Europejska sonda zbliża się do Słońca. Gotowi na najgorsze

Sondę ESA, Solar Orbiter wystrzelono w kosmos w lutym 2020 roku, półtora roku bo innej sondzie NASA Parker Solar Probe. Ta druga bije co prawda rekordy zbliżenia się do Słońca, na zakończenie tego roku osiągając jedynie 6,2 miliona kilometrów od jego powierzchni, zanurzając się głęboko w koronę Słoneczną. Solar Orbiter jest ostrożniejszy, ale też inaczej skonstruowany, a jego orbita pozwala badać po raz pierwszy dokładnie regiony biegunowe Słońca.

Maksymalne zbliżenie Solar Orbitera do Słońca dopiero przed nami w 2027 roku, ale już od października 2022 roku co około 5 miesięcy ten pojazd zbliża się na bardzo podobna odległość. To 43,3 miliona kilometrów (w 2027 roku będzie to niespełna 42 miliony kilometrów). Bardzo dużo z perspektywy sondy koleżanki z NASA, ale też nieco bliżej niż minimalna odległość Merkurego od Słońca, która wynosi 47 milionów kilometrów.

Niebieski wykres pokazuje odległość Solar Orbitera od Słońca w milionach kilometrów, a pomarańczowy prędkość w km/s. Najbliższe kilka lat to intensywne badania, przy zachowanej podobnej minimalnej odległości, ale mniejszej niż obecnie odległości maksymalnej. Po 2028 roku sonda oddali się nieco od Słońca, jednocześnie zacieśniając swoją orbitę i czyniąc ją mniej rozciągniętą niż obecnie. (fot: Phoenix7777 / Wikipedia / CC BY-SA 4.0)

Już w tej odległości oddziaływanie wiatru słonecznego i temperatury jakie wywiera promieniowanie na aparaturę i inne komponenty sondy jest tak duże, że można określić je mianem krytycznego. Dlatego przy każdym przelocie w pobliżu Słońca, także tym razem 4 kwietnia 2024 roku, kontrola misji jest gotowa na najgorszy scenariusz. Tymczasowe zerwanie łączności z sondą, a nawet całkowitą jej utratę.

Dotychczasowe osiągniecia Solar Orbiter w skrócie

Sonda Solar Orbiter w trakcie swoich czterech lat obserwacji Słońca, we współpracy z sondą NASA, Parker Solar Orbiter, pozwoliła rozwiązać trapiące astronomów od dziesięcioleci zagadki. Jedna to wyjaśnienie bardzo dużej temperatury korony słonecznej, którą traktujemy jak słoneczną atmosferę. Jest ona znacznie cieplejsza od powierzchni Słońca, którą nazywamy fotosferą, a która jest widoczna na co dzień (choć nie jest wskazane spoglądanie się na nią bez zabezpieczenia).

Koronę widać tylko w trakcie zaćmień całkowitych Słońca. Obserwacje Solar Orbiter umożliwiły odkrycie mechanizmu turbulencji, który przenosi energię magnetyczną i kinetyczną, prowadząc do podgrzewania materii w koronie słonecznej. Choć brzmi to skomplikowanie, to dla astronomów było to od zawsze oczekiwane wyjaśnienie.

Solar Orbiter odkrył także mikroskopijne, w skali słonecznej oczywiście, wyrzuty materii, które są prawdopodobnie odpowiedzialne za generowanie wiatru słonecznego, strumienia naładowanych cząstek, które rozprzestrzeniają się w Układzie Słonecznym docierając nie tylko do Ziemi, ale wszystkich innych ciał, aż ostatecznie napotkają barierę w postaci materii międzygwiezdnej. Taki wyrzut materii ze Słońca trwa około 20 do 100 sekund i osiąga prędkość 100 km/s. Występują one stale, niezależnie od wielkoskalowych wyrzutów materii, które odpowiadają za aktywność słoneczną poza okresami spokoju.

Sonda ESA obserwowała także wiele zjawisk, w których udział bierze pole magnetyczne słońca - dziury koronalne, procesy ponownego łączenia się pętli pola magnetycznego. Przyczyniła się do stworzenia dokładniejszego obrazu procesów zachodzących na powierzchni Słońca. Ich lepsze zrozumienie pozwala lepiej przewidywać aktywność Słoneczną, która ma bardzo istotny wpływ na Ziemię i jej najbliższe otoczenie.

Solar Orbiter prowadzi obserwacje między innymi w ultrafiolecie, a dzięki możliwości wytwarzania sztucznych zaćmień, jest zdolna uzyskać obrazy przypominające zdjęcia HDR, czyli widok Słońca w UV, który jednocześnie pokazuje jego powierzchnię jak i koronę - wideo poniżej.

Obejrzyj w

Niebezpieczeństwa jakie czyhają na Solar Orbiter

Można je podzielić na dwie kategorie. Pierwsza to te mniej niebezpieczne, które prowadzą do przełączenia się sondy w tryb bezpieczny, co prowadzi niestety do utraty możliwości prowadzenia naukowych badań w trakcie danego przelotu, ale w dłuższej perspektywie umożliwia odzyskanie łączności z Ziemią i powrót w przyszłości w kolejnym peryhelium (najbliższym Słońcu punkcie orbity sondy).

Tryb bezpieczny to uniwersalna recepta dla każdej sondy w kosmosie, umożliwiająca autonomiczną reakcję na problemy z aparaturą pokładową. Wyjście z tego trybu wymaga współpracy sondy z naziemną kontrolą lotu.

Druga kategoria to te bardziej kłopotliwe problemy. Sonda może nie tylko utracić łączność z Ziemią, ale mieć także problem z jej odzyskaniem. W trybie bezpiecznym aktywna jest tylko zapasowa antena sondy, więc moc sygnału jest znacznie niższa niż zazwyczaj. Na dodatek sonda może przestać prawidłowo ustawiać się względem Ziemi co jest jedną z najgorszych możliwości.

Sposób w jaki sonda Solar Orbiter chroni się przed bliskością Słońca - tarcza przeciwsłoneczna i obracające się panele słoneczne. (fot: ESA)

Szczęśliwie możemy być prawie pewni, że sama sonda się nie usmaży, bo tarcza ochronna zawsze jest odpowiednio skierowana. Wykonano ją z tytanu i włókien węglowych - znajdują się w niej okienka, które po otwarciu zapewniają możliwość rejestracji obrazu Słońca przez instrumenty naukowe . Jedyną sytuacją, gdy osłona mogłaby przestać pełnić rolę, byłaby kompletna utrata orientacji sondy w przestrzeni względem Słońca, a temu ma zapobiegać wielokrotnie testowane oprogramowanie Solar Orbitera.

To samo oprogramowanie dba o to, by w przypadku braku dobrego pozycjonowania względem Ziemi, sonda wykonywała obroty w jednej osi, co zwiększy rozmiar kątowy wiązki danych i trafienie nią w odbiorniki na Ziemi.

Pod latarnią najciemniej, czyli jak stracić energię słoneczną w pobliżu Słońca

Bliskość Słońca jest wbrew pozorom bardzo niebezpieczna dla pojazdów zasilanych energią słoneczną takich jak Solar Orbiter. Dlatego panele słoneczne są odpowiednio ustawiane (poprzez odwrócenie powierzchni generującej elektryczność) w trakcie największego zbliżenia, by promieniowanie ich nie uszkodziło. To prowadzi w konsekwencji do generowania znacznie mniejszej ilości energii.

Sonda Solar Orbiter znajdując się w minimalnej odległości od Słońca narażona jest na promieniowanie słoneczne 13 razy silniejsze niż na orbicie Ziemi.

Dlatego tak ważne jest, by sonda mając ograniczone zasoby energii nie straciła na dobre orientacji w przestrzeni, która może doprowadzić do trudności z ponownym wycelowaniem panelami w Słońce, a w efekcie do rozładowania akumulatorów i kompletnej utraty zasilania. To może znacząco utrudnić ponowne uruchomienie sondy, gdy oddali się od Słońca, a nawet jej zlokalizowanie.

Kto steruje sondą Solar Orbiter

Odpowiedzialność za sterowanie sondą Solar Orbiter, ponosi Europejskie Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC). Jest ono zlokalizowane w Darmstadt w Niemczech w odległości kilkunastu kilometrów od Frankfurtu nam Menem.

Pokój kontrolny ESOC. (fot: ESA)

Obecnie oprócz misji Solar Orbiter, na barkach kontrolerów z ESOC spoczywają także takie misje jak Mars Express na Marsie, BepiColombo na Merkurego, JUICE na Jowisza - łącznie z centrum ESOC nadzorowano ponad 80 rożnych misji. Niektóre to kompletne programy wykorzystujące wiele satelitów. ESOC przeprowadziło testy awaryjnego odzyskiwania łączności z Solar Orbiter, badając dziesiątki różnych scenariuszy, i jest pewne, że w przypadku kłopotów zdoła namierzyć sygnał awaryjny emitowany przez obracającą się sondę.

Źródło: ESA, inf. własna