Misja Solar Orbiter, prowadzona przez Europejską Agencję Kosmiczną, podzieliła strumień cząstek energetycznych wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną przez Słońce na dwie grupy, śledząc każdą z nich aż do innego rodzaju wybuchu naszej gwiazdy. Na łamach „Astronomy&Astrophysics” ukazał się właśnie artykuł analizujący te zjawiska. Wśród autorów jest dr Oleksiy Dudnik z Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Słońce jest najbardziej energetycznym akceleratorem cząstek w naszym układzie planetarnym. Rozpędza elektrony do prędkości bliskiej prędkości światła i wyrzuca je w przestrzeń kosmiczną, zalewając Układ Słoneczny tak zwanymi „energetycznymi elektronami słonecznymi” (SEE).
Naukowcy wykorzystali teraz Solar Orbiter do zlokalizowania źródła tych energetycznych elektronów i prześledzenia tego, co widzimy w przestrzeni kosmicznej, aż do punktu na Słońcu. Odkryli dwa rodzaje SEE o wyraźnie różnych genezach: jeden związany z intensywnymi rozbłyskami słonecznymi (eksplozjami z mniejszych obszarów powierzchni Słońca), a drugi z większymi erupcjami gorącego gazu z atmosfery słonecznej (znanymi jako „koronalne wyrzuty masy” lub CME).
– Widzimy wyraźny podział między „impulsywnymi” zdarzeniami cząsteczkowymi, w których te energetyczne elektrony wystrzeliwują z powierzchni Słońca w postaci wybuchów poprzez rozbłyski słoneczne, a „stopniowymi” zdarzeniami związanymi z bardziej rozległymi CME, które uwalniają szerszą falę cząstek w dłuższych okresach czasu” – mówi główny autor Alexander Warmuth z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) w Niemczech.
Chociaż naukowcy byli świadomi istnienia dwóch rodzajów zjawisk SEE, sonda Solar Orbiter była w stanie zmierzyć dużą liczbę zjawisk i przyjrzeć się Słońcu z znacznie bliższej odległości niż inne misje, aby odkryć, w jaki sposób powstają one i opuszczają powierzchnię naszej gwiazdy.
– Byliśmy w stanie zidentyfikować i zrozumieć te dwie grupy tylko dzięki obserwacji setek zjawisk w różnych odległościach od Słońca za pomocą wielu instrumentów – coś, co może zrobić tylko Solar Orbiter – dodaje Alexander Warmuth. – Zbliżając się tak bardzo do naszej gwiazdy, mogliśmy zmierzyć cząstki w „pierwotnym” stanie i tym samym dokładnie określić czas i miejsce, w którym powstały na Słońcu.
Badanie to jest jak dotąd najbardziej kompleksowym opracowaniem zjawisk SEE i stanowi katalog, który będzie się powiększał przez cały okres eksploatacji Solar Orbiter. Wykorzystano w nim osiem z dziesięciu instrumentów Solar Orbiter do obserwacji ponad 300 zdarzeń między listopadem 2020 r. a grudniem 2022 r.
– Po raz pierwszy wyraźnie dostrzegliśmy związek między energetycznymi elektronami w przestrzeni kosmicznej a zdarzeniami, które są ich źródłem i mają miejsce na Słońcu – dodaje współautor Frederic Schuller, również z AIP.
– Zmierzyliśmy cząstki in situ – co oznacza, że Solar Orbiter faktycznie przeleciał przez strumienie elektronów – za pomocą detektora cząstek energetycznych sondy, jednocześnie wykorzystując więcej instrumentów statku kosmicznego do obserwacji tego, co działo się na Słońcu. Zebraliśmy również informacje o środowisku kosmicznym między Słońcem a statkiem kosmicznym.
Naukowcy wykryli zdarzenia SEE w różnych odległościach od Słońca. Pozwoliło im to zbadać zachowanie elektronów podczas ich podróży przez Układ Słoneczny, odpowiadając na nurtujące pytanie dotyczące tych energetycznych cząstek.
Kiedy dostrzegamy rozbłysk lub CME, często występuje wyraźne opóźnienie między tym, co widzimy na Słońcu, a uwolnieniem energetycznych elektronów w przestrzeń kosmiczną. W skrajnych przypadkach cząstki wydają się potrzebować kilku godzin, aby uciec. Dlaczego?
– Okazuje się, że jest to przynajmniej częściowo związane z tym, jak elektrony przemieszczają się w przestrzeni kosmicznej – może to być opóźnienie w uwolnieniu, ale także opóźnienie w wykryciu – mówi współautorka artykułu i pracownik naukowy ESA Laura Rodríguez-García. – Elektrony napotykają turbulencje, rozpraszają się w różnych kierunkach i tak dalej, więc nie widzimy ich od razu. Efekty te nasilają się wraz z oddalaniem się od Słońca.
Przestrzeń między Słońcem a planetami Układu Słonecznego nie jest pusta. Z Słońca nieustannie wypływa wiatr naładowanych cząstek, który porusza ze sobą pole magnetyczne Słońca. Wypełnia on przestrzeń i wpływa na sposób przemieszczania się energetycznych elektronów; zamiast przemieszczać się dowolnie, są one ograniczane, rozpraszane i zakłócane przez ten wiatr i jego magnetyzm.
Badanie to realizuje ważny cel misji Solar Orbiter: ciągłe monitorowanie naszej gwiazdy i jej otoczenia w celu śledzenia wyrzucanych cząstek aż do ich źródeł na Słońcu.
– Dzięki Solar Orbiter poznajemy naszą gwiazdę lepiej niż kiedykolwiek wcześniej – mówi Daniel Müller, naukowiec ESA odpowiedzialny za projekt Solar Orbiter. – W ciągu pierwszych pięciu lat w kosmosie Solar Orbiter zaobserwował wiele zdarzeń związanych z energetycznymi elektronami słonecznymi. W rezultacie byliśmy w stanie przeprowadzić szczegółowe analizy i stworzyć unikalną bazę danych, którą może wykorzystać społeczność naukowa na całym świecie.
Co najważniejsze, odkrycie to ma kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia pogody kosmicznej, gdzie dokładne prognozowanie jest niezbędne do utrzymania sprawności i bezpieczeństwa naszych statków kosmicznych. Jeden z dwóch rodzajów zjawisk SEE jest ważniejszy dla pogody kosmicznej: ten związany z wyrzutami koronalnymi (CME), które zazwyczaj zawierają więcej cząstek o wysokiej energii i tym samym grożą znacznie większymi uszkodzeniami. Z tego powodu możliwość rozróżnienia tych dwóch rodzajów energetycznych elektronów ma ogromne znaczenie dla naszego prognozowania.
– Wiedza taka jak ta z sondy Solar Orbiter pomoże chronić inne statki kosmiczne w przyszłości, pozwalając nam lepiej zrozumieć energetyczne cząstki ze Słońca, które zagrażają naszym astronautom i satelitom – dodaje Daniel Müller. – Badania te są naprawdę doskonałym przykładem siły współpracy – były możliwe tylko dzięki połączeniu wiedzy i pracy zespołowej europejskich naukowców, zespołów instrumentów z różnych państw członkowskich ESA oraz współpracowników ze Stanów Zjednoczonych.
Patrząc w przyszłość, misja ESA Vigil będzie pionierem podejścia, polegającego na operacyjnym obserwowaniu „strony” Słońca po raz pierwszy, co pozwoli na uzyskanie ciągłego wglądu w aktywność słoneczną. Sonda Vigil, której start zaplanowano na 2031 rok, będzie wykrywać potencjalnie niebezpieczne zjawiska słoneczne, zanim pojawią się one w polu widzenia Ziemi, dając nam wgląd w ich prędkość, kierunek i prawdopodobieństwo uderzenia.
Nasza wiedza na temat reakcji naszej planety na burze słoneczne zostanie również pogłębiona dzięki misji Smile ESA w przyszłym roku. Misja Smile będzie badać, jak Ziemia radzi sobie z nieustannym „wiatrem” i sporadycznymi wyładowaniami silnych cząstek wyrzucanych w naszą stronę ze Słońca, badając, jak cząstki te oddziałują z ochronnym polem magnetycznym naszej planety.
Solar Orbiter to misja kosmiczna realizowana w ramach międzynarodowej współpracy ESA i NASA, realizowana przez ESA. Centrum Badań Kosmicznych jest zaangażowane w misję zarówno od strony inżynieryjnej, jak i naukowej.
Cały artykuł można znaleźć tutaj
