Solar Orbiter: превращение изображений в физику

«Я очень доволен работой Solar Orbiter и различных команд, которые поддерживают его и его инструменты в рабочем состоянии», - говорит Даниэль Мюллер, научный сотрудник проекта ЕКА Solar Orbiter Project. «В этом году это были настоящие командные усилия в трудных обстоятельствах, и теперь мы начинаем видеть, что эти усилия действительно окупаются».

10 научных инструментов Solar Orbiter разделены на две группы. Имеется 6 телескопов дистанционного зондирования и 4 прибора для измерения на месте. Инструменты дистанционного зондирования смотрят на Солнце и его корону. Инструменты на месте измеряют частицы вокруг космического корабля, которые испускает Солнце и известны как солнечный ветер, а также его магнитные и электрические поля. Проследить происхождение этих частиц и полей до поверхности Солнца - одна из ключевых задач Solar Orbiter.

Во время первого прохода Solar Orbiter в непосредственной близости от Солнца, который произошел 15 июня и позволил космическому кораблю приблизиться к отметке 77 миллионов километров, данные регистрировались приборами дистанционного зондирования и на месте.

Следы солнечного ветра

Данные Solar Orbiter позволили рассчитать область источника солнечного ветра, который поражает космический корабль, и определить этот «след» на изображениях дистанционного зондирования. В примере, изученном в июне 2020 года, след виден на краю «корональной дырой», где магнитное поле Солнца простирается в космос, позволяя течь солнечному ветру.

Несмотря на то, что работа предварительная, она превышает все, что было возможно до сих пор.

«Раньше нам никогда не удавалось составить такую точную карту»,- говорит Тим Хорбери из Имперского колледжа в Лондоне и председатель рабочей группы по орбитальному аппарату на месте.

Физика костров

Solar Orbiter также получил новую информацию о солнечных «кострах», которая привлекла внимание всего мира в начале этого года.

Первые изображения миссии показали множество крошечных солнечных извержений, вспыхнувших на поверхности Солнца. Ученые назвали их «кострами», потому что точная энергия этих событий еще не известна. Без энергии не ясно, являются ли они тем же явлением, что и другие извержения меньшего масштаба, которые наблюдались другими миссиями. Это все очень интересно потому, что уже давно считалось, что на Солнце существуют мелкомасштабные «нано-вспышки», но никогда не было возможности увидеть такие небольшие события раньше.

«Костры могут быть нано-вспышками, к которым мы стремимся с помощью Solar Orbiter», - говорит Фредерик Ошер, Institut d'Astrophysique Spatiale, Орсе, Франция, и председатель рабочей группы по дистанционному зондированию орбитального аппарата Solar.

Это важно, потому что предполагается, что нановспышки ответственны за нагрев короны, внешней атмосферы Солнца. Тот факт, что температура короны составляет около миллиона градусов по Цельсию, тогда как поверхность всего около 5000 градусов, по-прежнему остается одной из самых загадочных проблем в солнечной физике сегодня. Расследование этой загадки - одна из ключевых научных задач Solar Orbiter.

Чтобы изучить эту идею, исследователи проанализировали данные инструмента SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) Solar Orbiter. SPICE предназначен для определения скорости газа на поверхности Солнца. Он показал, что действительно есть мелкомасштабные события, в которых газ движется со значительной скоростью, но поиск корреляции с кострами еще не проводился.

«Прямо сейчас у нас есть только данные о вводе в эксплуатацию, полученные, когда команды еще изучали поведение своих инструментов в космосе, и результаты являются предварительными. Но очевидно, что мы действительно видим очень интересные вещи», - говорит Фредерик. «Solar Orbiter - это открытие, и всё это очень увлекательно».

Серфинг в хвосте кометы

Наряду с прогрессом в достижении запланированных научных целей Solar Orbiter, с космическим кораблем также произошли случайные научные открытия.

Вскоре после запуска Solar Orbiter было замечено, что он будет лететь, проходя через два хвоста кометы ATLAS. Хотя Solar Orbiter не был разработан для такой встречи и не должен был собирать научные данные в то время, эксперты миссии работали над тем, чтобы все инструменты на месте действительно зафиксировали уникальную встречу.

Но у природы был еще один трюк: комета распалась еще до того, как космический корабль приблизился. Таким образом, вместо ожидаемых сильных сигналов от хвостов вполне возможно, что космический корабль вообще ничего не увидит.

Это было не так. Solar Orbiter действительно видел сигнатуры в данных кометы ATLAS, но не то, чего ожидали ученые. Вместо сильного одиночного перекрещивания хвоста космический корабль обнаружил многочисленные эпизоды волн в магнитных данных. Он также обнаружил пыль в пятнах. Вероятно, она появилась изнутри кометы, когда она раскололась на множество мелких частей.

«Впервые мы, по сути, прошли через распавшуюся комету», - говорит Тим. «Там много действительно интересных данных, и это еще один пример качественной случайной науки, которую мы можем сделать с Solar Orbiter».

Нюансы космической погоды

Solar Orbiter большую часть времени измерял солнечный ветер в космосе, регистрируя выбросы частиц от Солнца. Затем, 19 апреля, через орбитальный аппарат Solar Orbiter прокатился особенно интересный выброс корональной массы.

Выброс корональной массы, или CME, - это крупное космическое погодное явление, при котором миллиарды тонн частиц могут быть выброшены из внешней атмосферы Солнца. Во время этого конкретного CME, вспыхнувшего на Солнце 14 апреля, Solar Orbiter прошел примерно 20 процентов пути от Земли до Солнца.

Solar Orbiter был не единственным космическим кораблем, который наблюдал это событие. Миссия ЕКА BepiColombo Mercury в то время летела над Землей. Был также солнечный космический корабль НАСА STEREO, расположенный примерно в 90 градусах от прямой линии Солнце-Земля и смотрящий прямо через область космоса, через которую прошел CME. Он наблюдал, как СМЕ столкнулся с Солнечным орбитальным аппаратом, а затем с BepiColombo и Землей. Объединение измерений со всех различных космических аппаратов позволило исследователям по-настоящему изучить способ эволюции выброса корональной массы при его перемещении в космосе.

«Мы можем посмотреть на него удаленно, мы можем измерить его на месте, и мы можем увидеть, как изменяется CME, когда он движется к Земле», - говорит Тим.

Столь же интригующими, как и космический корабль, который видел это событие, были те, кто этого не видел. Космический аппарат ЕКА-НАСА SOHO, который находится перед Землей и постоянно наблюдает за такими извержениями, едва ли зарегистрировал это. Это помещает событие 19 апреля в редкий класс космических погодных явлений. Изучение таких более неуловимых событий поможет более полно понять космическую погоду.

27 декабря Solar Orbiter совершит свой первый облет Венеры. Это событие будет использовать гравитацию планеты, чтобы повернуть космический корабль ближе к Солнцу, что поставит Solar Orbiter в еще лучшее положение для совместных измерений с НАСА Parker Solar Probe, который также завершит два облета Венеры в 2021 году.

Поскольку Parker выполняет измерения на месте изнутри солнечной атмосферы, Solar Orbiter будет делать снимки той же области. Вместе два космических корабля дадут как детали, так и общую картину.

«2021 год будет захватывающим временем для Solar Orbiter», - говорит Тереза Ньевес-Чинчилла, научный сотрудник проекта НАСА Solar Orbiter Project. «К концу года все инструменты будут работать вместе в полноценном научном режиме, и мы будем готовиться к тому, чтобы стать еще ближе к Солнцу».

В 2022 году Solar Orbiter приблизится к поверхности Солнца в пределах 48 миллионов километров, что на 20 миллионов километров ближе, чем в 2021 году.