Поверхность Солнца в видимом свете, состоящая из данных прибора PHI Solar Orbiter от 22 марта 2023 года. Изображение предоставлено: ESA&NASA/Solar Orbiter/команда PHI.
Весь солнечный диск в беспрецедентных деталях — это показано на изображениях видимой солнечной поверхности, которые исследователи из Института исследований Солнечной системы Макса Планка теперь создали на основе 25 отдельных изображений, полученных с космического корабля ЕКА Solar Orbiter.
Во время наблюдений в марте 2023 года спутник находился от Солнца лишь вдвое дальше, чем Земля. Здесь солнечный диск был уже слишком велик, чтобы поместиться на одной фотографии. Если вы увеличите опубликованные изображения различных инструментов, вы увидите, где солнце выражает свой темперамент. Поверхность напоминает поверхность кипящей воды.
Здесь плазма поднимается из недр Солнца. Темные солнечные пятна также являются пятнами с особенно сильными магнитными полями. А широкие петли магнитного поля, размером больше Земли, образуют гоночную трассу для солнечной плазмы, которая мчится со скоростью более 100 000 километров в час.
Ни одно тело в нашей Солнечной системе не является столь динамичным и сложным, как Солнце. Чтобы понять как можно больше его прихотей, в феврале 2020 года к нашей родной звезде был запущен космический корабль ЕКА Solar Orbiter с шестью измерительными приборами, позволяющими заглянуть под и в различные слои нашей звезды.
Институт Макса Планка по исследованию Солнечной системы отправил оборудование для четырех инструментов в путешествие к огненному шару. Например, EUI улавливает особенно коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое исходит в основном из его горячей внешней атмосферы, солнечной короны.
Двойной телескоп PHI фокусируется на видимой поверхности внизу — фотосфере. Свет, излучаемый оттуда, также содержит информацию о силе магнитного поля Солнца и скорости солнечной плазмы. Опубликованные сегодня изображения основаны на данных EUI и PHI по состоянию на 22 марта 2023 года.
Магнитограмма показывает силу и направление магнитного поля на видимой поверхности Солнца. Самые сильные поля показаны красным (обращенным наружу) и синим (обращенным внутрь). Фото предоставлено: ЕКА и НАСА/Solar Orbiter/команда PHI
Как можно ближе
«Если вы хотите понять Солнце в целом, важно смотреть на все его слои одновременно и с высоким разрешением», — сказал профессор доктор. Сами К. Соланки, директор MPS и главный исследователь PHI. «Solar Orbiter способен на это, как ни один космический зонд раньше».
Помимо обширного оснащения, еще одним преимуществом Solar Orbiter является его необычная траектория. Он направляет космический зонд вокруг Солнца по длинным эллипсам, позволяя нам неоднократно приближаться к нашей звезде на расстоянии менее трети расстояния между Землей и Солнцем. Это соответствует примерно 42 миллионам километров.
Мозаика из 25 отдельных изображений.
22 марта прошлого года Solar Orbiter и Солнце находились на расстоянии около 74 миллионов километров друг от друга. В этом «близком» месте Солнце слишком велико, чтобы полностью поместиться в поле зрения телескопа высокого разрешения PHI. Вместо этого в течение нескольких часов было сделано в общей сложности 25 изображений частей Солнца, которые исследователи из команды PHI теперь собрали в мозаику, чтобы создать изображения полного диска.
«Информация, которая нам нужна, например, для наших магнитных карт Солнца, скрыта лишь в крошечной части захваченного света», — объясняет ученый MPS доктор. Йоханн Хирцбергер из команды PHI, создавший мозаику.
Тахограмма показывает скорость и направление потока плазмы на видимой поверхности Солнца. Плазма в левой половине удаляется от камеры (синяя) со скоростью около 7000 километров в час из-за вращения Солнца, а правая половина (красная) движется к камере. Плазма перемещается вверх и вниз вдоль магнитных полей, особенно по краям солнечных пятен. Фото предоставлено: ЕКА и НАСА/Solar Orbiter/команда PHI
«Поэтому данные можно лишь слегка сжать на борту зонда. Из-за большого расстояния от Земли и сравнительно низкой скорости передачи данных огромные объемы данных, создаваемых таким способом, иногда доходят до нас только через несколько месяцев после реальных наблюдений».
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.
Поскольку во время измерений Solar Orbiter продолжает свое путешествие вокруг Солнца, все отдельные изображения сделаны с немного разных точек зрения. Эти эффекты необходимо тщательно учитывать при сборке мозаики.
Тем не менее, команда PHI рассчитывает, что в будущем сможет предоставлять аналогичные изображения всего солнечного диска в высоком разрешении более быстро и регулярно, примерно два раза в год. Они помогут понять, как наше понимание Солнца в целом определяется его мельчайшими структурами и процессами.
Опубликованные сегодня полные изображения фотосферы имеют разрешение около 175 километров на пиксель. В детализации они отстают от показателей самых мощных солнечных телескопов на Земле. Например, солнечный телескоп Грегора на Тенерифе, в котором также участвует Институт исследования Солнечной системы Макса Планка, способен отображать структуры размером всего 50 километров в одном пикселе с помощью своего 1,5-метрового зеркала.
Однако наземные телескопы могут отображать только очень небольшой участок поверхности Солнца с высоким разрешением. А из-за сложных условий наблюдения на Земле, где постоянная турбулентность воздуха нарушает видимость, вряд ли когда-либо удастся сложить эти «обрывки Солнца» воедино. Поскольку атмосфера Земли также поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, одновременные изображения короны с Земли невозможны.
Изображение EUI показывает процессы и структуры в солнечной короне. Оно основано на данных наблюдений от 22 марта 2023 года. Изображение предоставлено: ESA&NASA/Solar Orbiter/EUI Team.
Солнечные пятна и сложное магнитное поле
Увеличение новых изображений Солнца раскрывает всю сложность и красоту нашей звезды. В видимом свете фотосфера покрыта зернистым узором. Это проявление горячей плазмы, которая поднимается, охлаждается и опускается внутри Солнца – подобно кипящей воде на плите. Также можно увидеть солнечные пятна — темные области на поверхности Солнца.
Как показывает магнитная карта PHI, магнитограмма, магнитное поле Солнца особенно сильно в этих областях. Он препятствует подъему горячей плазмы из глубины. Поэтому в области солнечных пятен поверхность Солнца холоднее и кажется темнее. Различные цвета на магнитограмме обозначают силу и направление магнитного поля. Самые сильные поля показаны красным (направленным наружу) и синим (направленным внутрь).
Каждые одиннадцать лет на поверхности Солнца происходит хаос.
Эти данные дают подробный обзор экстремальных процессов внутри и за пределами Солнца. Например, они должны раскрыть, как именно создается магнитное поле и почему каждые одиннадцать лет Солнце становится особенно активным. Известно, что Солнце вращается, как показывает красно-синяя тахограмма на иллюстрации ниже, а вместе с ним и плазма внутри него, как если бы аквариум с золотой рыбкой сильно перемешивали.
Возникающие в результате этого магнитные поля скручиваются по мере вращения плазменного шара — это запутанный беспорядок силовых линий, который также образует петли, особенно над солнечными пятнами. Солнечная плазма поднимается по этим петлям и опускается обратно на поверхность. Это движение также можно увидеть на тахограмме.
Когда происходит магнитное короткое замыкание, Солнце выбрасывает заряженные частицы плазмы в космос. Когда эти частицы попадают в магнитное поле Земли, эффекты флуоресценции солнечных частиц в атмосфере Земли вызывают полярные сияния, особенно на полюсах. На представленном здесь изображении показано Солнце в такой хаотичной и, следовательно, активной фазе, в которой появляется больше солнечных пятен, чем обычно.
Однако солнце бывает в этом состоянии только каждые одиннадцать лет и в остальном менее активно. Магнитное поле Солнца на самом деле более упорядочено и имеет дипольную форму, чем магнитное поле Земли. Вращение здесь также играет роль, потому что, согласно теории, оно создает потоки горячей плазмы, которые поднимаются и опускаются внутри Солнца и вращаются по кругу, как динамо-машина вместе с вращением Солнца. Каждые 9–13 лет это поле полностью меняет свое направление и также проходит через описанное хаотическое состояние.
Информация от: Обществом Макса Планка.
