8 Minutės
Naujas laiko sąnaudos (time-lapse) vaizdo įrašas iš Europos kosmoso agentūros (ESA) misijos Proba-3 nušluosto akinantį Saulės spindesį ir atidengia vidinę koronos dalį švelniai geltonu atspalviu, užfiksuodamas keletą neįprastų protuberancijų (prominencijų) įsiveržimų. Naudodama du palydovus, skrendančius itin tiksliu formavimosi režimu, Proba-3 sukuria dirbtinius užtemimus, kurie leidžia instrumentams tirti sritis, paprastai paslėptas už ryškaus Saulės disko.
Du Proba-3 palydovai skrenda tiksliu formavimosi režimu maždaug 150 m atstumu vienas nuo kito ir taip sudaro išorinį koronografą kosmose — vienas palydovas uždengia Saulę, kad kitas galėtų tirti kitaip nematomą Saulės koroną.
Kaip Proba-3 suformuoja užtemimą orbitoje
Proba-3 yra eksperimentinė ESA misija, sudaryta iš dviejų mažų palydovų, skrendančių maždaug 150 metrų atstumu vienas nuo kito ir turinčių labai tikslią padėties valdymo sistemą. Kai palydovai yra idealiai sulygiuoti, priekyje esantis palydovas blokuoja Saulės fotosferą, o už jo sekantis nešioja ASPIICS — išorinį koronografą, kuris fiksuoja silpną koronos šviesą be tiesioginio saulės spindulio trikdžių. Tai ką nors panašaus į visišką Saulės užtemimą, atkurtą pagal poreikį iš kosmoso — kartotinai ir kontroliuojamai, kad būtų galima atidengti ploną, bet svarbią Saulės išorinę atmosferą.
Tokia formacija ir operacija reikalauja preciziško padėties valdymo (formation flying) ir tiksliai sinchronizuotų manevrų. Panaši technologija atveria galimybę tirti sritis tarp fotosferos ir tolimosios koronos, kur formuojasi magnetinės linijos ir kur prasideda procesai, lemia kosminės aplinkos (space weather) pokyčius. Be to, dirbtiniai užtemimai leidžia atlikti pakartotinus stebėjimus toje pačioje vietoje ir tuose pačiuose spektrojuose, taip gaunant vienodesnius ilgalaikius duomenis, kuriuos sunku būtų gauti jokiomis kitomis priemonėmis.
Ši animacija apjungia ASPIICS koronografo duomenis (vidinė Saulės korona geltonu atspalviu) ir NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) Atmosferos vaizdavimo komplekso (AIA) vaizdus (Saulės diskas tamsiai oranžine spalva).
Ką parodo laiko sąnaudos: retai, bet greiti protuberancijų įsiveržimai
Stebėjimų lange 2025 m. rugsėjo 21 d., kai ASPIICS dirbo su padidintu intensyvumu, instrumentas fiksavo po vieną kadrą kas penkias minutes ir per maždaug penkias valandas užfiksavo tris atskirus protuberancijų įsiveržimus. Protuberancijos yra tankesnio ir santykinai vėsesnio plazmos darinio struktūros, kabosiančios virš Saulės paviršiaus magnetinių laukų gniaužtuose; jos gali ištempti, suyra į fragmentus arba sprogti — išmesti dalį saulės medžiagos į kosmosą. Kelių įsiveržimų užfiksavimas per tokį trumpą laiką yra netipinis reiškinys, todėl Proba-3 sekvencija suteikia vertingą galimybę nuosekliai stebėti dinamiką, dešimtims minučių ir valandoms fiksuojant vystymąsi.
Tokio tipo observacijos leidžia tyrėjams ne tik fiksuoti fizinius parametrus — pavyzdžiui, plazmos tankį, greitį ir judėjimo trajektorijas — bet ir analizuoti ryšius tarp protuberancijų destabilizavimo ir greitėjančio magnetinių laukų persitvarkymo. Ilgesnių laiko tarpų sekos padeda suprasti, kaip smulkūs vietiniai pokyčiai gali peraugti į didesnius reiškinius, pavyzdžiui, koronalines masių išmetimus (CME), kurie turi tiesioginį poveikį erdvės orų prognozėms.
„Korona yra nepaprastai karšta — maždaug du šimtus kartų karštesnė už Saulės paviršių“, — teigia ASPIICS pagrindinis tyrėjas Andrei Zhukov iš Belgijos Karališkosios observatorijos. „Karts nuo karto šalia Saulės pastebimos santykinai vėsesnės plazmos struktūros — nors jos vis tiek siekia apie 10 000 °C, jos gerokai vėsesnės už aplinkinę milijoninę koronos terpę — ir mes jas vadiname protuberancijomis. Tokios struktūros yra svarbios, nes jos atspindi magnetinių laukų konfiguracijas ir gali tapti erdvės oro įvykių išeities tašku.“
Kodėl korona matosi geltona ir ką duoda spektriniai filtrai
ASPIICS naudoja kelis filtrus ir spektrines linijas, kad izoliuotų emisijas iš konkrečių cheminių elementų Saulės atmosferoje. Laiko sąnaudose užfiksuotos protuberancijos buvo įrašytos helio spektroskopine linija, dėl kurios sprogstanti plazma įgauna geltoną toną — panašų į tai, ką žmogaus akis matytų per tam tikrą filtrą visiško užtemimo metu. NASA SDO pateikė papildomus vaizdus Saulės disko kitame helio spektro plote, kad suteiktų kontekstą koronografo vaizdams ir leistų geriau susieti matomas struktūras su fotosferos ir chromosferos aktyvumu.
Silpnas geltonas švytėjimas fone nėra tiesioginis karštos plazmos terminis spinduliavimas, o yra saulės šviesos sklaida laisvųjų elektronų koronoje — vadinamoji K-korona. Ši sklaida subtiliai atsekio magnetines struktūras ir tankio kitimus Saulės išorinėje atmosferoje net ir tada, kai nevyksta dramatiški įvykiai. Taip pat spektriniai filtrai leidžia atskirti kameroje užfiksuotus linijinius spinduliavimo komponentus (pvz., helio ar geležies linijas) nuo toliau sklindančio tolygaus difuzinio švytėjimo.
Analizė pagal spektrines linijas yra esminė norint susieti stebimas struktūras su konkrečiais jonizacijos laipsniais ir temperatūromis. Pavyzdžiui, helio linija dažnai parodo santykinai vėsesnę plazmą, tuo tarpu tam tikros geležies linijos atskleidžia aukštesnes temperatūras milijoninėse skalėse. Šių linijų palyginimas padeda rekonstruoti vertikalius ir horizontalius energijos perdavimo kelius koronoje ir chromosferoje.
Užpildant spragą Saules stebėjimuose
Žemės paviršiuje vykstantys stebėjimai per užtemimus suteikia trumpus, bet aukštos kokybės žvilgsnius į vidinę koroną, o tradiciniai koronografai viename palydove susiduria su difrakcijos ir parazitinio apšvietimo problemomis. Proba-3 porinių palydovų technika leidžia mokslininkams nuolatos fiksuoti pačią artimiausią koroną dideliu tikslumu, uždarant ilgai išlikusią pastebėjimų spragą. Kartotiniai dirbtiniai užtemimai suteikia pastovų priėjimą prie zonos, kur įgauna pagreitį Saulės vėjas, vyksta magnetinis persitvarkymas ir formuojasi ankstyvosios koronalinių masių išmetimų (CME) stadijos.
Nuolatinis priėjimas prie vidinės koronos yra kritiškai svarbus siekiant suprasti, kaip lokalizuotos ir palyginti vėsesnės struktūros, tokios kaip protuberancijos, sąveikauja su aplinkine milijonine korona. Tokios sąveikos gali inicijuoti grandininius procesus, kurie galiausiai susijungia į didesnius erdvės oro reiškinius ir pasiekia Žemę, paveikdami palydovus, radijo ryšį, navigacijos sistemas ir energetikos tinklus. Todėl Proba-3 duomenys yra reikšmingi tiek akademinei heliofizikai, tiek praktiniam erdvės oro prognozavimui.
Be to, dėl išorinės koronografijos konfigūracijos mokslininkai gali gauti duomenis apie magnetinių lauko linijų geometriją bei jų dinamiką regionuose, kuriuose ankstesni instrumentai negalėjo patikimai dirbti dėl šviesos taršos. Tai leidžia susieti modelius su tiesioginiais stebėjimais ir patikslinti teorines prielaidas apie energijos perdavimą bei plazmos stabilumą koronos struktūrose.
Misijos ir technologijos akcentai
- Formation flying: Du palydovai išlaiko santykinę padėtį metrais matuojamoje tikslumo zonoje naudodami įmontuotus jutiklius ir variklius — tai sudėtingas inžinerinis pasiekimas, leidžiantis sukonstruoti išorinį koronografą kosmose. Tokia formacija reikalauja realaus laiko valdymo algoritmų, tikslumo orbitinės mechanikos žinojimo ir patikimų pozicionavimo jutiklių derinio, įskaitant lazerinius atstumų matuoklius ar radaro sistemas.
- ASPIICS instrumentas: Sukurtas taip, kad uždengtų Saulės diską ir fiksuotų silpną koronos šviesą keliais spektro filtrais, leidžiančiais atskirti tiek elektronų sklaidomą šviesą (K-korona), tiek emisijos linijas iš elementų, tokių kaip helis. ASPIICS technologija apima aukštos dinaminės diapazonos detektorius, termosatabilizuotą optiką ir programinę įrangą, skirtą kompensuoti likutinę šviesos taršą bei artefaktus.
- Kadencija ir aprėptis: Vaizdų fiksavimo dažnis (pavyzdžiui, vienas kadras kas penkias minutes pasirinktai sekvencijai) ir kartotini užtemimai leidžia kurti laiko sąnaudų filmus, atskleidžiančius dinamiškus koronos procesus. Toks laiko sprendimas suteikia kompromisą tarp spektro matavimo reikšmės ir duomenų kiekio, leidžiant nuosekliai stebėti greitai besikeičiančias struktūras be neproporcingo telemetrijos apkrovos padidėjimo.
Ką tai reiškia saulės fizikai ir erdvės orams
Proba-3 galimybė išspręsti vidinę koronos struktūrą padeda mokslininkams sekti, kaip magnetinė energija, sukaupta netoli Saulės paviršiaus, pertransformuojama į kinetinę energiją per įsiveržimų metu. Protuberancijų stebėjimai teikia įžvalgas apie CME inicijavimo mechanizmus ir ankstyvąją sklaidą — tai svarbi dedamoji erdvės oro prognozavimo modeliams, kurie naudojami siekiant numatyti poveikį palydovams, ryšio tinklams ir elektros perdavimo sistemoms Žemėje. Tikslūs ankstyvieji stebėjimai gali pagerinti įspėjimo laiką ir sumažinti žalos riziką, susijusią su stipriais saulės išsiveržimais.
Be to, įrašai iš Proba-3 padeda susieti skirtingų instrumentų duomenis — pavyzdžiui, žemės ir kosmoso bazės teleskopų duomenis, rentgeno ir ultravioletinius matavimus — į holistinį vaizdą apie energijos kaupimąsi, pernešimą ir atpalaidavimą Saulės atmosferoje. Tokia kelių priemonių (multi-instrument) analizė yra esminė kuriant tikslesnius fizikos pagrįstus prognostikos modelius erdvės oro srityje.
Ekspertų įžvalgos
„Nuolat fiksuodama vidinę koroną, Proba-3 suteikia naują laboratoriją tirti, kaip protuberancijos destabilizuojasi ir virsta į didesnius išsiveržimus“, — sako dr. Maya R. El-Amin, heliophizikos instrumentacijos tyrėja. „Susiejus šiuos aukšto kontrasto koronografo vaizdus su kitų observatorijų duomenimis, mes gauname daugiasluoksnį vaizdą apie sprogimo mechanikas ir geriname mūsų numatymo galimybes.“
Tęsiant Proba-3 operacijas, mokslininkai gilinsis į gaunamus duomenų rinkinius, ieškodami užuominų apie koronos kaitinimo procesus, magnetinio lauko topologiją ir išsiveržimus sukeliančius impulsus. Kiekvienas kontroliuojamas užtemimas atveria iki tol paslėptas Saulės struktūras, prisidėdamas prie tiek fundamentinės heliofizikos pažangos, tiek praktinio erdvės oro prognozavimo tobulinimo. Tokie rezultatai stiprina kosminių stebėjimų strategijas ir atveria naujas galimybes technologiniams sprendimams, kurie bus naudingi ateities misijoms ir Žemės apsaugai nuo erdvėje kylančių pavojų.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą