Як Solar Orbiter досліджуватиме плями на Сонці

26 березня свій перший близький проліт біля Сонця здійснив автоматичний апарат Solar Orbiter. На його борту розміщено 10 наукових приладів, за допомогою яких він здійснюватиме комплексне дослідження нашого світила. Серед об’єктів, які вивчатиме цей апарат, будуть і сонячні плями. Тож, розберімось, як це відбуватиметься.

Зонд Solar Orbiter
Зонд Solar Orbiter

Перший близький проліт Solar Orbiter

26 березня дослідницький зонд Solar Orbiter пройшов перигелій на відстані 48 млн км від Сонця. Це перший дійсно близький проліт цього апарата біля нашого світила. Він фактично занурився у його внутрішню корону та зробив найдетальніший її знімок у дальньому ультрафіолеті з усіх, що коли-небудь отримувала людина.

Апарат Solar Orbiter створений Європейським космічним агентством (ESA) спеціально для комплексного вивчення Сонця. Тож однією короною область його досліджень не обмежується. Зонд був запущений 2020 року і відтоді уже здійснив кілька оборотів навколо нашої зорі, поступово наближаючись до неї. Усі 10 основних приладів, розміщених на його борту, працюють як слід, і вже почали постачати вченим наукові дані.

Фрагмент зображення Сонця, отриманий Solar Orbiter під час проходження останнього перигелію
Фрагмент зображення Сонця, отриманий Solar Orbiter під час проходження останнього перигелію. Джерело: Рressinsiderdaily.com

Прилади на борту Solar Orbiter

Зонд несе на борту цілий арсенал наукового обладнання, зокрема детектор заряджених частинок Energetic Particle Detector (EPD). Саме цей прилад дозволяє бачити всі складові сонячного вітру. За його допомогою можна відстежувати та вивчати спалахи на нашому світилі. Його роботу доповнює Solar Wind Plasma Analyser (SWA).

Магнітометр MAG, як неважко здогадатися, призначений для вимірювання магнітного поля Сонця. Воно у нього дуже потужне. Але досі жоден апарат не підлетів до світила достатньо близько для його відстежування і тим більше картографування.

Різні зображення Сонця, які можна отримати за допомогою EUI та PHI
Різні зображення Сонця, які можна отримати за допомогою EUI та PHI. Джерело: ESA/NASA

Приблизно таку ж саму роботу виконує й аналізатор плазмових і радіохвиль RPW. Але цей прилад більш чутливий. Крім того, він здатний відстежувати зміну електромагнітних полів у динаміці. Усі разом ці прилади призначені для вивчення геліосфери — зовнішнього шару Сонця.

Extreme Ultraviolet Imager (EUI) — це потужна ультрафіолетова камера. Знімок нашої зорі 26 березня був зроблений саме за її допомогою. Коронограф Metis дозволяє «затуляти» диск Сонця і таким чином отримувати параметри його корони, тобто зовнішніх частин атмосфери, що тягнуться на мільйони кілометрів у космос.

Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) — прилад для дослідження поляризованого електромагнітного випромінювання. Він дозволяє одночасно вивчати й видимий спектр Сонця, і його магнітне поле. Динаміка останнього дозволяє зрозуміти, як рухаються маси речовини на поверхні світила.

Спектральний аналізатор коронального середовища SPICE — це, по суті, дуже просунутий спектроскоп. Працює він у далекому ультрафіолетовому спектрі. Це дозволяє йому ідентифікувати наявність і вміст в атмосфері Сонця різних хімічних елементів. Його роботу доповнює SoloHI — прилад для відстежування корональних викидів маси.

Нарешті, на борту Solar Orbiter знаходиться рентгенівський телескоп STIX. Він доповнюватиме дослідження, що здійснюватимуться в інших частинах електромагнітного спектра, своїми даними. Працюватиме цей прилад із частинками з енергіями від 4 до 150 кеВ.

Що досліджуватиме Solar Orbiter

Solar Orbiter наближається до Сонця кожні 6 місяців. Під час таких зближень усі прилади на його борту збирають інформацію. Завдяки їхній злагодженій роботі вчені хочуть дізнатися відповіді на низку питань. Перше з них стосується плазми сонячного вітру та пов’язаних із нею магнітних явищ. Вони виникають десь у короні, але де саме — поки невідомо. Друге — це вплив того, що відбувається на поверхні Сонця, на процеси у його короні. Ситуація тут така сама, що і з сонячним вітром. Ми знаємо, що одне на інше впливає, але щось більше сказати не можемо. Третє питання стосується роботи «сонячного динамо». Solar Orbiter має розібратися, як виникає глобальне магнітне поле нашого світила і як воно впливає на його корону.

Сонячна корона
Сонячна корона. Джерело: Аstronomy.com

Нарешті, найцікавіше питання стосується сонячних вибухів і того, як вони пов’язані з плямами на поверхні Сонця. Для його розв’язання апарат використає практично все бортове обладнання.

Як сонячні плями пов’язані з магнітними бурями

Сонячна пляма — це темніша ділянка на поверхні Сонця. Вона випромінює менше енергії через те, що її температура на 1500 К нижча за середню температуру навколо. Але це не означає, що пляма — це шматок холодного металу чи каменю. Температура її все одно вища, ніж та, за якої кипить будь-який метал.

Виникають плями внаслідок збурення магнітного поля Сонця. Його силові лінії виходять за межі поверхні. Слідом за ними у вигляді факела виривається частина плазми. У космос викидається велика кількість енергії, внаслідок чого ділянка охолоджується. При цьому повністю випромінювати світло пляма не припиняє, просто його стає набагато менше.

Спалах, що виникає з сонячної плями
Спалах, що виникає з сонячної плями. Джерело: Jean-Pierre Brahic

Головною особливістю плям є те, що поблизу них магнітні лінії так і лишаються перекрученими. Внаслідок руху плазмових мас вони можуть розриватися та перезамикатися на лінії від інших плям. Якщо при цьому полярність виявляється протилежною, то виникає вибух, який викидає у простір велику кількість зарядженої плазми.

Ці частинки та випромінювання летять геть від Сонця. І коли найбільш важкі та високоенергетичні з них зустрічаються з магнітним полем Землі, виникає явище, відоме як магнітна буря. Починаються проблеми зі зв’язком, електроприладами та здоров’ям у чутливих людей. Саме тому вчені так уважно вдивляються у великі групи плям.

Дослідження Solar Orbiter

Головним інструментом у дослідженні плям стане камера EUI. Вона у постійному режимі спостерігатиме за диском Сонця та помічатиме найменші групи плям на його поверхні. Це дозволить оцінити динаміку процесів на поверхні нашої зорі.

Після того, як EUI визначить положення окремих груп плям, із ними почнуть працювати інші інструменти. PHI почне знімати ділянку поверхні у поляризованому світлі, EPD та SWA — моніторити викиди плазми з поверхні. За потреби будуть під’єднуватися й інші прилади. Вчені сподіваються зрозуміти, як динамічні процеси переміщення речовини на сонячній поверхні призводять до виникнення спалаху.

На Землі метеорологи вже зрозуміли, як області високого та низького тиску над морем і суходолом формують хмари, що потім проллються дощем чи викличуть грозу. На Сонці ми можемо наразі констатувати тільки сам факт народження спалахів біля груп плям.

Якщо спостереження у поляризованому світлі та аналіз сонячного вітру дозволять побудувати фізичну модель виникнення умов для спалахів, ми навчимося готуватися до них заздалегідь.

Як науковці працюють з Solar Orbiter
Як науковці працюють із Solar Orbiter

Наземна інфраструктура проєкту

При цьому важливо зрозуміти, що численні прилади на борту Solar Orbiter — це далеко не все, що необхідно для здійснення досліджень. Вони лише продукують величезний об’єм даних, які на Землі обробляє цілий науковий центр. Точніше, таких команд дві. Одна забезпечує політ апарата і роботу місії, інша — відстежує отриману інформацію. І для успішних досліджень необхідна спільна робота обох груп.

Крім цього, є численні групи афілійованих науковців. Вони працюють уже над обробленням даних, перевіряють теорії та публікують статті. А ще є робота наземних засобів спостереження за Сонцем. Їхні дані звіряють із тим, що повідомляє Solar Orbiter, і коректують його роботу.

Solar Orbiter — це більше, ніж просто автоматичний розвідник, який отримує дані про параметри атмосфери Сонця. Цих даних надзвичайно багато, і вперше люди мають змогу аналізувати їх комплексно. Завдяки цьому ми зможемо зрозуміти, як працює така складна та вередлива машина, як наше світило.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

Як у ранній Сонячній системі були розподілені метали
Земна атмосфера здатна захистити нас від близького спалаху наднової
Вони серед нас: вчені Гарварду припускають, що прибульці маскуються під людей
NASA витратить 19,5 млн доларів на запуск фальшивої зірки
Марсохід Perseverance доїхав до Світлого янгола
Подорож до Марса ціною нирок: організм людини не витримає міжпланетний переліт
В Англії екоактивісти облили фарбою стародавню обсерваторію
Кратери та іржа: TGO зазнімкував багату на метали ділянку на Марсі
Темою міжнародного хакатону NASA у 2024 році стане Сонце
Червоні та коричневі карлики: Дуже Великий телескоп знайшов приховані супутники яскравих зір