Vítejte na mé stránce

		Prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc. Skupina kosmické fyziky, Katedra fyziky povrchů a plazmatu, Fyzikální sekce, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlovy v Praze email: zdenek.nemecek@mff.cuni.cz tel: +420 221 912 301, fax: +420 284 685 095 adresa: KFPP MFF UK, V Holešovičkách 2, Praha 8, 180 00

Vědecké zaměření

• - návrh a vývoj vědeckých přístrojů a komplexů přístrojů pro mezinárodní projekty kosmického výzkumu magnetosféry Země
• - rozvoj nových měřících metod a detektorů zaměřených na studium toků plazmatu a měření energetického rozdělení nabitých částic
• - fyzika vztahů Slunce - Země, jejíž hlavní součástí je výzkum zemské magnetosféry
• - laboratorní simulace nabíjecích procesů prachových částic

Kliknutí na názvy v obrázku zobrazí vybrané publikace týkající se dané oblasti.

^nahoru^

Sluneční vítr (solar wind) a jeho nestability

Sluneční vítr je velmi nestabilní médium, dochází v něm k mnoha výrazným poruchám. Příkladem takových poruch mohou být meziplanetární rázové vlny, vznikající například v důsledku výronů sluneční hmoty (CME, Coronal Mass Ejection). Jiným příkladem pak mohou být tzv. HFAs (Hot Flow Annomalies) a mnoho dalších.

1) Němeček, Z., Šafránková, J., Zastenker, G., Tříska, P., Multipoint study of the solar wind: INTERBALL contribution to the topic, Adv. Space Res., 20(4/5): 659, 1997.
Jedna z prvních studií šíření slunečního větru využívající porovnání dat z více družic ukazující vývoj parametrů slunečního větru na cestě směrem k Zemi.

2) Šafránková, J., Němeček, Z., Přech, L., Zastenker, G., Nikolaeva, N., Nozdrachev, M., Skalsky, A., Paularena, K., Mukai, T., January 10-11, 1997 magnetic cloud: Multipoint measurements, Geophys. Res. Lett., 25(14): 2549-2552, 1998.
Popis magnetického oblaku vzniklého po erupci na Slunci v lednu 1997 z měření mnoha družic a studium šíření tohoto oblaku.

3) Sibeck, D. G., Borodkova, N. L., Schwartz, S. J., Owen, C. J., Kessel, R., Kokubun, S., Lepping, R. P., Lin, R., Luhr, H., McEntire, R. W., Meng, C. I., Mukai, T., Němeček, Z., Parks, G., Phan, T. D., Romanov, S. A., Šafránková, J., Sauvaud, J.-A., Singer, H. J., Solovyev, S. I., Szabo, A., Takahashi, K., Williams, D. J., Yumoto, K. Zastenker, G. N., Comprehensive study of the magnetospheric response to a hot flow anomaly, J. Geophys. Res., 104(A3): 4577-4593, 1999.
Studium HFA, která vedla k výrazné změně konfigurace celé magnetosféry Země.

4) Šafránková, J., Přech, L., Němeček, Z., Sibeck, D. G., Mukai, T., Magnetosheath response to the IMF tangential discontinuity, J. Geophys. Res., 105(A11): 25113-25121, 2000.
Studium vlastností HFAs a role nabitých částic v jejich formování.

5) Koval, A., Šafránková, J., Němeček, Z., A Study of Particle Flows in Hot Flow Anomalies, Planet. Space Sci., 53(1-3): 41-52, 2005.
Vnitřní struktura HFAs a jejích šíření.

^nahoru^

Rázové vlny (bow shock)

Výzkum jak rázových vln vznikajících v důsledku interakce slunečního větru s magnetickým polem Země, tak i meziplanetárních rázových vln se stává středem pozornosti fyziků v souvislosti s rozvojem studií věnovaných kosmickému počasí. Modely, které předpovídají polohu a tvar rázové vlny na základě změn parametrů slunečního větru a meziplanetárního magnetického pole, jsou pro hledání odezvy zemské magnetosféry velmi podstatným prvkem.

1) Němeček, Z., Šafránková, J., The Earth's bow shock and magnetopause position as a result of solar wind - magnetosphere interaction, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 53(N11/12): 1049, 1991.
Studium rázových vln, ze kterého vyplynulo, že předpovědi polohy rázové vlny vycházející pouze ze změn dynamického tlaku slunečního větru jsou nedostatečné a je třeba zahrnout i vliv velikosti meziplanetárního magnetického pole.

2) Šafránková, J., Němeček, Z., Borák, M., Bow shock position: Observations and models, in Interball in the ISTP Program, Studies of the Solar Wind-Magnetosphere-Ionosphere Interaction, ed. by D.G. Sibeck and K. Kudela, NATO Science Series C, Vol. 537, p.187-202, 1999.
Podrobné porovnání různých modelů rázové vlny a diskuze výsledků tohoto porovnání (s cílem najít co nejlepší model pro další použití).

3) Šafránková, J., Jelínek, K., Němeček, Z., The bow shock velocity from two-point measurements in frame of the INTERBALL project, Adv. Space Res.: Plasma processes in the near-Earth space: Interball and beyond, ed. by D.G. Sibeck and G.N. Zastenker, 31(N5): 1377-1382, 2003.
Výpočet rychlosti pohybu rázové vlny ze dvou, po stejné dráze se pohybujících družic (INTERBALL-1 a MAGION-4) a její statistické závislosti na parametrech slunečního větru a hodnotách velikosti a směru meziplanetárního magnetického pole.

4) Měrka, J., Szabo, A., Šafránková, J., Němeček, Z., Conic representation of the Earth bow shock surface in case of field-aligned upstream flow, J. Geophys. Res., 108(A7): 1269, 2003. (doi:10.1029-2002JA009697)
Studium vlastností rázových vln pozorovaných za speciálních podmínek.

5) Jeřáb, M., Němeček, Z., Šafránková, J., Jelínek, K., Měrka, J., A study of bow shock locations, Planet. Space Sci., 53(1-3): 85-94, 2005.
Návrh nového modelu polohy rázové vlny zahrnující vliv jak parametrů slunečního větru, tak i vliv meziplanetárního magnetického pole.

^nahoru^

Magnetopauza (magnetopause) a hraniční vrstva (LLBL)

Magnetopauza, vnější hranice zemské magnetosféry, tvoří překážku, která stojí v cestě toku slunečního větru pohybujícího se nadzvukovou rychlostí. Nachází se v místě, kde se vyrovnávají dynamický tlak slunečního větru s tlakem magnetického pole Země, přičemž ostatní tlaky (tepelný tlak plazmatu, tlak meziplanetárního magnetického pole, …) jsou v celkové tlakové bilanci zanedbatelné. Low-latitude Boundary Layer (LLBL) je část magnetopauzy, která odděluje plazma slunečního větru od magnetosférického plazmatu. Nachází se v oblasti nízkých geomagnetických šířek a převládá názor, že právě tato vrstva zprostředkovává transport plazmatu slunečního původu do vnitřní magnetosféry. Mechanizmus vzniku této vrstvy není stále zcela objasněn.

1) Němeček, Z., Fedorov, A., Šafránková, J., Zastenker, G., Structure of the low--latitude magnetopause: MAGION--4 observation, Annales Geophysicae, 15(5): 553, 1997.
První současné pozorování LLBL dvěma družicemi - v práci je představena hypotéza o vlivu povrchových vln na anomální difúzi částic přes magnetopauzu.

2) Šafránková, J., Němeček, Z., Sibeck, D. G., Přech, L., Měrka, J., Santolík, O., Two point observation of high-latitude reconnection, Geophys. Res. Lett., 25(23): 4301-4304, 1998.
Více-bodové pozorování přepojování magnetických siločar meziplanetárního a geomagnetického pole na magnetopauze ve vysokých geomagnetických šířkách.

3) Šafránková, J., Němeček, Z., Santolík, O., Sibeck, D., Zastenker, G., Skalsky, A., The flank magnetopause: INTERBALL observations, Adv. Space Res., 25(7-8): 1503-1510, 2000.
Dvoubodová pozorování a statistika pohybu povrchu magnetopauzy a její příčiny.

4) Šafránková, J., Němeček, Z., Dušík, Š., Přech, L., Sibeck, D. G., Borodkova, N. N., The magnetopause shape and location: A comparison of the INTERBALL and GEOTAIL observations with models, Annales Geophysicae, 20(N3): 301-310, 2002.
Studium tvaru a polohy magnetopauzy a porovnání statistických experimentálních dat (z družic INTERBALL-1 a MAGION-4) s modelovými predikcemi.

5) Nemecek, Z., Safrankova, J., Prech, L., Sauvaud, J.-A., The structure of magnetopause layers at low latitudes: INTERBALL contribution to the topic, inEarth's Low-latitude Boundary Layer, ed. by P.T. Newell and T. Onsager Geophysical Monograph Series, Vol. 133, AGU, p. 71-82, 2002.
Shrnuje poznatky o vnitřní struktuře hraničních vrstev a ukazuje celou oblast jako silně svázaný systém.

6) Němeček, Z., Šafránková, J., Přech, L., Šimůnek, J., Two-point Interball observations of the LLBL, in Multiscale Processes in the Earth's Magnetosphere: From Interball to Cluster, ed. by J.-A. Sauvaud and Z. Němeček, NATO Science Series, Vol. 178, Kluwer, 111-130, 2004.
Komplexní studie dvou set průchodů LLBL dvěma družicemi (INTERBALL-1 a MAGION-4) uskutečněných v různých lokálních časech s cílem diskutovat formování této hraniční vrstvy pro různé orientace meziplanetárního magnetického pole.

^nahoru^

Přechodová oblast (magnetosheath)

Na rázové vlně dochází ke skokové změně parametrů plazmatu slunečního větru (rychlost, teplota, koncentrace) a změně intenzity meziplanetárního magnetického pole. Také z těchto důvodů se turbulentní oblast mezi rázovou vlnou a magnetopauzou nazývá přechodová oblast. Je vyplněna "zpomaleným a ohřátým" plazmatem slunečního větru, které proudí podél zemské magnetosféry a přitom s sebou unáší i zamrzlé meziplanetární magnetické pole. Jeho intenzita je díky kompresi plazmatu vyšší než v neporušeném slunečním větru a směr je odlišný. Malá část plazmatu přechodové oblasti proniká do vnitřní magnetosféry a díky své hybnosti unáší zemské magnetické pole do značných vzdáleností a vytváří dobře známý chvost magnetosféry. Přechodová oblast je ta část prostoru, které byla věnována poměrně malá pozornost, přestože ve vztazích Slunce - Země hraje významnou roli, neboť tvoří skutečný přechod mezi slunečním větrem a magnetosférou.

1) Němeček, Z., Šafránková, J., Přech, L., Kokubun, S., Mukai, T., Sibeck, D.G., Transient flux events in the magnetosheath, Geophys. Res. Lett., 25(8): 1273-1276, 1998.
Identifikace a definice nového typu nestabilit (TFE, Transient Flux Enhancements) vyskytujících se v přechodové oblasti.

2) Němeček, Z., Šafránková, J., Zastenker, G. N., Pišoft, P., Paularena, K. I., Richardson, J. D., Observations of the radial magnetosheath profile and a comparison with gasdynamic model predictions, Geophys. Res. Lett., 27(17): 2801-2804, 2000.
Statistická pozorování profilů iontového toku v různých místech přechodové oblasti, jejich porovnání s hydrodynamickým modelem a diskuze odchylek modelu a profilů.

3) Němeček, Z., Šafránková, J., Zastenker, G., Pišoft, P., Jelinek, K., Low-frequency variations of the ion flux in the magnetosheath, Planet. Space Sci., 50(5-6): 567-575, 2002.
Studie nízko-frekvenčních variací toku plazmatu v přechodové oblasti v závislosti na směrech meziplanetárního magnetického pole a symetrii východ-západ.

4) Němeček, Z., Hayosh, M., Šafránková, J., Zastenker, G., Richardson, J., The dawn-dusk asymmetry of the magnetosheath: INTERBALL-1 observations, Adv. Space Res.: Plasma processes in the near-Earth space: Interball and beyond, ed. by D.G. Sibeck and G.N. Zastenker, 31(N5): 1333-1340, 2003.
Systematické studium nesymetrie východ-západ z dat družice INTERBALL-1 a její porovnání s výsledky obdobné studie na družici IMP 8.

5) Hayosh, M., Šafránková, J., Němeček, Z., Kudela, K., Zastenker, G. N., Relationship Between High-energy Particles and Ion Flux in the Magnetosheath, Planet. Space Sci., 53(1-3): 103-116, 2005.
Vzájemná korelace mezi tokem iontů a tokem energetických (> 20 keV) částic v přechodové oblasti.

6) Šafránková, J., Hayosh, M., Němeček, Z., Přech, L., Magnetosheath investigations: Interball contribution to the topic, in Multiscale Processes in the Earth's Magnetosphere: From Interball to Cluster, ed. by J.-A. Sauvaud and Z. Němeček, NATO Science Series, Vol. 178, Kluwer, p. 73-94, 2004.
Statistický přehled pozorování toku plazmatu v přechodové oblasti s diskuzí o přínosu dvou a více bodových měření projektu INTERBALL k této problematice.

^nahoru^

Kasp (cusp)

Vzhledem ke geometrii zemského magnetického pole je zřejmé, že siločáry, které formují magnetopauzu, přicházejí na povrch Země v malé oblasti poblíž geomagnetického pólu a tvoří jakousi nálevku - kasp. Právě do této oblasti se soustředí plazma přechodové oblasti, které se po přepojení siločar dostalo na geomagnetické siločáry zakotvené k Zemi. V oblastech polárních kaspů vstupuje tedy plazma z přechodové oblasti do magnetosféry.

1) Němeček, Z., Šafránková, J., Měrka, J., Přech, L., Skalsky, A., The high-altitude cusp: Interball observations, in Interball in the ISTP Program, Studies of the Solar Wind-Magnetosphere-Ionosphere Interaction, ed. by D.G. Sibeck and K. Kudela, NATO Science Series C, Vol. 537, p. 125-144, 1999.
Přehled všech pozorování kaspů družicí INTERBALL-1.

2) Němeček, Z., Měrka, J., Šafránková, J., The tilt angle control of the outer cusp position, Geophys. Res. Lett., 27(1): 77-80, 2000.
Studium změn polohy kaspu ve vysokých geomagnetických výškách v závislosti na náklonu zemského magnetického dipólu.

3) Měrka, J., Šafránková, J., Němeček, Z., Cusp-like plasma in high altitudes: A statistical study of the width and location of the cusp from MAGION-4, Annales Geophysicae, 20(N3): 311-320, 2002.
Přehledová statistická studie šířky a polohy kaspu na základě měření družice MAGION-4.

4) Němeček, Z., Šafránková, J., Přech, L., Šimunek, J., Sauvaud, J.-A., Stenuit, H., Fedorov, A., Fuselier, S. A., Savin, S., Zelenyi, L., Berchem, J., Structure of the outer cusp and sources of the cusp precipitation during intervals of a horizontal IMF, J. Geophys. Res., 108(A12): 1420, 2003. (doi:10.1029/2003JA009916)
Podrobná studie struktury a směrů toků plazmatu v oblasti kaspu v případě tzv. horizontálního magnetického pole. Na jedné události je dokumentován vliv By složky meziplanetárního magnetického pole na globální konfiguraci magnetosféry a její dopad na zdroje kaspového plazmatu.

5) Němeček, Z., Šimůnek, J., Šafránková, J., Přech, L., Spatial and temporal variations of the high-altitude cusp precipitation, Annales Geophysicae, 22(7): 2441-2450, 2004.
Rozlišení časových a prostorových variací toku kaspového plazmatu na základě pozorování energetické disperze částic.

^nahoru^

Plasmová vrstva (plasma sheet)

Část plazmatu slunečního větru proniká i do oblasti uzavřených siločar a akumuluje se v plazmové vrstvě (plasma sheet).

1) Santolík, O., Přech, L., Šafránková, J., Němeček, Z., Electron fluxes in the magnetotail: statistical study, Adv. Space Res., 25(7-8): 1623-1628, 2000.
Statistická studie elektronových toků v magnetosférickém chvostu přináší pozorování svazků horkých elektronů jak v plazmové vrstvě, tak podél magnetopauzy ve vysokých geomagnetických šířkách.

^nahoru^

Prach (dust)

Značná část hmoty ve vesmíru je ve formě prachových zrn o velikosti desítek nanometrů až desítek mikrometrů. Tato zrna jsou nejrůznějšími procesy nabíjena na značné potenciály a elektrostatické nebo elektromagnetické síly tak podstatnou měrou ovlivňují jejich dynamiku. Mezi základní nabíjecí procesy patří záchyt primárních částic (elektronů a iontů) na povrchu zrna, sekundární elektronová emise vyvolaná dopadem primárních elektronů, fotoemise zrna způsobená UV složkou záření Slunce a další procesy, které se uplatňují méně, jako termoemise a autoemise. O tom, který proces se v daném okamžiku nejvíce převáží, rozhodují jak vlastnosti obklopujícího prostředí, tak v některých případech materiál a rozměry zrn, případně i historie nabíjení zrna (tj. dvě stejná prachová zrna nemusí mít ve stejných podmínkách stejný povrchový potenciál).

Úkolem laboratorních simulací je stanovit základní nabíjecí charakteristiky prachových zrn z různých materiálů a určit jejich závislosti na rozměrech zrn. Jednou z možností je sledovat vývoj měrného náboje jednoho zrna. Toho je možné dosáhnout například pozorováním zrn, která prolétla daným prostředím (plazmatem, svazkem nabitých částic) nebo zachycením jednoho zrna v elektrodynamické pasti. To je také fyzikálním principem unikátní experimentální aparatury pro laboratorní simulaci mechanizmů nabíjení, která byla postupně vyvinuta na KFPP MFF UK.

1) Popis aparatury:
Žilavý, P., Sternovský, Z., Čermák, I., Němeček, Z., Šafránková, J., Surface potential of small particles charged by the medium-energy electron beam, Vacuum, 50(1-2): 139-142, 1998.
Pavlů, J., Velyhan, A., Richterová, I., Němeček, Z., Šafránková, J., Čermák, I., Žilavý, P., Mass-loss rate for MF resin microspheres, IEEE Trans. Plasma Sci., 32(2): 704-708, 2004.

2) Polní emise:
Sternovsky, Z., Němeček, Z., Šafránková, J., Velyhan, A., Ion field emission from micron sized spherical glass grains, IEEE Trans. Plasma Sci., 29(2): 292-297, 2001.
Pavlů, J., Němeček, Z., Šafránková, J., Čermák, I., Emissions from non-conducting negatively charged dust grains, IEEE Trans. Plasma Sci., 32(2): 607-612, 2004.
Velyhan, A., Žilavý, P., Pavlů, J., Šafránková, J., Němeček, Z., Ion beam effects on dust grains, Vacuum, 76(4): 447-455, 2004.

3) Model sekundární emise:
Richterová, I., Němeček, Z., Šafránková, J., Pavlů, J., A model of secondary emission from dust grains and its comparison with experiment, IEEE Trans. Plasma Sci., 32(2): 617-622, 2004.