Как ученые изучили солнце

Исследование Солнца

Долгие тысячелетия Солнце было объектом поклонения и главной фигурой в мифах и легендах. Многие культуры считали его сверхъестественным или божественным по природе. Давайте проследим за историей исследования Солнца. Ранние записи о единственной звезде Солнечной системы встречаются в протоиндоевропейской мифологии, где Солнце показано в виде восходящей к небу колеснице. В германской мифологии эта колесница называлась Сол, у ведов – Сурья, а у норвежцев – Сольвенен.

Позолоченная сторона щита в норвежской солнечной колеснице

В Месопотамии Солнце называли Уту – бог справедливости и потомок Луны. У вавилонян и ассирийцев – Шамас. В Египте – Ра, поклонение которому распространилось по всему царству с 25-го века до н.э.

В Новом Свете инки, майя и ацтеки полагали, что Солнце нуждается в человеческих жертвах. У ацтеков это был бог войны, а у греков – Гелиос, который также путешествовал на колеснице по небу.

Божество Сол на монетке римского императора Константина I (примерно 315 г. н.э.)

У римлян это был Сол, лик которого изображали на монетках в 3-м веке н.э. 25 декабря праздновали рождение Солнца. В Китае его считали мудрым дедушкой, правящем в Солнечном Дворце.

Поклонение Солнцу включало и создание храмов и дворцов в его честь. К примеру, в Египте, Мальте, Англии и Ирландии еще остались каменные мегалиты, созданные для определения летнего и зимнего солнцестояний. Стоит отметить, что все это в определенном смысле первобытные методы исследования Солнца, где звезду ассоциировали с богом, а не стандартным небесным телом. Следует переместиться дальше и увидеть, как выглядели научные методы исследования.

Люди наблюдали все внимательнее и начали появляться первые научные концепции. В 1-м тысячелетии до н.э. вавилонские мудрецы отметили, что перемещение звезды по эклиптике лишено однородности. Позже мы поймем, что все дело в движении планеты Земля.

Иллюстрация геоцентрической системы Птолемея, созданная Бартоломеу Велью в 1568 году

В 5-м веке до н. э. Анаксагор говорит, что Солнце – огненный шар, чей свет отражается от Луны. В 3-м веке до н. э. Эрастофен предлагает первую дистанцию Солнца от Земли – 148-153 млн. км. В это же время Аристарх Самосский считает, что Солнце находится в центре Вселенной, а планеты совершают обороты вокруг него. Позже эту точку зрения поддержат исламские и индийские астрономы.

В 1032 году Ибн Сина наблюдает за транзитом Венеры и понимает, что планета находится ближе к Солнцу, чем мы. Солнечные пятна отобразили и задокументировали в Китае в 206 г. до н. э.

Пластина с солнечными пятнами, созданная в 1612 году

Революционной для понимания Солнечной системы и места в ней Земли и других планет стала модель Николая Коперника (гелиоцентрическая модель мира), где Солнце находилось в центре Вселенной. Появление в 17-м веке телескопа помогло отобразить первые детали звезды и планет. В 1672 году Кассини смог вычислить дистанцию к Марсу, что помогло определить точную отдаленность от Солнца. Согласитесь, что в этих работах прослеживается больше научных методов, чем в период обожествления.

В 1666 году Исаак Ньютон первым наблюдал за солнечным светом через призму и доказал, что видит несколько цветов. В 1800 году Уильям Гершель открыл инфракрасное излучение. Спектроскопические исследования начали зарождаться в 19 веке на основе изучения светового звездного спектра.

Солнце, наблюдаемое в EUV между минимумом (слева) и максимумом (справа)

Еще одним этапом в изучении стало развитие термодинамики, где главным вкладчиком выступил Уильям Томпсон. Он предложил, что Солнце – постепенно остывающее жидкое тело, излучающее внутренний тепловой запас.

Герман фон Гельмгольц предложил возраст звезды в 20 млн. лет, что не сходилось с земным возрастом (тогда считали 300 млн. лет). В 1920 году Артур Эддингтон сообщил, что давление и температура в ядре способны привести к слиянию, что и вызывает выработку энергии.

Исследование

Давайте рассмотрим новые современные исследования Солнца. Космическая эпоха 20-го века помогла ответить на большую часть вопросов. В 1959-1968 гг. к Солнцу направились первые спутники – Пионеры 5, 6, 7, 8 и 9. Они сумели получить первые данные о солнечном ветре и магнитном поле.

В 1970-х гг. стартуют Гелиос 1 и 2, остановившиеся на орбитальном пути Меркурия и получившие обновленные и более точные сведения о ветре и короне. В 1973 году появляется космическая станция Skylab, использующая для изучения солнечную обсерваторию Аполлон.

В 1980-м году начали изучать гамма, рентгеновские и УФ-лучи. В 1991 года Япония запускает спутник Yohkoh, который до 2001 года наблюдал за вспышками. Наконец в 1995 году появляется космическая обсерватория SOHO. Она установилась в точке Лагранжа и функционировала до появления в 2010-м SDO. В 2006 году для наблюдений отправили STEREO.

Но это не последние миссии. Солнце крайне важно, потому что от его активности зависит комфорт и возможность нашего выживания, а также космическая погода. В 2017 ЕКА планирует отправить Solar Orbiter, который установится на дистанции в 0.28 а. е. к звезде и будет фиксировать ее перемены. В 2018 году может стартовать зонд Plus НАСА, который подойдет на 8.5 солнечных радиусов и будет заниматься измерением частичек и энергии солнечной короны.

Не будем забывать, что кроме энергии и тепла, Солнце щедро поливает нас радиацией, от которой спасает только земное магнитное поле. Но Земле повезло с позицией, поэтому звезда стала источником жизни, который периодически пытается нас убить. Ниже можно ознакомиться со знаменательными датами изучения Солнца.

Космические аппараты, исследовавшие Солнце

• 150 г. до н.э. – Птолемей создает «Альмагест», в котором описывает модель нашей системы. Она считалась верной до 16 века;
• 1543 г. – Николай Коперник демонстрирует работу «Революции небесных тел», в которой продвигает гелиоцентрическую (Солнце в центре) модель;
• 1610 г. – Галилео Галилей и Томас Харриот отдельно наблюдают за солнечными пятнами в телескопы;
• 1645-1715 гг. – Активность солнечных пятен не сократилась, что могло привести к небольшому ледниковому периоду. Обычно замершие реки оставались жидкими круглый год на более низких высотах;
• 1814 г. – Обнаружение спектральных линий на Солнце. Стали отпечатками элементов в 1859 году;
• 1826-1843 гг. – Официальное признание существования цикла солнечных пятен;
• 8 июля 1842 г. – Первый ИК-обзор солнечной короны, выполненный в период полного затмения в Милане;
• 1848 г. – Солнечные пятна отображают более прохладную температуру, чем остальная фотосфера;
• 1 сентября 1859 г. – Первый обзор вспышки и ее геомагнитных эффектов на Земле;
• 18 июля 1860 г. – Первый зарегистрированный выброс корональной массы, зафиксированный в момент затмения;
• 1942 г. – Впервые заметили солнечное радиоизлучение;
• 1946 г. – Первый ракетный обзор нашей звезды;
• 7 марта 1962 г. – НАСА отправляет орбитальную солнечную обсерваторию (OSO-1);
• 1973-1974 гг. – Команда Skylab использует телескоп Аполлон для многоспектрального солнечного анализа с земной орбиты;
• 1994 г. – Первая миссия (Улисс) по изучению космического пространства выше и ниже солнечных полюсов;
• 26 июня – 5 ноября 1994 г. – Улисс выполняет первые наблюдения за солнечными полярными участками;
• 8 сентября 2004 г. – Аппарат Генезис доставляет образцы солнечного ветра, собранные на удаленности в 1.5 млн. км;
• 23 апреля 2007 г. – Аппарат STEREO создал первые 3D-изображения Солнца;
• Февраль 2010 г. – Обсерватория Солнечной Динамики приступает к изучению формирования солнечной активности и космической погоды через вычисление внутреннего звездного пространства, магнитного поля, раскаленной плазмы короны и уровня яркости;
• 6 февраля 2011 г. – Зонд STEREO переходит на противоположную солнечную сторону, непрерывно передавая обратно снимки;

Источник

Как изучают Солнце? Описание, фото и видео

Ученые занимаются исследованием Солнца, и многих людей интересует, как именно они справляются с такой задачей. Ведь расстояние от Земли до этой ближайшей к нам звезды составляет 149 миллионов километров. К тому же, наблюдение за дневным светилом осложняется тем, что смотреть на него подолгу нельзя, это чревато ожогом сетчатки. Даже если человек собирается понаблюдать за Солнцем без оптики, своими глазами, ему необходимо обеспечить затемнение, и обычных темных очков для этого будет недостаточно.

Как же ученым удается пронаблюдать за таким сложным объектом? Подобные вопросы задают все любознательные люди, и на них стоит дать ответ.

История наблюдения за Солнцем

Люди наблюдали за Солнцем издавна – и даже более того, поклонялись ему. Во всех древних религиях имеется бог – Солнце, как правило, он же – бог – отец всего мира. Даже тысячи лет назад человечество понимало важность солнца, света и тепла, которое оно дает. Во многих древних религиях считалось, что дневное светило поднимается по утрам на небосвод на колеснице, которую несут лошади под управлением солнечного божества. Сол, Сурья, Гелиос – все это имена богов света, которым поклонялись древние люди.

Важность солнечного бога в некоторых пантеонах была настолько высокой, что ему регулярно приносили человеческие жертвы – так делали древние индейцы. Затмение же светила повсеместно считалось дурным предзнаменованием, люди боялись этого явления, несмотря на то, что уже в древности жрецы отмечали цикличность такого явления.

Тогда не было возможности рассмотреть солнечный диск так, как это могут сделать современные ученые, и ближайшая к нашей планете звезда была большой загадкой для людей.

Современные исследования Солнца

Сегодня возможности для исследования Солнца стали куда более широкими. В космос запускаются космические аппараты, которые делают фотоснимки, регистрируют рентгеновские лучи, которые идут от звезды, могут фиксировать пульсации и другие происходящие на поверхности процессы. Разумеется, они не могут приблизиться вплотную или сесть на поверхность раскаленного светила, однако они успешно собирают огромный объем информации дистанционно. Наблюдают Солнце и с поверхности Земли. Для этого существуют особые телескопы с затемнением и другое специализированное оборудование, которое позволяет людям не рисковать глазами.

История исследований Солнца в 20-м веке

В 20-м веке началась космическая эра, первые спутники были направлены к Солнцу в 1959-1968 годах. Это были Пионеры, принадлежащие СССР, они получили первую точную информацию о солнечных ветрах, магнитном поле светила. Спутники серии Гелиос, которые останавливались на орбите ближайшей к Солнцу планеты Меркурия, стартовали в 1970-х годах, они смогли дать новые сведения о короне Солнца и ветрах.

Далее, в 1973 году, стартовал проект Skylab на базе обсерватории Аполлона. В 1991 году к исследованиям присоединяется Япония с проектом Yohkoh, этот спутник изучал солнечные вспышки вплоть до 2001 года. Лаборатория SOHO, позиционировавшаяся на позиции Лагранджа, работала с 1995 года по 2010, пока ее не заменил SDO. А в 2006 году в космос отправили STEREO – также для наблюдения Солнца. На данный момент исследования продолжаются, для этой цели планируется отправлять новые миссии.

Что мы знаем о Солнце сегодня?

Когда-то считалось, что на Солнце происходит процесс горения, по тому же принципу, что и в любой печи или костре на Земле. Именно этому фактору приписывалась способность звезды дарить тепло. В эру первых открытий в сфере радиации ученые стали указывать на то, что Солнце – это большая ядерная станция природного происхождения. Точного ответа на вопрос касаемо происходящих в звездах процессах и механизмах их нагрева все еще нет, ученые пока не смогли до конца исследовать подобные процессы. Однако несколько гипотез все же существует.

На данный момент ученый мир располагает главным образом фактами, которые были выяснены при наблюдении Солнца посредством использования современного оборудования. Так, радиус нашего светила составляет 695,990 км, это целых 109 радиусов Земли. Приблизительная масса составляет 333 земных, а возраст приравнивается к 4.57 млрд. лет. Приблизительная температура ядра составляет 15,600,000° К, а поверхностного слоя – 5770° К на уровне фотосферы. Слои Солнца имеют не равномерную температуру, показатели чередуются, ученые по сей день не могут объяснить этого факта.

Один оборот вокруг оси совершается звездой за 27 земных суток, при этом движение на экваторе происходит быстрее, на полюсах же оно замедлено. Солнечная активность циклична, периодически на поверхности появляются пятна – места пониженной температуры. Также на Солнце бывают вспышки.

Таким образом, Солнце – это сложный для изучения объект, однако современные технологии позволяют ученым добиваться определенных результатов. Новые данные о земном светиле поступают регулярно, они внимательно изучаются, на их основании строятся гипотезы. Хочется верить, что в ближайшее время ученые найдут ответы на все вопросы, связанные с Солнцем.

Интересное видео о Солнце

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Космические миссии по исследованию Солнца. Досье

ТАСС-ДОСЬЕ. 12 августа США произвели запуск с базы ВВС на мысе Канаверал (шт. Флорида) ракеты-носителя Delta IV. В космос выведен космический аппарат PSP (Parker Solar Probe, с англ. «Солнечный зонд Паркер»). По расчетам, в декабре 2024 года зонд приблизится к Солнцу на рекордно близкое расстояние (6,16 млн км) и впервые войдет в верхние слои атмосферы светила — так называемую солнечную корону, где температура достигает свыше 1,3 тыс. градусов Цельсия. К настоящему моменту ближе всех из космических аппаратов к нашей звезде подходил немецко-американский зонд Helios-2 — 43,4 млн км в 1976 году.

Редакция ТАСС-ДОСЬЕ подготовила материал о космических миссиях разных стран, полностью или частично посвященных исследованию Солнца.

Изучение солнечного излучения, ветра и вспышек, а также их влияние на магнитосферу и атмосферу Земли имеет важное значение для науки. Наиболее значимые результаты в этой области достигнуты благодаря исследованиям с помощью космических аппаратов, проводившихся с конца 1950-х годов.

Исследования космических аппаратов

Запущенная в 1959 году советская автоматическая межпланетная станция «Луна-1» впервые провела прямые измерения параметров солнечного ветра. Свою задачу, достижение поверхности Луны, она не выполнила, но стала первым искусственным спутником Солнца.

Выведенный в космос в 1960 году американский зонд Pioneer-5 произвел первые измерения уровня радиации и свойств солнечных вспышек. Целью его миссии были исследования межпланетного пространства между Землей и Венерой.

В 1962-1975 годах в рамках программы OSO (Orbiting Solar Observatory, «Орбитальная солнечная обсерватория») США осуществили запуск восьми космических телескопов, задачей которых являлось изучение 11-летних циклов Солнца. В частности, аппарат OSO-6 одним из первых зафиксировал гамма-всплески, а OSO-7 обнаружил гамма-лучи в солнечных вспышках.

Запущенные в 1965-1968 годах американские автоматические аппараты Pioneer-6, Pioneer-7, Pioneer-8 и Pioneer-9 в течение многих лет изучали солнечный ветер, космические лучи и солнечную плазму, а также микрометеоритные потоки и магнитные возмущения. Самым работоспособным из них оказался Pioneer-6, он функционировал 35 лет (был выведен в космос в 1965 году, последний сеанс связи с ним состоялся в 2000 году).

Зонды-близнецы Helios-1 (запущен в 1974 году) и Helios-2 (1976), созданные в рамках совместного проекта космических ведомств США и ФРГ, осуществили облет Солнца на относительно близком расстоянии. Первый пролетел в 46,5 млн км от светила (в феврале 1975 года), второй — в 43,4 млн км (в апреле 1976 года). С помощью них впервые были обнаружены ионы гелия в солнечном ветре.

Отправленные в 1977 году к дальним планетам Солнечной системы американские межпланетные аппараты Voyager-1 и Voyager-2 также внесли вклад в исследование Солнца. С их помощью были уточнены свойства солнечного ветра на различном удалении от светила.

В 1978 году в космос был выведен европейско-американский аппарат ISEE-3 (International Sun-Earth Explorer-3; впоследствии получил имя ICE, International Cometary Explorer, «Международный исследователь комет»). Первоначально он использовался для изучения влияния солнечного ветра на магнитное поле Земли. Затем был направлен к комете Джакобини-Циннера (21P/Giacobini-Zinner).

В 1980 году был запущен американский спутник SolarMax (SMM, Solar Maximum Mission), созданный для исследования процессов, происходящих на Солнце, в частности, солнечных вспышек.

В 1990 году запущен европейско-американский зонд Ulysses (англ. прочтение имени Улисс). Его уникальность заключалась в том, что он исследовал Солнце с полярной орбиты и смог увидеть зоны полюсов звезды, которые недоступны для наблюдений с Земли. Большинство космических аппаратов, изучающих Солнце, ведут свои наблюдения в зоне солнечного экватора. Ulysses пролетал над солнечными полюсами в 1994-1995, 2000-2001 и 2007-2008 годах. В частности, он первым смог установить, что полюса Солнца не имеют фиксированного положения.

В 1991 и 2006 годах в рамках совместного проекта Японии, Великобритании и США были осуществлены запуски аппаратов Solar-A (другое название — Yohkoh, «Солнечный луч») и Solar-B (Hinode, «Восход Солнца»). Их целью было изучение магнитного поля Солнца.

Выведенный в 1994 году в космос американский аппарат GGS WIND изучал солнечный ветер и его взаимодействие с земной поверхностью.

В 1994-2009 годах Россия реализовывала программу КОРОНАС («Комплексные орбитальные околоземные наблюдения активности Солнца»). В ее рамках были запущены три научных спутника: «Коронас-И» (1994), «Коронас-Ф» (2001) и «Коронас- Фотон» (2009). В создании приборов для космических аппаратов принимали участие Украина, Индия и Польша.

В 1995 году был осуществлен запуск европейско-американского аппарата SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Он находится в точке Лагранжа L1 системы Земля-Солнце (1,4-1,5 млн км от нашей планеты) и до сих пор функционирует. В режиме реального времени SOHO передает изображения Солнца в видимом и ультрафиолетовом диапазоне.

В 1997 году в космос был запущен американский аппарат ACE (Advanced Composition Explorer), предназначенный для изучения высокоэнергетических частиц солнечного ветра и межпланетной среды. Он также находится в точке Лагранжа L1 системы Земля-Солнце. В настоящее время ACE используется для уточнения прогнозов по магнитным бурям.

В 1998 году на околоземную орбиту был выведен американский аппарат TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) с целью изучения связей между магнитным полем и плазмой солнечной атмосферы. TRACE вел наблюдения Солнца с высоким пространственным разрешением в ультрафиолетовом диапазоне.

В 2001 году США запустили зонд Genesis для сбора частиц солнечного ветра. При возвращении на Землю в 2004 году капсула космического аппарата не смогла совершить мягкую посадку из-за нераскрывшегося парашюта. Однако, исследуя обломки, ученые смогли получить часть образцов.

В 2002 году в космос была выведена американская космическая обсерватория RHESI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager). Ей впервые удалось заснять гамма-излучение от солнечной вспышки. Космический аппарат до сих находится в работоспособном состоянии.

В 2006 году с целью изучения солнечной активности были запущены американские аппараты STEREO-A и STEREO-B. Их главная задача — построение трехмерных изображений Солнца и структур солнечной атмосферы, а также трехмерного магнитного поля звезды.

В 2008 году США вывели в космос научно-исследовательский спутник IBEX (Interstellar Boundary Explorer), предназначенный для исследования взаимодействия солнечного ветра с межзвездным веществом.

В 2010 году была запущена американская обсерватория SDO (Solar Dynamics Observatory). Наблюдения, проводимые с ее помощью, дают детальную динамическую картину выбросов с поверхности Солнца.

Перспективные проекты

В рамках исследования Солнца Европейское космическое агентство разрабатывает спутник Solar Orbiter. В число российских перспективных проектов входят: «Интергелиозонд», направленный на исследование Солнца с близких расстояний (запуск аппарата планируется произвести после 2025 года) и «Полярно-эклиптический патруль», предусматривающий запуск двух малых космических аппаратов с целью получения глобальной картины солнечной активности и ее проявлений в гелиосфере.

Источник