Europejska Agencja Kosmiczna opublikowała pierwsze zdjęcia naszej gwiazdy zrobione przez sondę Solar Orbiter. Fotografie zostały wykonane z odległości zaledwie 77 milinów kilometrów od powierzchni Słońca. Obserwacje sondy ujawniły wszechobecne mini-rozbłyski słoneczne, nazwane przez naukowców „ogniskami”.
Zdaniem naukowców zarządzających misją, obserwacja zjawisk, których nie można było dotąd szczegółowo zobaczyć, wskazuje na ogromny potencjał sondy Solar Orbiter, a trzeba zauważyć, że sonda dopiero co rozpoczęła swoją misję.
Sonda rozpoczęła swoją misję 10 lutego tego roku. Celem misji prowadzonej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) we współpracy z NASA są przede wszystkim słabo widoczne z Ziemi i niezbadane dotąd bieguny naszej gwiazdy. Naukowcy mają nadzieję na pozyskanie nowych informacji o Słońcu i o tym, w jaki sposób nasza gwiazda tworzy heliosferę - ogromną bańkę plazmy, która otacza cały Układ Słoneczny.
Podróż sondy Solar Orbiter potrwa dwa lata. W tym czasie statek będzie zmieniał orbitę, która będzie odchylała się od płaszczyzny, po której krążą planety. Ta unikalna trajektoria pozwoli sondzie wykonać i przesłać na Ziemię pierwsze w historii obrazy biegunów Słońca. Pomoże też wypełnić luki w modelach pola magnetycznego gwiazdy, które napędzają jego aktywność.
Dzięki zebranej wiedzy o aktywności Słońca można będzie nie tylko lepiej poznać słoneczne plamy czy dokładniej przewidywać zagrażające nam rozbłyski, ale także zrozumieć zachowanie innych, znacznie odleglejszych gwiazd. Wciąż nie wiemy, jak powstaje wiatr słoneczny, jaki mechanizm wytwarza pole magnetyczne Słońca, czy dlaczego korona słoneczna jest tak gorąca. Tajemnice te rozjaśnić ma właśnie ta misja. Taką przynajmniej mają nadzieję naukowcy.
Zasadnicza faza misji rozpocznie się w 2022 roku. Sonda będzie znajdować się wówczas w odległości około jednej trzeciej jednostki astronomicznej od gwiazdy (obecnie znajduje się w odległości około połowy jednostki astronomicznej). Misja ma zrealizować 22 bliskie podejścia do Słońca. Podczas najbliższego sonda znajdzie się 42 miliony kilometrów od naszej gwiazdy, bliżej niż orbita Merkurego.
Sonda zawiera sześć instrumentów teledetekcyjnych, które obrazują Słońce i jego otoczenie, oraz cztery instrumenty, które monitorują środowisko wokół statku kosmicznego. Porównując dane z obu zestawów instrumentów, naukowcy uzyskają wgląd w mechanizmy wytwarzania wiatru słonecznego, strumienia naładowanych cząstek ze Słońca, który wpływa na cały Układ Słoneczny.
Kadłub sondy ma wymiary 2,5 na 3,1 na 1,2 metra, całkowicie rozłożone anteny rozpiętość 18 metrów, wysięgnik dla szczególnie podatnej na zakłócenia elektromagnetyczne aparatury - 4,4 metra i trzy anteny - po 6,5 metra każda. Łącznie 210 kilogramów aparatury naukowej.
Wrażliwa na wysokie temperatury aparatura ukryta jest za osłoną termiczną, zbudowaną z wielu warstw tytanu pokrytego czarną powłoką fosforanu wapnia, która ułatwia wypromieniowanie ciepła w przestrzeń kosmiczną (podobną powłoką pokrywa się tytanowe implanty, aby lepiej integrowały się z kością).
Mozaika pierwszych zdjęć Słońca wykonanych za pomocą kamery Extreme Ultraviolet Imager (EUI) w dniu 30 maja 2020 r.
Unikalnym aspektem misji Solar Orbiter jest to, że żaden inny statek kosmiczny nie był w stanie zrobić zdjęć powierzchni Słońca z bliższej odległości. Opublikowane właśnie fotografie zostały wykonane z odległości 77 milionów kilometrów od gwiazdy, co czyni je najbliżej wykonanymi obrazami Słońca, jakie kiedykolwiek zrobiono.
- To tylko pierwsze zdjęcia i już teraz możemy zobaczyć interesujące nowe zjawiska – powiedział Daniel Müller, naukowiec z projektu Solar Orbiter w ESA. - Nie spodziewaliśmy się tak wspaniałych wyników już na samym początku. Możemy również zobaczyć, w jaki sposób nasze dziesięć instrumentów naukowych uzupełnia się wzajemnie, zapewniając całościowy obraz Słońca i otaczającego środowiska - dodał.
Pierwsze zdjęcia Słońca z tak bliskiej odległości ujawniły mini-rozbłyski słoneczne, które naukowcy nazwali „ogniskami” (ang. "campfires"). - "Ogniska” są małymi, miliony lub miliardy razy mniejszymi krewnymi rozbłysków słonecznych, które możemy obserwować z Ziemi. Na pierwszy rzut oka Słońce może wydawać się ciche, ale kiedy przyjrzymy się szczegółom, wszędzie zobaczymy te miniaturowe rozbłyski – przyznał David Berghmans z Królewskiego Obserwatorium Belgii, odpowiedzialny w misji Solar Orbiter za kamerę Extreme Ultraviolet Imager (EUI), która wykonała zdjęcia.
Na zdjęciu jedno z nowo znalezionych „ognisk” zaznaczone strzałką. W lewym dolnym rogu widoczny rozmiar Ziemi
Naukowcy nie wiedzą jeszcze, czy te „ogniska” są tylko malutkimi wersjami wielkich rozbłysków, czy też są napędzane przez inne mechanizmy. Zaproponowali już pewne koncepcje, że te miniaturowe rozbłyski mogą przyczyniać się do jednego z najbardziej tajemniczych zjawisk zachodzących na Słońcu - ogrzewania korony słonecznej.
- Te ogniska same w sobie są zupełnie nieistotne, ale podsumowując ich wpływ na całe Słońce, mogą stanowić dominujący udział w ogrzewaniu korony słonecznej - wyjaśnił Frédéric Auchère z Institut d'Astrophysique Spatiale we Francji.
Korona słoneczna to najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery Słońca, która rozciąga się na miliony kilometrów w przestrzeń kosmiczną. Jej temperatura przekracza milion stopni Celsjusza, czyli jest o rzędy wielkości wyższa niż temperatura panująca na powierzchnia Słońca, czyli 5500 st. C. Po wielu dziesięcioleciach badań, mechanizmy fizyczne podgrzewające koronę nadal nie są w pełni poznane, a ich identyfikacja jest uważana za „świętego Graala” fizyki Słońca.
ESA przygotowała krótki film (poniżej) z kompilacją zdjęć, na których widać odkryte "ogniska".
- Jest oczywiście o wiele za wcześnie, aby to stwierdzić, ale mamy nadzieję, że łącząc te obserwacje z pomiarami z innych naszych instrumentów, które „wyczuwają” wiatr słoneczny, gdy przechodzi on przez statek kosmiczny, w końcu będziemy w stanie odpowiedzieć na niektóre z pytań dotyczących Słońca - powiedział Yannis Zouganelis z ESA.
Sonda Solar Orbiter niesie ze sobą Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI). Przyrząd ten dokonuje pomiarów w wysokiej rozdzielczości linii pola magnetycznego na powierzchni Słońca. Jest przeznaczony do monitorowania aktywnych obszarów na Słońcu, obszarów o szczególnie silnych polach magnetycznych, które mogą wywoływać rozbłyski słoneczne.
Podczas rozbłysków słonecznych Słońce uwalnia ogromne ilości energetycznych cząstek, które wzmacniają wiatr słoneczny, nieustannie emanujący z naszej gwiazdy do otaczającej przestrzeni. Kiedy te cząstki wchodzą w interakcję z magnetosferą Ziemi, mogą powodować burze magnetyczne, które mogą zakłócać sieci telekomunikacyjne i sieci energetyczne.
- W tej chwili znajdujemy się w fazie 11-letniego cyklu słonecznego, kiedy Słońce jest mało aktywne. Ale ponieważ Solar Orbiter znajduje się pod innym kątem do Słońca niż Ziemia, mogliśmy zobaczyć na fotografiach jeden aktywny region, którego nie dałoby się zaobserwować z Ziemi – powiedział Sami Solanki z Instytutu im. Maxa Plancka w Getyndze w Niemczech i główny badacz instrumentu PHI.
- Instrument PHI mierzy pole magnetyczne na powierzchni Słońca, a my widzimy struktury w koronie słonecznej za pomocą kamery EUI, ale próbujemy również wywnioskować linie pola magnetycznego wychodzące do ośrodka międzyplanetarnego, gdzie znajduje się Solar Orbiter - stwierdził Jose Carlos del Toro Iniesta z Instituto de Astrofísica de Andalucía w Hiszpanii, który również zajmuje się instrumentem PHI.
Cztery instrumenty zamontowane na sondzie Solar Orbiter charakteryzują linie pola magnetycznego i wiatr słoneczny, gdy mija on statek kosmiczny. Christopher Owen z University College London i główny badacz instrumentu Solar Wind Analyzer zaznaczył, że korzystając z tych informacji, można oszacować, gdzie na Słońcu została wyemitowana ta konkretna część wiatru słonecznego. - Następnie możemy użyć pełnego zestawu instrumentów misji do odkrywania i zrozumienia procesów fizycznych zachodzących w różnych regionach Słońca, które prowadzą do powstania wiatru słonecznego - powiedział.
- Wszyscy jesteśmy bardzo podekscytowani tymi pierwszymi obrazami, ale to dopiero początek. Solar Orbiter rozpoczął wielką podróż po wewnętrznym Układzie Słonecznym i zbliży się do Słońca w ciągu mniej niż dwóch lat. Ostatecznie dotrze na odległość 42 milionów kilometrów, czyli prawie jedną czwartą odległości między Słońcem a Ziemią – podkreślił Müller.
- Już pierwsze dane wskazują na udaną współpracę między agencjami kosmicznymi i przydatność różnorodnych zdjęć do odkrywania niektórych tajemnic Słońca - skomentowała Holly Gilbert z NASA Goddard Space Flight Center, która ze strony NASA zajmuje się misją Solar Orbiter.
Jeden z sześciu instrumentów teledetekcyjnych - spektrometr/teleskop rentgenowski STIX, został zbudowany przy udziale polskich naukowców z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. To specjalny rodzaj teleskopu rentgenowskiego, który ma rejestrować rozbłyski na Słońcu.
STIX opracowali wspólnie naukowcy ze Szwajcarii, Polski, Czech, Niemiec i Francji. Partnerami projektu są także Irlandczycy, Austriacy i Włosi, którzy będą odpowiadać za analizę i archiwizację zebranych danych. Wkład finansowy Polski w projekt STIX szacowany jest na 2-2,5 mln euro. Wynosi on ok. 20 proc. całości jego budżetu i ustępuje tylko wkładowi Szwajcarów.
Polscy eksperci z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie i we Wrocławiu odpowiadali za sterujący teleskopem komputer i jego obudowę oraz oprogramowanie. Opracowali także testowy symulator detektorów i urządzenie do testowania komunikacji z sondą.
STIX będzie badać w zakresie rentgenowskim słoneczne rozbłyski. Chodzi o tzw. twarde promieniowanie rentgenowskie - fotony o energii od 4 keV do 150 keV, co odpowiada falom elektromagnetycznym o długości od 0,31 nm do 0,00827 nm (10 milionów razy krótsze, niż średnica ludzkiego włosa). Takie rozbłyski mogą zagrażać satelitom, a nawet ziemskiej infrastrukturze, w tym sieciom energetycznym.
Źródło: ESA
