Ближе ксолнцу: слежка залюбимой звездой

К началу космической эры о Солнце было известно много. Ученые прекрасно воображали себе его состав (по большей части водород и гелий) и механизм генерации энергии (термоядерные реакции). Были накоплены архивы сведений о вспышках и солнечных пятнах, радиошумах и магнитных полях, температуре внешних слоев (фотосферы, солнечной короны и хромосферы), динамике солнечной и околосолнечной плазмы, истечении коронального газа (солнечном ветре) и его влиянии на земную магнитосферу.

Но многие глубинные связи между этими явлениями были установлены только в ходе систематических наблюдений Солнца посредством аппаратуры, установленной на космических платформах.

Ветреное светило

В 1960-х чуть ли не главным направлением космической солнечной астрономии стало изучение солнечного ветра. Данный феномен на качественном уровне был предсказан еще в 1916 году норвежским геофизиком (семикратным Нобелевским номинантом) Кристианом Биркеландом (а три года спустя к такому же заключению пришел оксфордский доктор физических наук Фредерик Линдеман, потом основной научный советник армейского кабинета Черчилля).

В первой половине 50-ых годов XX века германский астролог Людвиг Бирман создал динамическую модель солнечной короны, из которой вытекало существование радиального потока заряженных частиц. Семью годами позднее американец Юджин Паркер опубликовал более полную теорию этого потока, что именно он и назвал «солнечным ветром».

Паркер продемонстрировал, что солнечная корона является источником радиальных струй частиц, в основном электронов и протонов, каковые по мере удаления от Солнца не тормозятся, а ускоряются! Это разъясняется тем, что при уменьшении силы тяготения плазма из дозвукового режима перемещения переходит в сверхзвуковой, подобно тому, как это происходит в сопле Лаваля. Выводы Паркера смотрелись такими парадоксальными, что его рукопись отвергли двое критиков, и ее напечатали только согласно решению редактора Astrophysical Journal, известного Чандрасекара.

Существование солнечного ветра было в первый раз подтверждено экспериментально в 1959—1961 годах при прямом измерении параметров межпланетной плазмы, выполненном советскими автоматическими станциями «Луна-1», «Венера-2» и «Луна-1» (руководил опытами основной конструктор радиопередатчика первого спутника Константин Грингауз, в те времена управлявший отделом космических изучений в Радиотехническом университете АН СССР). Предсказанное Паркером ускорение частиц солнечного ветра было убедительно зарегистрировано плазменным спектрометром американского венерианского зонда Mariner-1, запущенного в августе 1962 года. Позднее новые широкие информацию о солнечном ветре были взяты бортовой аппаратурой американских спутников серии Explorer и космических зондов Pioneer.

Первые шаги

С 1960 года США начали запускать бессчётные специальные научные спутники для наблюдения Солнца. Первым из них был 19-килограммовый SOLRAD-1, предназначенный для регистрации солнечной радиации. В общем итоге в околоземное пространство послали 10 таких аппаратов, все в рамках проектов ВМФ. В марте 1962 года NASA вывело на орбиту 200-килограммовый спутник Orbiting Solar Observatory-1 (OSO-1), за ним последовали более тяжелые аппараты серии (последний, OSO-8, — в 1975-м).

Эти обсерватории оснащались УФ- и счётчиками и рентгеновскими телескопами гамма-излучения. Показания устройств разрешили узнать, что солнечные вспышки не только светят в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах, вместе с тем являются источником заряженных частиц, рентгеновских лучей и радиоволн, а иногда кроме того гамма-излучения.

Самые поздние модификации станций серии OSO имели важный вес: OSO-7 — 635 кг, OSO-8 — 1066 кг. Но и если сравнивать с ними солнечная обсерватория NASA, выведенная на орбиту в феврале 1980-го, казалась великаном — предполетная масса 2,4 т! Она предназначалась для мониторинга Солнца во время большой активности, из этого и наименование Solar Maximum Mission (SMM, либо Solar Max).

Данной станции выпала не через чур легкая часть. Меньше чем через год по окончании запуска отказал один из четырех гироскопов и наведение аппаратуры стало неосуществимым. Устранить неполадки NASA удалось нескоро: только в апреле 1984 года экипаж корабля Challenger вернул станцию к активной судьбе.

К сожалению, неповторимый из ее устройств, первый в мире телескоп, предназначенный для наблюдений Солнца в рентгеновских лучах высоких энергий, исправить не удалось.

самый важным итогом работы SMM стало определение солнечной постоянной с ранее недоступной точностью. Ее значение зависит от активности Солнца, но его колебания составляют десятые доли процента. Анализ долгосрочных показаний бортового радиометра станции SMM продемонстрировал, что солнечная постоянная возрастает в пике солнечной активности, в то время, когда число солнечных пятен особенно громадно.

Это поразило экспертов, потому, что температура пятен на 1,5−2 тысячи градусов ниже средней температуры солнечной поверхности. Но пятна окружены более яркими (следовательно, тёплыми) волокнистыми структурами — фотосферными факелами. В случае если пятна снижают суммарную мощность солнечного излучения, то факелы ее увеличивают, причем в пара большей степени, исходя из этого баланс выясняется хорошим.

Это было совсем доказано к концу 1980-х, и полученные с SMM результаты прекратили смотреться парадоксом.

Плоды миниатюризации

Через год по окончании запуска SMM японские ученые послали в околоземное пространство маленькую (195 кг) солнечную обсерваторию Astro A (второе имя — Hinotori, «птица Феникс»), которая протянула до июля 1991 года. Через полтора месяца по окончании ее смерти с того же космодрома Кагошима ушла в космос более идеальная станция Yonkoh («Солнечный луч»). При массе вшестеро меньше, чем у Solar Max, ее возможности были приблизительно такими же благодаря ультрасовременной начинке.

Один из двух телескопов Yonkoh трудился в диапазоне твёрдого рентгена, второй был настроен на голубые фотоны и мягкий рентген с длиной волны 460−480 нм. Станция несла кроме этого несколько рентгеновских спектрометров, один из которых регистрировал и гамма-излучение. По окончании 10 лет успешной работы 14 декабря 2001 года на протяжении затмения Yonkoh утратила ориентацию на Солнце, ее батареи разрядились и она вышла из строя.

Скоро ей на смену придет новая японская орбитальная обсерватория Solar-B.

Космическая одиссея «Улисса»

Орбиты всех неестественных спутников Почвы, как и орбита отечественной планеты, лежат в плоскости эклиптики. Дабы выйти за ее пределы, Людвиг Бирман еще в 1965 году начал пробивать запуск беспилотного аппарата, талантливого взглянуть на Солнце «с вторых сторон». Позднее эту идею поддержали Европейская организация космических изучений и NASA.

Во второй половине 70-ых годов двадцатого века был кроме того подписан меморандум о запуске американской и европейской солнечных обсерваторий, каковые должны были пройти над солнечными полюсами и совершить детектирование корональных частиц, испускаемых более либо менее перпендикулярно эклиптике. Спустя два года из-за бюджетных ограничений NASA отказалось участвовать в этом проекте, что стало причиной важным осложнениям в его отношениях с патнер из Евросоюза. Однако ЕКА все же решило завершить строительство собственной станции Ulysses («Улисс»), и в первой половине 80-ых годов XX века она была полностью готова.

Аппарату было нужно ожидать шесть лет, пока NASA не послало его на околоземную орбиту на шаттле Discovery. После этого 367-килограммовый зонд включил маршевые двигатели и в феврале 1992 года достиг окрестностей Юпитера. Разогнавшись в гравитационном поле планеты-гиганта, Ulysses практически вертикально выскочил из плоскости эклиптики и в августе 1994 года прошел на расстоянии 330 млн. км над южным полюсом Солнца.

После этого снова пересек плоскость эклиптики и в июле 1995-го пролетел над северным солнечным полюсом. Наряду с этим «Улисс» функционировал столь безупречно, что ему разрешили пойти на второй круг и еще раз пролететь над солнечными полюсами (в 2000 и 2001 годах). Если не произойдёт неожиданностей, в феврале 2007 года он снова посмотрит на Солнце с юга, а в январе 2008 года — с севера.

Задачи «Улисса» не ограничиваются отслеживанием солнечного ветра, дующего вне плоскости эклиптики. Его аппаратура определяет параметры космических магнитных полей и плотность межпланетной и межзвездной пыли, ведет мониторинг рентгеновского излучения Солнца и космических гамма-всплесков а также пробует зарегистрировать гравитационные волны.

Космическое Сохо

Слово «Сохо» вызывает у астрологов ассоциацию вовсе не с одним из английских районов, а с сокращением SOHO, SOlar and Heliospheric Observa-tory. В разработке научного оборудования данной станции ЕКА учавствовали США, япония и Россия. 2 декабря 1995 года американская ракета Atlas II-AS доставила ее в околоземное пространство, откуда 1850-килограммовая станция начала независимое путешествие.

14 февраля, за шесть недель до расчетного срока, она вышла на расчетную орбиту около точки Лагранжа L1, которая находится в 1,5 млн. км от отечественной планеты на линии, соединяющей Солнце и Землю.

В феврале 1999 года в бортовые компьютеры SOHO закачали новые программы, разрешившие возможность нацеливать ее устройства при помощи ориентации по звездам. на данный момент обсерватория всецело функционирует, не смотря на то, что все три ее гироскопа в далеком прошлом вышли из строя, — это первый случай прецизионной стабилизации космического аппарата без помощи гироскопов. В полной мере быть может, что она прослужит еще большой срок, поскольку горючего ей хватит лет на десять, в противном случае и больше.

SOHO ни при каких обстоятельствах не попадает в тень отечественной планеты и потому может беспрерывно следить за Солнцем. Около точки Лагранжа она вращается по эллипсу с длиной солидной полуоси порядка 300 000 км. Так что через солнечный диск она не проходит, что облегчает прием ее сигналов на фоне солнечного радиошума.

Научное оборудование SOHO складывается из 12 устройств неспециализированной массой 610 кг. Четыре установки смотрят за солнечным ветром, пять ведут мониторинг солнечной короны и атмосферы, три изучают сейсмику отечественного светила — строение и структуру его недр. «Я думаю, главные успехи SOHO лежат в области гелиосейсмологии, изучении звуковых волн, каковые рождаются в глубине Солнца и достигают его поверхности. Эти волны несут очень много информации о динамике и структуре солнечных недр.

Я пологаю, что, в то время, когда на помощь SOHO придет новый аппарат для изучения внутренностей Солнца — Solar Dynamics Observatory (SDO), мы сможем продвинуться еще дальше». Так оценивает работу обсерватории научный координатор американской части программы Уильям Вагнер. «Кстати, кроме наблюдений за Солнцем SOHO зарекомендовала себя очень результативным ассистентом охотников за кометами. В августе прошлого года общее число таких кометных открытий достигло тысячи и увеличивается».

Солнечная плеяда

«В последних числахИюля либо в первых числах Августа NASA собирается запустить два солнечных спутника STEREO, Solar TErrestrial RElations Observatory, — додаёт Вагнер. — Они будут двигаться по той же орбите, что и Почва, один сзади отечественной планеты, а второй — в первых рядах. Эти аппараты будут создавать мониторинг процессов формирования солнечного ветра, в особенности выбросов замечательных потоков вещества из солнечной короны. В разработке устройств для них учавствовали Англия, Франция, ФРГ, Венгрия и Швейцария.

В первых числах Мая обе обсерватории были доставлены на мыс Канаверал для установки и окончательной отладки на верхнюю ступень ракеты-носителя ‘Дельта-2′.

В августе 2008 года к компании солнечных обсерваторий присоединится еще одна — SDO, Solar Dynamics Observatory. «Это будет сверхтяжелый спутник с массой около 3100 кг, выведенный ракетой Atlas на геостационарную орбиту, — поведал «ПМ» координатор проекта Алексей Певцов из директората гелиофизики NASA. — Один из трех его устройств будет измерять суммарный поток самого коротковолнового солнечного ультрафиолета, второму предстоит отслеживать звуковые волны в фотосфере Солнца и измерять компоненты фотосферного магнитного поля с высоким разрешением и в проекции на все три пространственные оси. SDO станет кроме этого платформой для четырех телескопов, предназначенных для изучения Солнца в нескольких фрагментах ультрафиолетового диапазона».

Российская Федерация также не остается в стороне. Прожившая семь лет обсерватория «КОРОНАС-И» (Комплексные ОРбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца) стартовала из Плесецка 2 марта 1994 года в год спокойного Солнца.

Ее сменщица «КОРОНАС-Ф» ушла на орбиту 31 декабря 2001 года и 6 июля 2005 года разрушилась в нижних слоях воздуха. «Полет обсерватории «КОРОНАС-И» был не в полной мере успешным, а вот «КОРОНАС-Ф» дала большое количество полезнейшей информации, — высказался по поводу результатов этих опытов директор Университета земного магнетизма, распространения и ионосферы радиоволн РАН Владимир Кузнецов. — Ее устройства смотрели за Солнцем в фазе спада его активности. В осеннюю пору 2003 года она зарегистрировала замечательнейшие солнечные вспышки, равных которым не наблюдалось три десятилетия.

Обсерватория кроме этого передала ответственную данные о проникновении высокоэнергетичных частиц солнечного ветра в земную магнитосферу». на данный момент уже практически готов третий спутник данной серии «КОРОНАС-Фотон», что предполагается запустить в 2007 либо 2008 году. Он по большей части будет отслеживать самое коротковолновое солнечное излучение — рентген и гамма-лучи.

Штурм солнечных тайн длится.

Солнечный ветер и солнечная постоянная

на данный момент как мы знаем, что частицы короны начинают собственный перемещение от Солнца со скоростями порядка сотен метров в секунду. На дистанции нескольких солнечных радиусов они достигают звуковой скорости (100−150 км/с), а у орбиты Почвы — от 300−400 км/с (обычные значения) до 800 км/с. Центрами испускания солнечного ветра помогают так именуемые корональные дыры, собственного рода полости в короны, откуда во внешнее пространство выходят магнитные силовые линии.

Эти структуры были открыты еще во второй половине 50-ых годов XX века, но их сообщение с солнечным ветром удалось прояснить только в 1970-е годы.

Термином «солнечная постоянная» астрологи обозначают поток солнечного излучения, что проходит за единицу времени через перпендикулярную лучам площадку единичной площади, расположенную в открытом космосе на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (другими словами на уровне орбиты Почвы). Солнечную постоянную возможно измерить и на земной поверхности, но в этом случае нужно внести поправки на поглощение лучей в воздухе, которое является источником важных неточностей.

От величины солнечной постоянной зависит общее число лучистой энергии, которое отечественная планета приобретает от Солнца, так что данный показатель интересует не только астрологов, но и геофизиков, экологов, метеорологов и, само собой разумеется, климатологов. Кстати, на климатических моделях видно, что возрастание солнечной постоянной всего на один процент повышает среднегодовую температуру земной поверхности на один-два градуса.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№45, июль 2006).

Случайные записи:

• Как подружиться сбелым медведем, прыгнуть сэвереста испасти банкомат
• 10 Невероятных изобретений древних греков

Солнце — ЛОКАЛЬНЫЙ электрический фонарь.

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Наэфирных парусах: космический парусник

  В первый раз солнечный парусник показался на страницах фантастического романа Жоржа ле Фора и Анри де Граффиньи «Неординарные приключения русского…

• Звезды воруют планеты?

  Считается, что в отечественной галактике скитаются миллиарды бесхозных планет . Эти миры – межзвездные сироты , каковые не прибились ни к одной звезде….

• Планеты могут пережить смерть звезды?

  Ученые нашли совокупность планет, которым, наверное, удалось выжить по окончании поглощения их погибшей звездой. Это открытие поднимает вопросы о судьбе…

• Они были первыми: самые старые звезды

  Рождение первой звезды Суперсветила Астрологам известны совсем новенькие суперсветила. Пальма первенства в собственности звезде R136a1, открытой в 2010…