Сонце розкриває себе в неймовірних деталях та проливає світло на
те, як можуть утворюватися та вести себе інші зірки в усьому Всесвіті. І все це
завдяки сонячному зонду Parker. Космічний апарат
витримує високу температуру, щоб мати змогу збирати дані. Ці дані опубліковані
в чотирьох документах, які вперше висвітлюють невідомі раніше характеристики нашого
летючого небесного сусіда, про які можна було здогадуватися лише з теорії.
Parker розкрив інформацію,
як Сонце постійно викидає матеріал і енергію. Це допоможе вченим переписати
моделі, які вони використовують, щоб зрозуміти і передбачити космічну погоду
навколо нашої планети, а також зрозуміти процес створення та еволюції зірок. Ця
інформація буде життєво-важливою для захисту космонавтів та технологій у
космосі. Зокрема в рамках програми NASA «Artemis», яка до 2024 року відправить першу жінку та наступного чоловіка
на Місяць і, зрештою, на Марс.
Чотири статті, які зараз доступні в Інтернеті від журналу Nature,
описують безпрецедентні спостереження зонду Parker поблизу Сонця за
допомогою двох рекордно близьких прольотів. Вони розкривають нові уявлення про
процеси, що спричиняють сонячний вітер – постійний відтік гарячого іонізованого
газу, що витікає назовні від Сонця і заповнює Сонячну систему, – і як сонячний
вітер поєднується з обертанням сонця. Завдяки цим прольотам місія також вивчила
пил коронального середовища та виявила випадки прискорення частинок, настільки
малих, що їх неможливо виявити із Землі, що знаходиться на відстані майже 93 млн
миль від Сонця.
Під час своїх початкових прольотів, Parker вивчав Сонце з
відстані близько 15 млн миль. Ця відстань ближче до Сонця, ніж Меркурій, але
космічний корабель у майбутньому наблизиться ще більше до Сонця, оскільки він
рухається швидкістю понад 213 тис. миль в секунду, швидше, ніж будь-який
космічний корабель до цього.
«Ці перші дані Parker розкривають нашу зірку,
Сонце, по-новому та у дивовижний спосіб, – зазначає начальник управління з
питань науки в штаб-квартири NASA у Вашингтоні Томас Зурбухен. – Спостереження
за Сонцем з близької відстані дає нам безпрецедентний погляд на важливі сонячні
явища та те, як вони впливають на нас і на Землю. Це дає нам нові уявлення, які
стосуються розуміння активних зірок у галактиках. Це лише початок неймовірно
захоплюючого часу для геліофізики з Parker, який стоїть в
авангарді нових відкриттів».
Серед отриманих висновків, є ті, які прояснюють як відбувається
постійний відтік сонячного вітру від Сонця. Побачена поблизу Землі плазма
сонячного вітру, як видається, є відносно рівномірним потоком, який може
взаємодіяти з природним магнітним полем нашої планети та викликати космічні
погодні ефекти, які перешкоджають роботі технологій. Замість цього потоку поблизу
Сонця, Parker виявив динамічну та
високо структуровану систему, схожу на систему лиману, яка служить перехідною
зоною, коли річка впадає в океан. Вперше вченим вдалося вивчити сонячний вітер
від його джерела – корони Сонця – подібно до того, потік живить річку. Це дає
можливість розглянути сонячний вітер з іншого ракурсу, ніж це здійснюється під
час його впливу на Землю.
Обернене перемикання
Одна подія привернула увагу науковців – зміна напрямку магнітного
поля, яке виходить із Сонця разом із сонячним вітром була виявлена інструментом
FIELDS. Ці зміни – так звані «зворотні переключення» –здаються дуже поширеним
явищем у потоці сонячного вітру всередині орбіти Меркурія і тривають десь від
декількох секунд до декількох хвилин, коли вони проходять над зондом. Однак,
здається, вони відсутні на більшій відстані від Сонця, що робить їх непомітними без польоту прямо через
сонячний вітер, як це робить Parker.
Під час перемикання магнітне поле відштовхується від самого себе
до тих пір, поки воно не буде спрямоване майже прямо на Сонце. Ці зворотні
перемикання, поряд з іншими спостереженнями сонячного вітру, можуть давати
попередні підказки про те, які механізми нагрівають і прискорюють сонячний
вітер. Така інформація не тільки допомагає змінити наше розуміння того, що
спричиняє сонячний вітер та космічну погоду, які впливають на Землю, але й допомагає
нам зрозуміти фундаментальний процес того, як працюють зірки та як вони
виділяють магнітну енергію у своє середовище.
Обертовий вітер
У окремій публікації, заснованій на вимірюваннях інструменту
SWEAP, дослідники знайшли дивовижні підказки щодо того, як обертання Сонця
впливає на відплив сонячного вітру. Біля Землі сонячний вітер протікає повз
нашу планету так, ніби він рухається спочатку майже прямими лініями – або
«радіально», як спиці на велосипедному колесі – від Сонця в усіх напрямках. Але
Сонце обертається, коли випускає сонячний вітер, і перш ніж вирватися, сонячний
вітер отримує поштовх синхронно з обертанням Сонця.
Коли Parker наблизився на відстань
близько 20 млн миль до Сонця, дослідники отримали свої перші спостереження за
цим ефектом. Тут ступінь цього бічного руху був набагато сильнішим, ніж
передбачувалося, але він також переходив швидше, ніж очікували вчені, до
прямого, суто зовнішнього потоку, який допомагає замаскувати ефекти на більшій
відстані. Ця величезна розширена атмосфера Сонця природним чином вплине на
обертання зірки. Розуміння цієї точки переходу у сонячному вітрі є ключовим для
того, щоб допомогти нам зрозуміти, як обертання Сонця сповільнюється з часом.
Це має наслідки для життєвих циклів нашої зірки, її потенційно агресивного
минулого, а також інших зірок та утворення протопланетних дисків – щільних
дисків газу та пилу, які оточують молоді зірки.
Пил на вітрі
Parker також
спостерігав перші прямі свідчення того, як пил починає розріджуватися на
відстані близько семи млн миль від Сонця – ефект, про який говорили теоретики
майже століття, але який було досі неможливо виміряти. Ці спостереження були
зроблені за допомогою інструмента WISPR на відстані близько чотирьох млн миль
від Сонця. Вчені давно підозрюють, що поруч із Сонцем цей пил буде нагріватися
до високих температур, перетворюючи його на газ та створюючи зону без пилу
навколо зірки. Вчені сподіваються побачити справжню безпилову зону, що
починається приблизно у два-три млн миль від Сонця, яку зонд спостерігав вже у
вересні 2020 року під час свого шостого прольоту. Ця безпилова зона
сигналізувала б про місце, де матеріал пилу випаровувався теплом Сонця, щоб
стати частиною сонячного вітру, що пролітає повз Землю.
Енергетичні частинки
Нарешті, Інструмент комплексного наукового дослідження сонця (ISʘIS) зонду Parker виміряв кілька ніколи раніше небачених подій, настільки малих, що всі сліди від них втрачаються до того, як вони досягнуть Землі. Інструмент також виміряв рідкісний тип вибуху частинок
із особливо високим співвідношенням важчих елементів – припускаючи, що обидва
типи подій можуть бути більш поширеними, ніж вважали вчені раніше. Події
сонячних енергетичних частинок є важливими, оскільки вони можуть виникнути
раптово і призвести до космічних погодних умов поблизу Землі, які можуть бути
потенційно шкідливими для космонавтів. Розгадування джерел, прискорення та
транспортування сонячних енергетичних частинок допоможуть нам краще захистити
людину в космосі в майбутньому.
«Сонце – це єдина зірка, яку ми можемо уважно вивчити, – заявила директорка відділу геліофізики штаб-квартири NASA Нікола Фокс. –Отримання даних від джерела вже революціонізує наше розуміння власної зірки та зірок у Всесвіті. Наш маленький зонд проходить через жорстокі умови, щоб відправити додому вражаючі та захоплюючі відкриття».
Сонячний зонд Parker є частиною програми NASA «Життя з зіркою» для вивчення аспектів системи Сонце-Земля, які безпосередньо впливають на життя та суспільство. Програмою «Жити зі зіркою» керує Центр космічних польотів Goddard в Грінбелті, штат Меріленд для управління науковою місією NASA Вашингтоні. Лабораторія прикладної фізики університету Джона Хопкінса в Лорелі, штат Меріленд, проектувала, будувала та керує зондом.
