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
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Space (США): солнечный зонд «Паркер» приоткрывает завесу тайны над нашей ближайшей звездой
Стали известны первые результаты дерзновенной миссии.
Солнце начинает выдавать свои тщательно охраняемые секреты.
Получены первые научные результаты с солнечного зонда НАСА «Паркер», который долетел до Солнца быстрее всех прочих рукотворных объектов в истории и приблизился на самое малое расстояние.
Первые данные с борта «Паркера», опубликованные сегодня в четырех сообщениях на сайте журнала «Нейче» (Nature), позволили приподнять завесу тайны над нашей звездой, которая хранила свои секреты очень ревностно и надежно, хотя и является самым ярким светилом на нашем небосводе.
«Эти сообщения показывают, что попав в неисследованный регион солнечной системы, зонд «Паркер» уже совершил величайшее открытие, — написал в сопроводительной заметке в рубрике «Новости и мнения» в том же номере журнала Дэниел Вершарен (Daniel Verscharen), работающий исследователем в космической лаборатории Малларда при Лондонском университетском колледже. Сам Вершарен в новых исследованиях не участвует.
Поцеловать Солнце
«Паркер» отправился в космос в августе 2018 года, чтобы помочь ученым лучше понять механизмы работы и устройство Солнца. Стоимость программы составила полтора миллиарда долларов.
Больше всего ученые хотят разгадать две давние загадки. Как непрерывно летящий прочь от Солнца поток частиц под названием солнечный ветер разгоняется до колоссальных скоростей? И почему внешняя атмосфера Солнца корона имеет более высокую температуру, чем его поверхность? (Температура огненной короны Солнца может достигать 1,1 миллиона градусов Цельсия. А температура солнечной поверхности по сравнению с ней ничтожна — 6 000 градусов Цельсия.)
Контекст
Space: что происходит в межгалактическом пространстве?
Nature: как гости из межзвездного пространства переворачивают астрономию с ног на голову
«Паркер» ищет ответы на эти вопросы, беспардонно вторгаясь в пределы короны. Раз в пять месяцев или около того зонд пронзает испепеляющую атмосферу Солнца, делая беспрецедентные по своей близости снимки нашей звезды.
Во время таких сближений, которые называют прохождением перигелия, зонд будет находиться на расстоянии 24 миллиона километров от солнечной поверхности. До этого полета минимальное расстояние сближения исследовательских аппаратов с Солнцем составляло 42,73 миллиона километров. Этот подвиг в 1976 году совершил космический аппарат «Гелиос-2», отправленный в полет совместными усилиями США и бывшей Западной Германии.
«Гелиос-2» также поставил рекорд скорости относительно Солнца, которая достигла 246 960 километров в час. Затем этот рекорд побила межпланетная станция НАСА «Юнона», сделав это на подлете к газовому гиганту Юпитеру в июле 2016 года, когда ей удалось развить скорость 265 000 километров в час. Но «Паркер» на сегодня является неоспоримым рекордсменом. Во время первого прохождения перигелия 6 ноября 2018 года мощная солнечная гравитация ускорила аппарат до максимальной скорости 343 181 километр в час.
Условия в области короны экстремальные, и поэтому «Паркер» оснащен мощной защитной термоброней. Это щит из углепластика толщиной 11,4 сантиметра, защищающий зонд и четыре его научных прибора от сильнейшей жары и радиации.
К аппаратуре «Паркера» относится прибор для измерения электрического и магнитного полей и волн (Fields), прибор для исследования электронов, протонов и тяжелых ионов, которые разгоняются до огромных скоростей в атмосфере Солнца и за ее пределами (ISoIS), набор телескопов для наблюдения за короной и окружающей ее средой (WISPR), а также аппарат SWEAP, изучающий самые распространенные элементы солнечного ветра, такие как электроны, протоны и ионы гелия.
В новых журнальных статьях говорится о том, что удалось увидеть во время первых двух сближений с Солнцем, которые имели место в ноябре 2018 и в апреле 2019 года.
Выявление источника «медленного» солнечного ветра
В ходе одного исследования с помощью прибора Fields удалось получить данные о «медленном» солнечном ветре. Это составная часть потока, скорость которой никогда не превышает 1,8 миллиона км/час. «Медленный» в данном случае понятие относительное, потому что «быстрый» солнечный ветер мчится со скоростью в два раза быстрее.
Ученым уже известно, что быстрый солнечный ветер рождается в крупных «дырах» короны, как называют участки, где внешняя атмосфера значительно холоднее и тоньше нормальных значений. Находятся они возле солнечных полюсов. Полученные с помощью прибора Fields данные указывают на то, что и медленный ветер исходит из дыр в короне, но эти дыры меньшего размера и находятся возле солнечного экватора.
Fields также обнаружил неожиданные изменения направления солнечного магнитного поля, идущего мимо зонда. Иногда это поле меняло направление на 180 градусов, но уже через несколько секунд или минут поворачивало обратно.
«Наверное, такие переключения связаны с некими струями плазмы, — отметил в своем сообщении руководитель исследований Fields профессор Стюарт Бейл (Stuart Bale), преподающий физику в Калифорнийском университете Беркли. — У меня такое чувство, что эти переключения, или струи, играют важную роль в нагревании солнечного ветра».
Статьи по теме
CNN: изучение черных дыр переживает ренессанс
Air & Space: спустя много лет «Вояджеры» продолжают работать
Между тем, данные, полученные прибором SWEAP, указывают на то, что эти развороты являются «подвижными изгибами S-образной формы в силовых линиях поля, исходящего от Солнца», и что такие переключения направления увеличивают скорость солнечного ветра.
Данные ISoIS помогают конкретизировать возникающую картину. Они показывают, что у солнечных частиц высокой энергии уходит больше времени на то, чтобы долететь до «Паркера», чем ученые думали ранее. Возможно, это вызвано тем, что они движутся вдоль S-образных силовых линий, имея неожиданную траекторию.
ISoIS также зафиксировал множественные взрывы (вспышки) частиц, которые невозможно заметить с помощью наземных приборов. «Это поразительно — даже при минимальных солнечных условиях Солнце производит гораздо больше крошечных энергетических событий, чем мы думали раньше», — отметил Дэвид Маккомас (David McComas) из Принстонского университета, являющийся ведущим автором одного из новых исследований. (Солнечная активность убывает и усиливается в течение 11-летнего цикла, и в настоящее время наша звезда находится в относительно спокойной фазе.)
«Эти измерения помогут нам определить источники, ускорение и методы движения солнечных частиц высокой энергии, и в конечном итоге лучше защитить спутники и астронавтов в будущем», — отметил Маккомас.
А прибор WISPR создает более четкую картину Солнца, короны и сложного, постоянно бурлящего непосредственного окружения нашей звезды. Снимки этого прибора помогают комплексно и в надлежащем контексте оценивать информацию, собранную другой аппаратурой, а также делать определенные выводы на основании самих изображений.
Например, в четвертом научном сообщении говорится о том, что снимки WISPR указывают на наличие свободных от пыли зон вблизи Солнца. Эти зоны не зафиксированы непосредственно, но их существование теоретически допускается. «Детальные изображения с „Паркера» указывают на пространственные изменения в солнечном ветре, которые соответствуют изменениям в солнечном магнитном поле на поверхности, и показывают, что небольшие сгустки плазмы выбрасываются с Солнца и становятся составной частью молодого солнечного ветра», — написал Вершарен.
Лучшее впереди
Ответы на вопросы о солнечном ветре найдены лишь частично, и пока неясно, почему корона нагревается так сильно (хотя новые результаты позволяют сделать некоторые интригующие догадки). Однако у команды «Паркера» достаточно времени, чтобы уточнить детали, так как опубликованные недавно результаты — это только начало. Космический зонд продолжит исследование Солнца вплоть до конца 2025 года, подбираясь все ближе и ближе к его поверхности благодаря гравитационному воздействию Венеры на его траекторию.
Например, завершающая научная орбита «Паркера» будет проходить всего в 6,16 миллиона километров от солнечной поверхности, а скорость зонда в этот момент будет составлять 690 000 км/час.
Такие сближения в будущем будут происходить все чаще, потому что орбита «Паркера» вокруг Солнца будет сокращаться. Сейчас зонд обращается вокруг нашей звезды примерно за 150 земных дней, а к концу полета это время уменьшится до 88 дней.
Продолжительность полета позволит ученым изучить Солнце на разных этапах его 11-летнего цикла активности. Таким образом, сближающийся с нашим светилом зонд должен собрать много интересных данных, изучением которых исследователи будут заниматься долгое время.
«Есть надежда, что данные с „Паркера» будут определять наши представления о Солнце и солнечном ветре долгие годы, — написал Вершарен. — Сделанные зондом открытия подтолкнут ученых к созданию новых моделей и теорий, и эти знания можно будет применить к другим звездам и астрофизической плазме из самых разных уголков Вселенной».
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Источник