300 km od Brazílie klesá Van Allenův radiační pás tak nízko, že spaluje elektroniku na oběžné dráze. NASA kvůli tomu vypíná satelity

Nad jižním Atlantikem u Brazílie sestupuje vnitřní Van Allenův pás až ke 200 km nad povrch. Družice tam při každém průletu riskují vyřazenou elektroniku.

Zdroj fotografie: Unsplash

Hubbleův teleskop oběhne Zemi zhruba patnáctkrát denně. Deset z těchto oběhů vede v řadě za sebou přes oblast nad Jižní Amerikou a jižním Atlantikem, kde musí slavná observatoř své nejcitlivější detektory uspat. Podle NASA tam tráví skoro 15 % času a během něj nepořídí ani jeden snímek. Na vině je jihoatlantická anomálie, slabé místo zemského magnetického pole, kterým se nabité částice z radiačního pásu propadají až k nízké oběžné dráze. Obyvatelé Rio de Janeira ani Buenos Aires o ní nic nevědí. Pro elektroniku ve výšce několika set kilometrů ale představuje každodenní zkoušku odolnosti, po které družice buď měří dál, nebo se restartuje, anebo raději preventivně zmlkne.

Kde se magnetický štít Země propadá: jihoatlantická anomálie u brazilského pobřeží

Střed anomálie leží podle materiálů observatoře Chandra přibližně na 30° jižní šířky a 45° západní délky, tedy nad oceánem jen několik set kilometrů od jižního pobřeží Brazílie. Odtud se oblast rozlévá zhruba o 25° k severu i jihu a o 30° k východu i západu. Belgičtí specialisté z projektu SACS ji vymezují ještě velkoryseji, mezi 5. a 40. stupněm jižní šířky a od nultého až po 80. poledník západní délky. Zasahuje tak velkou část Jižní Ameriky a většinu jižního Atlantiku.

Za vznikem stojí geometrie, která na první pohled vypadá nevinně. Magnetická osa Země svírá s osou rotace úhel asi 11° a střed magnetického pole navíc neleží v geometrickém středu planety, nýbrž je posunutý zhruba o 450 km. NASA k tomu přidává pohyb roztavených kovů ve vnějším jádru, které pole neustále přetvářejí. Výsledkem je místo, kde magnetická ochrana řídne.

Čísla přitom hovoří jasně. Vnitřní Van Allenův pás, prstenec zachycených protonů s energiemi přes 10 MeV, jinak začíná asi 640 km nad povrchem. Nad jižním Atlantikem se snáší až k přibližně 200 km, tedy pod úroveň, ve které létá Mezinárodní vesmírná stanice. Ve středu anomálie naměřili vědci tok protonů s energií nad 50 MeV až tisíckrát vyšší než ve stejné výšce kdekoli jinde.

Jak záření „spaluje“ čipy: od převráceného bitu po zničenou součástku

Vysokoenergetický proton, který prolétne křemíkovým čipem, za sebou zanechá stopu volného náboje. Pokud zasáhne paměťovou buňku, může jedničku přepsat na nulu. Inženýři tomu říkají single-event upset a pro družici to znamená nečekaně změněný údaj v paměti, chybný příkaz nebo rozhozený software.

Horší scénář popisuje technická databáze NASA u mikroprocesorů. Při takzvaném SEFI pohltí součástka tolik energie, že zamrzne nebo se sama vypne, a k životu ji vzkřísí až restart. Družice pak na desítky minut vypadne z provozu, přestože hardware zůstal netknutý.

Nejblíž doslovnému „spálení“ má latch-up. Zásah částice v něm otevře v čipu parazitní vodivou cestu a obvodem se rozběhne proud podobný zkratu. Když jej ochranná elektronika včas neodpojí, součástka se přehřeje a zničí. NASA tento jev v přehledu avioniky malých družic řadí mezi destruktivní účinky záření, jejichž následky už restart nenapraví.

Pomaleji, zato neúprosně působí dlouhodobá zátěž. Kumulovaná dávka a posuny atomů v krystalové mřížce postupně mění vlastnosti tranzistorů, a součástky tak stárnou rychleji, než by odpovídalo jejich kalendářnímu věku. Každý průlet anomálií k tomuto opotřebení přidá další díl.

Věda přitom přichází o data i bez trvalého poškození. Infračervený teleskop NASA SPHEREx podle studie z července 2026 v jádru anomálie zaznamenává, jak částice zasahují přes 80 % pixelů jediné expozice. Mimo oblast bývá postižena nanejvýš desetina. Snímky z anomálie proto softwarová linka automaticky označí a pozorování se zopakuje.

Hubble, Fermi i ISS: kdo před anomálií uhýbá a kolik záření schytají astronauti

Vypínání v anomálii má v NASA dlouhou tradici. Rentgenová družice ROSAT musela při každém průletu vypnout detektor PSPC, jinak by hrozilo jeho vážné poškození. Druhý přístroj HRI sice směl zůstat zapnutý, ale užitečná data stejně nesbíral. Gama observatoř Fermi dodnes v těchto chvílích přerušuje přehlídku oblohy a přístroje převádí do chráněného stavu. Podle přehledu NASA operátoři družic při průletu běžně odpojují všechny součásti, které nejsou nezbytně nutné, aby nepřišli o přístroj nebo o celou misi. ESA kvůli tomu v popularizačních materiálech o Hubbleovi mluví o „Bermudském trojúhelníku vesmíru“.

Mezinárodní vesmírná stanice se anomálii vyhnout nemůže. Lety na nízké dráze podle NASA protínají její část šestkrát až sedmkrát denně. Výroční přehled výsledků NASA za rok 2024 uvádí, že stanice v anomálii stráví asi 5 % času, tedy 30 minut až hodinu denně. Během těchto průletů však posádka může absorbovat přes polovinu celkové dávky záření.

Uvnitř dobře stíněné stanice jsou astronauti podle NASA v bezpečí. Přístroje na vnějším plášti, například laserový skener lesů GEDI, takovou ochranu postrádají a zvýšenému toku čelí naplno.

Na Zemi zůstává situace klidná. Němečtí vědci z DLR proletěli oblastí anomálie letadlem ve výšce 13 km a žádnou dodatečnou radiační zátěž pro cestující ani posádku nenaměřili, protože atmosféra spolehlivě stíní i v cestovní hladině. Riziko tedy začíná tam, kde vzduch končí.

Zdroj fotografie: NASA's James Webb Space Telescope / Creative Commons / CC BY

České CubeSaty v radiačním pásu: Lucky-7 a VZLUSAT měří anomálii na vlastní kůži

Pro české družice představuje anomálie každodenní provozní realitu. Miniaturní CubeSat Lucky-7 nesl přijímač GPS a čidla radiace, která přesně ukázala, kde se nad planetou nachází nejtěžší úsek dráhy. Průměrná absorbovaná dávka činila 0,42 mGy za den, v jihoatlantické anomálii však vyskočila na 24 mGy denně, tedy zhruba na sedmapadesátinásobek. Autoři studie zároveň došli k povzbudivému závěru: přijímač chráněný 2mm hliníkovou vrstvou dokáže na nízké dráze spolehlivě sloužit celé roky.

První český CubeSat VZLUSAT-1 odstartoval 23. června 2017 na dráhu ve výšce 510 km. Jeho detektor Timepix během prvního roku provedl přes 25 000 měření a tým z nich sestavil mapy anomálie i polárních „radiačních rohů“, kde zemské pole stíní nejméně. Nástupce VZLUSAT-2 vynesla raketa 13. ledna 2022 na dráhu ve výšce 520 až 543 km se sklonem 97,5°. Taková dráha prochází anomálií pravidelně a radiační vybavení na palubě ji zaznamenává.

Pro vývojáře malých družic je to cenná lekce. Levnější komerční čipy fungují, pokud dostanou rozumné stínění, odolnější podpůrnou elektroniku a software, který s občasnými chybami počítá.

Anomálie se dělí i rozšiřuje a inženýři nesmějí polevit

Slabé místo pole přitom neustále mění tvar. NASA už v roce 2020 popsala, že se oblast posouvá na západ, dál slábne a její minimum se rozpadá na dva laloky. Vizualizace NASA Scientific Visualization Studio dokládá tento vývoj mezi lety 2015 a 2025 a upozorňuje, že rozdvojení přináší misím další komplikace.

Letošní výzkum přidal nový rozměr. Studie v Nature Communications z července 2026 ukázala, že elektrická pole v magnetosféře dokážou radiační prostředí anomálie krátkodobě zdeformovat, takže nebezpečné elektrony dočasně zasáhnou i mimo obvyklé hranice. Data ze SPHEREx tomu odpovídají. Po šesti měsících provozu software označil zhruba 1,5 % snímků pořízených mimo předem vymezenou zónu anomálie.

Konstruktéři proto sázejí na vrstvenou obranu:

• provozní režimy: vypínání citlivých přístrojů a ochranné stavy během průletu,
• hardware: stínění, radiačně odolné nebo tolerantní součástky, redundantní obvody,
• software: paměti se samoopravnými kódy, hlídací časovače, pravidelné čištění paměti, cílené restarty napájení a izolace poruch.

Univerzální recept neexistuje. Program NASA pro radiační charakterizaci elektroniky připomíná, že požadavky se odvíjejí od dráhy, délky mise, konstrukce sondy a konkrétního radiačního prostředí. S pohyblivou a dělící se anomálií se tak každá mise musí vypořádat po svém.