Что будет если приблизиться к солнцу
Parker «коснулся» звезды. Как можно приблизиться к Солнцу и не сгореть?
Американский зонд Parker Solar Probe долетел до Солнца и начал движение в его короне. Об этом сообщает NASA. Он стал первым в истории космическим аппаратом, который «коснулся» Солнца, побывав в верхних слоях его атмосферы.
Но как такое возможно? Неужели можно близко подлететь к горящей звезде, да ещё передавать оттуда какую-то информацию на Землю?
Аппарат-рекордсмен
«Впервые в истории космический аппарат прикоснулся к Солнцу. Зонд NASA Parker Solar Probe пролетел через верхние слои атмосферы Солнца — её корону, собрал данные о частицах солнечной энергии и его магнитных полях», — говорится в сообщении NASA.
В ведомстве отмечают, что это «новый крупный этап миссии и гигантский шаг в изучении Солнца». И даже сравнивают событие с высадкой человека на Луну: «Так же, как высадка на Луну позволила учёным понять, как она формировалась, так и прикосновение к веществу, из которого состоит Солнце, поможет получить важную информацию о ближайшей к нам звезде и её влиянии на Солнечную систему».
Зонд Parker Solar Probe, названный в честь американского астрофизика Юджина Паркера, был запущен 12 августа 2018 года с мыса Канаверал. В ноябре того же года он сблизился с Солнцем до расстояния 24 миллиона километров и передал первый сигнал на Землю.
В ходе своей миссии аппарат установил пару рекордов. Главный — он стал самым близким к Солнцу объектом из всех когда-либо созданных человеком. Предыдущий принадлежал зонду Hellios, который подлетел к Солнцу на расстояние 42 миллиона километров. Второй рекорд — скорость. Предыдущий показатель принадлежал тому же зонду Hellios и составлял 252 792 километра в час. Parker разогнался до 343 000, а затем и до 586 864 километров в час. Этот рекорд был поставлен недавно — 21 ноября 2021 года, во время десятого приближения аппарата к Солнцу. Расстояние до звезды тогда составило 8,5 миллионов километров.
Миссия Parker Solar Probe рассчитана на семь лет, за это время он должен совершить 24 сближения с Солнцем. Дело в том, что зонд движется по орбите, которая имеет форму эллипса, что даёт ему возможность отдаляться от звезды и вновь сближаться с ней. В будущем, говорят представители NASA, аппарат достигнет ещё более впечатляющих показателей. Следующий пролёт через солнечную корону ожидается в январе 2022 года.
Слишком «шумное» Солнце
Данные, полученные Parker, помогут метеорологам предсказывать важные изменения в космической погоде, которая влияет на Землю и на её обитателей (речь, например, о тех, кто чувствителен к геомагнитным бурям). Аппарат оснащён рядом инструментов, проводящих измерения магнитного и электрического поля в атмосфере Солнца.
«У зонда две основные задачи. Первая — наблюдения астрономическими (дистанционными) методами тех мелких деталей солнечной атмосферы, которые невозможно увидеть с орбиты Земли. Это важно для лучшего понимания того, как устроено Солнце, и для астрофизики в целом, — объясняет суть миссии руководитель лаборатории солнечного ветра Отдела физики космической плазмы Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Юрий Ермолаев. — Вторая задача — измерить in situ (то есть локально, в точке нахождения космического аппарата) параметры солнечного ветра, истекающего из короны в межпланетное пространство, чтобы исключить те изменения параметров, которые происходят по мере его движения от Солнца до Земли. Эта задача важна для физики гелиосферы и предсказания космической погоды: солнечный ветер является основным агентом, влияющим на состояние верхних оболочек Земли, что представляет большой практический интерес».
Но как можно организовать передачу данных в условиях экстремальных температур и почему аппарат вообще не сгорит, находясь так близко к Солнцу? (Меркурий в самой близкой к Солнцу точке отстоит от него в 5 раз дальше, чем пролетел Parker.)
«Задача действительно сложная. Чтобы передавать данные с космического аппарата на приёмную станцию на Земле, мощность сигнала должна быть выше мощности шума, в данном случае выше мощности “шумящего” Солнца, — говорит Юрий Ермолаев. — Дело в том, что Солнце — это сильнейший источник электромагнитного излучения в широком диапазоне частот (сюда входит и привычный нам свет), а для наблюдателя около Земли, в том числе для приёмной станции, Parker Solar Probe находится на очень малом угловом расстоянии от центра Солнца. Принимать сигнал приходится на фоне сильного электромагнитного излучения Солнца, поэтому сигнал должен быть достаточно большой мощности, а приёмная антенна — иметь достаточно узкую апертуру.
Ещё более серьёзная задача — защита передатчика и всей научной аппаратуры от того потока тепла, которое переносят электромагнитное излучение Солнца и плазма солнечного ветра. Для решения этой технической проблемы используется специальный защитный экран, который, с одной стороны, защищает научную аппаратуру от перегрева, а с другой — позволяет проводить научные измерения и передачу данных в достаточно “комфортных условиях”».
Что обнаружил зонд Parker Solar Probe, подлетевший максимально близко к Солнцу
С начала 2019 года зонд Parker Solar Probe, запущенный НАСА для исследования Солнца, трижды подходил к звезде ближе, чем любой другой космический корабль. Во время максимального сближения расстояние между аппаратом и Солнцем составляло всего 15 млн км — примерно половина расстояния между Солнцем и Меркурием, а температура окружающей среды — около 1 000 °C. Теперь космическое агентство опубликовало четыре научных статьи с первыми результатами семилетней миссии. За неполный год работы Parker удалось выяснить, что солнечный ветер формируется иначе, чем считали ученые, — а также открыть несколько новых явлений в короне Солнца, которые с Земли зафиксировать было невозможно. «Хайтек» рассказывает, что ученые узнали из первых данных зонда и какое влияние это окажет на науку.
Читайте «Хайтек» в
Почему важно исследовать Солнце
Солнце — типичная звезда, каких много во Вселенной. Но, в отличие от других звезд, оно находится ближе всего к Земле — настолько близко, что наша планета в определенном смысле расположена внутри внешней части ее атмосферы.
Несмотря на значительное расстояние между нашей планетой и звездой, около 149 600 000 км, Землю постоянно омывает солнечный ветер — потоки ионизированного газа, которые формируются во внешней части солнечной атмосферы, так называемой короне.
От интенсивности солнечного ветра — космической погоды — зависят полярные сияния и стабильность магнитного поля Земли, возмущение которого может привести к возникновению помех в работе электронных приборов. Мощные вспышки в короне часто приводят к выходу из строя спутников и нарушению работы навигационных систем.
Солнечная активность влияет и на процесс эволюции разных форм жизни, а изучение звезды позволит понять механизм развития жизни на планетах в других системах. Если, конечно, жизнь существует где-то кроме Земли.
Несмотря на несколько столетий изучения, астрономам пока известно о Солнце относительно немного — например, ученые не знают, как именно ведет себя солнечный ветер в определенных ситуациях, какие процессы происходят в короне и что свидетельствует о начале ее активности. Изучение осложняется тем, что оно является крайне ярким объектом, температура на орбитах крайне высока, — поверхность разогрета более чем на 6 000 °C. Поэтому ни один исследовательский аппарат до сих пор не мог подойти к звезде достаточно близко, чтобы ее детально изучить.
Первым подобным аппаратом стал зонд Parker Solar Probe, оснащенный защитным керамическим экраном, способным выдержать температуру до 1 450 °C.
Процесс сближения Parker с Солнцем продлится в течение семи лет: за это время аппарат должен будет пройти 24 орбиты, постепенно приближаясь к центру нашей системы — в самой близкой точке он окажется на расстоянии всего около 6 млн км от звезды. Это самое маленькое расстояние, на которое когда-либо рукотворный аппарат подходил к Солнцу. Корабль также побьет рекорд самого быстро движущегося космического корабля относительно Солнца. Он достигнет скорости почти в 700 000 км/час к 2024 году, когда подойдет к звезде на расстояние 9-10 ее радиусов.
На борту находятся четыре научных эксперимента: Fields, который изучает электрические и магнитные поля; IS☉IS, измеряющий заряженные частицы высокой энергии в солнечном ветре и короне; WISPR — для исследования солнечного ветра и других структур; SWEAP, который измеряет состав различных типов частиц в солнечном ветре.
Что нового узнали ученые?
Сейчас Parker находится на расстоянии примерно в 24 млн км от Солнца — это ближе, чем среднее расстояние от звезды до Меркурия. Аппарат уже находится на меньшем расстоянии, чем рекордно близкая к звезде миссия «Гелиос-2», запущенная в 1976 году.
Зонд движется на максимальной скорости, которую когда-либо удавалось развить рукотворному аппарату — около 342,79 тыс. км/час. Аппарат уже отправил несколько пакетов данных на Землю — на их основе ученые из НАСА написали четыре научных статьи о поведении Солнца.
«Эта совершенно новая информация о том, как работает наша звезда, поможет нам понять, как Солнце меняет космическую среду во всей нашей Солнечной системе», — говорится в сообщении профессора Николя Фокса.
Формирование солнечного ветра
Parker уже дал ученым новые данные о движении солнечного ветра — оказалось, что он движется совершенно иначе, чем считалось. С помощью аппарата астрономы впервые увидели, как вблизи поверхности Солнца магнитное поле солнечного ветра меняется на 180°. Этот процесс за короткое время разгоняет потоки до гигантских скоростей — около 482,803 км/час.
Ученые полагают, что развороты магнитного поля, так называемые обратные переключения, играют решающую роль при нагреве солнечной короны. В их результате происходит короткая бомбардировка Земли очень быстрым потоком солнечного ветра — затем его скорость снижается до нормальных значений. Понимание этого процесса позволит уточнить прогнозы космической погоды — и обезопасить спутники и радиоприборы.
Пыль на ветру
Зонд также впервые обнаружил доказательство уменьшения частиц межпланетной пыли, которая заполняет Солнечную систему рядом со звездой. Этот эффект был предсказан теоретиками почти 100 лет назад, однако наблюдать его ученым до сих пор не удавалось.
Данные, собранные Parker, показали, что на расстоянии около 24 млн км от Солнца частицы космической пыли становятся меньше в размерах, а на расстоянии примерно в шесть радиусов звезды исчезают вовсе. Теория гласит, что частицы либо полность уничтожаются излучением, либо вылетают из этой области вместе с солнечным ветром.
При этом пока зона, полностью свободная от пыли, недоступна для непосредственных наблюдений зонда. Предполагается, что однозначно подтвердить ее существование удастся примерно через год — когда Parker подойдет еще ближе к звезде.
Солнечный ветер и вращение Солнца
С помощью инструмента SWEAP аппарат также подтвердил расчеты теоретиков о том, что вращение Солнца связано с солнечным ветром.
Большинство измерений солнечного ветра на сегодняшний день проводились на расстоянии в 90 млн км от Земли, где поток движется строго радиально. Поэтому понять, как именно солнечный ветер движется рядом с источником и на что влияет направление вращения, можно только непосредственно рядом с Солнцем.
Теперь Parker подтвердил, что рядом с источником солнечный ветер тесно связан с вращением звезды. При этом данные со SWEAP показали, что поток превращается в однородный ближе к Солнцу, чем предполагали теоретики.
Электрические частицы
Близкий подлет к звезде позволил зонду увидеть явления, которые слишком малы и кратковременны, чтобы их можно было наблюдать с Земли или с орбиты. Речь идет об энергетических вспышках в потоке солнечных частиц с необычно высоким уровнем тяжелых элементов.
«События, связанные с солнечными энергетическими частицами, важны — они могут возникать неожиданно и приводить к изменениям космической погоды. В частности, они могут причинить вред здоровью космонавтов. Поняв источники, ускорение и перенос солнечных энергетических частиц, мы сможем лучше защитить людей в космосе в будущем», — говорится в сообщении НАСА.
Что дальше?
Parker Solar Probe совершил полет по третьей научной орбите вокруг Солнца из 24 запланированных. Впереди у аппарата еще около 18 млн км — астрономы рассчитывают, что приближение к Солнцу позволит аппарату собрать достаточно данных, чтобы ответить на два главных вопроса.
Первый касается солнечного нейтрино — ученые пока не понимают, почему фактическое количество элементарных частиц, которые возникают в ядре Солнца в результате ядерных реакций, меньше предсказанного.
Второй вопрос связан с аномальной температурой солнечной короны — замеры показали, что она составляет более миллиона градусов Кельвина, тогда как поверхность звезды нагрета всего до 6 000 °C.
Астрономы назвали последствия максимального приближения Земли к Солнцу
Максимальное приближение Земли к Солнцу способно вызвать небольшое потепление, заявил РБК старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К.Штернберга Владимир Сурдин. «Земля движется не по круговой орбите. Она то чуть ближе, то дальше от Солнца. В начале января Земля ближе к Солнцу. В эти дни мы получаем на 1–1,5% больше тепла. А в середине лета северное полушарие Земли немного удаляется от Солнца, и мы получаем меньше тепла», — сказал он.
Сурдин добавил, что при максимальном приближении Земли к Солнцу разница в температуре заметна только для жителей Северного полушария. «Для жителей Австралии это почти безразлично, а для нас немного смягчает морозы», — отметил он.
Данное явление носит регулярный характер и происходит раз в год, рассказал РБК заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН Дмитрий Вибе. «Земля движется вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите. В некоторые моменты времени Земля проходит на минимальном расстоянии от Солнца, а через полгода — на максимальном. Момент максимального приближения Земли к Солнцу приходится на начало января. Соответственно, момент максимального удаления — начало июля. Это ежегодное событие, оно не представляет никаких угроз», — сказал он.
5 января расстояние между Землей и Солнцем сократится до минимального, сообщил ранее Московский планетарий в своем астрономическом прогнозе. Планета достигнет перигелия — ближайшей к Солнцу точки своей орбиты. Расстояние до звезды составит более 147 млн км.
Космический аппарат впервые «прикоснулся» к Солнцу
Parker Solar Probe исследует солнечную активность в непосредственной близости от светила.
Иллюстрация NASA.
В 2018 году в космос был запущен космический аппарат NASA Parker Solar Probe, задача которого – исследовать казавшуюся неприступной атмосферу Солнца. Огненная корона нашего светила, казалось, сжигает всё на своём пути.
Через три года после запуска и спустя десятилетия после появления самой идеи отправить аппарат к Солнцу, «Паркер» наконец-то подобрался к светилу ближе, чем любой другой исследовательский аппарат.
Впервые в истории земной аппарат «коснулся» Солнца: аппарат НАСА пролетел через верхние слои атмосферы нашего светила — его корону — и проанализировал образцы вещества и магнитные поля в этой области.
Новая веха знаменует собой важный шаг для проекта Parker Solar Probe и гигантский скачок в изучении Солнца. Так же, как высадка на Луну позволила учёным понять, как образовалось это космическое тело, так прикосновение к самому веществу, из которого сделано Солнце, поможет учёным получить важную информацию о нашей звезде и её влиянии на Солнечную систему.
«Прикосновение к Солнцу с помощью зонда Parker Solar Probe – это монументальный момент для исследований Солнца и поистине выдающийся подвиг, – сообщает Томас Цурбухен (Thomas Zurbuchen), директор Управления научных миссий НАСА. – Эта веха не только даёт нам более глубокое понимание эволюции нашего Солнца и его влияния на Солнечную систему. Также и всё, что мы узнаём о нашей собственной звезде, даёт нам представление об огромном количестве звёзд в остальной Вселенной».
Поясним, что аппарат делает витки вокруг нашего светила, постепенно подлетая к нему всё ближе и ближе.
По мере приближения к солнечной поверхности «Паркер» позволяет учёным делать всё новые открытия. Другие космические аппараты не имели возможности предоставить астрономам столь важные и точные данные, так как они находились слишком далеко от светила.
Так, ранее зонд побывал внутри солнечного ветра — потока ионизированных частиц, выбрасываемых Солнцем, который может сильно влиять на жизнь на Земле.
В 2019 году «Паркер» обнаружил, что вблизи Солнца много магнитных зигзагообразных структур из солнечного ветра, называемых switchbacks. Но, как и где они образовались, оставалось загадкой для учёных.
С тех пор вдвое сократив расстояние до Солнца, солнечный зонд Parker прошёл достаточно близко, чтобы определить, по крайней мере, одно место, откуда они происходят: поверхность светила.
В отличие от Земли, у Солнца нет твёрдой поверхности. Но у него действительно есть перегретая атмосфера, состоящая из солнечного материала, привязанного к Солнцу гравитацией и магнитными полями. По мере роста температур и давления материал выбрасывается от Солнца. В определённой точке пространства гравитационные и магнитные поля становятся слишком слабыми, чтобы его удержать.
Эта точка, известная как критическая альфвеновская поверхность, знаменует конец солнечной атмосферы и начало солнечного ветра. Солнечный материал, обладающий достаточной энергией, чтобы пересечь эту границу, становится солнечным ветром, который, имея свой собственный заряд, увлекает за собой магнитное поле, двигаясь затем через всю Солнечную систему, к Земле и за её пределы.
До сих пор исследователи не знали, где именно находится критическая альфвеновская поверхность. Но, основываясь на изображениях короны, созданных с расстояния, исследователи рассчитали, что она находится в пределах от 10 до 20 солнечных радиусов (от 7 до 13,8 миллиона километров) от поверхности Солнца.
28 апреля 2021 года во время восьмого пролёта мимо Солнца приборы зонда Parker зафиксировали определённые магнитные условия и характеристики частиц, исходящих от Солнца, которые указали учёным на то, что аппарат пересёк критическую альфвеновскую поверхность и наконец впервые вошёл в солнечную атмосферу.
Это произошло на высоте 18,8 солнечных радиусов (около 13 миллионов километров) над поверхностью Солнца.
Во время пролёта Parker несколько раз входил в корону и выходил из неё. Это доказывает то, что предсказывали некоторые исследователи: критическая альфвеновская поверхность не имеет формы гладкого шара. Скорее, у неё есть «шипы и впадины», которые делают эту поверхность неровной.
В будущем определение мест, где эти выступы совпадают с солнечной активностью, исходящей от поверхности звезды, может помочь учёным узнать, как события на Солнце влияют на его атмосферу и солнечный ветер.
Добавим, что первый проход через корону, который длился всего несколько часов — один из многих, запланированных для миссии. «Паркер» продолжит свой полёт и в конечном итоге достигнет отметки 8,86 солнечного радиуса (6,1 миллиона километров) от поверхности светила.
Предстоящие облёты, следующее сближение призойдёт в январе 2022 года, вероятно, снова проведут Parker Solar Probe через корону.
Размер короны Солнца определяется солнечной активностью. По мере нарастания 11-летнего цикла активности Солнца внешний край короны будет расширяться, что даст солнечному зонду больше шансов пробыть внутри короны в течение более продолжительного времени.
«Это действительно важный регион, потому что мы думаем, что в нём потенциально могут быть задействованы все виды физики, – добавил ведущий автор исследования Джастин Каспер (Justin Kasper) из Мичиганского университета. – И теперь мы попадаем в эту область и, надеюсь, начнём наблюдать некоторые из этих физических свойств и проявлений».
Работа американских учёных с нынешними результатами исследования была опубликована в издании Physical Review Letters.
Ранее мы рассказывали о том, что учёным наконец удалось обнаружить на Солнце конвекционные потоки. Также мы писали о том, почему Солнце испускает потоки опаснейшей радиации, а ещё о том, как исследователи нашли следы солнечной активности в метеоритах, образовавшихся раньше нашей планеты.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Американский зонд «Паркер» «прикоснулся» к Солнцу и передал данные
Американский космический зонд «Паркер» стал первым, который побывал в солнечной короне. Аппарат провел рядом с Солнцем около пяти часов и передал данные о его атмосфере.
Художественный концепт приближающегося к Солнцу зонда Parker Solar Probe / НАСА
Зонд прошел через самый верхний и самый горячий слой атмосферы Солнца. Он провел замеры магнитных полей и образцов частиц в солнечной короне, где температура может достигать 500 тысяч градусов Цельсия.
Зонд пролетел через структуры, называемые корональными стримерами. Эти структуры можно увидеть как яркие детали, движущиеся вверх на верхних изображениях и наклоненные вниз в нижнем ряду / НАСА
Как отмечают в НАСА, данная миссия позволит внести фундаментальный вклад в понимание причин «нагревания солнечной короны» и возникновения солнечного ветра, который, в том числе, может вызывать помехи при радиосвязи на Земле.
«Новая веха знаменует собой один важный шаг для Parker Solar Probe и один гигантский скачок в солнечной науке. Точно так же, как посадка на Луну позволила ученым понять, как она сформировалась, прикосновение к веществу, из которого состоит Солнце, поможет ученым раскрыть важную информацию о нашей ближайшей звезде и ее влиянии на солнечную систему», — говорится в сообщении космического агентства.
Стоит отметить, что событие произошло еще 28 апреля 2021 года. В журнале Physical Review Letters были опубликованы результаты изучения «Паркером» солнечной короны, которые объявили на пресс-конференции на осеннем собрании Американского геофизического союза 14 декабря.
Внешний край Солнца начинается на критической поверхности Альфвена: точке, ниже которой Солнце и его гравитационные и магнитные силы напрямую управляют солнечным ветром. Многие ученые думают, что в этой области возникают внезапные перевороты магнитного поля Солнца, называемые обратными.
Зонд провел пять часов ниже критической поверхности Альфвена в прямом контакте с солнечной плазмой. Ниже этой поверхности давление и энергия магнитного поля Солнца были сильнее, чем давление и энергия частиц. Исследователи обнаружили, что критическая поверхность Альфвена сморщена. Данные показывают, что самая большая и самая удаленная морщина на поверхности была образована псевдостримером — большой магнитной структурой более 40 градусов в поперечнике, обнаруженной на внутренней видимой стороне Солнца.
Исследователи заметили гораздо меньше откатов ниже критической поверхности Альфвена, чем над ней. Это открытие может означать, что обратные пути не образуются внутри короны.
Зонд также зафиксировал некоторые свидетельства потенциального увеличения мощности внутри короны, что может указывать на неизвестную физику, влияющую на нагрев и рассеяние.
«Мы наблюдали Солнце и его корону на протяжении десятилетий, и мы знаем, что там происходит интересная физика, которая нагревает и ускоряет плазму солнечного ветра. Тем не менее, мы не можем точно сказать, что это за физика», — сказал Нур Рауафи, научный сотрудник проекта Parker Solar Probe.
Достигнув своей цели, зонд теперь будет опускаться еще глубже в солнечную атмосферу и задерживаться там на более длительные периоды времени.
Расстояния Parker Solar Probe от Солнца в ходе миссии / НАСА
Космический аппарат Parker Solar Probe запустили для изучения Солнца в августе 2018 года. Согласно плану, он на протяжении семи лет должен сближаться с Солнцем, чтобы в конечном итоге подойти к нему на максимально близкое расстояние — 6 млн км. В предыдущей попытке аппарат Helios 2 приблизился к Солнцу на расстояние 43,4 млн км в 1976 году. Среднее расстояние Земли от Солнца составляет 149,6 миллиона километров.
О техническом оснащении «Паркера» можно прочитать здесь.
В феврале 2020 года был также запущен зонд Solar Orbiter. Миссию организовало Европейское космическое агентство при участии НАСА. Зонд позволит получить информацию о полярных регионах Солнца, которые нельзя увидеть с Земли. Планируется, что основная миссия завершится в декабре 2026 года, однако, если аппарат сохранит работоспособность, то ее могут продлить.
Solar Orbiter приблизится к Солнцу в 2022 году, после чего выйдет на орбиту с перигелием 42,7 млн км, что на 3,3 млн км меньше радиуса орбиты Меркурия — ближайшей к Солнцу планеты. Он будет работать одновременно с «Паркером».