Зонд Паркер

Менее чем через сутки, 11 августа с космодрома на мысе Канаверал ракета-носитель тяжелого класса Delta IV Heavy выведет в космос очередную миссию NASA — космическую станцию Parker Solar Probe — исследователя Солнца. Аппарат приблизится к нашему светилу на минимальное расстояние — 6,16 миллионов километров, и, по сути, “коснется” самого края «огненной» короны звезды — ее внешней части атмосферы. Зонд станет первым рукотворным объектом, который подойдет к Солнцу так близко.

Предлагаем разобраться, что именно будет исследовать Parker Solar Probe, и зачем его вообще отправляют в это путешествие.

Солнце и его тайны

Трудно сказать, когда именно люди впервые начали вести наблюдения за Солнцем. Возможно, именно в то время, когда стали понимать, что светило является источником той энергии, благодаря которой на нашей планете поддерживается жизнь.

Во многих странах мира археологи находят солнечные обсерватории, которым насчитываются тысячи лет. Наблюдения за звездой вели и в Древнем Египте, и в Древней Греции, и в Месопотамии.

Последние 70 лет светило изучают космические спутники и аппараты, такие как STEREO, SOHO, SDO и т.д. Однако у ученых все равно недостаточно информации, чтобы ответить на многие вопросы касательно строения Солнца.

Так, например, астрономы не понимают, почему самый внешний слой солнечной атмосферы — короны — имеет температуру в 500 раз выше температуры видимой поверхности (фотосферы). Ведь, согласно логике, внешние слои должны быть более холодными, а у нашей звезды все наоборот. Ученым важно узнать, какие именно механизмы отвечают за аномальный нагрев короны до более 1 млн градусов Кельвина. Специалисты считают, что именно эти механизмы имеют непосредственное отношение и к формированию солнечного ветра, который является еще одной тайной Солнца.

Долгое время астрономы пытаются разобраться, как именно образуется солнечный ветер, появляющийся в короне и заполняющий всю Солнечную систему, а также выяснить роль магнитных процессов в его образовании.

Выброс корональной массы. Вспышка на Солнце

Фото: NASA/ Выброс корональной массы на Солнце

Еще одна загадка Солнца, которую необходимо разгадать — это вспышки. Наша звезда представляет собой горячий газовый шар огромных размеров. Вращается шар вокруг своей оси, но не так, как это делают планеты. Скорость вращения частей Солнца разная. Экватор движется быстрее, а полюса медленнее. Магнитное поле звезды особым образом закручивается вместе с плазмой и усиливается, а затем начинает неравномерно подниматься на поверхность Солнца. В местах подъемов повышается солнечная активность и возникают вспышки.

Во время вспышек и корональных выбросов масс уровень рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца повышается, и светило выбрасывает потоки высокоэнергетических заряженных частиц. Гонимые солнечным ветром эти частицы буквально за несколько часов достигают Земли и вызывают геомагнитные бури, которые оказывают сильное влияние на планету. Понимание процессов, протекающих в магнитном поле Солнца и в его короне, позволит астрономам лучше ориентироваться в поведении солнечного ветра и возникновении вспышек.

Ожидается, что зонд Parker Solar Probe поможет найти ключ ко всем этим процессам и явлениям.

Полет к Солнцу

После того, как Delta IV Heavy выведет аппарат на запланированную орбиту, зонд отправится в свое путешествие к Солнцу длиною в семь лет.

Всего Parker Solar Probe должен будет пройти 24 орбиты (каждая из них приблизит его к Солнцу), причем, первый перигелий будет пройден уже 1 ноября, на расстоянии 24 миллионов километров от светила.

Зонд Паркер в сборке

Фото: NASA/ Космический аппарат в собранном состоянии

Затем, выполнив серию из семи гравитационных маневров около Венеры в 2024 году, зонд приблизится к Солнцу на расстояние всего 6,16 миллионов километров, и станет самым первым рукотворным объектом, подошедшим к нашей звезде так близко (текущий рекорд принадлежит аппарату Helios-B, который приближался к звезде на 43,5 миллиона километров).

Примечательно, что после гравитационных маневров зонд разовьет скорость более 700 000 километров в час. При такой скорости на Земле Parker Solar Probe смог бы преодолеть путь из Парижа в Сидней менее, чем за 2 минуты!

Почему аппарат приблизится на расстояние 6,16 миллионов километров к Солнцу, а не на большее или меньшее?

“Именно на таком расстоянии находится точка Альвена — область, где солнечный ветер ускоряется настолько, что покидает Солнце, а волны, распространяющиеся в плазме, уже не оказывают на него влияния. Если зонд сможет оказаться вблизи точки Альвена, то можно считать, что он вошел в солнечную атмосферу и коснулся Солнца”, — объясняет Сергей Богачев, главный научный сотрудник лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН.

Оборудование зонда

У многих может возникнуть вопрос, а не расплавится ли зонд, подойдя так близко к Солнцу? Сложно представить, как вообще можно уберечься в подобных условиях — ведь температура всего лишь в 460 градусов Цельсия на Венере быстро приводила к отказу электронного оборудования на советских АМС в восьмидесятых годах.

Инструмент FIELDS зонда Паркер

Фото: NASA/ Инструмент FIELDS, установленный на борту зонда

Но NASA объясняет нам, что есть нюанс между фактической температурой объекта и тепловым излучением, поскольку это сильно влияет на передачу тепла в пространстве. Температура характеризует то, какой скоростью — и соответственно, энергией — обладает частица, а тепловое излучение — сколько энергии она фактически переносит. В космосе частицы могут двигаться с высокой скоростью, но передавать не так много энергии, поскольку их не так уж много.

“Parker неоднократно пройдет через солнечную корону, которая несмотря на свою высокую температуру имеет довольно низкую плотность”, — говорит сотрудник NASA Сьюзан Дарлинг — “Это довольно просто представить на примере духовки и кастрюли с кипящей водой — в духовке вы сможете продержать руку значительно дольше, потому что воздух имеет меньшую плотность, чем вода. Соответственно, в сравнении с непосредственно поверхностью Солнца, в короне зонд столкнётся с меньшим количеством частиц и слабее нагреется”.

Все научные приборы аппарата от высоких температур должен будет защитить специальный теплозащитный щит, передняя часть которого сможет выдерживать температуру до 1500 градусов Цельсия, в то время как температура его задней части, где находятся научные инструменты, не должна будет подниматься выше 30-ти градусов Цельсия.

“Такую разницу температур обеспечивает особая конструкция этого «солнечного зонтика». При общей толщине всего в 11,5 сантиметра он состоит из двух панелей, сделанных из углеграфитового композита, между которыми находится слой углеродной пены. На переднюю часть щита нанесено защитное покрытие и белый керамический слой, увеличивающий его отражательные свойства”, — объясняют специалисты.

Инструмент WISPR зонда Паркер

Фото: NASA/ Инструмент WISPR, установленный на борту зонда

Набор оборудований FIELDS, состоящий из магнитометров и антенн, разработанных в Лаборатории космических наук университета Беркли, является одним из четырех инструментов на борту зонда.
С помощью 182 сантиметровой антенны, выступающей по направлению движения космического аппарата, зонд будет вести измерения напряженности электрических и магнитных полей в короне.
Эти исследования должны рассказать ученым о том, как нагревается корона Солнца.

Другой пакет инструментов, SWEAP (Solar Von Electrons Alphas и Protons) будет регистрировать ионы гелия, электроны и протоны — наиболее распространенные частицы солнечного ветра, и определять их скорость, плотность и температуру. В состав инструментария входит цилиндр Фарадея, сделанный из листов высокотемпературного сплава титана, циркония и молибдена и вольфрамовой сеточки. Это единственный научный прибор, вынесенный за теплозащитный щит и способный собирать научные данные в столь экстремальных условиях.

Инструмент ISOIS зонда Паркер

Фото: NASA/ Инструмент ISOIS, установленный на борту зонда

Оптический телескоп WISPR займется фотографированием солнечной короны и солнечного ветра, внутренней гелиосферы, ударных волн.

Еще один инструмент, установленный на борту зонда — ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun), Он состоит из двух отдельных устройств: EPI-Hi и EPI-Lo, которые будут регистрировать электроны, протоны и тяжелые ионы, ускоряющиеся до высоких энергий (от 10 килоэлектронвольт до 100 мегаэлектронвольт) в атмосфере Солнца и внутренней гелиосфере. Благодаря данным с прибора ученые надеются понять физические процессы, которые управляют образованием, ускорением и динамикой заряженных частиц в самых внутренних областях гелиосферы.

Кроме научной аппаратуры на борту аппарата находится еще один предмет. Он не имеет никакой практической цели, а является своеобразной данью уважения. Это чип, на котором записаны фотографии Юджина Паркера — американского астрофизика, предсказавшего существование солнечного ветра, а также копия его научной статьи за 1958 год, посвященой солнечному ветру.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: N+1, Space Daily, NASA

Всего комментариев: 0

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваш email не будет опубликован.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: