Предлагаемый подход к изучению солнечной короны
Когда солнечная буря обрушивается на Землю, она может нарушить работу технологий, жизненно важных для нашей повседневной жизни. Солнечные бури возникают, когда магнитные поля и электрически заряженные частицы сталкиваются с магнитным полем Земли. Этот тип явлений относится к категории «космической погоды».
Международная группа исследователей работает над космической миссией, которая позволит изучать условия, вызывающие солнечные бури, что приведёт к улучшению прогнозов космической погоды.
Предлагаемая миссия, известная как Mesom (Moon-enabled Sun Occultation Mission — миссия по затмению Солнца с помощью спутника Луны), направлена на создание полных солнечных затмений в космосе. Это позволит исследователям изучать атмосферу Солнца с большей детализацией, чем когда-либо прежде.
Необходимость лучшего понимания солнечных бурь очевидна из анализа прошлых событий. Например, в 1989 году канадская провинция Квебек была вынуждена на девять часов отключить электроэнергию из-за выброса корональной массы (ВКМ) — мощного выброса горячей плазмы и магнитного поля из атмосферы Солнца в космос.
Это событие, затронувшее как Канаду, так и США, обошлось в десятки миллионов долларов – как в виде упущенной выгоды от снижения производительности бизнеса, так и в виде необходимости замены поврежденного энергетического оборудования.
В мае 2024 года серия аналогичных солнечных извержений привела к резкому снижению высоты тысяч спутников на низкой околоземной орбите. Перебои в работе GPS-приёмников обошлись только американским фермерам примерно в $500 млн.
Однако эти бури были значительно слабее, чем буря 1859 года, также вызванная корональным выбросом массы, известная как событие Кэррингтона. Электрические токи, протекающие по телеграфным проводам, вызвали ряд последствий в телеграфных отделениях по всей Северной Америке и Европе. Операторы получили удары электрическим током — один человек в Вашингтоне получил серьёзную травму — а искры вызвали небольшие пожары в некоторых телеграфных отделениях.
Сегодня событие, подобное тому, что произошло в Кэррингтоне, имело бы гораздо более драматические последствия для нашего мира, зависящего от технологий.
Однако наш обзор внешней атмосферы Солнца, солнечной короны, из которой происходят корональные выбросы массы и другие неблагоприятные погодные явления в космосе, по-прежнему ослеплен ярким светом, исходящим от самого Солнца. Новая космическая миссия под руководством Великобритании призвана изменить это, воссоздав в космосе условия полного солнечного затмения.
Во время полных солнечных затмений невероятно интенсивное излучение, исходящее от видимой поверхности Солнца, заслоняется Луной, оставляя после себя слабое свечение, исходящее непосредственно из внешних слоев солнечной атмосферы, короны.
Наблюдение за физическими процессами в короне в разных временных масштабах и на разных длинах волн имеет ключевое значение для более точного прогнозирования космической погоды — важнейшей части защиты Земли от явлений, подобных Кэррингтону, — а также для решения давних загадок нашей звезды. К ним относится вопрос о том, как горячая плазма её нестабильной атмосферы удерживается и высвобождается развивающимися магнитными полями, пронизывающими её.
К сожалению, полные солнечные затмения — предсказуемые, но редкие события, длящиеся всего несколько минут. Все полные затмения, предсказанные на XXI век, будут длиться менее семи минут каждое и будут происходить в среднем лишь раз в 18 месяцев.
Измерения полного солнечного затмения с Земли также зависят от погодных условий и страдают от искажений и потери деталей, вызванных взаимодействием слабого коронального света с атмосферой Земли.
На протяжении десятилетий ученые и инженеры наблюдали за короной, искусственно закрывая Солнце с помощью хитроумных оптических систем и конструкций приборов, вдохновленных новаторской работой Бернара Лио, французского астронома, который первым выдвинул идею «коронографа» .
Коронографы — это телескопы, оснащенные заслоняющим диском для блокировки подавляющего излучения, исходящего от видимой поверхности Солнца, а также оптическими диафрагмами и фильтрами, расположенными таким образом, чтобы подавлять свет, дифрагированный (рассеянный) самим диском.
В коронографе слабый свет короны, наконец, достигает фокальной плоскости прибора, где он преобразуется в цифровые сигналы с помощью фотоэлектрических датчиков. Это принцип работы широкоугольного спектрометрического коронографа (Lasco 3) на борту космического аппарата «Солнечная и гелиосферная обсерватория» (Soho 4) , который с момента своего запуска в 1995 году получил потрясающие изображения солнечной короны.
Однако даже наземные и космические коронографы не могут получить изображения самых глубоких слоев солнечной атмосферы из-за артефактов — искусственных эффектов, таких как полосы света, появляющиеся на изображениях, — и ограничений приборов, которые значительно ухудшают качество измерений вблизи поверхности Солнца.
Альтернативный подход, впервые предложенный британскими инженерами Airbus Стивом Экерсли и Стивеном Кемблом, предполагает использование небесных тел в качестве естественных заслонителей (покрытий).
Идея заключается в том, чтобы запустить космический аппарат в тень, отбрасываемую небесным объектом, для проведения длительных и высококачественных измерений короны вплоть до хромосферы Солнца — слоя солнечной атмосферы, расположенного непосредственно под короной. Это позволило бы фактически воссоздать те же условия полного солнечного затмения, которые мы иногда наблюдаем на Земле, но без искажений, вызванных атмосферой нашей планеты.
Луна, имеет почти идеальную сферу (её полярный радиус всего на 2 км меньше экваториального) и не обладает плотной атмосферой, что делает её одним из лучших естественных затмевающих дисков в Солнечной системе.
Группа инженеров исследовала возможность использования Луны в качестве естественного заслоняющего диска для изучения солнечной короны и разработала концепцию «Мезом».
«Месом» — это мини-спутник, использующий хаотическую динамику системы Солнце-Земля-Луна для сбора высококачественных данных о внутренней солнечной короне раз в месяц, с окнами наблюдения длительностью до 48 минут — намного дольше, чем спорадическое полное солнечное затмение на Земле.
Проект недавно был представлен Европейскому космическому агентству для рассмотрения в качестве будущей миссии. Текущий проект предполагает запуск в 2030-х годах, с получением не менее 400 минут высокоразрешённых наблюдений короны на малой высоте в течение двухлетнего планового научного периода.
Чтобы собрать такое же количество данных на Земле, охотникам за затмениями пришлось бы ждать более 80 лет. Это делает Месом уникальной возможностью разгадать некоторые тайны атмосферы Солнца.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал
По материалам открытых источников