Портрет Солнца

Что ученые узнали благодаря рекордно близким фотографиям светила.

Космический аппарат Solar Orbiter получил фотографии и иные изображения Солнца с рекордно малой дистанции. Что удалось из них узнать о нашей звезде, и что еще предстоит выяснить?

Зонд Solar Orbiter выполнил фотографирование Солнца с рекордно близкого расстояния. Никто и никогда не наблюдал наше светило так близко. Хотя включение камер планировалось как техническая проверка, данные оказались настолько хороши, что уже помогли сделать первое открытие.

Зонд Solar Orbiter был запущен 10 февраля 2020 года. Это совместный проект Европейского космического агентства и NASA, обошедшийся в $1,5 млрд. Аппарат несет на борту шесть приборов, предназначенных для наблюдения самого светила, его короны и ближайших окрестностей. Еще четыре инструмента призваны изучать солнечный ветер, непрерывно обтекающий зонд. Напомним, что солнечный ветер — это поток плазмы, ежесекундно истекающий из Солнца и заполняющий собой Солнечную систему.

Орбита миссии выбрана так, чтобы собрать о нашей звезде уникальные сведения. Прежде всего, орбита аппарата не круговая, а сильно вытянутая. Из-за этого на определенном участке траектории зонд проходит очень близко к светилу. Так происходит при каждом обороте, но вдобавок орбита меняется от витка к витку, так что с каждым разом контакт с Солнцем становится все более тесным.

Уже при первом своем сближении со светилом, состоявшемся в июне текущего года, Solar Orbiter подошел к нему на 77 млн километров (это примерно половина расстояния от Солнца до Земли). Очень немногие зонды подходили к звезде так близко, и ни на одном из них не было аппаратуры для наблюдения самого светила (а не солнечного ветра или короны). Так что изображения, полученные миссией, уникальны.

И это только начало. В финале запланированной программы аппарат подберется к звезде всего на 60 солнечных радиусов. В этой точке он будет в 3,6 раза ближе к Солнцу, чем Земля, и в 1,4 раза ближе, чем Меркурий. В этот момент Solar Orbiter будет ближе к светилу, чем какой-либо другой зонд, кроме запущенной в 2018 году миссии Parker (которая, в отличие от «Орбитера», не несет инструментов, обозревающих сам диск Солнца).

Есть и еще одна причина, делающая миссию Solar Orbiter уникальной. Орбита аппарата будет постепенно менять наклон (для этого зонд сделает несколько облетов Венеры, используя ее гравитацию как своеобразный двигатель). Первые витки аппарат сделает практически в плоскости экватора Солнца, как и почти все его предшественники. Но со временем планируется достичь наклона орбиты в 24 градуса, а в рамках расширенной миссии — и 33 градуса. Благодаря этому Solar Orbiter станет буквально первым зондом, который пронаблюдает Солнце с полюсов. До этого над полюсами светила проходил лишь аппарат Ulysses, но он изучал только плазму солнечного ветра, опять-таки не имея приборов для наблюдения самой звезды.

На представленной ниже анимации показаны орбиты Земли, Венеры, Меркурия и Solar Orbiter (каждый новый виток зонда выделяется белым).

Впрочем, полярный круиз у Solar Orbiter еще впереди, а открытия начались уже сейчас, причем совершенно неожиданно.

Откровенные фото

Свое первое сближение с Солнцем (с 30 мая по 21 июня текущего года) зонд встретил с включенными приборами. Это было тестовое включение: команда проекта собиралась попросту убедиться, что все системы исправно работают. Научная программа миссии официально стартует лишь в ноябре 2021 года. Однако полученные данные оказались настолько качественными и подробными, что новое открытие буквально бросилось астрономам в глаза.

Ультрафиолетовые снимки показали, что солнечный диск усеян яркими точками (на менее подробных изображениях ничего подобного различить не удавалось). Эти структуры ученые назвали кострами (campfires). Возможно, это нановспышки — явление, которое давно предсказано теоретиками. Еще никогда наблюдатели не видели его воочию.

На приведенной ниже иллюстрации «костры» отмечены стрелками.

Поясним, почему это важно. Температура поверхности Солнца (фотосферы) — около 6000^оС. Ненамного горячее и вышележащий слой — хромосфера. А вот расположенная над ними корона разогрета до миллионов градусов. Вот такой парадокс: корона гораздо горячее поверхности светила, хотя она находится значительно дальше от центра звезды, в котором происходят термоядерные реакции. При этом температура резко возрастает в узком переходном слое между хромосферой и короной.

Загадка температуры короны давно мучает исследователей. Какой процесс ее так разогревает? На этот счет предложено несколько гипотез, и одна из самых популярных связана с теми самыми нановспышками. Предполагается, что это миниатюрные подобия всем известных солнечных вспышек, которые происходят в короне непрерывно и массово. Но пока у науки нет твердых доказательств их существования. Если дальнейшие исследования подтвердят, что Solar Orbiter видит именно их, это может положить конец десятилетиям дискуссий.

«Ученые много лет спорят о механизмах нагрева короны Солнца. Одна из наиболее популярных гипотез заключается в том, что корона нагревается из-за множества постоянно происходящих нановспышек, но окончательных доказательств этому пока нет. До публикации полученных результатов в научной статье рано говорить, проливают ли данные, полученные зондом Solar Orbiter, новый свет на эту проблему. Но аппарат, наблюдающий Солнце с таких малых  дистанций, наверняка поможет узнать о нашей звезде что-нибудь интересное», — отмечает заместитель директора Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра Физического института РАН доктор физико-математических наук Игорь Владимирович Чашей.

Снимки Солнца в других диапазонах тоже получились великолепными. Кликнув по изображению в галерее, можно получить его подробное описание и список правообладателей. Вот, к примеру, изображение солнечной короны в видимом свете.

В целом можно сказать, что все приборы зонда отработали на отлично, и аппарат уже в самом начале своей миссии превзошел ожидания создателей.

Ослепительное сияние тайн

Первооткрывателю солнечного ветра Юджину Паркеру приписываются слова: «О Солнце мы знаем настолько много, чтобы понять, как мало мы знаем». Наше светило все еще полно тайн, даже если не считать уже упоминавшейся загадки нагрева короны.

Почему солнечная активность подчиняется 11-летнему циклу? С чем связаны отступления от него? Какие силы исторгают из атмосферы звезды солнечный ветер? Какие механизмы порождают выбросы корональной массы — облака плазмы, которыми периодически буквально плюется Солнце? Список вопросов, ответов на которые пока нет, можно продолжать очень долго.

Между тем ученые интересуются светилом не только из общей любознательности. Понятно, что жизнь на Земле в буквальном смысле зависит от поведения обогревающей ее звезды. Например, вопрос о влиянии солнечной активности на климат еще далеко не решен.

А вот воздействие на человеческую жизнь уже упоминавшихся выбросов корональной массы не подлежит никакому сомнению. Известны случаи, когда эти потоки заряженных частиц серьезно повреждали космические аппараты. Также они повышают уровень радиации и на МКС до нежелательных значений, хотя та и защищена магнитным полем Земли. А корабль, отправляющийся в межпланетное путешествие, выходит из-под прикрытия этого природного щита. Для его экипажа встреча с выбросом корональной массы чревата по-настоящему опасными дозами облучения. Астронавты, отправлявшиеся на Луну, уже рисковали, но их экспедиции были хотя бы краткими. Можно было надеяться, что им повезет не встретиться с губительным подарком Солнца. А вот в долгом путешествии к Марсу риск был бы слишком велик  (и это одна из главных причин, по которым разговоры о пилотируемом полете на Марс все еще остаются разговорами).

Хватает неприятностей с корональными выбросами и на Земле. Сильный выброс может за час обеспечить людям на борту самолета, летящего через Северный полюс (а таких рейсов совершается несколько тысяч в год), несколько годовых норм радиационного облучения. Кроме того, вторжения космической плазмы нарушают работу радиосвязи. Наконец, они порождают магнитные бури. Последние могут вызвать наведенные токи в электросетях и оставить без электроснабжения огромные территории (именно так случилось в 1989 году в Квебеке). Широко распространено и мнение, что магнитные бури влияют на самочувствие человека, хотя по этому поводу ученые еще не пришли к согласию.

Между тем астрономы пока не умеют прогнозировать корональные выбросы. Заметить такое облако плазмы можно, только когда оно уже находится на пути к Земле. Человечество не отказалось бы от системы раннего предупреждения, а для этого нужно как можно больше знать о нашем своенравном светиле.

Каждая новый зонд или телескоп, нацеленный на изучение Солнца, приносит новые кусочки мозаики, из которой складывается разгадка его тайн. Проект Solar Orbiter наверняка станет важной вехой на этом пути.

Анатолий Глянцев

«Forbes»