Зонд Європейського космічного агентства Solar Orbiter вперше в історії зв’язав вимірювання сонячного вітру навколо космічного апарата із зображеннями поверхні Сонця з високою роздільною здатністю, отримані з відносно близької відстані. Цей успіх відкриває для геліофізиків новий шлях для вивчення джерел сонячного вітру.
Сонячний вітер — це нескінченний потік із електрично заряджених частинок, які випромінює Сонце. Він дуже мінливий: такі його характеристики, як швидкість, щільність і склад, змінюються залежно від того, з якої частини поверхні Сонця він надходить.
Проте, незважаючи на десятиліття досліджень, деякі аспекти походження сонячного вітру досі погано вивчено. І до того часу, коли цей вітер досягає Землі, велика частина подробиць «змазується», що робить фактично неможливим відстеження певних ділянок на поверхні Сонця.
Зображення активної ділянки на Сонці, отримані за допомогою Solar Orbiter 3 березня 2022 року, під час першого близького зближення космічного апарата з Сонцем. Ці зображення були частиною важливого дослідження, яке відкриває для геліофізиків новий шлях для вивчення джерел сонячного вітру. Основне, найбільше зображення, зроблено за допомогою повного режиму фотозйомки Сонця інструментом Extreme Ultraviolet Imager (EUI). Зображення середнього розміру, яке на відео з’являється приблизно через п’ять секунд, зроблено в режимі високої роздільної здатності EUI. Третє, найменше зображення зроблено за допомогою приладу Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE).
Коли сонячний вітер подорожує Сонячною системою, він взаємодіє з небесними тілами та космічними апаратами. Ці взаємодії бувають як безпечними, у разі виникнення полярних сяйв на нашій планеті, так і дуже руйнівними, коли геомагнітні бурі можуть заважати або навіть пошкоджувати електричні системи на Землі чи на облавку космічних апаратів.
Отже, розуміння сонячного вітру є пріоритетом для фізиків. Головна мета місії Solar Orbiter полягала в тому, щоб зв’язати сонячний вітер, який вдасться зареєструвати навколо космічного апарата, з його джерелами на Сонці. Новий результат, який здобуто за даними, отриманими під час першого близького наближення Solar Orbiter до Сонця, показує, що це можливо. Тож головну мету місії фактично досягнуто, що відкриває новий спосіб вивчення походження сонячного вітру.
Нещодавно зонд Європейського космічного агентства Solar Orbiter дав змогу науковцям вперше встановити зв’язок між зображеннями поверхні Сонця з високою роздільною здатністю, отриманими з близької відстані, та вимірюваннями сонячного вітру навколо космічного апарата. Успіх відкриває для геліофізиків новий шлях для вивчення джерел сонячного вітру. Фото з сайту www.esa.int.
Зв’язування даних, отриманих зблизька й здалеку
Космічний зонд Solar Orbiter може встановлювати ці зв’язки, бо він має інструменти для вимірювань на місці, так і для дистанційного зондування. Інструменти на місці вимірюють плазму сонячного вітру та магнітне поле навколо космічного апарата, натомість прилади дистанційного зондування роблять зображення Сонця та інші його фізичні параметри. Складність полягає в тому, що камери показують Сонце таким, яким воно є в конкретний момент, а інструменти на місці показують стан сонячного вітру, який вивільнився з поверхні Сонця кількома днями раніше. Це тому, що частинкам сонячного вітру потрібен деякий час, щоб досягти космічного апарата.
Прилади, якими оснащено космічний зонд Solar Orbiter. Їх десять і вони двох типів: для вимірювань на місці та для дистанційного зондування. Інструменти на місці вимірюють умови навколо космічного апарата. Прилади дистанційного зондування вимірюють те, що відбувається на великій відстані. Разом обидва набори даних можна використовувати, щоб скласти повнішу картину того, що відбувається в короні Сонця та сонячному вітрі. Фото з сайту www.esa.int.
Щоб зв’язати два набори даних, астрономи використовують онлайн-програмне забезпечення під назвою Magnetic Connectivity Tool, яке було розроблено для підтримки місії Solar Orbiter. Необроблені дані для інструменту зв’язку (connectivity tool) надходять від Global Oscillation Network Group, серії з шести сонячних телескопів, розташованих по всьому світу, які постійно відстежують коливання на поверхні Сонця. Завдяки цим спостереженням комп’ютерна модель обчислює, як сонячний вітер поширюється Сонячною системою.
«Ви можете передбачити за кілька днів наперед, де, на вашу думку, відбудеться “зв’язок” Solar Orbiter з поверхнею Сонця», — сказала Стефані Ярдлі (Stephanie Yardley) з Нортумбрійського університету (Великобританія), головний автор статті, де оприлюднені результати.
Наукова група обрала свої цілі для спостереження на поверхні Сонця та використала інструмент магнітного зв’язку, щоб передбачити, коли космічний зонд буде летіти крізь сонячний вітер, який виділяють ці утворення на поверхні. Унікальний набір інструментів Solar Orbiter, який охоплює як вимірювання на місці, так і дистанційне зондування, а також орбіта, яка наближає його до Сонця, були спеціально розроблені, щоб це дало змогу встановити такий вид наукового зв’язку.
Дані були зібрані в період з 1 по 9 березня 2022 року, коли Solar Orbiter перебував приблизно на відстані 75 мільйонів кілометрів від Сонця, що становить приблизно половину відстані Землі від Сонця.
Сонячний вітер рухається швидко або повільно
Сонячний вітер буває двох типів: швидкий (зі швидкістю понад 500 км/с) і повільний — зі швидкістю менше 500 км/с.
Хоча відомо, що швидкий сонячний вітер походить від магнітних конфігурацій, відомих як корональні діри, які спрямовують сонячний вітер у космос, походження повільного сонячного вітру все ще погано вивчено. Відомо, що він пов’язаний з «активними ділянками» на Сонці, де з’являються сонячні плями, але подробиці досі невловимі. Сонячні плями — це більш прохолодні ділянки в фотосфері Сонця, де інтенсивні магнітні поля закручені та концентровані. Вони вказують на активні ділянки Сонця, часто відповідальні за сонячні спалахи та викиди речовини.
На цьому зображенні показано фрагмент Сонця (фотосферу) зблизька, на якому видно золотисту поверхню, позначену низкою темних сонячних плям, вигнутих ниток і світліших плям, відомих як «пляжі» (plages) — яскраві ділянки, які часто трапляються поблизу сонячних плям. Ширина зображення відповідає приблизно третині діаметра сонячного диска. Світлину отримано в 2015 р. на території Європейського центру космічної астрономії (European Space Astronomy Center, ESAC) у Мадриді, Іспанія, за допомогою телескопа Solarmax 90 H-alpha (діаметром 9 см) і монохроматичної камери QHY5-II. Спочатку створили 283-секундне відео із сонячною поверхнею в градаціях сірого, а найкращі 30 % із цих 8222 кадрів потім об’єднали та розфарбували, щоб отримати це зображення. Фото з сайту www.esa.int.
Щоб довести здатність наукової групи зв’язати повільний сонячний вітер, виміряний на місці, з місцем його походження на сонячній поверхні, космічному апарату потрібно було пролетіти крізь магнітне поле, з’єднане з краєм корональної діри або комплексу сонячних плям. Це дало змогу науковцям спостерігати за тим, як сонячний вітер змінює швидкість — від швидкої до повільної або навпаки — та інші властивості, підтверджуючи, що вони дивляться на потрібну їм ділянку. Зрештою, вони отримали ідеальне поєднання обох типів функцій.
«Solar Orbiter пролетів повз корональну діру та активну ділянку, і ми побачили швидкі потоки сонячного вітру, за якими слідували повільні. Ми побачили велику заплутаність, яку ми могли зв’язати з вихідними регіонами», — сказала Стефані. До цієї заплутаності належали варіації складу та температури в цих конкретних регіонах.
Цей фільм створено на основі спостережень, зроблених космічним зондом ESA/NASA Solar Orbiter 30 березня 2022 року між 04:30 і 04:55 UTC. Фільм оприлюднено минулого року. Він показує «корональну діру» біля південного полюса Сонця. Подальший аналіз виявив багато крихітних струменів, що виникають під час спостереження. Вони проявляються у вигляді маленьких спалахів яскравого світла на зображенні. Кожна з них викидає в космос заряджені частинки, відомі як плазма. Ці струмені можуть бути джерелом сонячного вітру, постійного потоку заряджених частинок, який надходить від Сонця й тече через Сонячну систему. Магнітні структури, відомі як корональні діри, є джерелом сонячного вітру. Діри — це місця, де силові лінії магнітного поля Сонця не повертається назад до нього. Натомість магнітне поле простягається вглиб Сонячної системи. Цілком можливо, що крихітні струмені, виявлені під час цих спостережень, викидають плазму, яка живить сонячний вітер, коли вони віддаляються від Сонця. Коло вказує розмір Землі для масштабу.
Нова ера досліджень сонячного вітру
Завдяки аналізу різних потоків сонячного вітру, які виявив Solar Orbiter, наукова група чітко показала, що сонячний вітер все ще демонструє «сліди», пов’язані з різними регіонами розміщення його джерела. Це полегшить геліофізикам відстежувати потоки назад до їх початкових точок на Сонці.
Тепер, коли ця концепція підтверджена, вона відкриває безліч майбутніх можливостей для використання даних з інших космічних зондів, розташованих поблизу Сонця, таких як сонячний зонд NASA Parker Solar Probe і BepiColombo Європейського космічного агентства, для вивчення сонячного вітру.
«Цей результат підтверджує, що Solar Orbiter здатний створювати надійні зв’язки між сонячним вітром і його джерелами на поверхні Сонця. Це було головною метою місії та відкриває нам шлях до безпрецедентного докладного вивчення походження сонячного вітру», — зазначив Даніель Мюллер (Daniel Müller), науковий співробітник Європейського космічного агентства у проєкті Solar Orbiter.
За інф. з сайту www.esa.int підготував Іван Крячко
