|
Сегодня, 10 февраля 2020 года в 07:03 по московскому времени (04:03 GMT) с космодрома на мысе Канаверал был запущен зонд Solar Orbiter (SolO) — совместная миссия Европейского космического агентства (ESA) и NASA для изучения Солнца. Планируемый срок основной миссии — до декабря 2026 года, но в случае сохранения работоспособности аппарата и научных приборов работа зонда может быть продлена до 2030 года (расширенная миссия).
Solar Orbiter сможет изучать невидимые с Земли полярные области Солнца. Это необходимо для того, чтобы лучше понять процессы, отвечающие за образование солнечного ветра — впечатляющих потоков плазмы, охватывающих всю Солнечную систему. Солнечный ветер может разгоняться до огромных скоростей — 300–800 км/с, но механизмы ускорения составляющих его заряженных частиц до сих пор не вполне ясны. Они связаны с магнитным полем солнечной короны, но мы пока плохо знаем, как именно формируется само это магнитное поле. С помощью Solar Orbiter ученые планируют получить данные, которые помогут ответить на эти вопросы. Наблюдение полюсов Солнца особенно важно потому, что магнитное поле в приполярных областях существенно отличается от экваториального.
В деле изучения полюсов нашей звезды SolO не первый — ещё в 1990 году с этой целью был запущен космический аппарат "Улисс" (Ulysses, см. Миссия "Улисса" завершена, но странствия продолжаются, "Элементы", 30.06.2009). Однако "Улисс" наблюдал Солнце издалека: в максимальном сближении расстояние между ним и Солнцем составляло примерно 200 млн км — на треть больше радиуса орбиты Земли (1 а. е. ≈ 149 млн км). "Улисс" обнаружил, что магнитное поле у солнечных полюсов гораздо слабее, чем ранее предполагалось, а также получил данные, подтверждающие, что раз в 11 лет солнечные магнитные полюса меняются местами. Аппарат регистрировал заряженные частицы солнечного ветра, проводил наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазонах, но на нём не было камер, работающих в оптическом диапазоне, так что снимков с "Улисса" у нас нет. Первые в истории фотографии солнечных полюсов должен сделать Solar Orbiter.
SolO будет вести наблюдения с гораздо меньшего расстояния, чем "Улисс". Уже при первом сближении в марте 2022 года он окажется примерно в 1/3 а. е. от Солнца, а затем выйдет на вытянутую эллиптическую орбиту с перигелием в 42,7 млн км от центра звезды. Это примерно на 3,3 млн км меньше радиуса орбиты Меркурия и на 1,3 миллиона — прежнего рекорда сближения с Солнцем, который был установлен в 1976 году аппаратом Helios-B и продержался более 40 лет. Сейчас, правда, этот рекорд уже побит зондом "Паркер" (Parker Solar Probe, см. картинку дня Солнечный зонд "Паркер"), запущенным в августе 2018-го, за полтора года до SolO. Совсем недавно, 29 января, "Паркер" пролетел всего в 18,6 млн км от Солнца, а в декабре 2024 года радиус перигелия его орбиты составит менее 7 миллионов километров — это меньше 10 радиусов Солнца и всего 6,2 млн км от солнечной поверхности!
Две миссии будут работать в окрестностях Солнца одновременно, изучая его с разных ракурсов. "Паркер" проникнет в ту область, где рождается солнечный ветер, а Solar Orbiter дополнит собранные им данные прямыми наблюдениями нашей звезды с несколько большего, но тоже достаточно близкого расстояния. Но главная "фишка" SolO — всё-таки выход из экваториальной плоскости Солнца, дающий возможность наблюдать его полярные области.
Все планеты Солнечной системы находятся в плоскости эклиптики, которая близка к экваториальной плоскости Солнца — угол между ними составляет всего 7° 15. Орбитальные космические аппараты, обращаясь вокруг Земли и двигаясь вместе с ней, тоже находятся в плоскости эклиптики и могут видеть Солнце только "сбоку". Для изучения солнечных полюсов мало подойти близко к звезде — нужно выйти из экваториальной плоскости и начать вращаться вокруг Солнца перпендикулярно или хотя бы наклонно к орбитам планет. Для этого нужно много энергии, и здесь нам на помощь приходят гравитационные маневры. Крупный объект может собственной гравитацией воздействовать на траекторию пролетающего мимо космического аппарата и изменять ее, чем и пользуются при планировании межпланетных миссий.
Самая массивная планета Солнечной системы — Юпитер, и именно его помощью воспользовался "Улисс". За счет маневра у Юпитера этот аппарат смог выйти на орбиту, почти перпендикулярную плоскости эклиптики (наклон 80 градусов), но за это пришлось заплатить большим расстоянием от Солнца. Solar Orbiter сможет подобраться гораздо ближе за счет того, что гравитационные маневры будут проводиться в основном у Венеры. Правда, из-за относительно небольшой массы этой планеты наклон траектории SolO к плоскости эклиптики в конечном итоге получится меньше — максимум 33 градуса (да и то уже после завершения основной миссии, в 2029 году).
План миссии Solar Orbiter. Два гравитационных маневра у Венеры и один у Земли позволят SolO выйти на необходимую для исследований орбиту, а последующие маневры у Венеры (всего их запланировано 5 в основной миссии и 8 — в расширенной) будут менять угол её наклона. В ходе основной миссии аппарат сможет выйти на орбиту, наклоненную к плоскости эклиптики только на 17 градусов; максимальный наклон — 33 градуса — запланирован уже на расширенную миссию. Изображение с сайта esa.int
Solar Orbiter укомплектован разнообразными научными приборами: детектором частиц высоких энергий (EPD); ультрафиолетовой камерой для получения изображений различных слоев солнечной атмосферы (EUI); магнетометром для подробных измерений интенсивности солнечного магнитного поля (MAG); коронографом для одновременного получения изображения короны в ультрафиолетовом и поляризованном видимом свете (Metis); прибором для поляриметрических и гелиосейсмологических исследований, который будет измерять магнитное поле фотосферы (PHI); прибором для изучения электромагнитных и электростатических волн в солнечной плазме (RPW); гелиосферной камерой для визуализации потоков солнечного ветра (SoloHI); корональной камерой для визуализации солнечной короны и фотосферы (SPICE); рентгеновским телескопом-спектрометром для спектроскопических исследований теплового и нетеплового солнечного рентгеновского излучения в диапазоне от 4 до 150 кэВ (STIX); прибором для измерения заряда, скорости и энергетических характеристик частиц солнечного ветра (SWA).
Solar Orbiter не смог бы ничего сделать без солнцезащитного экрана — ведь приборам предстоит работать в экстремальных условиях. Несколько слоев керамики и титана выдерживают радиацию в тринадцать раз более интенсивную, чем на орбите Земли, и температуру в 520°C. Если у других аппаратов для изучения Солнца (например, у зонда "Паркер") подобные щиты сплошные, то в экране Solar Orbiter есть небольшие окошки, через которые "выглядывают" камеры инструментов зондирования. При максимальных сближениях со звездой, то есть в самых неблагоприятных условиях, эти "дверные глазки" могут закрываться шторками.
Оптические системы приборов видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучения имеют каждая по несколько зеркал, отводящих лишнее излучение, и фильтров, не пропускающих излучение "не интересных" для данного прибора длин волн. Например, для прибора SPICE используют первичное зеркало из карбида бора, который прозрачен в большинстве диапазонов излучения, но хорошо отражает свет с длиной волны между 40 нм и 200 нм, который и идет дальше на обработку. Остальной свет проходит это зеркало насквозь и отражается в пространство вторичным зеркалом. Рентгеновский телескоп STIX защищен окном из бериллия толщиной 25 мкм. Такое окно прозрачно для рентгеновских лучей, но блокирует почти всё излучение с большей длиной волны.
Пожелаем миссии Solar Orbiter удачи и будем ждать ее научных результатов!
Анастасия Стебалина
|
