CODEX чести НАСА изучить солнечную корону

4 ноября НАСА планирует запустить проект CODEX (Coronal Diagnostic Experiment) — инструмент будет создавать затмения по запросу с помощью блокирующего Солнце устройства, называемого коронографом. Об этом информирует веб-журнал Science.

Фото: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eclipse_total_de_sol_02_de_julio_de_2019_Chile_01.jpg by Yastay

Прикреплённый к Международной космической станции (МКС), он будет изучать "среднюю корону", слой атмосферы Солнца, который генерирует солнечный ветер, поток заряжённых частиц — в основном электронов, — которые расходятся от Солнца к Земле.

Впервые коронограф последовательно измеряет температуру и скорость солнечного ветра в этом регионе. Всего на несколько минут во время солнечного затмения Луна закрывает диск Солнца. Корона — верхняя атмосфера Солнца — обычно засвечивается сиянием яркого диска.

CODEX обеспечит "уровень детализации, которого мы никогда не могли получить раньше", — утверждает Николин Виалл (Nicholeen Viall), гелиофизик из Центра космических полётов имени Годдарда NASA и научный руководитель CODEX, 30-миллионной совместной работы NASA, Корейского института астрономии и космических наук (KASI) и Национального института астрофизики Италии.

Во всём мире изучают корону Солнца с земли и из космоса. Возможно, наиболее заметным является солнечный зонд Parker Solar Probe NASA, который в 2021 году стал первым космическим аппаратом, пролетевшим через корону. Но Parker исследует самые внешние части короны на расстоянии около 10 солнечных радиусов, тогда как другие солнечные телескопы фокусируются на её самых внутренних частях.

CODEX нацелен на среднюю корону, между 2,75 и 10 солнечными радиусами и будет наблюдать за солнечным ветром не просто в новом месте, но и новыми способами. Большинство коронографических инструментов измеряют общую яркость света, отражённого электронами в солнечном ветре, что соответствует плотности частиц и силе ветра.

Но коронограф CODEX, который блокирует Солнце диском размером с обеденную тарелку, также будет измерять скорость и температуру электронов, используя четыре фильтра, которые собирают корональный свет на определённых длинах волн.

Изменения температуры частиц изменяют форму спектра короны — интенсивность света на заданной длине волны. С помощью фильтров, отбирающих четыре точки на этом спектре, исследователи CODEX могут оценить его форму и работать в обратном направлении, чтобы вычислить температуру частиц.

Чтобы вычислить скорость, CODEX будет измерять сдвиги в четырёх отфильтрованных длинах волн, вызванные движением электронов к Земле или от неё. Сдвиги происходят из-за эффекта Доплера — по той же причине, по которой сирены скорой помощи визжат выше при приближении и понижаются по мере удаления.

Измерения могут помочь гелиофизикам разгадать давнюю тайну: механизмы, которые нагревают солнечный ветер до более чем 1 миллиона градусов по Цельсию и ускоряют его до более чем 1 миллиона километров в час.

Это были "ключевые нерешённые проблемы солнечной физики на протяжении десятилетий, — полагает гелиофизик из Goddard и главный исследователь (PI) CODEX Джеффри Ньюмарк (Jeffrey Newmark). — Мы собираемся добавить части к головоломке".

Существуют две основные теории, обе из которых включают преобразование магнитной энергии Солнца в тепловую энергию частиц солнечного ветра. Одна предполагает, что, когда запутанные и петлевые магнитные поля воссоединяются вблизи поверхности Солнца, они высвобождают всплески энергии в корону, которые возбуждают частицы солнечного ветра, пока они не преодолеют гравитацию Солнца.

Другая теория утверждает, что колебание волн Альвена, колебания в магнитном поле Солнца, которые проникают в корону и возвращаются обратно, также могут "впрыскивать" энергию в солнечный ветер. Однако эти теории не являются взаимоисключающими. Вероятно, имеют место оба механизма, предполагает Виалл.

Большую часть времени магнитное поле Земли может отражать и отклонять солнечный ветер. Но иногда вспышки интенсивной магнитной активности на Солнце приводят к выбросам корональной массы — мощным, похожим на капли выбросам солнечного ветра. Эти космические погодные явления могут вызывать визуально ошеломляющие полярные сияния, когда они врезаются в магнитное поле Земли, но энергичные частицы могут нанести вред астронавтам, нарушить работу спутников и помешать работе коммунальных электросетей.

Сбор большего количества данных должен помочь гелиофизикам приблизиться к прогнозированию космических погодных явлений так же, как метеорологи прогнозируют ураганы, резюмирует Виалл.

Однако расположение CODEX на МКС означает, что он может улавливать космические погодные явления только тогда, когда он случайно ориентирован на Солнце — примерно, чуть больше половины времени, добавляет специалист по солнечной астрономии из KASI и руководитель южнокорейской команды CODEX Ён-Хан Ким (Yeon-Han Kim).

Ещё одним преимуществом миссий, подобных CODEX, является их способность помогать гелиофизикам понимать другие звезды во Вселенной, говорит космофизик из Калифорнийского технологического института Кристина Коэн (Christina Cohen).

В следующем году НАСА и Европейское космическое агентство планируют запустить больше коронографических миссий для изучения короны и солнечного ветра Солнца, включая PUNCH (поляриметр для объединения короны и гелиосферы) и Proba-3.

Уточнения

Междунаро́дная косми́ческая ста́нция сокр. МКС (англ. International Space Station, сокр. ISS) — пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс.

Со́лнечный зонд «Па́ркер» (англ. Parker Solar Probe, ранее также Solar Probe, Solar Probe Plus или Solar Probe+) — автоматический космический аппарат НАСА для изучения внешней короны Солнца.

Солнечная корона — верхний, самый разреженный и горячий слой атмосферы Солнца. Состоит из плазмы (электронов и ионов).

Эффе́кт До́плера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения относительно наблюдателя (приёмника).