Солнечный зонд «Паркер»: самый близкий к Солнцу космический аппарат

«Эти сообщения показывают, что попав в неисследованный регион солнечной системы, зонд «Паркер» уже совершил величайшее открытие, — написал в сопроводительной заметке в рубрике «Новости и мнения» в том же номере журнала Дэниел Вершарен (Daniel Verscharen), работающий исследователем в космической лаборатории Малларда при Лондонском университетском колледже. Сам Вершарен в новых исследованиях не участвует.

Поцеловать Солнце

«Паркер» отправился в космос в августе 2020 года, чтобы помочь ученым лучше понять механизмы работы и устройство Солнца. Стоимость программы составила полтора миллиарда долларов.

Больше всего ученые хотят разгадать две давние загадки. Как непрерывно летящий прочь от Солнца поток частиц под названием солнечный ветер разгоняется до колоссальных скоростей? И почему внешняя атмосфера Солнца корона имеет более высокую температуру, чем его поверхность? (Температура огненной короны Солнца может достигать 1,1 миллиона градусов Цельсия. А температура солнечной поверхности по сравнению с ней ничтожна — 6 000 градусов Цельсия.)

«Паркер» ищет ответы на эти вопросы, беспардонно вторгаясь в пределы короны. Раз в пять месяцев или около того зонд пронзает испепеляющую атмосферу Солнца, делая беспрецедентные по своей близости снимки нашей звезды.

Во время таких сближений, которые называют прохождением перигелия, зонд будет находиться на расстоянии 24 миллиона километров от солнечной поверхности. До этого полета минимальное расстояние сближения исследовательских аппаратов с Солнцем составляло 42,73 миллиона километров. Этот подвиг в 1976 году совершил космический аппарат «Гелиос-2», отправленный в полет совместными усилиями США и бывшей Западной Германии.

«Гелиос-2» также поставил рекорд скорости относительно Солнца, которая достигла 246 960 километров в час. Затем этот рекорд побила межпланетная станция НАСА «Юнона», сделав это на подлете к газовому гиганту Юпитеру в июле 2020 года, когда ей удалось развить скорость 265 000 километров в час. Но «Паркер» на сегодня является неоспоримым рекордсменом. Во время первого прохождения перигелия 6 ноября 2020 года мощная солнечная гравитация ускорила аппарат до максимальной скорости 343 181 километр в час.

Условия в области короны экстремальные, и поэтому «Паркер» оснащен мощной защитной термоброней. Это щит из углепластика толщиной 11,4 сантиметра, защищающий зонд и четыре его научных прибора от сильнейшей жары и радиации.

К аппаратуре «Паркера» относится прибор для измерения электрического и магнитного полей и волн (Fields), прибор для исследования электронов, протонов и тяжелых ионов, которые разгоняются до огромных скоростей в атмосфере Солнца и за ее пределами (ISoIS), набор телескопов для наблюдения за короной и окружающей ее средой (WISPR), а также аппарат SWEAP, изучающий самые распространенные элементы солнечного ветра, такие как электроны, протоны и ионы гелия.

В новых журнальных статьях говорится о том, что удалось увидеть во время первых двух сближений с Солнцем, которые имели место в ноябре 2020 и в апреле 2020 года.

Выявление источника «медленного» солнечного ветра

В ходе одного исследования с помощью прибора Fields удалось получить данные о «медленном» солнечном ветре. Это составная часть потока, скорость которой никогда не превышает 1,8 миллиона км/час. «Медленный» в данном случае понятие относительное, потому что «быстрый» солнечный ветер мчится со скоростью в два раза быстрее.

Ученым уже известно, что быстрый солнечный ветер рождается в крупных «дырах» короны, как называют участки, где внешняя атмосфера значительно холоднее и тоньше нормальных значений. Находятся они возле солнечных полюсов. Полученные с помощью прибора Fields данные указывают на то, что и медленный ветер исходит из дыр в короне, но эти дыры меньшего размера и находятся возле солнечного экватора.

Fields также обнаружил неожиданные изменения направления солнечного магнитного поля, идущего мимо зонда. Иногда это поле меняло направление на 180 градусов, но уже через несколько секунд или минут поворачивало обратно.

«Наверное, такие переключения связаны с некими струями плазмы, — отметил в своем сообщении руководитель исследований Fields профессор Стюарт Бейл (Stuart Bale), преподающий физику в Калифорнийском университете Беркли. — У меня такое чувство, что эти переключения, или струи, играют важную роль в нагревании солнечного ветра».

Между тем, данные, полученные прибором SWEAP, указывают на то, что эти развороты являются «подвижными изгибами S-образной формы в силовых линиях поля, исходящего от Солнца», и что такие переключения направления увеличивают скорость солнечного ветра.

Данные ISoIS помогают конкретизировать возникающую картину. Они показывают, что у солнечных частиц высокой энергии уходит больше времени на то, чтобы долететь до «Паркера», чем ученые думали ранее. Возможно, это вызвано тем, что они движутся вдоль S-образных силовых линий, имея неожиданную траекторию.

ISoIS также зафиксировал множественные взрывы (вспышки) частиц, которые невозможно заметить с помощью наземных приборов. «Это поразительно — даже при минимальных солнечных условиях Солнце производит гораздо больше крошечных энергетических событий, чем мы думали раньше», — отметил Дэвид Маккомас (David McComas) из Принстонского университета, являющийся ведущим автором одного из новых исследований. (Солнечная активность убывает и усиливается в течение 11-летнего цикла, и в настоящее время наша звезда находится в относительно спокойной фазе.)

«Эти измерения помогут нам определить источники, ускорение и методы движения солнечных частиц высокой энергии, и в конечном итоге лучше защитить спутники и астронавтов в будущем», — отметил Маккомас.

А прибор WISPR создает более четкую картину Солнца, короны и сложного, постоянно бурлящего непосредственного окружения нашей звезды. Снимки этого прибора помогают комплексно и в надлежащем контексте оценивать информацию, собранную другой аппаратурой, а также делать определенные выводы на основании самих изображений.

Например, в четвертом научном сообщении говорится о том, что снимки WISPR указывают на наличие свободных от пыли зон вблизи Солнца. Эти зоны не зафиксированы непосредственно, но их существование теоретически допускается. «Детальные изображения с „Паркера» указывают на пространственные изменения в солнечном ветре, которые соответствуют изменениям в солнечном магнитном поле на поверхности, и показывают, что небольшие сгустки плазмы выбрасываются с Солнца и становятся составной частью молодого солнечного ветра», — написал Вершарен.

Лучшее впереди

Ответы на вопросы о солнечном ветре найдены лишь частично, и пока неясно, почему корона нагревается так сильно (хотя новые результаты позволяют сделать некоторые интригующие догадки). Однако у команды «Паркера» достаточно времени, чтобы уточнить детали, так как опубликованные недавно результаты — это только начало. Космический зонд продолжит исследование Солнца вплоть до конца 2025 года, подбираясь все ближе и ближе к его поверхности благодаря гравитационному воздействию Венеры на его траекторию.

Например, завершающая научная орбита «Паркера» будет проходить всего в 6,16 миллиона километров от солнечной поверхности, а скорость зонда в этот момент будет составлять 690 000 км/час.

Такие сближения в будущем будут происходить все чаще, потому что орбита «Паркера» вокруг Солнца будет сокращаться. Сейчас зонд обращается вокруг нашей звезды примерно за 150 земных дней, а к концу полета это время уменьшится до 88 дней.

Продолжительность полета позволит ученым изучить Солнце на разных этапах его 11-летнего цикла активности. Таким образом, сближающийся с нашим светилом зонд должен собрать много интересных данных, изучением которых исследователи будут заниматься долгое время.

«Есть надежда, что данные с „Паркера» будут определять наши представления о Солнце и солнечном ветре долгие годы, — написал Вершарен. — Сделанные зондом открытия подтолкнут ученых к созданию новых моделей и теорий, и эти знания можно будет применить к другим звездам и астрофизической плазме из самых разных уголков Вселенной».

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Зонд «Паркер» обнаружил на Солнце «кнуты» и воронки

#84: Лучшие материалы «Популярной механики» за 2019 год

Зонд «Паркер» выполняет почти семилетнюю миссию, вращаясь вокруг Солнца и собирая сведения о тайнах, которые будоражили умы изучающих его физиков на протяжении десятилетий.

Ученые надеются выяснить, почему атмосфера Солнца на миллионы градусов горячее его поверхности и что приводит в движение солнечный ветер — поток заряженных частиц, который несется сквозь космос. Исследователи пока не готовы ответить на эти вопросы. «Мы исследуем совершенно новый регион. Вопросы, которые мы бы задали год назад, теряют актуальность после того, что мы уже увидели», — говорит отвечающий за камеры зонда физик из Военно-морской исследовательской лаборатории США в Вашингтоне Рассел Ховард.

Запущенный в 2020 году, зонд «Паркер» в настоящее время находится на эллиптической орбите, по которой он будет каждые 5 месяцев пролетать мимо Солнца на расстоянии около 24 миллионов километров, что примерно в два раза меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей к нему планеты — Меркурия.

«Паркер» прошел возле Солнца уже дважды, что преподнесло ученым множество сюрпризов. Например, они «обнаружили несколько неожиданных интенсивных нестабильных плазменных волн в атмосфере Солнца», — говорит ученый физик Джастин Каспер из Мичиганского университета в Анн-Арборе. Данные показывают, что плазма, летящая в космос, меняет свою скорость почти на 500 000 километров в час в течение всего пары минут. В результате волны имеют S-образную форму, словно ими щелкнули как кнутом. Происхождение этих волн неясно. Зонд зафиксировал 800 таких волн за 11 дней уже во время первого прохождения.

Наука

Найдено подтверждение самого раннего поселения в Америке

Плазма на расстоянии около 24 миллионов километров над поверхностью Солнца вращается вокруг него намного быстрее, чем ожидалось. Исследователи ожидали боковые скорости в несколько километров в секунду, но вместо этого зонд зафиксировал скорость до 50 километров в секунду. Эта информация приведет к переосмыслению эволюции звезд. Когда звездные ветры закручиваются по спирали, они уносят с собой часть энергии вращения звезды, постепенно тормозя ее. Более высокие скорости могут означать, что звезды вращаются гораздо быстрее, чем мы думали.

Кажется, «Паркер» помог разгадать одну загадку: происхождение «медленного» солнечного ветра. Летящие от Солнца частицы формируют два потока, один из которых движется в два раза быстрее другого. Исследователи уже знали, что быстрые частицы возникают около полюсов Солнца, появляясь из воронкообразных отверстий в магнитном поле, известных как корональные дыры. Теперь, благодаря «Паркеру», стало понятно, что медленные частицы вылетают из малых корональных дыр, появляющихся возле солнечного экватора.

Поток данных от «Паркера» на Землю не прерывается. Уже обнаружены магнитные «островки» давно предсказанных плазменных трубок, выбрасывающих энергию и вещество Солнца в космос. Более того, есть основания предполагать, что вокруг Солнца существует система колец, так как зонд обнаружил возле него область, свободную от межпланетной пыли.

«Паркер» зафиксировал несколько небольших всплесков частиц, в основном протонов, исходящих от Солнца. По словам Дэвида МакКомаса из Принстонского университета, изучающего физику солнечного света, данные частицы могут стать причиной образования цунами из более крупных частиц, которые представляют собой часть солнечного ветра. Эти всплески, кстати, не были обнаружены другим зондом, находящимся на большем удалении от Солнца.

Работа «Паркера» только началась. При каждом из последующих 18 витков зонд будет использовать гравитацию Венеры для сближения с Солнцем. Его последние три витка, начиная с декабря 2024 года, позволят Паркеру приблизится к светилу на расстояние всего лишь 6 миллионов километров, что в семь раз ближе, чем во время предыдущих подобных миссий. Определенно, «Паркер» заставит ученых переписать учебники.

План полёта

Траектория пролёта мимо Венеры

После первого пролёта Венеры зонд выйдет на эллиптическую орбиту с периодом 150 дней (2/3 от периода Венеры), делая 3 оборота, когда Венера делает 2. После второго пролёта период уменьшается до 130 дней. Менее чем через 2 оборота (198 дней), КА встретится с Венерой в третий раз. Это сократит период до половины венерианского, или около 112,5 дней. На четвёртую встречу период будет составлять 102 дня. Через 237 дней зонд встретит Венеру в пятый раз, и период сократится до 96 дней, 3/7 от венерианского. КА делает 7 оборотов, когда Венера делает только 3. Шестая встреча, почти через два года после предыдущей, сократит период до 92 дней (2/5 от венерианского). После ещё пяти оборотов, зонд встретится с Венерой в седьмой и последний раз, уменьшая период до 88—89 дней, позволив подойти ближе к Солнцу. Тогда, в перигелии скорость аппарата составит около 700 000 км/ч или 194 км/с[12].

29 октября 2020 года НАСА сообщило, что зонд Паркер подошёл к Солнцу на рекордное расстояние и побил достижение, установленное аппаратом «Гелиос 2 (англ.)русск.» в 1976 году. Помимо этого, Паркер развил и рекордную скорость относительно Солнца. Ранее эти рекорды составляли 42,73 млн км и 246 960 км/ч соответственно[13][14].

5 ноября 2020 года зонд достиг перигелия, где расстояние до Солнца составило 15 млн км, а рекордная скорость более 343 000 км/ч[15] (более 95 км/с).

Два новых рекорда

Чтобы ответить на эти вопросы, миссия должна сделать несколько витков вокруг Солнца, всегда становясь немного ближе. Недавно зонд завершил свою четвертую орбиту вокруг нашей звезды, разместившись на расстоянии менее восемнадцати миллионов километров! Никогда раньше рукотворный предмет не приближался так близко к Солнцу. Этот рекорд будет лишь временным, поскольку примерно через шесть лет зонд, как ожидается, выйдет на поверхность в радиусе 6 миллионов километров.

Второй рекорд, побитый солнечным зондом Паркера, — его крейсерская скорость. По данным НАСА, космический аппарат находится на орбите Солнца со скоростью 393 000 километров в час. На сегодняшний день это, безусловно, самый быстрый рукотворный объект в мире.

Результаты первых пролетов Солнца зондом Parker

• Всего0
• 0
• 0
• 0
• 0

НАСА опубликовало важные результаты первых двух близких пролетов Солнца зондом Parker, которые начались в 2020 году. В четырех новых исследовательских работах ученые миссии описывают, как космический аппарат, пролетающий ближе к Солнцу, чем любая предыдущая миссия, подтвердил теории и подарил несколько сюрпризов.

Солнечный зонд Паркер приблизился на минимальное расстояние в 24 миллиона километров от Солнца, и это было не просто технологической задачей, чтобы увидеть, сможет ли космический корабль пережить огненное испытание. Это был также способ узнать особенности Солнца, которые видны только вблизи.

Реальная проблема заключается в том, что многие явления, связанные с Солнцем, являются удивительно сложными, небольшими и невидимыми для излучения с любого большого расстояния. Вот почему Паркер был послан в пределах орбиты Меркурия – чтобы разместить набор инструментов достаточно близко и собирать данные.

В четырех новых статьях исследователи раскрывают, как данные Паркера позволяют по-новому взглянуть на активность Солнца, что поможет в прогнозировании космической погоды, особенно солнечных вспышек, которые представляют реальную опасность для космонавтов, спутников, связи и даже наземных электрических сетей.

Каждую секунду каждого дня Солнце выбрасывает 1,9 миллиона тонн материала. Как видно с Земли, этот постоянно дующий солнечный ветер кажется однородным и безликим, но Паркер показал, что на самом деле это динамичная и высоко структурированная система.

Первое явление, на которое Паркер пролил новый свет, – это солнечные «возвратные импульсы», которые представляют собой тенденцию магнитного поля внутри орбиты Меркурия менять направление от нескольких секунд до нескольких минут.

Эти перевороты не были обнаружены дальше от Солнца и были видны только Паркеру, когда он проходил через магнитное поле. Согласно НАСА, эти переключения могут помочь не только узнать больше о космической погоде, но и лучше понять, как звезды выделяют магнитную энергию.

Смотрите также

Исследование космоса

Зонд Solar Orbiter увидел новые детали на Солнце

17.07.2020

Исследование космоса

Пандемия вызвала новую задержку запуска телескопа Джеймса Уэбба

17.07.2020

Еще одним открытием Паркера было то, как вращение Солнца влияет на солнечный ветер. С точки зрения Земли, ветер исходит от Солнца прямыми потоками, но поскольку Солнце вращается, это вращение должно оказывать влияние на ветер, когда он генерируется.

Когда зонд приблизился к Солнцу на расстояние 32 миллиона километров, он обнаружил, что ветер был смещен в сторону больше, чем ожидалось, что указывает на то, что взаимодействие Солнца и его короны влияет на вращение Солнца, что может повлиять на его жизненный цикл.

Третий вывод заключается в том, что в непосредственной близости от Солнца не так много пыли. Об этом подозревали около века, но Паркер впервые увидел это непосредственно.

По скорости истончения, наблюдаемой зондом, ученые подсчитали, что где-то в пределах примерно пяти миллионов километров от Солнца может быть пыль – это то, что зонд Паркера сможет подтвердить во время своего шестого пролета в сентябре 2020 года.

Четвертое крупное открытие, сделанное на сегодняшний день, было получено от прибора энергетических частиц ISʘIS. Энергетические частицы от Солнца взаимодействуют в малом масштабе, который никогда не встречался раньше и включает высокое соотношение более тяжелых элементов. НАСА говорит, что лучшее понимание этих взаимодействий важно, потому что их внезапное начало приводит к потенциально вредным условиям космической погоды вблизи Земли.

“Наблюдение Солнца вблизи, а не с гораздо большего расстояния дает нам беспрецедентный взгляд на важные солнечные явления и то, как они влияют на нас на Земле, и дает нам новые идеи, имеющие отношение к пониманию активных звезд в галактиках. Это только начало невероятно захватывающего времени для гелиофизики с Паркером в авангарде новых открытий.” – сказал Томас Зурбухен, заместитель администратора по науке в НАСА.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Солнечный зонд НАСА бьет рекорды по мере приближения к Солнцу

Солнечный зонд НАСА «Паркер» только что побил рекорды самого быстрого созданного человеком объекта и ближайшего к Солнцу объекта.

Солнечный зонд, запущенный в августе 2020 года, создан для того, чтобы исследовать внешнюю атмосферу Солнца, разгадывая некоторые тайны, скрывающиеся внутри. Набор из четырех приборов на борту поможет ученым понять, как солнечная корона и солнечный ветер влияют на Землю и на остальную часть солнечной системы.

Помимо науки, «Паркер» также находится на орбите вокруг Солнца, что делает его действительно очень быстрым и приближает его достаточно, чтобы «коснуться» Солнца.

Паркер побил свои собственные рекорды скорости и близости к пылающей звезде, согласно данным управления полетом в Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса во время ее облета 29 января.

Облет был четвертым приближением зонда к Солнцу («перигелий») и в первые часы 1 февраля космический корабль размером с автомобиль отправил на Землю сигнал «статуса А», лучший из четырех возможных сигналов. По сути, Паркер поднял палец вверх, чтобы сказать: «Я выжил».

Паркер установил два рекорда в ноябре 2020 года:

• Самый быстрый искусственный объект: 247 000 км/ч.
• Ближайший к Солнцу космический корабль: 42,7 миллиона километров.

Но эти рекорды теперь побиты. Записи обновлены:

• Самый быстрый искусственный объект: 393 044 км/ч.
• Ближайший к Солнцу космический корабль: 18,6 миллиона километров.

Паркер будет продолжать бить рекорда вплоть до 2024 года, так как он становится все ближе к Солнцу. Защищенный ультрасовременным теплозащитным экраном, зонд в конечном итоге достигнет пределов в 6,8 миллиона километров от солнечной «поверхности».

В декабре 2020 года первая партия данных зонда была опубликована в журнале Nature, «отодвинув» (невероятно яркий) занавес на заряженные частицы и динамику плазмы во внешней атмосфере Солнца.

Это уже удачный год для изучения Солнца.

29 января другой геодезист — телескоп Даниэля К. Иноуэ на Гавайях — сделал снимки поверхности Солнца с самым высоким разрешением. Телескоп, который примерно на 80 с лишним миллионов километров дальше от Солнца, чем зонд Паркер НАСА, является самым мощным солнечным телескопом из когда-либо созданных, и он даже еще не подключен к сети. Полная эксплуатация должна начаться в июле.

9 февраля Европейское космическое агентство запустит Солнечный орбитальный аппарат. Этот космический корабль не приблизится к Солнцу так близко, как «Паркер», но он поможет нам понять, как звезда влияет на нашу солнечную систему.

Источники: Фото: NASA