21.05.2022. - Солнце, каким вы его никогда не видели

Солнце, каким вы его никогда не видели

Мощные вспышки, захватывающие дух виды на солнечные полюса и любопытный солнечный «ежик» — вот лишь некоторые из впечатляющих изображений, фильмов и данных, полученных с помощью Solar Orbiter во время его первого близкого сближения с Солнцем. Хотя анализ нового набора данных только начался, уже ясно, что миссия под руководством ЕКА дает самое необычное представление о магнитном поведении Солнца и о том, как оно влияет на космическую погоду. Максимальное сближение Solar Orbiter с Солнцем, известное как перигелий, произошло 26 марта. Космический корабль находился внутри орбиты Меркурия, примерно на одной трети расстояния от Солнца до Земли, а его теплозащита достигала отметки около 500°C. Но он рассеял это тепло с помощью своей инновационной технологии, чтобы обеспечить безопасность и работоспособность космического корабля.

Solar Orbiter оснащен десятью научными инструментами — девятью управляют государства-члены ЕКА и один НАСА — все они работают вместе в тесном сотрудничестве, чтобы обеспечить беспрецедентное понимание того, как «работает» наша местная звезда. Некоторые из них представляют собой инструменты дистанционного зондирования, которые смотрят на Солнце, в то время как другие представляют собой инструменты на месте, которые контролируют условия вокруг космического корабля, позволяя ученым «соединять точки» между тем, что они видят, происходящим на Солнце, и тем, что «чувствует» Solar Orbiter. "в его расположении в солнечном ветре за миллионы километров. Когда дело доходит до перигелия, ясно, что чем ближе космический корабль подходит к Солнцу, тем мельче детали может увидеть инструмент дистанционного зондирования. И, как назло, космический корабль также поглотил несколько солнечных вспышек и даже выброс корональной массы, направленный на Землю, что дало возможность прогнозировать космическую погоду в реальном времени, задача, которая становится все более важной из-за угрозы, которую представляет космическая погода. технике и космонавтам.

Знакомство с солнечным ежиком

«Изображения действительно захватывают дух», — говорит Дэвид Бергманс, Королевская обсерватория Бельгии и главный исследователь (PI) прибора Extreme Ultraviolet Imager (EUI), который делает изображения с высоким разрешением нижних слоев солнечной атмосферы, известных как солнечная корона. Именно в этом регионе наблюдается большая часть солнечной активности, определяющей космическую погоду. Теперь задача команды EUI — понять, что они видят. Это непростая задача, потому что Solar Orbiter показывает так много активности на Солнце в малых масштабах. Заметив особенность или событие, которое они не могут сразу распознать, они должны затем копаться в прошлых наблюдениях за Солнцем, проведенных другими космическими миссиями, чтобы увидеть, не наблюдалось ли что-либо подобное раньше. «Даже если завтра Solar Obiter перестанет принимать данные, я буду занят годами, пытаясь разобраться во всем этом», — говорит Дэвид Бергманс. Во время этого перигелия была замечена одна особенно привлекательная особенность. На данный момент его прозвали «ежиком». Он простирается на 25 000 километров поперек Солнца и имеет множество шипов горячего и более холодного газа, которые тянутся во всех направлениях.

Соединение точек

Основная научная цель Solar Orbiter — исследовать связь между Солнцем и гелиосферой. Гелиосфера — это большой «пузырь» пространства, простирающийся за пределы планет нашей Солнечной системы. Он заполнен электрически заряженными частицами, большая часть которых была выброшена Солнцем и образовала солнечный ветер. Именно движение этих частиц и связанные с ними солнечные магнитные поля создают космическую погоду. Чтобы составить карту воздействия Солнца на гелиосферу, результаты работы приборов, которые регистрируют частицы и магнитные поля, проходящие через космический корабль, должны быть отслежены до событий на видимой поверхности Солнца или вблизи нее, которые регистрируются. по приборам дистанционного зондирования.

Это непростая задача, поскольку магнитная среда вокруг Солнца очень сложна, но чем ближе космический корабль может подойти к Солнцу, тем проще будет проследить движение частиц обратно к Солнцу вдоль «магистралей» силовых линий магнитного поля. . Первый перигелий был ключевой проверкой этого, и результаты пока выглядят очень многообещающе. 21 марта, за несколько дней до перигелия, космический корабль пронеслось облако энергичных частиц. Он был обнаружен Детектором энергетических частиц (EPD). Характерно, что первыми прибыли самые энергичные из них, за ними следовали все более и более низкие энергии.

«Это говорит о том, что частицы не образуются рядом с космическим кораблем», — говорит Хавьер Родригес-Пачеко из Университета Алькала, Испания, и PI EPD. Вместо этого они были произведены в солнечной атмосфере, ближе к поверхности Солнца. Пересекая пространство, более быстрые частицы опережали более медленные, как бегуны в спринте. В тот же день эксперимент «Радио и плазменные волны» (RPW) увидел их приближение, зафиксировав сильный характерный размах радиочастот, возникающий, когда ускоренные частицы — в основном электроны — движутся по спирали наружу вдоль силовых линий магнитного поля Солнца. Затем RPW обнаружил колебания, известные как волны Ленгмюра. «Это признак того, что на космический корабль прибыли энергичные электроны», — говорит Милан Максимович, LESIA, Парижская обсерватория, Франция, и RPW PI.

Из инструментов дистанционного зондирования и EUI, и рентгеновский спектрометр/телескоп (STIX) видели события на Солнце, которые могли быть причиной выброса частиц. В то время как частицы, которые устремились в космос, были обнаружены EPD и RPW, важно помнить, что другие частицы могут перемещаться вниз от события, ударяясь о более низкие уровни солнечной атмосферы. Здесь на помощь приходит СТИКС. В то время как EUI видит ультрафиолетовый свет, испускаемый местом вспышки в атмосфере Солнца, STIX видит рентгеновское излучение, возникающее, когда электроны, ускоренные вспышкой, взаимодействуют с атомными ядрами на нижних уровнях солнечной атмосферы. Команды должны исследовать, как именно связаны все эти наблюдения. По составу частиц, обнаруженных EPD, есть некоторые указания на то, что они, вероятно, были ускорены корональным ударом в более постепенном событии, а не импульсивно от вспышки. «Возможно, у вас есть несколько акселерационных центров», — говорит Сэмюэл Крукер, FHNW, Швейцария, и PI for STIX.

Еще одна особенность этой ситуации заключается в том, что магнитометр (MAG) в то время не зарегистрировал ничего существенного. Однако в этом нет ничего необычного. Первоначальное извержение частиц, известное как выброс корональной массы (CME), несет сильное магнитное поле, которое MAG может легко зарегистрировать, но энергичные частицы от события движутся намного быстрее, чем CME, и могут быстро заполнить большие объемы пространства, и поэтому быть обнаружен Солнечным орбитальным аппаратом. «Но если CME пропустит космический корабль, то MAG не увидит сигнатуру», — говорит Тим Хорбери, Имперский колледж, Великобритания, и MAG PI.

Когда дело доходит до магнитного поля, все начинается с видимой поверхности Солнца, известной как фотосфера. Именно здесь внутренне генерируемое магнитное поле вырывается в космос. Чтобы узнать, как это выглядит, Solar Orbiter оснащен прибором для поляриметрического и гелиосейсмического формирования изображений (PHI). Это позволяет увидеть северную и южную магнитную полярность фотосферы, а также рябь на поверхности Солнца из-за сейсмических волн, проходящих через его внутреннюю часть.

«Мы проводим измерения магнитного поля на поверхности Солнца. Затем это поле расширяется, проникает в корону и, по сути, приводит в действие все сияние и действия, которые вы видите там наверху», — говорит Сами Соланки, Институт Макса Планка для исследования систем зондирования, Геттинген. , Германия, и PI для PHI. Другой инструмент, Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), записывает состав короны. Эти «карты изобилия» можно сравнить с содержимым солнечного ветра, наблюдаемым с помощью прибора «Анализатор солнечного ветра» (SWA). «Это позволит отслеживать эволюцию состава солнечного ветра от Солнца до космического корабля, и это расскажет нам о механизмах, ответственных за ускорение солнечного ветра», — говорит SPICE PI Фредерик Ошер, Институт пространственной астрофизики, Франция.

Прогнозирование космической погоды

Объединив данные со всех инструментов, научная группа сможет рассказать историю солнечной активности от поверхности Солнца до Solar Orbiter и за ее пределами. И именно эти знания проложат путь к будущей системе, предназначенной для прогнозирования условий космической погоды на Земле в режиме реального времени. В преддверии перигелия Solar Orbiter даже почувствовал, как может работать такая система. Космический корабль летел против Земли. Эта уникальная перспектива означала, что он отслеживал условия солнечного ветра, который обрушится на Землю через несколько часов. Поскольку космический корабль находился в прямом контакте с Землей, а его сигналы распространялись со скоростью света, данные прибыли на Землю в течение нескольких минут, готовые для анализа. По счастливой случайности, примерно в это время было обнаружено несколько выбросов корональной массы (CME), некоторые из которых направлялись прямо к Земле.

10 марта над космическим кораблем пронесся КВМ. Используя данные MAG, команда смогла предсказать, когда он впоследствии упадет на Землю. Объявление этой новости в социальных сетях позволило наблюдателям за небом быть готовыми к полярному сиянию, которое должным образом прибыло примерно через 18 часов в предсказанное время. Этот опыт дал Solar Orbiter представление о том, что значит прогнозировать состояние космической погоды на Земле в режиме реального времени. Такое стремление становится все более важным из-за угрозы, которую космическая погода представляет для технологий и астронавтов.

В настоящее время ЕКА планирует миссию под названием ESA Vigil, которая будет размещена на одной стороне Солнца и будет направлена в область космоса, ведущую к Земле. Его работа будет заключаться в том, чтобы отображать CME, путешествующие через этот регион, особенно те, которые направляются к нашей планете. Во время самого перигелия Solar Orbiter был расположен так, чтобы его инструменты Metis и SoloHI могли предоставить именно такие изображения и данные. Метис делает снимки короны с 1,7–3 солнечных радиусов. Скрывая яркий диск Солнца, он видит более тусклую корону. «Это дает те же детали, что и наземные наблюдения полного затмения, но вместо нескольких минут Metis может наблюдать непрерывно», — говорит Марко Ромоли, Университет Флоренции, Италия, и PI for Metis.

SoloHI записывает изображения солнечного света, рассеянного электронами солнечного ветра. Одна конкретная вспышка, произошедшая 31 марта, попала в X-класс, самые мощные из известных солнечных вспышек. Пока данные не проанализированы, поскольку большая их часть остается на космическом корабле, ожидая загрузки. Теперь, когда Solar Orbiter находится дальше от Земли, скорость передачи данных снизилась, и исследователи должны набраться терпения, но они более чем готовы начать свой анализ, когда он действительно прибудет. «Нас всегда интересуют крупные события, потому что они вызывают самые большие отклики и самую интересную физику, потому что вы смотрите на крайности», — говорит Робин Коланинно, Исследовательская лаборатория ВМС США, Вашингтон, округ Колумбия, и SoloHI PI.

Вскоре

Нет никаких сомнений в том, что инструментальным группам теперь не до работы. Исследование перигелия имело огромный успех и позволило получить огромное количество экстраординарных данных. И это только вкус того, что грядет. Космический корабль уже мчится сквозь космос, чтобы подготовиться к следующему — и чуть более близкому — прохождению перигелия 13 октября на расстоянии, в 0,29 раза превышающем расстояние от Земли до Солнца. До этого, 4 сентября, он совершит свой третий облет Венеры. Solar Orbiter уже сделал свои первые снимки практически неисследованных полярных регионов Солнца, но многое еще предстоит сделать.

18 февраля 2025 года Solar Orbiter в четвертый раз сблизится с Венерой. Это увеличивает наклон орбиты космического корабля примерно до 17 градусов. Пятый пролет Венеры 24 декабря 2026 года еще больше увеличит этот угол до 24 градусов и ознаменует начало «высокоширотной» миссии. На этом этапе Solar Orbiter будет видеть полярные области Солнца более непосредственно, чем когда-либо прежде. Такие наблюдения с прямой видимости являются ключом к распутыванию сложной магнитной среды на полюсах, которая, в свою очередь, может раскрыть секрет 11-летнего цикла солнечной активности. «Мы в восторге от качества данных нашего первого перигелия», — говорит Даниэль Мюллер, научный сотрудник проекта Solar Orbiter ЕКА. «Трудно поверить, что это только начало миссии. Мы действительно будем очень заняты».

Источник