Sonda NASA Parker Solar Probe dotarła tam, gdzie nic z Ziemi jeszcze nie było

Parker Solar Probe NASA to jeden z dwóch pojazdów, które obecnie zajmują się dokładnym badaniem Słońca. Ten drugi to Solar Orbiter, który kontroluje z kolei ESA. Zadania obu pojazdów są różne, europejska sonda przede wszystkim pokaże nam Słońce widziane od góry, czyli od strony okolic biegunowych. Tymczasem NASA postanowiła pobić wielokrotnie wcześniejszy rekord zbliżenia się do Słońca, który w 1976 roku ustanowiła sonda Helios 2. Było to wtedy około 43,5 miliona kilometrów.

Trzy lata zajęło Parker Solar Probe dotarcie do atmosfery Słońca

Sonda wystartowała w 2018 roku, a rekord zbliżenia pobiła już na samym początku i teraz jedynie go poprawia wykonując kolejne obiegi wokół Słońca po mocno eliptycznej orbicie. Co pewien czas zbliża się do Wenus, którego grawitacja wykorzystywana jest do dalszego zacieśniania kolejnych orbit wokółsłonecznych.

Obejrzyj w

Dlatego największe zbliżenie jeszcze nas czeka, lecz ósmy przelot w pobliżu Słońca okazał się również bardzo ważny. Parker Solar Probe przekroczyła bowiem granicę, którą uznaje się za początek atmosfery słonecznej. Tym samym sonda wleciała w rejon znany nam pod nazwą korony słonecznej. Materia ją tworząca to plazma, która jednakże jest bardzo rzadka, ale jednocześnie mocno zjonizowana. W efekcie rejestrowana temperatura tego regionu sięga miliona stopni Celsjusza.

Korona słoneczna sfotografowana w trakcie całkowitego zaćmienia Słońca w 2017 roku

Z Ziemi koronę słoneczną gołym okiem (oczywiście odpowiednio chronionym) możemy obserwować wyłącznie podczas całkowitych zaćmień Słońca. Choć wygląda ona wtedy majestatycznie, jej blask niknie w blasku tarczy słonecznej.

Od wielu lat naukowcy nie muszą czekać na naturalne zjawisko, by badać koronę słoneczną, dzięki zastosowaniu tak zwanych koronografów, a także specjalnych filtrów i obserwacji w innych długościach fal niż widzialne. Koronograf to urządzenie maskujące światło tarczy słonecznej, które pozwala zobaczyć otoczenie słońca i tym samym wspomnianą koronę. Zresztą nie tylko koronę, bo również i obiekty, takie jak komety czy asteroidy, które zbliżają się do Słońca. Koronografy stosowane są zarówno w obserwatoriach naziemnych jak i kosmicznych.

Trójwymiarowy obraz Słońca z widoczną koroną słoneczną uzyskany przez wokółziemskie satelity STEREO. Przydadzą się okulary do oglądania anaglifów (zielono-czerwone)

Skąd astronomowie wiedzieli, że Parker Solar Probe wleciał w koronę słoneczną?

Tak naprawdę wszystko co wiedzieliśmy dotychczas o tym obszarze Słońca było wiedzą teoretyczną, potwierdzoną jedynie przez obserwacje z daleka. Dawały one sporą dozę pewności, że teoria jest poprawna, ale dopiero obecność instrumentów pomiarowych na miejscu pozwoli wyzbyć się wszelkich wątpliwości.

Strefa graniczna, do której rozciąga się korona słoneczna, czyli najbardziej zewnętrzna część Słońca (mają ją też inne gwiazdy, ale rozmiar korony podyktowany jest ich konkretnymi własnościami), określana jest mianem krytycznej powierzchni Alfvéna. Wewnątrz zachodzą różne zjawiska, które widzimy jako flary, pętle koronalne, związane z emisją promieniowania rentgenowskiego, polem magnetycznym. Tam też powstaje strumień materii, która po przekroczeniu wspomnianej granicznej powierzchni traci kontakt ze Słońcem, nie jest w stanie do niego powrócić, a tym samym staje się wiatrem słonecznym.

Dotychczasowe pomiary sugerowały, że korona słoneczna rozciąga się do odległości 6,9 miliona do 13,9 miliona kilometrów od powierzchni Słońca. To inaczej rzecz ujmując od 10 do 20 promieni słonecznych. Faktyczny rozmiar korony w danym momencie zależy także od aktywności Słońca, która zmienia się z 11-letnim okresem zwanym cyklem słonecznym. Wzrost aktywności wiąże się z liczbą plam na powierzchni Słońca, a te mają związek z polem magnetycznym, które z kolei wpływa na ruch cząstek materii wewnątrz korony.

Szacunki okazały się poprawne, bo 28 kwietnia 2021 roku, sonda osiągnęła rejon, w którym własności materii wskazywały na obecność sondy wewnątrz korony słonecznej. Pojazd NASA był wtedy w odległości około 13 milionów kilometrów od powierzchni Słońca. Jak widać zdarzenie to miało miejsce dość dawno, ale w astronomii tak bywa, że trzeba miesięcy analiz, by nabrać pewności co do charakteru zgromadzonych danych.

Często też czeka się na okazję do ogłoszenia przełomowego odkrycia, bo w zasadzie tym jest zaobserwowanie korony słonecznej przez instrumenty Parker Solar Probe. Tą okazją było jesienne spotkanie Unii Geofizycznej w Nowym Orleanie. Informację przekazano oficjalnie 14 grudnia 2021 roku.

Za pierwszym razem sonda wlatywała i wylatywała z korony słonecznej

W trakcie ostatnich zbliżeń do Słońca w 2025 roku, gdy Parker Solar Probe zbliży się do Słońca na około 6,2 miliona kilometrów, sonda będzie z całą pewnością w trakcie całego przelotu w pobliżu naszej dziennej gwiazdy zanurzona w koronie słonecznej.

Za pierwszym razem stało się to co podejrzewali naukowcy. Sonda poruszała się w okolicach strefy granicznej, wlatując i wylatując z korony słonecznej. To potwierdzenie innych przewidywań, które sugerują, że powierzchnia Alfvéna nie jest idealną sferą. To w zasadzie dobrze, bo poznanie związku pomiędzy kształtem tej powierzchni a aktywnością słoneczną związaną z konkretnymi obszarami Słońca, pozwoli lepiej zrozumieć zachowanie Słońca. A w efekcie lepiej przewidywać pogodę kosmiczną, która jest bardzo istotna jeśli planujemy w przyszłości eksplorację czegoś więcej niż niskiej orbity wokółziemskiej.

To dopiero początek bliskiej znajomości ze Słońcem, ale już osiągnięto wiele

Pierwsze zanurzenie się Parker Solar Probe w koronie słonecznej trwało kilka godzin, potem nastąpiło to jeszcze raz podczas dziewiątego zbliżenia do Słońca pod koniec listopada 2021 roku. Prawdopodobnie naukowcy czekali również na to wydarzenie, by uzupełnić obserwacje i nabrać pewności co do ich poprawności.

By wartości w milach przeliczyć na kilometry, należy przemnożyć podane wartości razy 1,6

W styczniu 2022 sonda ponownie zacznie zbliżać się do Słońca, tym razem na jeszcze mniejszą odległość (maksymalne zbliżenie na 9,2 miliona kilometrów planowane jest na 25 lutego), co pozwoli zebrać jeszcze bardziej fascynujące dane.

Jednak i dotychczasowe osiągnięcia są przełomowe. Dotychczas takie struktury jak pseudostreamery czy streamery koronalne, obserwowano tylko z daleka. To one widoczne jako jasne smugi odpowiadają za niezwykły wygląd korony słonecznej, która wygląda trochę jak wata cukrowa w trakcie zaćmienia Słońca.

Fotografie koronalnych streamerów wykonano za pomocą instrumentu WISPR, który jest jedynym obrazującym narzędziem na pokładzie Parker Solar Probe. Wykorzystuje ono dwie kamery z 4 Mpix sensorami typu APS-C

Parker Solar Probe w trakcie swojego ósmego i dziewiątego przelotu w pobliżu Słońca zarejestrował takie struktury. Znalazł się nawet wewnątrz pseudostreamera, będąc w odległości około 10,5 miliona kilometrów od powierzchni Słońca. Wtedy zaobserwowano znaczny spadek dynamiki ruchu cząstek, co naukowcy porównują do znalezienia się w oku cyklonu, gdy wiatr cichnie. Koronalne streamery to bowiem struktury, które stanowią niejako otoczkę dziur koronalnych. Z tych dziur z kolei materia może uciekać od Słońca znacznie szybciej, dlatego to one są źródłem większości szybkiego wiatru słonecznego.

Najnowsze ogłoszone osiągnięcie sondy Parker Solar Probe nie jest jedynym dotychczasowym sukcesem misji. Jednym z zadań misji jest zrozumienie zasad powstawania wiatru słonecznego, jego źródeł. Obserwacje już pomogły uściślić posiadaną przez nas wiedzę na temat transportu energii i materii w atmosferze słonecznej. Paradoksalnie dla laika, a wręcz przeciwnie dla naukowców, te badania mogą przyczynić się w przyszłości do rozwiązania kryzysu energetycznego na Ziemi.

Źródło: NASA, inf. własna