Potężne rozbłyski, zapierające dech w piersiach widoki biegunów słonecznych i zadziwiający słoneczny „jeż” to tylko niektóre ze zjawisk zaobserwowanych ostatnio przez Solar Orbiter podczas jego pierwszego zbliżenia do Słońca. Mimo że naukowcy dopiero zaczęli analizować najnowsze dane, już mamy niezwykły wgląd w pole magnetyczne Słońca i jego wpływ na pogodę kosmiczną.

Solar Orbiter osiągnął punkt najbliższy Słońcu, czyli peryhelium, 26 marca. Sonda znajdowała się bliżej Słońca niż Merkury, trzy razy bliżej naszej gwiazdy centralnej niż Ziemia. Temperatura na osłonie termicznej Solar Orbitera dochodziła do aż 500⁰C.

Na pokładzie sondy znajduje się dziesięć instrumentów naukowych pracujących razem, aby umożliwić jak najlepsze zbadanie naszej gwiazdy centralnej. Niektóre z nich obserwują Słońce, podczas gdy inne monitorują warunki wokół Solar Orbitera. Dzięki temu naukowcy mogą „połączyć kropki” – na podstawie tego, jak wygląda Słońce i jakie warunki panują w okolicy sondy zrozumieć, jakie zdarzenia na powierzchni Słońca stoją za zmianami pogody kosmicznej.

W trakcie peryhelium satelita jest w stanie wykryć jeszcze więcej detali. Sonda zaobserwowała z bliska parę rozbłysków słonecznych, w tym jeden skierowany w stronę Ziemi. Dzięki temu zasmakowaliśmy, jak w przyszłości będzie mogło wyglądać prognozowanie pogody kosmicznej, bardzo ważne dla przyszłych misji kosmicznych.

Słoneczny jeż

Zdjęcie słonecznego „jeża”.

Większość zjawisk, które decydują o pogodzie kosmicznej, zachodzi w koronie słonecznej. Na podstawie danych o aktywności w tej części atmosfery gwiazdy, naukowcy próbują zrozumieć, co ją powoduje. Nie jest to jednak proste, ponieważ Solar Orbiter przekazał bardzo dużo danych. Po wykryciu zdarzenia, którego nie są w stanie od razu rozpoznać, naukowcy muszą sprawdzić, czy coś podobnego zostało już kiedyś zaobserwowane.

Jednym z takich ciekawych zdarzeń jest tzw. „jeż”. Rozciąga się na powierzchni 25 000 kilometrów. Jego nazwa pochodzi od wielu pików zimnego i gorącego gazu, które są skierowane w różne strony.

Łączenie kropek

Głównym celem misji Solar Orbiter jest zrozumienie zależności między Słońcem i heliosferą. Heliosfera to obszar, w którym watr słoneczny, czyli strumień naładowanych cząstek wyemitowanych przez Słońce, jest silniejszy niż wiatr galaktyczny.

Aby zrozumieć, jak Słońce wpływa na heliosferę, naukowcy analizują ruch cząsteczek i zmiany pola magnetycznego wykrywane przez Solar Orbitera. Następnie łączą je z zarejestrowanymi wcześniej wydarzeniami na powierzchni Słońca.

Zadanie to nie jest proste, ponieważ pole magnetyczne wokół naszej gwiazdy centralnej jest niezwykle skomplikowane. Na szczęście im bliżej Słońca znajduje się Solar Orbiter, tym łatwiej jest podążyć za strumieniem cząsteczek do wydarzenia na Słońcu po liniach pola magnetycznego. Pierwsze peryhelium posłużyło jako test, czy takie śledzenie będzie możliwe, a jego wyniki są bardzo obiecujące.

21 marca, kilka dni przed osiągnięciem peryhelium, sonda wykryła chmurę naładowanych cząsteczek za pomocą EPD – detektora energetycznych cząstek. Te o największej energii dotarły jako pierwsze, a za nimi podążały coraz słabsze. Według naukowców może to oznaczać, że powstały w atmosferze Słońca, blisko powierzchni. Tego samego dnia sonda wykryła fale radiowe, wytwarzane przez elektrony poruszające się wzdłuż linii pola magnetycznego. Umożliwił jej to eksperyment RPW (wykrywacz fal radiowych i plazmy).

W tym samym czasie Solar Orbiter zaobserwował na Słońcu zdarzenia, które mogły spowodować wyrzut plazmy. Umożliwiły mu to EUI, robiący zdjęcia w ultrafiolecie, i STIX, teleskop wrażliwy na fale rentgenowskie. To właśnie dzięki niemu możliwe było zaobserwowanie tych cząsteczek, które zostały w atmosferze Słońca. Przy zderzeniu z atomem elektron wytwarza fale rentgenowskie, rejestrowane przez STIX.

Zdjęcie południowego bieguna Słońca.

Dzięki połączeniu danych z powyższych urządzeń możliwe było określenie, co dokładnie spowodowało wyrzut plazmy. Według naukowców mógł to być szok koronalny, spokojniejsza wersja rozbłysku. Możliwe jest także, że cząsteczki pochodziły z więcej niż jednego źródła.

Kolejną ciekawą rzeczą związaną z tym zdarzeniem jest to, że magnetometr zamieszczony na sondzie nie wykrył żadnych anomalii, kiedy chmura przechodziła przez sondę. Nie jest to jednak nic dziwnego. Koronalnemu wyrzutowi masy zazwyczaj towarzyszy silne pole magnetyczne. Cząsteczki podróżują jednak znacznie szybciej niż wyrzut i zajmują zdecydowanie większy obszar. Dlatego bardziej prawdopodobne jest wykrycie samej chmury cząstek, bez zmian pola magnetycznego.

Jeśli chodzi o pole magnetyczne Słońca, wszystko zaczyna się na jego powierzchni, fotosferze. To właśnie tam wytworzone we wnętrzu gwiazdy pole jest uwalniane na zewnątrz. Aby lepiej je poznać, Solar Orbiter obserwuje, gdzie powstają bieguny magnetyczne na Słońcu, a także zmarszczenia powierzchni spowodowane falami sejsmicznymi, podróżującymi w głębszych warstwach atmosfery.

Oprócz tego Solar Orbiter ma na swoim pokładzie SPICE, specjalne urządzenie do obserwowania składu korony słonecznej. Mapy przez niego stworzone mogą być później porównane ze składem chmur rejestrowanych przez sondę, co pozwala na stwierdzenie, skąd dokładnie ona pochodzi.

Prognozowanie pogody kosmicznej

Dzięki połączeniu danych z tych wszystkich urządzeń, naukowcy będą w stanie opisać proces powstawania wiatru słonecznego od powierzchni Słońca w przestrzeń, do Solar Orbitera i Ziemi. Dzięki tej wiedzy w przyszłości możliwe będzie stworzenie systemu przewidywania pogody kosmicznej w okolicy Ziemi na żywo. Przedsmak takiego systemu dostaliśmy od sondy jeszcze przed osiągnięciem przez nią peryhelium.

ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & STIX Teams

Rozbłysk słoneczny

Solar Orbiter przemieszczał się w stronę Słońca, oddalając się od Ziemi. Przy takim położeniu pogoda kosmiczna, którą rejestrowała sonda, była taka sama jak na Ziemi parę godzin później. Dzięki temu, że satelita cały czas przesyłał dane na Ziemię z prędkością światła, docierały one do naukowców już po kilku minutach. W takim właśnie położeniu Solar Orbiter zarejestrował kilka koronalnych wyrzutów masy, skierowanych bezpośrednio w stronę Ziemi.

Uderzyły one w sondę 10 marca. Przy użyciu danych z magnetometru naukowcy ustalili, kiedy wiatr uderzy w Ziemię. Ogłoszono tę informację w internecie, dzięki czemu pasjonaci astronomii mogli przygotować się na obserwację zorzy polarnej 18 godzin później, o przewidzianej godzinie.

To doświadczenie dało nam przedsmak tego, co może nam dać prognozowanie pogody kosmicznej w przyszłości. To zagadnienie jest bardzo ważne, ponieważ może zwiększyć bezpieczeństwo przyszłych misji kosmicznych.

ESA planuje misję Vigil, mającą znaleźć się na takiej orbicie wokół Słońca, która pozwoli jej obserwować koronalne wyrzuty masy przed ich dotarciem do Ziemi. W trakcie przebywania w peryhelium Solar Orbiter był ustawiony dokładnie w taki sposób. Za pomocą instrumentów Metis i SoloHI obserwował Słońce, aby następnie wysłać zebrane dane na Ziemię.

Metis zajmuje się robieniem zdjęć korony Słonecznej, obejmujących od 1,7 do 3 promieni Słońca. Dzięki zaciemnieniu samej tarczy słonecznej jest w stanie zaobserwować także te ciemniejsze rejony korony. Te zdjęcia dają podobną ilość informacji co zdjęcia robione z Ziemi podczas zaćmień Słońca, ale są przesyłane przez cały czas, a nie tylko przez kilka minut.

SoloHI robi zdjęcia światła słonecznego odbijanego przez elektrony wiatru słonecznego. 31 marca jeden z zaobserwowanych rozbłysków słonecznych okazał się być najsilniejszym spośród dotychczas zaobserwowanych. Dane zebrane w jego trakcie nie zostały jeszcze przeanalizowane, ponieważ Solar Orbiter jest zbyt daleko od Ziemi i nie jest w stanie ich przesłać w całości.

Co dalej?

Naukowcy mają teraz przed sobą dużo pracy. Pierwsze tak bliskie peryhelium było dużym sukcesem i przekazało na Ziemię mnóstwo danych o wysokiej jakości, w tym informacje o niezbadanych wcześniej biegunach Słońca. A jest to dopiero początek. Sonda już przymierza się do osiągnięcia kolejnego peryhelium, 13 października. Będzie wtedy jeszcze bliżej Słońca, około 0,29 au od niego. Zanim do tego dojdzie, 4 września Solar Orbiter już trzeci raz przeleci obok Wenus.

18 lutego 2025 roku Solar Orbiter minie Wenus czwarty raz. To zwiększy nachylenie orbity sondy do około 17 stopni. Piąte spotkanie z Wenus 24 grudnia 2026 roku zwiększy je do 24 stopni, co rozpocznie fazę misji na wysokich szerokościach geograficznych Słońca. W jej trakcie Solar Orbiter zaobserwuje z bliska bieguny gwiazdy. Dzięki temu możliwe będzie lepsze zrozumienie skomplikowanego pola magnetycznego tych regionów, co może przybliżyć nas do odkrycia sekretu jedenastoletnich cykli aktywności słonecznej.

Pierwsze peryhelium dostarczyło olbrzymią ilość danych, a to dopiero początek misji. Co jeszcze uda nam się zrozumieć dzięki Solar Orbiterowi?

Autor

Małgorzata Jędruszek