26 марта свой первый близкий пролет у Солнца совершил автоматический аппарат Solar Orbiter. На его борту размещено 10 научных инструментов, с помощью которых он проводит комплексное исследование светила. Среди объектов, изучаемых этим аппаратом, будут и солнечные пятна. Итак, разберемся, как это будет происходить.
Первый близкий пролет Solar Orbiter
26 марта исследовательский зонд Solar Orbiter прошел перигелий на расстоянии 48 млн км от Солнца. Это первый действительно близкий пролет этого аппарата у нашего светила. Он фактически погрузился в его внутреннюю корону и сделал самый подробный ее снимок в дальнем ультрафиолете из всех, что когда-либо получал человек.
Аппарат Solar Orbiter создан Европейским космическим агентством (ESA) специально для комплексного изучения Солнца. Так что одной короной область его исследований не ограничивается. Зонд был запущен в 2020 году и с тех пор совершил несколько оборотов вокруг нашей звезды, постепенно приближаясь к ней. Все 10 основных приборов, размещенных на его борту, работают как следует, и уже начали поставлять ученым научные данные.
Приборы на борту Solar Orbiter
Зонд несет на борту целый арсенал научного оборудования. На нем находится детектор заряженных частиц Energetic Particle Detector (EPD). Именно этот прибор позволяет видеть все составляющие солнечного ветра. С его помощью можно отслеживать и изучать вспышки в нашем светильнике. Его работу дополняет Solar Wind Plasma Analyser (SWA).
Магнитометр MAG, как нетрудно догадаться, предназначен для измерения магнитного поля Солнца. Оно у него очень мощное. Но до сих пор ни один аппарат не подлетел к светилу достаточно близко для его отслеживания и тем более картографирования.
Примерно такую же работу выполняет и анализатор плазменных и радиоволн RPW. Но этот прибор более чувствительный. Кроме того, он способен отслеживать смену электромагнитных полей в динамике. Все вместе эти приборы предназначены для изучения гелиосферы — внешнего слоя Солнца.
Extreme Ultraviolet Imager (EUI) — это мощная ультрафиолетовая камера. Снимок нашей звезды 26 марта был сделан именно с ее помощью. Коронограф Metis позволяет «заслонять» диск Солнца и таким образом получать параметры его короны, то есть внешние части атмосферы, простирающиеся на миллионы километров в космос.
Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) — прибор для исследования поляризованного электромагнитного излучения. Он позволяет одновременно изучать и видимый спектр Солнца, и его магнитное поле. Динамика последнего позволяет понять, как движутся массы вещества на поверхности светила.
Спектральный анализатор корональной среды SPICE — это, по сути, очень продвинутый спектроскоп. Работает он в далеком ультрафиолетовом спектре. Это позволяет ему идентифицировать наличие и содержание в атмосфере Солнца разных химических элементов. Его работу дополняет SoloHI — прибор для отслеживания корональных выбросов массы.
Наконец, на борту Solar Orbiter находится рентгеновский телескоп STIX. Он будет дополнять исследования, проводимые в других частях электромагнитного спектра своими данными. Этот инструмент будет работать с частицами с энергиями от 4 до 150 кэВ.
Что будет исследовать Solar Orbiter
Solar Orbiter приближается к Солнцу каждые 6 месяцев. Во время таких сближений все приборы на борту собирают информацию. Благодаря их слаженной работе ученые хотят узнать ответы на ряд вопросов. Первый из них касается плазмы солнечного ветра и связанных с ней магнитных явлений. Они возникают где-то в короне, но где именно — пока неизвестно. Второй — это влияние того, что происходит на Солнце, на процессы в его короне. Ситуация здесь такая же, как и с солнечным ветром. Мы знаем, что одно на другое влияет, но что-либо больше сказать не можем. Третий вопрос касается работы «солнечного динамо». Solar Orbiter должен разобраться, как возникает глобальное магнитное поле нашего светила и как оно влияет на его корону.
Наконец, самый интересный вопрос касается солнечных взрывов и того, как они связаны с пятнами на Солнце. Для его решения аппарат использует практически все бортовое оборудование.
Как солнечные пятна связаны с магнитными бурями
Солнечное пятно — это более темный участок на поверхности Солнца. Он излучает меньше энергии из-за того, что его температура на 1500 К ниже средней температуры вокруг. Но это не значит, что пятно — это кусок холодного металла или камня. Температура его все равно выше, чем та, при которой кипит любой металл.
Возникают пятна в результате возмущения магнитного поля Солнца. Его силовые линии выходят за пределы поверхности. За ними в виде факела вырывается часть плазмы. В космос выбрасывается большое количество энергии, в результате чего участок охлаждается. При этом пятно полностью не прекращает излучать свет, просто его становится гораздо меньше.
Главной особенностью пятен является то, что вблизи них магнитные линии так и остаются перекрученными. В результате движения плазменных масс они могут разрываться и перезамыкаться на линии от других пятен. Если при этом полярность оказывается противоположной, возникает взрыв, который выбрасывает в пространство большое количество заряженной плазмы.
Эти частицы и излучения улетают от Солнца. И когда наиболее тяжелые и высокоэнергетические из них встречаются с магнитным полем Земли, возникает явление, известное как магнитная буря. Начинаются проблемы со связью, электроприборами и здоровьем у чувствительных людей. Поэтому ученые так внимательно всматриваются в большие группы пятен.
Исследование Solar Orbiter
Главным инструментом в исследовании пятен станет камера EUI. Она в постоянном режиме будет наблюдать за диском Солнца и замечать наименьшие группы пятен на его поверхности. Это позволит оценить динамику процессов на поверхности нашей звезды.
После того как EUI определит положение отдельных пятен, с ними начнут работать другие инструменты. PHI начнет снимать участок поверхности в поляризованном свете, EPD и SWA — мониторить выбросы плазмы с поверхности. При необходимости будут подключаться и другие приборы. Ученые пытаются понять, как динамические процессы перемещения вещества на солнечной поверхности приводят к возникновению вспышки.
На Земле метеорологи уже поняли, как области высокого и низкого давления над морем и сушей формируют облака, которые затем прольются дождем или вызовут грозу. На Солнце мы можем констатировать только сам факт рождения вспышек около групп пятен.
Если наблюдения в поляризованном свете и анализ солнечного ветра позволят построить физическую модель возникновения условий для вспышек, мы научимся готовиться к ним заранее.
Наземная инфраструктура проекта
При этом важно понять, что многочисленные приборы на борту Solar Orbiter — это далеко не все, что необходимо для осуществления исследований. Они только производят огромный объем данных, которые на Земле обрабатывает целый научный центр. Вернее, таких команд две. Одна обеспечивает полет аппарата и работу миссии, другая — отслеживает полученную информацию. И для успешных исследований необходима совместная работа обеих групп.
Помимо этого, есть многочисленные группы аффилированных ученых. Они уже работают над обработкой данных, проверяют теории и публикуют статьи. Есть еще работа наземных средств наблюдения за Солнцем. Их данные сверяют с тем, что сообщает Solar Orbiter, и корректируют его работу.
Solar Orbiter — это больше, чем просто автоматический разведчик, получающий данные о параметрах атмосферы Солнца. Этих данных очень много, и впервые люди могут анализировать их комплексно. Благодаря этому мы сможем понять, как работает такая сложная и капризная машина, как наше светило.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
