+Проба-3 предоставит новые виды Солнца и космической погоды. Фото предоставлено: Европейское космическое агентство.
Proba-3 ЕКА станет первой миссией, которая создаст искусственное полное солнечное затмение с помощью двух спутников на расстоянии 150 метров друг от друга. В течение шести часов он сможет увидеть слабую атмосферу Солнца, корону, в труднодоступной для наблюдения области между краем Солнца и 1,4 миллиона километров от его поверхности. Эта новая технология в сочетании с уникальной расширенной орбитой пары спутников вокруг Земли позволит Пробе-3 проводить важную научную работу и раскрывать тайны Солнца, космической погоды и радиационных поясов Земли.
Проба-3, сокращение от «Проект бортовой автономии 3», является четвертой в серии орбитальных демонстрационных миссий по тестированию новых технологий. Никогда ранее позиционирование пары спутников в космосе с точностью до миллиметра не достигалось.
Давайте углубимся в пять самых больших загадок космической науки, которые будет исследовать эта миссия.
1. Почему солнечная корона намного горячее самого Солнца?
Мы все знаем, что Солнце горячее, но до сих пор остается загадкой, как материал внешней атмосферы Солнца, солнечной короны, может достигать температуры в миллионы градусов. Видимая поверхность под ней, называемая фотосферой, имеет температуру всего 4500-6000°C.
Фотосфера — это не реальная поверхность, а слой Солнца, из которого может выйти видимый свет. Ниже свет, излучаемый атомами в горячих и плотных недрах Солнца, почти сразу же поглощается другими атомами. Свет может оставаться в ловушке Солнца в течение длительного времени, прежде чем он сможет покинуть фотосферу через менее плотный заряженный газ (плазму) наверху.
Проникнув в корону, которая менее плотна и находится дальше от ядра Солнца, можно было бы ожидать более низких температур. Вместо этого становится примерно в двести раз жарче!
«Проба-3» решит эту загадку, изучая солнечную корону ближе к поверхности Солнца, чем любой другой «коронограф» до этого. Блокируя прямой солнечный свет, один космический корабль может увидеть слабый видимый свет короны на высоте 70 000 км над поверхностью Солнца.
Коронограф — главный научный инструмент «Пробы-3». Название ASPIICS расшифровывается как Ассоциация космических аппаратов для поляриметрических и визуализирующих исследований солнечной короны.
ASPIICS будет искать волны, проходящие через плазменные петли и шлейфы в короне. Этот тип движения, вероятно, является причиной высоких температур короны. Коронограф сможет обнаруживать эти небольшие быстрые движения, получая изображения внутренней короны каждые несколько секунд.
Кроме того, коронограф может использовать различные светофильтры, чтобы показать нам, какие части солнечной короны более горячие, чем другие. Получая изображения в белом свете, прибор определяет, где сконцентрирована светящаяся плазма (любой температуры) и как она движется. Эти изображения можно сравнить с изображениями, полученными через фильтр зеленого света, который избирательно улавливает свет, излучаемый особенно горячими частицами в короне.
2. Что ускоряет солнечный ветер?
Солнечный ветер — это непрерывный поток плазмы, испускаемой Солнцем, состоящий в основном из электронов, протонов и альфа-частиц. Когда солнечный ветер сталкивается с магнитным полем Земли, он может порождать полярные сияния – северное и южное сияние.
Как и ветер на Земле, солнечный ветер может быть быстрым или медленным, постоянным или порывистым. Выделяют два основных типа, которые различаются не только скоростью ветра, но также составом и регионом происхождения.
«Медленный» солнечный ветер, который до сих пор достигает Земли со скоростью до 500 км/с, или 1,8 миллиона км/ч, состоит из частиц, аналогичных структуре внешней атмосферы Солнца или короны. Хотя детали пока неясны, известно, что этот тип солнечного ветра связан с активными областями солнечных пятен на Солнце, которые также производят солнечные вспышки и извержения.
Коронограф ASPIICS Proba-3 будет изучать, как скрученные и концентрированные силовые линии магнитного поля, исходящие от солнечных пятен, взаимодействуют с магнитным полем дальше. Хотя он не может обнаружить это поле напрямую, он обнаруживает светящуюся плазму в короне, которая следует вдоль силовых линий магнитного поля, и возмущения, происходящие внутри них. Путем поиска «блоков» медленного солнечного ветра можно отследить, как и куда выбрасывается ветер.
«Быстрый» солнечный ветер может достигать скорости более двух миллионов километров в час и состоит из смеси частиц, более схожих с частицами поверхности Солнца. Известно, что этот тип ветра возникает из магнитных структур, называемых корональными дырами — областей, где магнитное поле Солнца не отражается обратно на Солнце. Плазма может течь наружу вдоль этих «открытых» силовых линий магнитного поля, создавая солнечный ветер.
Но остается вопрос: как быстрый солнечный ветер достигает таких высоких скоростей? Чтобы разгадать эту загадку, «Проба-3» будет искать струи и волны, в том числе «магнитные змеевики», которые, как полагают, обеспечивают магнитный импульс солнечному ветру. ASPIICS покажет, как плазма движется через корону от самой поверхности Солнца до примерно 1,4 миллиона километров дальше.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
3. Как Солнце выбрасывает вещество во время корональных выбросов массы?
Солнечный ветер — это тип космической погоды, но нам действительно следует опасаться более крупных и мощных солнечных бурь. Корональные выбросы массы (КВМ) представляют собой гигантские пузыри заряженных частиц (плазмы), пересекаемые силовыми линиями магнитного поля. КВМ часто, но не всегда, вызываются одновременно со вспышками электромагнитного излучения, известными как солнечные вспышки.
Если на Землю попадет КВМ, это может деформировать защитное магнитное поле Земли и вызвать геомагнитную бурю. Эти штормы могут повлиять на спутники, вывести из строя навигационные системы, вызвать перебои в подаче электроэнергии и перенести полярные сияния в более низкие широты.
Быстро движущиеся КВМ также могут генерировать ударные волны, которые ускоряют протоны или другие частицы вокруг Солнца до чрезвычайно высоких скоростей. Эти «солнечные энергетические частицы» могут повредить космический корабль и представлять опасность для астронавтов за пределами защитной атмосферы Земли.
Имея возможность увидеть, что происходит в солнечной короне очень близко к поверхности Солнца, Проба-3 покажет, что происходит в преддверии КВМ, как оно извергается, как оно расширяется наружу и как оно взаимодействует с другими структуры и деятельность в Окружении взаимодействуют с солнцем. Он будет видеть эту часть атмосферы Солнца в течение нескольких часов и лучше, чем любой коронограф до него.
4. Как ведут себя электроны, попавшие в радиационные пояса Земли?
Пространство вокруг Земли постоянно наводнено частицами, которые либо приходят от Солнца, либо выбрасываются к нам откуда-то еще из Солнечной системы, либо достигают нас из межзвездного пространства. К счастью, мы защищены от этого защитной атмосферой и магнитным полем Земли, но это же поле удерживает заряженные частицы в кольцах вокруг Земли, известных как радиационные пояса Ван Аллена.
Эти быстродвижущиеся частицы высокой энергии представляют угрозу для устройств в космосе. Они могут мешать бортовым измерениям и хранению данных или даже вызывать необратимые повреждения, а также представлять потенциальную опасность для астронавтов.
Расширенная эллиптическая орбита «Пробы-3» поднимает его с высоты 600 км над поверхностью Земли до 60 530 км. Это значит, что за каждую 19,7-часовую орбиту он дважды проходит через внутренний и внешний радиационные пояса вокруг нашей планеты. На околоземной орбите есть и другие миссии, пересекающие оба пояса, но «Проба-3» уникальна тем, что пересекает необычайно большую часть из них.
Используя свой 3D-спектрометр энергетических электронов (3DEES), «Проба-3» будет измерять количество, направление происхождения и энергию электронов в радиационных поясах Земли. Впервые энергия и потоки высокоэнергетических электронов измеряются одновременно в шести различных направлениях, охватывая поле зрения 180°.
3DEES покажет поведение радиационных поясов Земли в нормальных условиях, а также увидит, как на них влияет космическая погода, включая вышеупомянутый солнечный ветер и выбросы корональной массы.
5. Насколько меняется выходная солнечная энергия с течением времени?
Солнце светит каждый день, но в некоторые дни оно светит сильнее, чем в другие. В течение года общая солнечная радиация, достигающая Земли, может изменяться до 6%, в зависимости от расстояния Земли от Солнца. Но количество солнечной радиации также меняется в зависимости от активности: за примерно 11-летний солнечный цикл значения изменяются примерно на 0,1%.
До сих пор остается предметом научных дискуссий, насколько изменилась выработка солнечной энергии за более длительные периоды времени (100–1000 лет). Хотя недавнее изменение климата, безусловно, вызвано деятельностью человека, вполне возможно, что солнце сыграло роль в предыдущих изменениях климата, таких как похолодание во время малого ледникового периода (около 1300–1850 гг.). Может ли солнце быть более изменчивым, чем показывают недавние записи?
Солнце отвечает за более чем 99,9% энергии, доступной на поверхности Земли, и даже небольшие изменения могут иметь серьезные последствия для процессов, которые формируют климат Земли. Для точного моделирования климата важно знать общее количество солнечной радиации.
Чтобы улучшить и расширить наш мониторинг Солнца, космический корабль Proba-3 Occulter будет непрерывно измерять выходную энергию Солнца с помощью цифрового абсолютного радиометра (DARA), который должен иметь возможность проводить измерения чаще благодаря более быстрой системе управления.
Другой DARA — точно такой же прибор — уже летает в космосе на китайском метеорологическом спутнике FY-3E, который был запущен в 2021 году и пролетает на высоте около 800 км над поверхностью Земли.
Основным отличием DARA «Пробы-3» от предыдущих радиометров будет его очень протяженная орбита, которая поднимет его на высоту до 60 530 км над поверхностью Земли. Большее расстояние от Земли означает, что космическая среда инструмента чище и имеет меньше рассеянного света. Это позволит «Проба-3» измерять изменения солнечной радиации с высокой точностью и точностью.
Информация от: Европейским космическим агентством
