Amálka slaví 10. narozeniny

Jeden z nejvýkonnějších superpočítačů v České republice, nazývaný Amálka, zkoumá už 10 let objekty vesmíru. Patří v současné době mezi špičku obdobných počítačů u nás a pomohl mimo jiné osvětlit řadu fyzikálních jevů Merkuru, Jupiteru, Měsíce a nejnověji i Jupiterových měsíců Europa a Ganymed. U zrodu projektu „Amálka“ stála společnost Sprinx Systems, Intel a tým dr. Pavla Trávníčka z Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR. Během svého nasazení počítač prošel řadou úprav i změn, takže v současné době se jedná již o jeho 6. generaci. Nyní disponuje špičkovým výkonem 6,38 TFlops, což znamená, že je schopen zpracovat 6,38 bilionu operací za sekundu. Jeho výkon odpovídá přibližně 650 běžným kancelářským stolním počítačům. Využívá 356 procesorů Intel XEON a v Ústavu fyziky atmosféry slouží k náročným výpočtům a numerickým experimentům v rámci kosmického programu realizovaného v České republice ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) a americkým Úřadem pro letectví a vesmír (NASA). Oproti předchozí verzi je současná Amálka bohatší o 64 nových čtyřjádrových procesorů Intel Xeon L5520. To představuje navýšení o 256 výpočetních jader na současných 800 jader. Došlo nejen ke zvýšení výkonu o 2,3 TFlops, ale také ke snížení spotřeby elektrické energie o 40 % ve srovnání s předchozí generací a obdobným výkonem. Výzkum planety Merkur V minulých letech se Amálka podílela na vypracování kinetického modelu magnetického pole Merkuru v rámci projektu Messenger. Ten byl pojmenován podle stejnojmenné kosmické sondy vypuštěné NASA. Ta v loňském roce úspěšně dorazila ke svému cíli a dvakrát kolem planety prolétla. Třetí průlet absolvovala letos v září a po zhruba roce a půl (18. března 2011) bude navedena na oběžnou dráhu Merkuru. „S pomocí Amálky jsme provedli řadu virtuálních měření a pozorování v nasimulovaných datech a některá pozorování sondy Messenger jsme pomocí našich výsledků pomohli interpretovat. Náš tým se také podílel na dvou příspěvcích publikovaných v prestižním časopisu Science“, řekl na tiskové konferenci v Praze dr. Pavel Trávníček. Dále naši vědci provedli dvě simulace Merkuru v podmínkách působení tzv. slunečního větru. Při prvním průletu bylo meziplanetární magnetické pole orientováno převážně severním směrem. Naopak, během druhého, bylo orientováno směrem jižním. Ukazuje se, že tato změna v orientaci má významný vliv na tloušťku tzv. current sheetu nacházejícího se v části magnetosféry za planetou. V případě jižně orientovaného meziplanetárního pole je tato oblast mnohem tenčí, což má za následek zaškrcování magnetického pole a tvorbu plazmoidů – jakýchsi magneticky uzavřených bublin magnetosférického plazmatu. Tyto plazmoidy lze nejen pozorovat ve výsledcích provedeného numerického modelu, ale byly reálně pozorovány přímo sondou během druhého průletu okolo planety. Co je ovšem podstatné, Amálčin numerický model nyní umožňuje tento jev pozorovat a zkoumat opakovaně při dalších numerických experimentech. Během obou průletů Messenger také pozoroval drobné poklesy v hodnotě naměřeného magnetického pole v blízkosti planety. Výsledky simulací ukazují, že kolem planety se tvoří pás meziplanetárního plazmatu. Pokud jsou tyto výsledky správné, existence takového pásu v blízkosti planety by tyto poklesy magnetického pole mohla vysvětlit. Plazma má totiž schopnost „vytlačovat“ či snižovat hodnotu magnetického pole. A hustota plazmatu v pásu provedeného simulačního experimentu odpovídá velikosti poklesů magnetického pole pozorovaných sondou. Výzkum Měsíce v rámci projektu Artemis Dalším projektem, při němž superpočítač pomáhá, je americký projekt Artemis. V tomto případě jde o výzkum okolí Měsíce pomocí dvou družic Themis. Cílem je výzkum blízkého okolí Měsíce, jeho exosféry a způsobu interakce malých magnetosfér na jeho povrchu se slunečním větrem. Tyto malé magnetosféry se na Měsíci tvoří například dopadem velkých meteoritů. Jedná se o významný projekt, neboť magnetické anomálie na Měsíci, které mají – podobně jako zemská magnetosféra – schopnost odstínit tok životu nebezpečného slunečního větru, jsou vhodným perspektivním místem pro budování základen s lidskou posádkou. Vzhledem k tomu, že Měsíc se nachází ve slunečním větru a nemá vlastní magnetické pole, jsou tyto minimagnetosféry jedinou možnou ochranou astronautů před zářením slunečního větru. Jejich detailní výzkum by tedy mohl pomoci navrhnout optimální rozmístění budoucích stanovišť a základen na povrchu Měsíce. Amálka tak pomáhá připravovat návrat lidí na naši přirozenou družici a vybudování stálých lunárních základen. Předmětem výzkumu bude také studium jevů v tzv. chvostové oblasti Měsíce. Měsíc je totiž unikátní těleso. Jde o největší objekt v naší sluneční soustavě, který je vystaven přímému slunečnímu větru a nemá vlastní magnetické pole ani významnou atmosféru. U Venuše či Marsu dochází k ionizaci horních vrstev jejich atmosfér. Tato ionosféra při interakci se slunečním větrem jednak vytváří rázovou vlnu, podobně jako činí planety s magnetosférou, jednak chrání povrch planety před dopadem slunečního větru. V případě Měsíce je měsíční povrch vystaven přímo účinkům slunečního větru, jehož tok mohou odklonit jen zmíněné minimagnetosféry. Tento ohromný objekt absorbuje plazma slunečního větru na své návětrné straně. Na straně za Měsícem pak vzniká jakási díra ve slunečním větru, která se postupně začíná zaplňovat, což je spojeno s širokou škálou jevů. Dochází například k výměně energie mezi nabitými částicemi a elektromagnetickým polem slunečního větru. Podle dr. Trávníčka půjde o vůbec první systematická pozorování v tomto směru a výzkum na vyšší oběžné dráze okolo Měsíce. Český tým bude na výzkumu spolupracovat s univerzitami v Los Angeles a Berkeley v Kalifornii. Výzkum měsíce Ganymed a S lunce Velmi lákavý pro české vědce je též výzkum velkých planet sluneční soustavy a jejich měsíců. Často jde o pozoruhodné objekty, které stále skrývají řadu tajemství. Některé mají totiž atmosféru a může na nich potenciálně existovat život. Klíčovým projektem v tomto směru je projekt NASA – Europa Jupiter System Mission (EJSM) – jehož cílem bude detailní výzkum Jupiteru a jeho měsíce Europa. V návaznosti na toto rozhodnutí ESA urychlila výběr obdobného projektu zaměřeného na výzkum měsíce Ganymed v rámci svého programu Cosmic Visions, který se v současné době nachází ve studijní fázi. Český tým spolupracuje ve třech mezinárodních konsorciích tohoto evropského projektu. Amálka se v tomto případě má podílet nikoli na interpretaci dat již naměřených, ale na simulacích měřených hodnot. Pomůže tak lépe odhadnout a navrhnout parametry a rozsahy přístrojů vyvíjených pro tento projekt. Realizace těchto projektů se očekává v letech 2015 až 2025. Dalšími výzkumnými projekty jsou modelování bezesrážkového slunečního plazmatu či systém Floreo pro včasné předpovědi rizika vzniku povodní. Milan Bauman