Solar Orbiter раскрывает тайну сверхбыстрых солнечных электронов

Солнце — не просто источник света и тепла, оно является мощнейшим космическим ускорителем, способным разгонять частицы до невероятных скоростей и выбрасывать их в глубины Солнечной системы. Эти энергичные частицы, в частности электроны, становятся частью сложной и динамичной картины солнечной активности, влияя на все — от работы спутников до безопасности космонавтов. Долгое время ученые пытались понять, откуда берутся эти частицы и как они связаны с теми или иными явлениями на Солнце. Теперь, благодаря миссии Solar Orbiter, ведомой Европейским космическим агентством (ЕКА), наука сделала большой шаг вперед: впервые удалось не просто наблюдать солнечные энергетические электроны (СЭЭ), но и четко разделить их на две группы, каждая из которых ведет свою «родословную» от разных типов солнечных явлений.

Solar Orbiter, космический аппарат международного сотрудничества ЕКА и НАСА, стал ключевым инструментом в раскрытии этой тайны. С момента своего запуска миссия приближалась к Солнцу ближе, чем любые предыдущие зонды, что позволило собирать данные в «первозданном» состоянии — до того, как солнечный ветер и магнитные поля успевают существенно повлиять на поведение частиц. В период с ноября 2020 года по декабрь 2022 года исследователи зафиксировали более 300 событий, связанных с выбросами энергичных электронов, используя восемь из десяти научных инструментов аппарата. Такой масштабный и многопрофильный подход стал возможен только благодаря уникальной орбите и техническим возможностям Solar Orbiter.

Результаты исследования, возглавленного Александром Вармутом из Института астрофизики имени Лейбница в Потсдаме, выявили два принципиально разных типа солнечных энергетических электронов. Первый тип — «импульсные» события — напрямую связан с солнечными вспышками, кратковременными, но чрезвычайно мощными взрывами, происходящими на ограниченных участках солнечной поверхности. Эти вспышки выбрасывают потоки электронов почти со скоростью света, которые затем устремляются в космос в виде резких всплесков. Второй тип — «постепенные» события — оказались связаны с корональными выбросами массы (CME), гигантскими извержениями горячего газа из солнечной короны. Эти выбросы, в отличие от вспышек, развиваются медленнее, но охватывают гораздо большие объемы и выбрасывают значительно больше частиц в течение длительного времени.

Одним из главных прорывов стало то, что ученые смогли установить четкую связь между тем, что происходит на Солнце, и тем, что регистрируется в межпланетном пространстве. Solar Orbiter не просто наблюдал за частицами издалека — он буквально пролетал сквозь потоки электронов, одновременно фиксируя активность на поверхности Солнца с помощью своих телескопов и других инструментов. Это позволило сопоставить момент выброса на Солнце с моментом прибытия частиц к аппарату, что ранее было затруднено из-за отсутствия данных на малых расстояниях от звезды.

Особый интерес вызвала загадка временной задержки между солнечными событиями и появлением энергичных электронов в космосе. Иногда, казалось бы, после мощной вспышки или выброса проходят часы, прежде чем поток частиц достигнет наблюдателя. Исследование показало, что это не только вопрос задержки в выбросе, но и сложного поведения электронов в межпланетном пространстве. Электроны, двигаясь по магнитным полям солнечного ветра, сталкиваются с турбулентностью, рассеиваются, меняют направление и теряют прямую связь с источником. Эти эффекты усиливаются с удалением от Солнца, что затрудняет их обнаружение и интерпретацию. Solar Orbiter, находясь близко к Солнцу, смог зафиксировать электроны до того, как эти искажения стали значительными, что дало возможность точнее определить время и место их ускорения.

Помимо фундаментального значения, это открытие имеет огромное практическое значение — особенно для прогнозирования космической погоды. Из двух типов событий именно те, что связаны с корональными выбросами массы, представляют наибольшую угрозу для технологий на Земле и в космосе. CME могут нести огромное количество высокоэнергетических частиц, способных повредить спутники, нарушить радиосвязь, вывести из строя системы навигации и даже угрожать здоровью астронавтов. Умение различать «импульсные» и «постепенные» события позволяет ученым точнее предсказывать, насколько опасным будет тот или иной выброс, и своевременно принимать меры по защите космической инфраструктуры.

Даниэль Мюллер, научный руководитель проекта Solar Orbiter в ЕКА, подчеркивает, что эта миссия уже за первые пять лет своей работы собрала беспрецедентный объем данных, создав уникальную базу для глобального научного сообщества.

Впереди — новые миссии, которые продолжат эту важную работу. В 2031 году ЕКА планирует запустить аппарат Vigil, который впервые обеспечит непрерывное наблюдение за «боковой» стороной Солнца — той частью, которая обычно не видна с Земли. Это позволит обнаруживать опасные солнечные явления задолго до того, как они повернутся к нашей планете, давая дополнительное время для подготовки. А уже в следующем году ожидается запуск миссии Smile, которая будет изучать, как магнитное поле Земли взаимодействует с солнечным ветром и выбросами частиц, помогая понять, как наша планета справляется с этими космическими ударами.

Таким образом, Solar Orbiter не просто расширил наши знания о Солнце — он открыл новую главу в исследовании солнечно-земных связей. Благодаря этой миссии мы впервые увидели четкую картину происхождения энергичных электронов, научились различать их типы и начали понимать, как они путешествуют по Солнечной системе. Это не просто научный успех — это шаг к более безопасному будущему в эпоху космических технологий, когда знание о Солнце становится знанием о собственной защите.