«Коронас-Фотон» видит новое Солнце

ТЕКСТ: «Газета.Ru»

ФОТО: Группа ТЕСИС, ФИАН им. Лебедева

Запущенной в январе российской орбитальной обсерватории «Коронас-Фотон» улыбнулась редкая удача – первой увидеть, как на поверхность Солнца всплыли пояса нового цикла солнечной активности.

Первая за долгие годы российская космическая обсерватория «Коронас-Фотон» отправилась на орбиту два месяца назад и уже начала работу. Хотя формально на орбите всё ещё проходят лётные испытания космического аппарата и научного оборудования, это не помешало учёным уже сейчас начать делать самую настоящую науку. О начале работы «Коронаса-Фотона» и первых, но уже впечатляющих её результатах «Газете.Ru» рассказал ведущий научный сотрудник ФИАН Сергей Богачёв.

– Как прошёл запуск и первые дни полёта?

– Запуск космического аппарата был назначен на 29 января, но состоялся только спустя сутки, со второй попытки. Днём ранее вторую ступень ракеты не удалось до конца заполнить топливом, но, к счастью, автоматика вовремя дала «отбой». Конечно, мы переживали из-за такой задержки, поскольку космический аппарат всё это время находился на 20-градусном морозе, что противопоказано большинству приборов. Но в итоге уже 30 января ракету вновь поставили на старт и она благополучно взлетела.

В жизни мало моментов, когда время тянется так же медленно, как после запуска космического аппарата. Дело в том, что уже через считанные минуты после старта ракета со спутником уходят за горизонт Земли. Именно там, вдали от глаз, происходят важнейшие операции в жизни спутника – отделение от последней ступени ракеты, раскрытие солнечных батарей, включение антенн. На Земле же остается только ждать, когда обсерватория закончит свой первый виток и вновь вернется в зону видимости. Трудно передать словами нашу радость, когда спустя полтора часа ожидания аппарат вышел на связь, уже находясь на заданной орбите.

Впрочем, научную работу удалось начать не сразу.

Космический аппарат – это сложное несерийное изделие, которое всегда требует определенной доводки на орбите. Не стал исключением и «Коронас-Фотон». Так, не с первой попытки удалось раскрыть солнечные батареи спутника, не сразу удалось синхронизовать работу служебных бортовых систем, отвечающих за управление научной аппаратурой. Конечно, все это доставило определенные переживания разработчикам научных приборов. Спутник вышел на нужную орбиту и прекрасно сориентировался на Солнце, но фактически первые три недели не работал как научная обсерватория.

– Эту проблему, очевидно, удалось решить. Как это происходило?

– В этой ситуации проявился высокий уровень специалистов организаций – разработчиков космического аппарата и служебных систем. Они провели очень грамотный анализ ситуации, собрали макеты бортовых систем, на которых опробовали разные варианты решения. В конечном счёте обнаружилось, что синхронизовать обмен данными можно, понизив напряжение на спутнике. Именно это и удалось сделать, причем в самой глубине земной тени, подав в этот момент необходимые команды. В результате, хотя аппарат вышел на орбиту 30 января, активная научная фаза эксперимента началась только через месяц, 26 февраля. С тех пор аппарат работает практически круглосуточно и без существенных сбоев.

– После этого началась научная работа?

– Первые месяцы работы спутника в основном тратятся на настройку аппаратуры. Несмотря на долгие испытания на Земле и детальные расчёты, реальный режим работы приборов всегда отличается от запланированного. У «Коронаса-Фотона», например, оказалась выше орбита и чуть выше – температура. Каждый из приборов на борту спутника имеет свои собственные настройки. Для космических телескопов, созданных у нас в ФИАН, наиболее важной задачей была фокусировка. Делалось это малыми подвижками зеркал, причем шаг каждой подвижки составлял всего 0,05 мм. Сейчас мы настраиваем чувствительность своих приборов, сравнивая полученные изображения с несколькими абсолютно калиброванными инструментами ультрафиолетового и мягкого рентгеновского диапазона, которые находятся на орбите. Есть такие и на «Коронасе-Фотоне» – это польский инструмент SphinX и наш российский прибор ФОКА, созданный в МИФИ.

Однако лётные испытания не мешают научным группам начинать «натурный эксперимент». Мы за первый месяц работы уже получили 10 тысяч изображений Солнца.

Благодаря этой информации мы сейчас как мало кто в мире знаем текущее состояние Солнца и знаем, как оно себя вело в течение последнего месяца.

– И что сейчас происходит с Солнцем?

– Ещё до запуска было известно, что Солнце сейчас находится в очень глубоком минимуме активности. Так, спутники американской системы Geos, по которым измеряется интенсивность всех солнечных вспышек, уже почти год находятся ниже порога чувствительности. Наиболее значимым событием первого месяца работы «Коронаса-Фотона» стали две рентгеновских вспышки класса B. У специалистов это может вызвать только улыбку: в условиях активного Солнца такие выбросы энергии редко кто замечает – они происходят по нескольку десятков раз в сутки.

Тем не менее похоже, что мы очень удачно вышли на орбиту – прямо на момент формирования нового солнечного цикла.

Как раз сейчас на наших глазах от формирования отдельных пятен Солнце переходит к образованию настоящих поясов активности нового солнечного цикла.

– Почему пояса – это начало нового цикла активности?

– По сути, природа солнечной активности – это усиление магнитного поля Солнца. В минимуме активности оно минимально, в максимуме – максимально. Всё остальное – пятна, вспышки, развитие короны– это следствие появления сильных магнитных полей на поверхности.

Эти поля формируются глубоко внутри Солнца в течение нескольких лет и затем «всплывают» на его поверхность в виде симметричных магнитных поясов. Один из них появляется к северу от экватора, на широте около 30 градусов, второй – на такой же широте к югу. По земным меркам, эти пояса разделены на гигантское расстояние – около 700 тысяч километров, это почти в два раза дальше, чем от Земли до Луны. Конечно, появление таких структур может произойти только вследствие глобальной перестройки солнечной активности.

Сейчас всплыл северный магнитный пояс.

Мы это видим по двум мощным, долгоживущим областям активности. Они хорошо согласованы по широте, а сама широта прекрасно согласуется с теорией. Если это не случайность и области действительно объединены общим поясом активности, то в ближайшее время таких областей здесь станет больше.

Две яркие области нового цикла солнечной активности, расположенные на одной широте. // ТЕСИС/ФИАН им. Лебедева

 Показать / Скрыть текст

Само «всплытие» нам увидеть не удалось. Солнце вращается, и обе области вышли из-за его края уже полностью сформированными. В процессе формирования мы их не видели.

Активные области в этом цикле появляются с большим опозданием.

Как правило, циклы активности Солнца слегка перекрываются. В начале каждого солнечного цикла пояса формируются высоко, ближе к полюсам, и затем постепенно сближаются, спускаясь к максимуму активности ближе к экватору. Потом эти пояса медленно, за несколько лет, разрушаются, и обычно ещё в старом минимуме всплывают пояса нового цикла. Но нынешний минимум активности затянулся примерно на два года, и сейчас верхний пояс всплывает на поверхности почти идеально спокойного Солнца; никакого перекрытия нет.

– А южный пояс уже показался?

– Пока не всплыл, но мы ожидаем этого уже в ближайшие дни – как правило, оба пояса показываются синхронно. Если появится и южный, это будет очень хорошим подтверждением начала нового цикла активности и (ввиду огромного расстояния между поясами) указанием на наличие глобального механизма управления магнитным полем Солнца. Мы ведем непрерывные наблюдения и надеемся зарегистрировать процесс формирования южного пояса активности во всех подробностях.

– Что ждёт «Коронас-Фотон» в ближайшее время?

– Во вторник вечером спутник вышел на так называемый бестеневой режим работы. Орбита «Коронаса-Фотона» устроена так, что время от времени она на 23 дня полностью выходит из земной тени. Правда, 23 дня – это только для самого аппарата и его солнечных батарей. Научная аппаратура начнет наблюдать Солнце без затмений лишь 5 апреля, когда лучи света перестанут перекрываться и земной атмосферой, незаметной в оптическом диапазоне, но практически непрозрачной в рентгеновском. Продлятся бестеневые рентгеновские наблюдения в течение 10 суток.

Мы этого времени и ждём, и боимся.

С одной стороны, бестеневые орбиты – это прекрасная возможность непрерывно наблюдать Солнце, не опасаясь, что оно скроется из виду как раз посреди развития какой-нибудь интересной вспышки. С другой стороны, такие орбиты – серьёзное испытание для космического аппарата, которому предстоит непрерывно «греться» на солнце в течение 20 с лишним дней.

Мы все-таки надеемся, что все будет благополучно, и запланировали на это время большую научную программу. Есть в ней и международная часть. Это договорённость о координированных наблюдениях с японским космическим аппаратом Hinode – самой современной и высокотехнологичной из солнечных обсерваторий.

С 6 до 10 апреля по 6 часов каждый день мы будем синхронно получать рентгеновские изображения Солнца. Поскольку у двух спутников разные спектральные каналы, они будут отлично дополнять друг друга. А если в это время появится интересная активная область, к наблюдениям подключат и уникальный оптический телескоп Hinode, способный получать изображения поверхности Солнца с разрешением около 0,2 угловых секунд (около 150 км).

– Сколько таких «бестеневых» периодов наблюдений предстоит испытать «Коронасу-Фотону»?

– Они повторяются четыре раза в год. Гарантийный срок работы спутника – три года. Таким образом, получается 12 орбит. Но, конечно, реальный срок работы аппарата на орбите часто зависит даже не от аппаратуры, а от того, кто спутником управляет. «Коронасом-Фотоном» управляют специалисты ВНИИЭМ и НИИЭМ – люди с огромным опытом работы. Мы надеемся, что они смогут обеспечить работоспособность обсерватории в течение заявленного времени.

– И что мы ожидаем от Солнца в ближайшие три года?

– Мы видим, что пошли формироваться новые пояса. Они уже есть, они уже не разрушатся. Поэтому мы можем уверенно говорить, что началось развитие крупномасштабной активности Солнца.

Поскольку предыдущий минимум был затяжной, протяжённый, существуют два варианта развития. С одной стороны, раз начало подъёма задержалось на два года, можно предположить, что и максимум может задержаться. С другой стороны, не исключено, что просто сам выход на максимум будет быстрее, и через два-три года Солнце выйдет на нормальную вспышечную активность.

Мы надеемся на второй сценарий – что максимум придётся на 2011–2012-й годы, и вся аппаратура до него благополучно доживёт.

акой реализуется на деле, пока никто не знает, хотя существует масса самых разных предсказаний от учёных самых различных специальностей – от специалистов по физике Солнца и геофизиков до математиков и статистиков. Кто-нибудь наверняка будет прав.

Одна из наших главных задач на сегодня – посмотреть, насколько быстрым будет этот подъём в ближайшее время, каково будет развитие этого очень необычного цикла. Ничего подобного не случалось уже более ста лет, и иногда нынешний затянувшийся минимум даже сравнивают со знаменитым «минимумом Маундера» XVII века и предсказывают, что максимум и вовсе не наступит.

Спутник запущен в очень интересное время. Может быть, нам очень повезло.

Беседовал Артём Тунцов

Россия положила глаз на Солнце

ТЕКСТ: Артём Тунцов

ФОТО: tesis.lebedev.ru

На околоземную орбиту отправился спутник «Коронас-Фотон». Одна из лучших в мире космических обсерваторий позволит исследовать жёсткое излучение и заряженные частицы, которыми нас поливает Солнце, в небывалых подробностях.

В пятницу вечером, с суточной задержкой с космодрома Плесецк стартовала ракета-носитель Циклон-3. Она вывела на орбиту спутник «Коронас-Фотон» – первую за долгие годы отечественную космическую обсерваторию. Она предназначена для изучения физики Солнца и процессов в его ближайших окрестностях, которые простираются вплоть до и далеко за пределы земной орбиты.

 Показать / Скрыть текст

Вообще говоря, этот спутник не совсем российский. «Коронас-Фотон» – третий аппарат в серии из почти десятка спутников, о совместном финансировании и разработке которых академии наук России и Украины договорились в начале 1990-х годов. Однако из всего списка аппаратов, которые были запланированы к запуску, в космос поднялись лишь три. Все они предназначены для изучения Солнца и его влияния на Землю и носят название «Коронас» – «Коронас-И», «Коронас-Ф» и вот теперь «Коронас-Фотон».

Первый из серии, «Коронас-И» поднялся на орбиту ещё в 1994 году и оставался там до 2001 года, однако на деле большая часть исследовательской аппаратуры перестала работать в течение нескольких первых месяцев. Второй аппарат, «Коронас-Ф», был удачливее – на орбите он прожил 4,5 года (с лета 2001-го по декабрь 2005 года), однако работал всё время, пока не сгорел в атмосфере, рассыпав обломки над Индийским океаном.

Расчётный срок работы «Коронас-Фотона», собранного на платформе спутниковой серии «Метеор», – три года, хотя ничто не помешает продлить его миссию, если он и дальше будет работать, как положено. Этот спутник изначально разрабатывался для исследований Солнца и солнечной короны с помощью высокоэнергичного излучения – как фотонов высоких энергий, так и корпускул – протонов, электронов, нейтронов и ядер гелия.

Из почти двух тонн массы спутника более 500 килограммов – научное оборудование.

Всего на космическом аппарате установлены 11 приборов, разработанных учёными России, Украины, Польши и Индии. Прежде в составе коллаборации были также учёные из Германии и Испании, но они вышли из проекта, не выдержав многолетней задержки его реализации. Зато присоединились польские учёные, участие которых поначалу не планировалось.

Безусловно, самой интересной частью научной нагрузки станет прибор ТЕСИС, созданный в Физическом институте РАН имени Лебедева,

интересной как для астрофизиков, так и для публики. Почти все приборы обсерватории будут работать, грубо говоря, вслепую, и только ТЕСИС – это настоящий телескоп, который сможет получать изображения Солнца и его окрестностей в жёстком ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Под данные ТЕСИСа отдана половина потока информации, который будет сбрасываться на Землю, – 0,5 гигабайта в сутки.

 Показать / Скрыть текст

Как рассказал «Газете.Ru» один из разработчиков прибора, ведущий научный сотрудник ФИАН Сергей Богачёв, угловое разрешение инструмента составит 1,5 угловой секунды, а временное – до 2 секунд. Таким образом, прибор сможет в мельчайших подробностях исследовать развитие вспышек в атмосфере и в короне Солнца, следить за перезамыканием линий магнитного поля и токовых слоёв в плазме. И в этом ТЕСИСу нет равных ни среди отечественных, ни среди зарубежных аналогичных инструментов.

Собственно, ТЕСИС – это даже не один, а целая батарея телескопов-рефлекторов с диаметром зеркала около 12 см и эффективным фокусным расстоянием 1,8 метра. Все они одновременно будут смотреть на Солнце и получать его изображения в нескольких диапазонах длин волн. Сами многослойные зеркала сделаны таким образом, что отражают лишь очень узкую спектральную область, и эти области специально подобраны так, чтобы содержали конкретные спектральные линии.

Светимость плазмы в каждой из этих линий зависит от плотности и температуры своим уникальным образом, так что, сопоставив изображения, учёные смогут получить информацию о большинстве физических параметров в каждой конкретной области развивающейся вспышки. Более того, в состав ТЕСИСа входит и коронограф – прибор, в котором само Солнце будет закрыто «искусственной луной», но зато будут прекрасно видны внешние области короны на расстояние до 5 солнечных радиусов. Это позволит наблюдать за развитием ускорения космических частиц и даже определять направление их движения, даже они если расположены «с другой стороны», за Солнцем.

Одна из главных задач инструмента – изучение процессов нагрева плазмы в переходном слое плотных фотосферы и хромосферы Солнца к разреженной короне и в самой короне.

Долгое время учёные полагали, что самое интересное в плане физики плазмы происходит именно рядом с Солнцем, а в короне, где очень низкая плотность, частицы лишь без конца разгоняются до огромных скоростей, соответствующих температурам в несколько миллионов кельвинов. Однако последнее время становится ясно, что это не так. Каким-то образом то там, то здесь в солнечной короне происходит внезапный нагрев плазмы до температуры в 15–20 миллионов кельвинов. Каковы причины этого явления, пока никто не знает, но, как это происходит, учёные надеются узнать с помощью инструмента ТЕСИС.