Космічний апарат NASA Parker Solar Probe здійснив найсміливіші зближення із Сонцем в історії — і вже приносить науці перші революційні результати. Завдяки вимірюванням «зблизька» вчені отримали безпрецедентні дані про те, як формується і нагрівається сонячний вітер — потік заряджених частинок, що безперервно виривається з атмосфери Сонця й заповнює всю Сонячну систему.
Результати дослідження опубліковані в журналі Geophysical Research Letters і допомагають пояснити одну з найстаріших загадок геліофізики — як енергія передається від Сонця у міжпланетний простір.
Чому сонячний вітер важливий для Землі
Сонячний вітер формує геліосферу — величезну «бульбашку» простору, створену активністю нашої зорі. Вона охоплює всі планети та простягається далеко за орбіту Плутона.
Іноді Сонце викидає особливо потужні порції плазми — так звані корональні викиди маси. Ці хмари заряджених частинок можуть досягати Землі, впливати на магнітосферу, порушувати роботу супутників, GPS, радіозв’язку і навіть підвищувати рівень радіації на полярних авіамаршрутах.
Тому розуміння процесів у сонячній атмосфері — не абстрактна наука, а практична необхідність для технологічного суспільства.
Дивна температурна загадка
Сонце — це гігантська куля гарячої плазми. У його ядрі температура сягає приблизно 27 мільйонів градусів. Але далі від центру плазма охолоджується: у видимому шарі — фотосфері — температура падає до близько 10 000°F (приблизно 5 500°C).
І тут виникає парадокс: ще вище, в короні — зовнішній атмосфері Сонця — температура знову піднімається до понад 2 мільйонів градусів. Чому зовнішній шар гарячіший за внутрішній? Це питання десятиліттями не давало спокою вченим.
«Поцілунок» із Сонцем
Запущений у 2018 році, Parker Solar Probe поступово наближався до зорі, використовуючи гравітаційні маневри навколо Venus. Під час одного з рекордних прольотів апарат наблизився до Сонця на відстань лише 3,8 мільйона миль — ближче, ніж будь-який інший космічний апарат в історії.
Такі екстремальні зближення дозволили виміряти розподіл швидкостей і енергії частинок у сонячному вітрі безпосередньо в зоні його народження — там, де він «відривається» від Сонця й починає вільну подорож космосом.
Новий інструмент — нова фізика
Команда дослідників розробила спеціальний чисельний інструмент ALPS (Arbitrary Linear Plasma Solver), який дозволяє аналізувати реальний розподіл частинок, а не спрощені математичні моделі. Це дало змогу точніше визначити, як хвилі в плазмі передають енергію й як саме відбувається нагрівання сонячного вітру.
Виявилося, що після «точки неповернення», де вітер остаточно виривається з-під гравітаційного впливу Сонця, частинки охолоджуються повільніше, ніж передбачали класичні моделі. Це означає, що в плазмі продовжують діяти механізми передачі енергії, які раніше недооцінювали.
Значення далеко за межами Сонця
Результати мають значення не лише для розуміння нашої зорі. Подібні процеси відбуваються в міжзоряному газі, акреційних дисках навколо чорних дір, біля нейтронних зір та інших екзотичних об’єктів. Фактично, дослідження Parker Solar Probe допомагає краще зрозуміти фундаментальну фізику плазми — стану речовини, з якого складається більша частина видимого Всесвіту.
Крок до точнішого прогнозу космічної погоди
Що краще ми розуміємо механізми нагрівання та прискорення сонячного вітру, то точніше можемо прогнозувати космічну погоду. А це — захист супутникових систем, енергомереж, авіації та майбутніх космічних місій.
Parker Solar Probe не просто «підлетів ближче до Сонця». Він фактично переписує фізику процесів, які людство намагалося пояснити понад століття — і відкриває нову еру дослідження нашої зорі та плазми у Всесвіті.