Сонце, попри весь свій блиск, схильне ховатися за завісою таємниці. Наприклад, його зовнішня атмосфера, корона, здається гарячішою, ніж її поверхня — схоже, набагато гарячішою — і вчені не знають чому. Існує також велика загадка щодо того, як сонячний вітер, який є потоком заряджених частинок, що виходять від сонця, прискорюється під час масштабування простору. Що саме рухає цими частинками? І незабаром NASA має намір вирішити ще одну сонячну головоломку, пов’язану як з короною, так і з сонячним вітром.
Агентство хоче знати, як одне перетворюється на інше — і дізнатися, як цей зв’язок зрештою створює камеру сонячного вітру, в якій ми живемо, відому як геліосфера.
27 лютого на борту ракети SpaceX Falcon 9 NASA планує запустити на низьку навколоземну орбіту місію PUNCH для вивчення Сонця. Він буде працювати разом з обсерваторією агентства SPHEREx, яка є чимось на кшталт ширококутної версії космічного телескопа Джеймса Вебба , у рамках програми Launch Services програми агентства, яка спрямована на підвищення економічності космічних місій.
«PUNCH — це перша місія, спеціально розроблена для об’єднання двох основних галузей геліофізики: фізики Сонця та фізики сонячного вітру», — сказав журналістам 4 лютого Крейг ДеФорест, головний дослідник PUNCH з Південно-західного науково-дослідного інституту.
PUNCH, що розшифровується як «Поляриметр для об’єднання корони та геліосфери», складається з чотирьох невеликих супутників, які працюватимуть у тандемі для створення 3D-спостережень спеціально за внутрішньою геліосферою. «Геліосфера» відноситься до області (схожої на бульбашку) навколо Сонця. Ця область фактично охоплює всю нашу Сонячну систему та утворюється в результаті частинок сонячного вітру, що випливають із Сонця та зрештою вдавлюються в міжзоряне середовище. Це створює бар’єр між частиною простору, в якій домінує сонячний вітер, і рештою Всесвіту, залишаючи наше космічне сусідство в такій камері сонячного вітру.
«Наша геліосфера — це масивний, гігантський об’єкт, який простягається так далеко від Сонця, і PUNCH збирається з’єднати його з найближчого краю Сонця до найдальшого», — сказав журналістам під час розмови Джо Вестлейк, директор відділу геліофізики NASA в штаб-квартирі агентства.
Але знову ж таки вчені справді сподіваються відкрити, як корона стає геліосферою. «PUNCH стане справді чудовим об’єднувачем», — сказала під час розмови Ніколін Віалл, науковий співробітник місії PUNCH із Центру космічних польотів NASA Goddard Space Flight Center у Меріленді. Це може мати далекосяжні наслідки, найбільш захоплююче пов’язане з тим, наскільки добре ми можемо прогнозувати гіркі космічні погодні явища, які одночасно забезпечують нас чудовими полярними сяйвами та загрозами для електромережі.
Як працює PUNCH
Є кілька ключових аспектів того, як працюватиме PUNCH. По-перше, як уже згадувалося, це не один космічний корабель, а скоріше сузір’я з чотирьох, які будуть розміщені в різних областях низької навколоземної орбіти. Причина цього квартету дуже цікава і насправді не є нечуваною концепцією в дослідженні космосу.
«Ми повинні мати два типи інструментів, сказав ДеФорест, «один, який дивиться близько до сонця, де воно яскраве, і інший, який дивиться далі від сонця, де воно слабше, — але ті, які дивляться далі, мають проблему: на шляху стоїть планета у формі Землі».
Проте є рішення.
«Нам довелося зробити прилад дуже далеко від Землі, що було б непомірно дорого», — сказав ДеФорест. «Або нам потрібно було зробити його таким же великим, як Земля».
З останнім пішла команда. Очевидно, що це нелегко, а може й неможливо? — зробити космічний корабель розміром із Землю за технологіями, які ми маємо. Отже, вчені зробили наступний кращий крок. «Все, що нам потрібно було зробити, це розбити його на три частини та встановити на трьох різних космічних кораблях», — сказав ДеФорест. «Тож чому ми маємо три ширококутні фотокамери».
Концепція схожа на те, як команда Event Horizon Telescope (EHT) зробила перше в історії (і друге в історії) зображення чорної діри, зроблене людством. Щоб досягти такого успіху, дослідники EHT зрозуміли, що їм потрібен телескоп розміром із Землю, тому вони розкидали купу телескопів по різних частинах планети, а потім з’єднали всі дані разом.
Щодо останньої частини PUNCH — четвертого члена сузір’я супутників — ДеФорест пояснив, що це вузькопольний візуалер, створений Науково-морською дослідницькою лабораторією у Вашингтоні, округ Колумбія. Цей пристрій працює інакше, ніж інші три; це включає в себе камеру, розташовану так, що можна побачити штучне повне сонячне затемнення. Згадайте, наприклад, як виглядало природне повне сонячне затемнення 2024 року: ніжний білий ореол навколо темного кола. Біле гало було короною сонця, а темне коло — силуетом місяця. Це та сама ідея.
«PUNCH побачить повне сонячне затемнення; подивіться на цю корону; подивіться на неї, як вона розширюється назовні, але це навіть краще, ніж затемнення — тому що ви зможете побачити це не лише на пару хвилин, коли місяць закриває основне тіло Сонця, дозволяючи вам побачити корону, а оскільки PUNCH створює штучне затемнення, ми можемо спостерігати за ним весь час, і ми можемо спостерігати за ним на високому рівні. визначення», — сказав Віал.
«Якщо ви уявите собі затемнення на реальному небі, те, що PUNCH бачить, простягається від прямого над головою до самого горизонту», — додала вона. «Це величезний об’єм Сонячної системи».
Але це лише половина справи. Друга важлива річ про PUNCH полягає в тому, що це поляриметр, який використовує властивість світла, яка називається поляризацією.
«Поляриметр — це камера, яка може вимірювати поляризоване світло, яке ви можете бачити крізь пару поляризованих сонцезахисних окулярів, і ми використовуємо його для вимірювання того, що ми зображуємо в трьох вимірах», — сказав ДеФорест.
«Усе, що ми бачимо навколо нас, за винятком самого джерела світла, розсіяне від поверхні або від об’єкта, який знаходиться в космосі», – додав він. «Отже, дивлячись на сонячний вітер, ми спостерігаємо сонячне світло, яке розсіюється від фактичного матеріалу, який ми бачимо. Цей процес розсіювання поляризує світло, а ступінь поляризації говорить нам, де був об’єкт у трьох вимірах».
Вітаємо побічні ефекти
PUNCH, якщо все піде за планом, зможе розкрити речі про Сонце, які виходять за межі об’єднання корони та геліосфери. Наприклад, команда каже, що це цілком може змінити гру для прогнозів космічної погоди, тобто ми зможемо знати, коли вдарить сонячний шторм з більшою точністю, ніж зараз. Звичайно, це добре для послідовників за полярним сяйвом, але це також добре, якщо до нас прямує потужний шторм, здатний завдати шкоди, наприклад, космонавтам, які виходять у відкритий космос.
«Ми очікуємо, що ми революціонізуємо спосіб прогнозування космічної погоди», — сказав ДеФорест. «Ми перша місія, яка може регулярно відстежувати тривимірні явища космічної погоди по всій Сонячній системі».
PUNCH також зможе працювати з іншими сонячними зондами, включаючи новаторський Parker Solar Probe, який час від часу буквально занурюється в сонячну корону, востаннє напередодні Різдва минулого року.
«Разом ці дві місії нададуть перші додаткові набори даних, які покажуть, як сонце породжує сонячний вітер і космічну погоду, які охоплюють один мільярд у масштабі», — сказав ДеФорест. «Це схоже на те, щоб одночасно відстежувати та вимірювати анатомію зірки, що біжить на доріжці, а також окремі рухи молекул глюкози в м’язах цього бігуна».
І, нарешті, ДеФорест називає особливий «побічний ефект» головної науки PUNCH: «Ми створимо нову астрономію, створивши найповнішу поляриметричну зоряну карту трохи більше трьох чвертей видимого неба».
