Космічний апарат уперше увійшов в атмосферу Сонця та приносить нові відкриття

Вперше в історії космічний апарат "торкнувся" Сонця. Сонячний зонд Parker від NASA пролетів через верхні шари атмосфери Сонця – корону – та відібрав там зразки частинок і магнітних полів.

Про це розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com

Нова віха знаменує собою один великий крок для сонячного зонда Parker та гігантський стрибок для науки про Сонце. Подібно до того, як висадка на Місяць дозволила вченим зрозуміти, як він був сформований, дотик до самого матеріалу, з якого складається Сонце, допоможе вченим знайти важливу інформацію про нашу найближчу зорю та її вплив на Сонячну систему.

«Дотик зонда Parker до Сонця є монументальним моментом для науки про Сонце та насправді видатний подвиг», — сказав Томас Зурбухен, заступник адміністратора Управління наукових місій у штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. «Ця віха не тільки дає нам глибше уявлення про еволюцію нашого Сонця та його вплив на нашу Сонячну систему, але й усе, що ми дізнаємося про нашу власну зірку, також дозволяє нам більше дізнатися про зорі у решті Всесвіту».

Наближаючись до сонячної поверхні, Parker робить нові відкриття, які інші космічні апарати не могли побачити на занадто великій відстані, в тому числі зсередини сонячного вітру – потоку частинок від Сонця, які можуть впливати на нас на Землі. У 2019 році Паркер виявив, що магнітні зигзагоподібні структури в сонячному вітрі, звані "зворотними перемиканнями" (збурення у сонячному вітрі, які викликають згинання магнітного поля у зворотний бік), удосталь зустрічаються поблизу Сонця. Але як і де вони утворюються, залишалося загадкою. Відтоді вдвічі зменшивши відстань до Сонця, зонд Parker пройшов достатньо близько, щоб визначити одне місце їх виникнення: сонячну поверхню.

Перший прохід крізь корону – та обіцянка подальших підльотів – продовжуватиме надавати дані про явища, які неможливо вивчити здалеку.

Ближче, ніж будь-коли

Сонячний зонд Parker був запущений у 2018 році для дослідження таємниць Сонця, підійшовши до нього ближче, ніж будь-який космічний апарат раніше. Через три роки після запуску та десятиліття після першої концепції "Паркер" нарешті прибув до місця призначення.

На відміну від Землі, Сонце не має твердої поверхні. Але воно має перегріту атмосферу, зроблену із сонячного матеріалу, зв’язаного із Сонцем гравітацією та магнітними силами. У міру підвищення тепла та тиску цей матеріал віддаляється від Сонця та досягає точки, де гравітація та магнітні поля занадто слабкі для його утримання.

Ця точка, відома як критична поверхня Альфвена, знаменує кінець сонячної атмосфери та початок сонячного вітру. Сонячний матеріал, який має енергію, щоб перетнути цю межу, стає сонячним вітром, який тягне за собою магнітне поле Сонця, коли воно мчить через Сонячну систему до Землі та за її межі. Важливо, що поза критичною поверхнею Альфвена сонячний вітер рухається настільки швидко, що хвилі всередині вітру ніколи не можуть подорожувати достатньо швидко для того, щоб повернутися до Сонця — їх зв'язок розривається.

До цього часу дослідники не були впевнені, де саме знаходиться критична поверхня Альфвена. За оцінками, основаними на віддалених знімках корони, вона знаходиться на відстані від 10 до 20 сонячних радіусів від поверхні Сонця – від 6,9 до 14,3 мільйона кілометрів. Спіральна траєкторія Паркера повільно наближає його до Сонця, і протягом останніх кількох проходів космічний апарат постійно перебував нижче 20 сонячних радіусів (91 відсоток відстані від Землі доСонця), що дозволило йому перетнути межу – якщо оцінки правильні.

Новини за подібною темою:

		У стародавніх кільцях дерев віком 14 300 років ідентифіковано найбільшу в історії сонячну бурю
		Виявлено підказки, які можуть допомогти вченим передбачати сонячні спалахи
		Найдетальніше розкрито майбутнє нашого Сонця

28 квітня 2021 року, під час свого восьмого обльоту Сонця, зонд Parker зіткнувся зі специфічними магнітними умовами та станом частинок на висоті 18,8 сонячних радіусів (близько 13 мільйонів кілометрів) над поверхнею Сонця, які повідомили вченим, що він вперше перетнув критичну поверхню Альфвена та нарешті увійшов в атмосферу Сонця.

«Ми повною мірою очікували, що рано чи пізно зіткнемося з короною принаймні на короткий час», — сказав Джастін Каспер, провідний автор нової статті про віху, опубліковану в журналі Physical Review Letters, і заступник директора з технологій у компанії BWX Technologies, Inc. та професор Мічиганського університету. «Але дуже захопливо, що ми вже досягли цього».

В оці бурі

Під час прольотів сонячний зонд Parker кілька разів проходив у корону та виходив з неї. Це довело те, що дехто передбачав – що критична поверхня Альфвена не має форму гладкої кулі. Швидше, вона має шипи та впадини, які зморщують поверхню. Виявлення того, де ці виступи збігаються із сонячною активністю, що надходить від поверхні, може допомогти вченим дізнатися, як події на Сонці впливають на атмосферу та сонячний вітер.

У якийсь момент, коли сонячний зонд Parker занурився трохи нижче 15 сонячних радіусів (близько 10,5 мільйона км) від поверхні Сонця, він пройшов через особливість у короні, яка називається псевдостримерами. Псевдостримери — це масивні споруди, які підіймаються над поверхнею Сонця та їх можна побачити із Землі під час сонячних затемнень.

Проходження крізь псевдостример було схоже на політ в оці бурі. Усередині псевдостримера умови заспокоїлися, частинки сповільнилися, а кількість зворотних перемикань зменшилася – різка зміна у порівнянні з насиченим потоком частинок, з яким космічний апарат зазвичай стикається у сонячному вітрі.

Вперше космічний апарат опинився в регіоні, де магнітні поля були достатньо сильними, щоб домінувати над рухом частинок. Ці умови були остаточним доказом того, що космічний апарат пройшов критичну поверхню Альфвена та увійшов в сонячну атмосферу, де магнітні поля формують рух усього в цьому регіоні.

Перший прохід через корону, який тривав лише кілька годин, є одним із багатьох запланованих для місії. Паркер продовжить наближатися до Сонця по спіралі, зрештою наблизиться до поверхні до 8,86 сонячних радіусів (6,16 мільйона кілометрів). Майбутні обльоти, наступний з яких відбудеться у січні 2022 року, ймовірно, знову проведуть сонячний зонд Parker крізь корону.

«Мені не терпиться побачити, що виявить Parker під час повторних прольотів через корону найближчими роками», — сказала Нікола Фокс, директорка відділу геліофізики в штаб-квартирі NASA. «Можливості для нових відкриттів безмежні».

Розмір корони також залежить від сонячної активності. Оскільки 11-річний цикл активності Сонця – сонячний цикл – наростає, зовнішній край корони буде розширюватися, надаючи зонду Parker більше шансів перебувати всередині корони протягом більш тривалого періоду.

«Це дійсно важливий регіон, у який потрібно потрапити, тому що ми думаємо, що тут потенційно можуть включитися всі види фізика», — сказав Каспер. «І тепер ми потрапляємо в цей регіон і, сподіваюся, почнемо спостерігати деякі з цих фізичних явищ і моделей поведінки».

Коли Сонячний зонд Паркер проходив крізь корону під час дев’ятої зустрічі, космічний апарат пролетів повз структури, які називаються корональними стримерами. Ці структури можна побачити як яскраві елементи, що рухаються вгору на верхніх зображеннях і під кутом вниз у нижньому ряду. Такий вигляд можливий лише тому, що космічний апарат пролетів над і під стримерами всередині корони. Досі стримери бачили лише здалеку. Їх видно із Землі під час повних сонячних затемнень. Credits: NASA/Johns Hopkins APL/Naval Research Laboratory

Звуження пошуку походження зворотних перемикань

Ще до перших подорожей через корону вже проявилася деяка дивовижна фізика. Під час останніх зустрічей із Сонцем, зонд Parker зібрав дані, які вказують на походження зигзагоподібних структур у сонячному вітрі, званих зворотними перемиканнями. Дані показали, що одне з місць, де зароджуються зворотні перемикання, знаходиться на видимій поверхні Сонця – фотосфері.

До того часу, коли сонячний вітер досягає Землі, через відстань 150 мільйонів кілометрів, він являє собою невблаганний зустрічний вітер із частинок і магнітних полів. Але коли він лишає Сонце, сонячний вітер структурований та неоднорідний. У середині 1990-х років спільна місія NASA та Європейського космічного агентства «Улісс» пролетіла над полюсами Сонця та виявила кілька химерних S-подібних вигинів у лініях магнітного поля сонячного вітру, які уводили заряджені частинки зигзагоподібним шляхом, коли вони лишали Сонце. Протягом десятиліть вчені вважали, що ці випадкові зворотні перемикання — дивацтва, які обмежувалися полярними регіонами Сонця.

У 2019 році, на відстані 34 сонячних радіусів від Сонця, Паркер виявив, що зворотні перемикання були не рідкістю, а поширене явище для сонячного вітру. Це відновило інтерес до цих особливостей та поставило нові запитання: звідки вони взялися? Чи були вони викувані на поверхні Сонця, чи сформовані якимось процесом, що згинає магнітні поля в сонячній атмосфері?

Нові результати, опубліковані в Astrophysical Journal, нарешті підтверджують, що одна з точок походження знаходиться поблизу сонячної поверхні.

Підказки з’явилися, коли Паркер наблизився до Сонця під час шостого прольоту, на відстань менш як 25 сонячних радіусів. Дані показали, що зворотні перемикання відбуваються у вигляді плям і містять більший відсоток гелію, який, як відомо, надходить з фотосфери, у порівнянні з іншими елементами. Походження зворотних перемикань ще більше звузилося, коли вчені виявили плями, вирівняні з магнітними воронками, які виходять з фотосфери між конвекційними комірчастими структурами, що звуться супергранулами.

Крім того, що вони є місцем зародження зворотних перемикань, вчені вважають, що магнітні воронки можуть бути місцем походження одного з компонентів сонячного вітру. Сонячний вітер буває двох різних видів – швидкий та повільний – і воронки можуть бути місцем, звідки надходять деякі частинки швидкого сонячного вітру.

«Структура регіонів зі зворотними перемиканнями відповідає структурі невеликої магнітної воронки в основі корони», — сказав Стюарт Бейл, професор Каліфорнійського університету в Берклі та провідний автор нової статті про зворотні перемикання. «Це те, чого ми очікуємо від деяких теорій, і це вказує на джерело самого сонячного вітру».

Розуміння того, де та як з’являються компоненти швидкого сонячного вітру, і чи пов’язані вони зі зворотними перемиканнями, може допомогти вченим відповісти на давню сонячну загадку: як корона нагрівається до мільйонів градусів, що набагато спекотніше, ніж сонячна поверхня внизу.

Хоча нові результати дозволяють визначити, де утворюються зворотні перемикання, вчені поки не можуть підтвердити, як вони формуються. Одна з теорій припускає, що вони можуть бути створені хвилями плазми, які прокочуються по регіону, як океанський прибій. Інша теорія стверджує, що вони створені вибуховим процесом, відомим як магнітне перез’єднання, яке, як вважають, відбувається на кордонах, де магнітні воронки сходяться.

«Мій інстинкт такий: у міру того, як ми заглиблюємося в місію та все ближче й ближче до Сонця, ми дізнаємося більше про те, як магнітні воронки пов’язані зі зворотними перемиканнями», – сказав Бейл. «І, сподіваюся, вирішимо питання про те, який процес їх створює».

У міру наближення Parker Solar Probe до Сонця, він переходить у незвідані режими та робить нові відкриття. На цьому зображенні представлені відстані Паркера від Сонця для деяких з цих віх та відкриттів. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Mary P. Hrybyk-Keith

Тепер, коли дослідники знають, що шукати, ближчі проходи Паркера зможуть виявити ще більше підказок про зворотні перемикання та інші сонячні явища. Отримані дані дозволять науковцям зазирнути в область, яка має вирішальне значення для перегрівання корони та підштовхування сонячного вітру до надзвукової швидкості. Такі вимірювання корони будуть вирішальними для розуміння та прогнозування екстремальних явищ космічної погоди, які можуть порушити телекомунікації та пошкодити супутники навколо Землі.

«Дуже приємно бачити, як наші передові технології досягли успіху в тому, щоб доставити Сонячний зонд Паркер до Сонця ближче, ніж ми коли-небудь були, і повернути такі дивовижні наукові дані», — сказав Джозеф Сміт, виконавчий директор програми Parker у штаб-квартирі NASA. «Ми з нетерпінням чекаємо, що ще місія відкриє, коли вона ще більш наблизиться до Сонця у найближчі роки».

Сонячний зонд Паркер є частиною програми NASA “Життя із зіркою”, призначеною для дослідження аспектів системи Сонце-Земля, які безпосередньо впливають на життя та суспільство. Програмою “Життя із зіркою” керує Центр космічних польотів ім. Годдарда в Грінбелті, штат Мериленд, для Директорату наукової місії NASA у Вашингтоні. Лабораторія прикладної фізики Університету Джона Хопкінса в Лорелі, штат Мериленд, керує місією “Сонячний зонд Паркер” для NASA, а також спроєктувала, побудувала та керує космічним апаратом.

Вперше в історії космічний апарат торкнувся Сонця. Сонячний зонд Parker від NASA пролетів через верхні шари атмосфери Сонця – корону – і відібрав там зразки частинок і магнітних полів. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Joy Ng

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Сонце
• Parker Solar Probe