Сонце — наша найближча зірка, джерело життя на Землі, і, здавалося б, вивчено вздовж і впоперек. Але варто придивитися до його вогняної «зачіски» — короні, як відразу виникає безліч питань. Ця зовнішня частина сонячної атмосфери, видима нам у всій красі лише під час рідкісних повних затемнень, досі зберігає секрети, над якими б’ються найкращі уми планети. Чому вона в сотні разів гарячіша за видиму поверхню Сонця? Які сили породжують там величезні викиди плазми, що впливають на всю Сонячну систему, включаючи нашу планету? Відповіді, схоже, стають ближчими завдяки технологічному прориву, про який і йтиметься.
Чому Сонце так «соромиться» показувати свою корону?
Уявіть, що ви намагаєтеся розглянути дрібні деталі на дні басейну, дивлячись крізь воду, що коливається. Приблизно так само земна атмосфера з її постійною турбулентністю спотворює світло, що йде до нас від далеких об’єктів, включаючи наше Сонце. Це явище, знайоме кожному, хто хоч раз літав літаком і відчував «болтанку», для астрономів стає справжнім головним болем. Зображення виходять розмиті, змащені, і безліч тонких деталей просто губляться.
Звичайно, вчені не сиділи склавши руки. Спостереження під час затемнень давали короткі, але цінні миті чистого вигляду. Проте задля систематичного вивчення цього мало. Космічні телескопи, винесені межі атмосфери, теж допомагають, але наземні обсерваторії зі своїми потужними інструментами залишаються ключовим ланкою. Проблема в тому, що роздільна здатність зображень корони, отриманих із Землі, десятиліттями залишалася на рівні, досягнутому ще майже 80 років тому — деталі дрібніші за тисячу кілометрів були практично невиразні. Адже саме в цих «дрібницях» можуть ховатися ключі до великих загадок!
«Розумне дзеркало» проти атмосферних перешкод: знайомтеся, Cona!
І тут на сцену виходить технологія, здатна обдурити саму природу — адаптивна оптика. Якщо коротко, то це система, яка в реальному часі компенсує спотворення, що вносяться атмосферою. Вчені з Національної сонячної обсерваторії США (NSO) та Технологічного інституту Нью-Джерсі (NJIT) розробили та впровадили на 1,6-метровому Сонячному телескопі Гуда (GST) у Каліфорнії унікальну систему під назвою «Cona».
Що ж це за звір такий, Cona? Серце системи — це спеціальне дзеркало, що деформується. Воно здатне змінювати свою форму з неймовірною швидкістю — до 2200 разів на секунду! Спеціальні датчики аналізують світловий фронт, що приходить, визначають, як саме його спотворила атмосфера, і подають команди на дзеркало, яке миттєво «підлаштовується», виправляючи зображення. Уявіть, що у вашого смартфона з’явився супер-стабілізатор, тільки він бореться не з тремтінням ваших рук, а з цілим шаром повітря, що бушує над телескопом.
Це не перша спроба застосувати адаптивну оптику у сонячній астрономії. З початку 2000-х вона успішно використовується для вивчення поверхні Сонця, дозволяючи телескопам досягати їхньої теоретичної межі дозволу. Але корона — міцніший горішок. Вона набагато тьмяніша за диск Сонця, і «зловити» потрібні деталі для корекції було значно складніше. Система Cona стала справжнім проривом саме для спостережень корони, закривши багаторічну технологічну прогалину. Результат? Дозвіл деталей у короні стрибнув з тих самих 1000 кілометрів до вражаючих 63 кілометрів! Це як пересісти з велосипеда на гоночний болід.
А що там видно? Несподівані деталі сонячної кухні
І що побачили вчені, коли «туман війни» розвіявся? Картина відкрилася воістину чарівна.
По-перше, це «корональний дощ». Звучить поетично, чи не так? Насправді, це цілком реальне явище: плазма, що остигає, в короні конденсується і буквально «проливається» назад на поверхню Сонця. Нові зображення показали, що ці плазмові «краплі» чи, швидше, найтонші струменя, можуть бути неймовірно вузькими – менше 20 кілометрів у поперечнику! Раніше про таку деталізацію можна було лише мріяти.
По-друге, вдалося зазирнути всередину сонячних протуберанців — гігантських арок і петель із плазми, що утримуються магнітним полем. Відеозаписи демонструють складні, турбулентні потоки усередині цих структур. Це як побачити кровоносну систему у гігантської вогняної істоти.
По-третє, астрономи стали свідками швидкого формування та колапсу тонкоструктурованих плазмових потоків. Деякі з цих явищ настільки нові і незвичайні, що вчені, за їхнім власним визнанням, поки що не зовсім розуміють, що це таке. «Це неймовірно захоплююче — побудувати інструмент, який показує нам Сонце так, як ніколи раніше», — ділиться емоціями Дірк Шмідт, один із розробників. І з ним важко не погодитись! Нарешті, ще одна серія спостережень показала, як магнітне поле Сонця драматично формує та згинає протуберанці, наче невидимий скульптор працює з вогненною глиною.
Навіщо нам ці «дрібниці»? Великі загадки та космічна погода
Може здатися, що всі ці тонкі нитки плазми та крихітні «краплі» — доля вузьких фахівців. Але це негаразд. Детальне розуміння цих, начебто, дрібних процесів — ключ до вирішення фундаментальних питань сонячної фізики. Головна загадка — нагрівання корони. дані від Cona дають безцінний матеріал для перевірки існуючих теорій та побудови нових.
Інший важливий аспект – космічна погода. Потужні викиди плазми з корони, сонячні спалахи — це безпосередньо впливає на Землю. Вони можуть викликати геомагнітні бурі, порушувати роботу супутників, систем зв’язку, навігації та навіть енергосистем на поверхні. Чим краще ми розуміємо механізми, які запускають ці події, тим точніше зможемо їх прогнозувати та готуватися до їх наслідків. Адже сонячні «чихи» можуть відгукнутися нам цілком серйозними проблемами.
Крок у нову еру: що далі?
Успіх системи Cona на телескопі GST – це лише початок. Розробники вже знають, як подолати обмеження, що накладаються нижніми шарами атмосфери, і планують застосувати цю технологію на ще потужнішому інструменті — 4-метровому Сонячному телескопі імені Денієла К. Іноуе на Гаваях. Це найбільший сонячний телескоп у світі, і з новою адаптивною оптикою він зможе розглянути ще дрібніші деталі в сонячній атмосфері.
«Це технологічне досягнення змінює правила гри, — упевнений Дірк Шмідт. — Має бути багато відкритий, коли ви збільшуєте дозвіл в 10 разів». починається нова ера у фізиці Сонця, що обіцяє ще безліч відкриттів у майбутні роки та десятиліття».
То що це означає для нас із вами? Це означає, що ми стоїмо на порозі дивовижних відкриттів про наш денний світил. Кожен новий знімок, кожен відеозапис, отриманий за допомогою таких технологій, як Cona, наближає нас до розуміння складних процесів, що вирують у серці нашої Сонячної системи. А розуміння — це перший крок до того, щоб навчитися жити в гармонії з нашою зіркою, такою звичною і такою загадковою водночас. Хто знає, які ще сюрпризи приготувало нам Сонце, і які «краплі дощу» зможемо розглянути в його вогненній короні завтра? Мабуть, це одна з тих наукових історій, за розвитком якої варто стежити з цікавістю, що не слабшає.
