Nauka

NASA dotknie Słońca. Wysłała specjalną sondę Parker Solar Probe

Sonda Parker Solar Probe Sonda Parker Solar Probe NASA / mat. pr.
Celem nie jest zwykła, oddalona obserwacja naszej gwiazdy, lecz dotarcie niemal do jej powierzchni. Wydaje się to niemożliwe, a jednak: w stronę Słońca wyruszyła niezwykła sonda – amerykańska Parker Solar Probe.

Dlaczego Słońce jest tak bardzo ciekawe? Po pierwsze, umożliwia istnienie życia na Ziemi, ponieważ jest typowym żółtym karłem, a więc gwiazdą niezbyt dużą, ale też nie bardzo małą, która spośród całej ogromnej menażerii gwiazd jest najlepszym kandydatem na stworzenie i utrzymanie życia na otaczających ją planetach. To niebagatelny powód. Nie ma lepszego kandydata.

Po drugie, Słońce jest dość aktywną gwiazdą – ale nie za bardzo aktywną, na szczęście – jednak bardzo wpływa na tzw. pogodę kosmiczną niemal na wszystkich planetach. Na Ziemi też, i to bardzo. Ta aktywność już nie raz zaburzyła pracę naszych, ziemskich, systemów telekomunikacji, a nawet sieci energetycznych.

Wreszcie: Słońce wciąż skrywa przed nami wiele tajemnic. Jest tworem skomplikowanym, choć na szczęście dla nas, Ziemian, w miarę bezpiecznym. Większość gwiazd nie jest taka. Musimy się o nim jeszcze wiele dowiedzieć.

W skali ziemskiej Słońce jest niewyobrażalnie wielkie

To gigantyczna kula gazu (plazmy), skupionego siłami grawitacji, której średnica równa się 109 średnicom Ziemi, a powierzchnia odpowiada prawie 12 tys. powierzchni Ziemi. Masa Słońca to masa 334 tys. mas Ziemi. Słońce w całości składa się z plazmy (w tym w 74 proc. wodoru, 25 helu i 1 proc. innych pierwiastków), jednak słoneczna plazma ma w różnych obszarach inną gęstość i temperaturę. Najgęstsze i najcieplejsze jest jądro Słońca, które zajmuje obszar równy jednej czwartej promienia całej gwiazdy. Temperatura gęstego (150 razy gęstszego od wody) jądra to ponad 13,5 mln stopni.

To tam zachodzi główna reakcja termojądrowa, w wyniku której wodór Słońca zamieniany jest w cięższy hel. Z tej przemiany bierze się energia Słońca, a więc m.in. światło i ciepło, którymi cieszymy się na Ziemi. Nad jądrem znajduje się otoczka Słońca, czyli główna, składająca się z wielu warstw o różnej temperaturze, część gwiazdy. Nad nią zaczyna się atmosfera, też wielowarstwowa i zróżnicowana: więc najpierw fotosfera, potem chromosfera i wreszcie korona słoneczna. I właśnie tej korony mamy dosięgnąć.

Czytaj także: Słońce może być groźne: jak się przed nim chronić?

To, co czyni Słońce aktywnym, to jego pola magnetyczne. Słońce nie ma jednego, jednorodnego pola magnetycznego. Są ich setki i pokrywają, jak wielkie plamy, całą gwiazdę. Gdy dwa pola magnetyczne o przeciwnych kierunkach zetkną się, powoduje to nagłą zmianę energii tych pól i podgrzanie plazmy. W rezultacie, gdy pola magnetyczne anihilują, dochodzi do gigantycznej erupcji plazmy na zewnątrz. Nazywa się to rozbłyskiem słonecznym. Rozbłyski, powstające przede wszystkim w chromosferze i koronie słonecznej, są zwykle krótkotrwałe (od kilkunastu minut do półtorej godziny), ale w ich trakcie emitowane są największe ilości energii Słońca w postaci fal elektromagnetycznych oraz strumieni cząstek. W chromosferze dochodzi głównie do rozbłysków, których efektem są protuberancje oraz arkady pętli magnetycznych.

Protuberancje to wąskie łuki gęstej i stosunkowo zimnej plazmy (od kilku do kilkudziesięciu tysięcy stopni), uformowane polem magnetycznym, które wystrzeliwują ponad tarczę słoneczną. Są długie i wysokie na dziesiątki tysięcy kilometrów. Wokół protuberancji plazma ma ponad milion stopni, jednak pole magnetyczne skutecznie ją od tej wysokiej temperatury izoluje. Istnieją protuberancje łagodne i eruptywne. Te drugie są następstwem rozbłysków słonecznych, do których dochodzi zawsze w wyniku anihilacji magnetycznych pól.

Czytaj także: Samotny stary karzeł. Najstarsza gwiazda naszej Galaktyki

Obserwuje się jeszcze inny typ aktywności, niekiedy zaliczany do protuberancji – są to tzw. arkady pętli magnetycznych, które też powstają w wyniku rozbłysków. Potrafią trwać godzinami lub nawet kilka dni. Pętle układają się jedna obok drugiej, tworząc swoisty tunel plazmowo-magnetyczny. Gdy jedne pętle zanikają, pojawiają się nowe. Dlatego Słońce jest ciekawe.

Okno startowe dla niezwykłej sondy NASA – Parker Solar Probe

Okno otworzyło się 31 lipca 2018 r. i pozostanie otwarte przez 20 dni. Sonda Parker Solar Probe została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną na pokładzie rakiety Delta IV Heavy 12 sierpnia 2018 r. Jej wcześniejsza nazwa – „Solar Probe Plus” – została zmieniona, by upamiętnić Eugene′a Parkera, astrofizyka i badacza Słońca o niezwykłych zasługach. O wadze jego prac świadczy to, że Parker Solar Probe jest pierwszą na świecie misją kosmiczną nazwaną na cześć żyjącego naukowca. W trakcie planowanej na siedem lat misji sonda okrąży Słońce aż 24 razy i w tym czasie siedem razy przeleci też bardzo blisko Wenus, wtedy przyspieszy. Ostatnie trzy orbity będą najbliższe i wtedy sonda znajdzie się w odległości zaledwie niecałych sześciu milionów kilometrów od powierzchni Słońca. Prawie dotknie naszej gwiazdy.

Dla przypomnienia: Ziemia znajduje się w średniej odległości 150 mln kilometrów od Słońca. Większość swoich badań Parker Solar Probe przeprowadzi, pozostając już w granicach korony słonecznej, czyli bardzo rozgrzanej zewnętrznej warstwy atmosfery, w której rodzi się wiatr słoneczny. Znajdzie się siedem razy bliżej Słońca niż dotychczasowe sondy kiedykolwiek badające naszą gwiazdę, w obszarze, gdzie oddziaływanie słoneczne jest 500 razy silniejsze niż na orbicie Ziemi.

Czytaj także: Ikar wyłonił się z otchłani. Najdalsza gwiezdna obserwacja w historii

Temperatura otoczenia, z jaką Parker Solar Probe będzie musiała się zmierzyć, to ponad 1,5 tys. stopni Celsjusza, ale w takich warunkach jej instrumenty badawcze, by prawidłowo pracować, muszą pozostawać w temperaturze pokojowej. Zapewni to specjalna, 11-centymetrowa obudowa termiczna, wykonana z węglowych materiałów kompozytowych bardzo odpornych na wysokie temperatury. Sonda ma dwa rodzaje paneli słonecznych do pozyskiwania energii, pracujące w dalszej odległości od Słońca i w tej najbliższej. Te drugie to wysokotemperaturowe ogniwa specjalnie chłodzone.

Najwyższa i najgrubsza warstwa atmosfery słonecznej to właśnie korona. Temperatura w koronie wzrasta do 1,5–2 mln stopni i to w niej powstaje wiatr słoneczny. Tę wysoką temperaturę i wiatr wywołują tzw. fale Alvféna. Ich istnienie przewidział w 1942 r. słynny fizyk Hannes Alvfén, jednak obserwacyjnie zostały zidentyfikowane dopiero w 2007 r. Są to fale magnetyczne, które poruszają strugami plazmy w koronie, podobnie jak ruchy wody w oceanie poruszają wodorostami.

Czytaj także: Dlaczego Słońce i Księżyc są większe tuż nad horyzontem?

Ten ruch niezwykle rozgrzewa koronę słoneczną, przez co jej cząstki osiągają ogromne prędkości i mogą uciec ze Słońca pod postacią wiatru słonecznego. Sinusoidalne fale Alvféna poruszają się z prędkością ponad 40 km na sekundę i pojawiają się w interwałach 150–550-sekundowych. Przekazują też znacznie więcej energii, niż wcześniej sądzono. W koronie dochodzi też do najbardziej potężnych rozbłysków i w rezultacie do tzw. koronarnych wyrzutów masy, które kształtują tzw. pogodę kosmiczną, mającą znaczny wpływ na Ziemię.

Parker Solar Probe ma cztery instrumenty badawcze: do analizy słonecznego pola magnetycznego, stanu słonecznej plazmy, wysoko energetycznych cząstek wiatru słonecznego oraz obrazowania przepływów tego wiatru. Jej misja potrwa do 2025 r. Wtedy właśnie Parker Solar Probe najbardziej zbliży się do Słońca.

Specjaliści z NASA uważają, że misja ta dokona przełomu w badaniach Słońca, szczególnie w badaniach mechanizmu powstawania wiatru słonecznego i przedostawania się wysokoenergetycznych cząstek w głąb naszego Układu. To z kolei powie nam wiele nie tylko o naszym Słońcu, ale też w ogóle o gwiazdach typu słonecznego, czyli o żółtych karłach, których w kosmosie jest całkiem sporo; w naszej Galaktyce prawie 10 proc.

Misja będzie kosztować Stany Zjednoczone 1,5 miliarda dolarów.

Czytaj więcej: Badania kosmiczne – drogie, ale niezbędne

[Tekst jest aktualizowaną wersją artykułu z maja 2017 r.]

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Ja My Oni

Jaka jest granica między normalnością a chorobą psychiczną?

Norma psychiczna – czy to w ogóle możliwe, by ją ustalić.

Anna Tylikowska
22.11.2016
Reklama