiskovými pre interdisciplinárne účely, napr. pre štúdium vplyvu premennej slnečnej činnosti na evolúciu klímy. Od čias Maunderovho minima (1650–1715) s veľmi nízkymi hodnotami R v priebehu niekoľkých slnečných cyklov, vzrástla celková irradiancia Slnka o ~  4 Wm^-2.
     Rekonštrukcia priebehu celkovej irradiancie v minulosti S_rec (Solanki, Fligge, 1998) sa opiera o bezprostredné družicové merania tejto veličiny pomocou experimentu ERB (Earth Radiation Budget) na družici NIMBUS 7 a experimentu ACRIM (Active Cavity Radiometer Irradiance Measurements) počas misie SMM (Solar Maximum Mission). Získané údaje umožnili vypočítať vklad pokojného Slnka do celkovej irradiancie (S_qs), na základe čoho sa urobila rekonštrukcia S_rec. Na obr. 10 je znázornený interval variability Srec pre obdobie 1880–1989, vypočítaný aplikáciou modelu A (predpokladá linárny vzťah medzi DS_qs a fakulárnym indexom) a B (predpokladá lineárny vzťah medzi DS_qs a dĺžkou slnečného cyklu). Prejavuje sa dobrá korelácia rastúceho S_rec s evolúciou globálnej teploty zemského povrchu a oceánu TG (korelačný koeficient 0,93 pre model A a 0,85 pre model B) ako aj s evolúciou teploty severnej pologule (T_NH).

     Informácia o celkovej irradiancii Slnka a jej zmenách je dôležitá pre štúdium mechanizmov možného vplyvu SA na dlhodobé klimatické zmeny.

7. PRÍNOS SLOVENSKÝCH VÝSKUMNÝCH PRACOVÍSK

     Štúdium fyziky vzťahov Slnko-Zem na Slovensku má svoju tradíciu. Vedecké ústavy tohoto zamerania sa aktívne zapojili do celosvetového úsilia pochopiť dynamiku procesov v systéme Slnko-Zem.
     Vďaka aktivitám NK SCOSTEP, NK COSPAR a NK IAU sa na Slovensku konali viaceré medzinárodné podujatia, na ktorých rezonovala aj problematika ďalších perspektív výskumu.
     V rámci činnosti uvedených NK sa pravidelne pripravujú stručné prehľady vedeckých aktivít na Slovensku, ktoré sa predkladajú v rámci oficiálnych stretnutí SCOSTEP, resp. COSPAR a tiež sa publikujú (napr. Prigancová, Sýkora, 2000; Kudela et al., 2000a). V r. 1999 pri príležitosti 22. Valného zhromaždenia IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics) NK IUGG pripravil súhrnnú správu (Slovak National Report, 1999), ktorej súčasťou bol aj prehľad výskumu slnečno-zemských vzťahov za obdobie 1995–1998. Stručný historický prehľad rozvoja výskumu v tejto oblasti bádania poskytuje práca (Prigancová, 1997).
     V súčasnosti výskum sa opiera o aktívne kozmické experimenty, zamerané hlavne na monitoring plazmových procesov v okolozemskom priestore (napr. Kudela et al., 1997a). V rámci kozmickej misie ŠTEFÁNIK sa úspešne zabezpečili experimenty Dozimetria I a Dozimetria II. V spolupráci so Štátnou Univerzitou v Moskve sa predpokladá širšia účasť ÚEF SAV na kozmických experimentoch vrátane programu ISS (International Space Station). Pracovné kontakty s ESA umožnili účasť ÚEF SAV na európskom projekte družice CESAR.
     Za úspech a nové perspektívy kozmického výskumu na Slovensku môžeme považovať zriadenie Komisie pre výskum a mierové využitie kozmu pri vláde SR, ktorej predsedom je Štefan Luby, predseda SAV.
     Na význame nestrácajú ani pozemské pozorovania. Na regulárnom základe sa uskutočňujú pozorovania Slnka: slnečné škvrny (od r. 1943), protuberancie (od r. 1964), erupcie (od r. 1971), koronálne emisie (od r. 1965).
     Pravidelný monitoring kozmického žiarenia (CR) sa realizuje na Lomnickom štíte, kde sa zaznamenali viaceré zaujímavé úkazy variability CR a na základe časového radu pozorovaní sa získali zaujímavé výsledky (napr. Kudela et al., 1997b).
     Štandardné merania premenného GMP na Geomagnetickom observatóriu Hurbanovo, ktorého 100-ročné jubileum si pripomíname v r. 2000 (Prigancová et al., 2000), prispievajú k tvorbe celosvetovej databázy a výsledky meraní (1949–1999) sú prístupné na disketách. V súčasnosti sú k dispozícii (v reálnom čase) aj merania s 1-minútovým časovým rozlíšením v rámci účasti na medzinárodnom programe INTERMAGNET.
     Viaceré získané vedecké výsledky sú prínosom v rámci medzinárodných programov a týkajú sa nasledovných okruhov riešenej problematiky:

• slnečné aktívne procesy a vlastnosti medziplanetárneho priestoru (zavedenie koronálneho indexu známeho ako ”Slovak green corona index” a využitie jeho časového radu denných hodnôt 1. 1. 1943 – 31. 12.1996 pre štúdium vlastností zelenej koróny, analýzy dynamiky chromosféry a fotosféry, štúdium röntgenovej radiácie Slnka a eruptívnej aktivity, štúdium efektov modulácie kozmického žiarenia a fraktálnej štruktúry variácií intenzity kozmických lúčov); (napr. Rybanský et. al., 1998; Storini, Sýkora, 1997)
• procesy odozvy v systéme magnetosféra-ionosféra (porovnanie odozvy pri extrémnych podmienkach pre pokojné Q a porušené D dni, dynamika magnetosférickej plazmy, problematika energizácie magnetosférických procesov, modelovanie magnetických búrok, štúdium nelineárneho charakteru odozvy na vonkajšie pôsobenie slnečného agensu, analýzy samoorganizácie magnetosféry, štúdium pulzačnej aktivity); (napr. Bieleková, 1998; Kudela et al., 1998; Prigancová et al., 1994; Vörös, 1994; Vörös, 1998)
• kozmické počasie a životné prostredie (kozmické počasie ako reťazec procesov v systéme heliosféra - magnetosféra-ionosféra, slnečné vplyvy na klímu,geomagnetizmus ako faktor životného prostredia); (napr. Kudela et al., 2000b; Prigancová, 1998).

8. PERSPEKTÍVY ĎALŠIEHO ROZVOJA VÝSKUMU

     V súčasnosti zameranie výskumu fyziky vzťahov Slnko-Zem sa sústreďuje na adekvátnu prepoveď kozmického počasia, ktorého dopad na technologicky vyspelú spoločnosť je preukázateľný.
     Nie je to ľahká úloha a vyžaduje hlbšie pochopenie fyziky Slnka, fyziky heliosféry a fyziky magnetosféry. Tým, že stav magnetosféry zohráva významnú úlohu v procesoch interakcie SV – magnetosféra, sa žiada detailnejší monitoring plazmových procesov v okolozemskom priestore. V rámci viacerých družicových experimentov:

• Advanced Composition Explorer (ACE)
• Fast Auroral Snapshot Explorer (FAST)
• Thermosphere – Ionosphere – Mesosphere

Energetics and Dynamics (TIMED)
• Upper Atmosphere Research Satellite (UARS)
• GEOTAIL
• POLAR atď.

9. ZÁVER

     Vďaka intenzívnemu výskumu fyziky vzťahov Slnko-Zem sa nahromadili významné výsledky, ktoré pomáhajú po novom chápať dynamiku parametrov medziplanetárneho i okolozemského prostredia a otvárajú nové perspektívy komplexného štúdia globálnych zmien v dynamickom systéme Slnko-Zem.
     Na prahu nového tisícročia naďalej rastie význam bezprostredných kozmických experimentov. Aj slovenskí vedci, ktorí v minulosti získali viaceré originálne výsledky v rámci projektov INTERCOSMOS, INTERBALL a ďalších vrátane kozmickej misie slovenského kozmonauta v r. 1999, sa aktívne zapájajú do medzinárodných projektov monitoringu kozmického priestoru a spracovania získaných údajov. Zároveň sa aktívne podieľajú na tvorbe medzinárodných databáz pozemských pozorovaní.
     Široká účasť slovenských výskumných pracovísk vo viacerých celosvetových programoch výskumu fyziky vzťahov Slnko-Zem prispieva k úspešnému napredovaniu slovenských vedcov vo výskume dôležitom tak z vedeckého hľadiska, ako aj z hľadiska spoločenských aplikácií.
 

Poďakovanie

Príspevok bol pripravený v rámci grantu VEGA 2/6040.

LITERATÚRA

Belov A. v. et al., 1998: J. Geophys. Res., 98, No. 4, 131.
Bieleková M., 1998: Contr. Geophys. Geod., 28, 269.
Bravo S. et al., 1998: Ann. Geophys. 16, 49.
Brueckner G. E. et al., 1998: Geophys. Res. Lett., 25,3019.
Cane H. V. et al., 1999: In Solar Wind Nine (Eds. S. R. Habbal, R. Esser, J. V. Hollweg, P. A. Isenberg), The American
     Institute of Physics, USA.
Cliver E. W. et al., 1999: J. Geophys. Res., 104, 6871.
Crooker N. V., K. I. Gringauz, 1993: J. Geophys. Res., 98, 59.
Daglis I. A. et al., 1999a: Rev. Geophys., 37, 407.
Daglis I. A. et al., 1999b: Phys. Chem. Earth (C), 24, 5.
De Michelis P. et al., 1997: J. Geophys. Res., 102, 14103.
Dremukhina L. A. et al., 1999: J. Geophys. Res., 104, 28351.
Ebihara Y., M. Ejira, 2000: J. Geophys. Res., 105, 15843.
Feldstein Ya. I., 1992: Space Sci. Rev., 59, 83.
Gelberg M. G., 1998: Geomagn. Aeron., 38, No. 5, 43.
Gleisner H. et al., 1996: Ann. Geophys., 14, 679.
Gonzales A. C. et al., 1993: J. Geophys. Res., 98, 9215.
Gonzales W. D. et al., 1994: J. Geophys. Res., 99, 5771.
Gonzalez W. D., B. T. Tsurutani, 1987: Planet. Space Sci., 35, 1101.
Gosling Y. T., 1993: J. Geophys. Res., 98, 18937.
Hathaway D. H. et al., 2000: J. Geophys. Res., 105, 22375.
Henderson M. G. et al., 1996: Ann. Geophys., 25, 16.
Ivanov K. G., E. P. Romashets, 1998: J. Geophys. Res., 98, No. 1, 131.
Jiřiček F. et al., 1995: Adv. Space Res., 17, 129.
Jones G. H. et al., 1998: Geophys. Res. Letters, 25, 3109.
Kalegaev V. V. et al., 1998: J. Geophys. Res., 98, No. 3, 10.
Kamide Y. et al., 1998a: J. Geophys. Res., 69, 7.
Kamide Y. et al., 1998b: J. Geophys. Res., 103, 17728.
Klimas A. J. et al., 1992: J. Geophys. Res., 97, 12253.
Kudela K. et al., 1997a: Adv. Space Res., 20, 499.
Kudela K. et al., 1997b: In Proc. Sol.-Terr. Predictions, RWC, Tokyo V, 244.
Kudela K. et al., 1998: J. Atmos. Solar Terr. Phys., 60, 643.
Kudela K. et al., 2000a: Space research in Slovakia, 1997–1999. NK COSPAR, Košice.
Kudela K. et al., 2000b: Space Sci. Rev., 93, 1.
Luhmann J. G. et al., 1998: J. Geophys. Res., 103, 6585.
Lyons L. R., 1995: J. Geophys. Res., 100, 19069.
Makarov G. A., 1998: J. Geophys. Res., 98, 135.
McComas D. J. et al., 2000: J. Geophys. Res., 105, 10419.
Nevanlinna H., T. I. Pulkkinen, 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 3087.
Ostapenko A. A., Yu. P. Maltsev, 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 26.
Prigancová A., 1997: Sci. Edition, IAGA History Comm., Bremen, 163.
Prigancová A., 1998: Studia geoph. et geod., 42, 159.
Prigancová A., Ya. I. Feldstein, 1992: Planet. Space Sci., 40, 581.
Prigancová A., M. Hvoždara, I. Túnyi, M. Váczyová, Z. Vörös, 2000: Geomagnetické observatórium Hurbanovo: 100-ročné
     jubileum / Geomagnetic Observatory Hurbanovo: 100-year Anniversary. GFÚ SAV, Bratislava.
Prigancová A., J. Sýkora, 2000: STP Newsletter 1999 and International SCOSTEP Newsletter, 3, 74.
Prigancová A. et al., 1994: J. Geomagn. Geoelectr., 46, 341.
Rybanský M.et al., 1998: Solar Phys., 177, 305.
Savin S. et al., 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 2963.
Schatten K., D. Hoyt, 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 599.
Slavin J. A. et al., 1998: Geophys. Res. Lett., 26, 2897.
Shiokawa K. et al., 1998: J. Geophys. Res., 103, 4491.
Slovak National Report to IUGG, 1999. Contr. Geophys. Geod., 29, Special Issue, 28.
Solanki S. K., M. Fligge, 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 341.
Stamper R. et al., 1999: J. Geophys. Res., 104, 28325.
Storini M., J. Sýkora, 1997: Solar Phys., 176, 417.
Sýkora J., 2000: Tento zborník.
Sýkora J., P. Ambrož, 1997: In Theoretical and Observational Problems Related to Solar Eclipses. NATO ASI Series C:
     Mathematical and Physical Sciences. Kluwer, Dordrecht, 494, 111.
Thomsen M. F. et al., 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 3481.
Tsurutani B. T. et al., 1992: Geophys. Res. Lett., 19, 73.
Urickij V. M., M. I. Pudovkin, 1998: J. Geophys. Res., 98, 17.
Veretenenko S. V., M. I. Pudovkin, 1998: J. Geophys. Res., 98, 33.
Vörös Z., 1994: Studia geophys. et geod., 38, 168.
Vörös Z., 1998: Revista Geofisica, 48, 77.
Vörös Z. et al., 1998: Geophys. Res. Lett., 25, 2621.
Webb D. F., 1995: Review Geoph., 33, Suppl., 577.
Webb D. F., R. A. Howard, 1994: J. Geophys. Res., 99, 4201.
Wilson R. M. et al., 1998: J. Geophys. Res., 103, 6595.
Woo R., S. R. Habbal, 2000: J. Geophys. Res., 105, 12667.