В канун Рождества зонд NASA Parker Solar Probe приблизится к Солнцу на рекордно близкое расстояние — всего 6,9 млн км, что очень и очень близко по сравнению с диаметром звезды (1,39 млн км). Фактически «Паркер» нырнёт в верхнюю часть атмосферы Солнца, где температура может достигать 1000 и более градусов по Цельсию. Но такова главная цель миссии «Парнкера» — узнать больше о солнечном ветре, который в этом месте наиболее сильный.

Художественное представление зонда NASA Parker Solar Probe. Источник изображения: NASA

Сближение зонда Parker Solar Probe с Солнцем состоится 24 декабря. Это будет 22-е по счёту приближение к звезде. Зонд летает по вытянутой орбите, но это не спасёт его в итоге от падения на Солнце. Следующий год, по-видимому, станет последним в его жизни.

Зонд совершит ещё четыре сближения с Солнцем и в 2026 году сгорит в его атмосфере. Все последующие орбитальные параметры останутся примерно такими, которых он достигнет через три дня. Это касается максимально близкого сближения со звездой (6,9 млн км) и достигнутой скорости порядка 192 км/с. Зонд стал самым быстрым в истории человечества рукотворным объектом и пробудет таким год с небольшим.

Тепловой экран зонда «Паркер» выдерживает температуру порядка 1370 ℃. Его датчики и даже проводку пришлось изготавливать из тугоплавких металлов. Более того, даже изоляция проводов — это сапфировое стекло. Пока аппарат выдерживает близкие сближения с Солнцем и продолжает передавать научные данные о частицах и их энергиях, а также о магнитных полях.

Солнечный ветер, предсказанный физиком Юджином Паркером (Eugene Newman Parker) в 50-х годах прошлого века и впервые обнаруженный приборами космического аппарата Mariner 2 в 1962 году, формирует космическую погоду в Солнечной системе. Механизм его образования до конца не понятен. Зонд Parker Solar Probe пытается рассмотреть истоки зарождения солнечного ветра, что поможет предсказывать космическую погоду, а для этого приходится буквально касаться Солнца, несмотря на перспективу потерять аппарат.

Зонд NASA Parker («Паркер») через год с небольшим сгорит в атмосфере Солнца. А пока он выходит из 19-го сближения с нашей звездой и в течение года совершит ещё 3 погружения в её атмосферу. При таком сближении приборы зонда позволяют изучать тонкие процессы вблизи звезды вплоть до турбулентностей выбросов плазмы, что приближает учёных к пониманию физики Солнца. Им впервые удалось увидеть вихревое поведение плазмы при взаимодействии с солнечным ветром.

Художественное представление зонда «Паркер». Источник изображения: NASA

В одно из предыдущих сближений с Солнцем «Паркер» неожиданно прошёл рядом с мощным коронарным выбросом массы (КВМ). Это поток вещества (плазмы), который время от времени выбрасывается в космос мощными магнитными полями звезды. Иногда такие потоки направляются в сторону Земли, и тогда возникают особенно сильные полярные сияния и сбоит высокочастотная радиосвязь, а также подвергаются риску спутники и наземная энергетическая инфраструктура.

Для учёных было интересно оценить динамику взаимодействия КВМ с солнечным ветром. На Земле подобная динамика проявляется при наблюдении за облачностью, когда две контактирующие среды движутся с разными скоростями. Такие явления получили название неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. Прослеживая похожие турбулентности в поведении КВМ на границе раздела сред с солнечным ветром, исследователи начинают лучше понимать физику коронарных выбросов массы и самого солнечного ветра. Увидеть такие процессы можно только с близкого расстояния и без «Паркера» это было бы невозможно.

Зонд NASA «Паркер» был запущен в космос в 2018 году. Его научная программа предусматривает 24 сближения с Солнцем. Для ускорения и снижения высоты зонд совершает гравитационный манёвр у Венеры. 2 ноября 2024 года зонд в седьмой раз пройдёт мимо этой планеты, ещё немного увеличив свою скорость для ещё большего сближения с Солнцем.

Зонд Parker Solar Probe стал самым быстрым рукотворным объектом человечества. Он проносится мимо звезды со скоростью до 640 тыс. км/ч, приближаясь к Солнцу на расстояние менее 7 млн км. Ожидается, что зонд закончит своё существование в конце 2025 года или в 2026 году, сгорев в атмосфере светила.

До 27 сентября 2023 года ни один созданный человеком объект ещё не подлетал так близко к Солнцу и на такой невероятной скорости. В этот день солнечный зонд Parker («Паркер») пронёсся мимо фотосферы нашей звезды на скорости 635 266 км/ч на расстоянии 7,26 млн км и собрал новую порцию бесценных данных о солнечном ветре и не только.

Источник изображений: NASA

Для зонда «Паркер» это стал 17 пролёт рядом с Солнцем из запланированных 24 близких пролётов. Для этого ещё 21 августа зонд совершил гравитационный манёвр у Венеры, чтобы ещё немного приблизить траекторию своего движения к звезде. Сближение с Солнцем формально началось 22 сентября и продлится до 3 октября. Сегодня зонд должен передать телеметрию в центр управления полётом. Но ещё раньше зонд связался с центром NASA и сообщил о своей полной работоспособности.

После начала удаления от Солнца зонд начнёт передавать на Землю новый пакет собранных научных данных о солнечном ветре, энергичных частицах, покидающих звезду, а также о магнитных полях вблизи её поверхности. Передача данных начнётся 4 октября и продлится до 19 октября.

Зонд был запущен в космос в августе 2018 года. Сейчас он подходит к Солнцу на расстояние в семь раз более близкое, чем Меркурий. Первый раз зонд нырнул в корону Солнца в 2021 году и не раз подвергался ударам корональных выбросов массы во время вспышек на Солнце. Следующее сближение «Паркера» с Солнцем состоится 29 декабря.

Американский солнечный зонд «Паркер» (Parker) в сентябре 2022 года пролетел сквозь корональный выброс массы (КВМ) Солнца и помог исследователям собрать данные о взаимодействии солнечной плазмы с межпланетной пылью.

Источник изображения: parkersolarprobe.jhuapl.edu

КВМ, сквозь который пролетел «Паркер», оказался самым мощным из когда-либо зарегистрированных — впервые за всё время зонду удалось зафиксировать взаимодействие звёздного вещества с межпланетной пылью, летающими в космосе твёрдыми частицами. На основании данных аппарата учёные установили, что в результате выброса была уничтожена межпланетная пыль на расстоянии 9,66 млн км от Солнца. На непродолжительный промежуток времени это пространство оставалось пустым, но затем пыль снова его наполнила.

Установленная на «Паркере» камера WISPR (Wide Field Imagery for Solar Probe) продемонстрировала событие с борта аппарата: кажущееся безмятежным космическое пространство, которое внезапно наполняется ярким светом, а затем прорезается частицами пыли.

Космический зонд «Паркер» был запущен в августе 2018 года — сейчас он вращается вокруг Солнца, пересекая орбиты Венеры и Меркурия. Первое сближение с солнечной короной «Паркер» произвёл в 2021 году, а минувшим летом он помог в наблюдении солнечного ветра. К слову, он был назван в честь физика и астронома Юджина Паркера (Eugene Parker), который изучал солнечный ветер.

22 июня зонд NASA Parker Solar Probe в 16-й раз сблизился с Солнцем на предельно близкое расстояние — менее 9,6 млн км. На такой высоте температура солнечной короны достигает миллиона градусов Цельсия. Тепловой экран зонда толщиной 11,4 см позволяет научным приборам аппарата работать при комфортной температуре порядка 30 °C и собирать уникальные данные, которые иначе никак не получить.

Источник изображения: NASA

Удивительно, но мы до сих пор не знаем тонкости происходящих внутри Солнца физических процессов. Например, даже самые лучшие телескопы на Земле или на орбите не позволяют собрать полные данные о процессах в короне Солнца. Зонд Parker черпает информацию непосредственно из источника, если так можно сказать, фиксируя места зарождения, направления движения и уровни энергий покидающих Солнце заряжённых частиц. В один из минувших пролётов вблизи Солнца зонд смог увидеть, как и где зарождается солнечный ветер, раскрыв для науки загадку этого явления.

Научная программа зонда рассчитана на 24 сближения с Солнцем. Запущенный в 2018 году аппарат должен собрать множество данных, которые позволят учёным лучше прогнозировать космическую погоду, что повысит надёжность работы спутниковых группировок, земной связи и пилотируемых полётов. Нам ещё лететь на Марс, и успех миссии также будет зависеть от добытых знаний о космических штормах и штилях.

Помимо 24 запланированных погружений в солнечную атмосферу зонд Parker Solar Probe должен был совершить 7 близких пролётов вблизи Венеры. Пять таких пролётов он уже проделал и осталось два. Пролёт рядом с Венерой помогает аппарату совершить гравитационный манёвр, включая некоторое торможение. Попутно аппарат собирает данные по Венере, которые никогда не будут лишними. 21 августа этого года Parker в шестой раз сблизится с Утренней звездой, а 17-е по счёту сближение с Солнцем состоится 27 сентября.

Наши телескопы дотягиваются до края Вселенной, но мы всё еще не до конца понимаем процессы, происходящие на нашей звезде по имени Солнце. Зонд NASA Parker Solar Probe стал самым передовым инструментом по изучению физики Солнца, и он, наконец, смог проследить солнечный ветер до истоков его рождения.

Источник изображения: NASA

Солнечный ветер — это поток заряжённых частиц или солнечной плазмы, который время от времени вырывается за пределы его атмосферы и разлетается в разные стороны со скоростями до 800 км/с. Когда Солнце неактивно, солнечный ветер вырывается с полюсов звезды, но по мере приближения к пику активности в своём 11-летнем цикле Солнце может испускать потоки плазмы в любых направлениях и часто в сторону Земли.

Магнитное поле Земли взаимодействует с облаками заряжённых частиц, и мы видим это взаимодействие в полярных сияниях, а также можем обнаруживать в проблемах со связью и в сбоях работы спутников. Поэтому понимание процессов на Солнце и, в частности, отслеживание образования солнечного ветра позволит более точно прогнозировать космическую погоду и обеспечивать безопасность космических полётов.

Зонд NASA Parker Solar Probe вооружён приборами для детектирования заряжённых частиц, и он приблизился к Солнцу настолько близко, что стал на короткое время погружаться в его атмосферу. В один из предыдущих проходов рядом с Солнцем — в ноябре 2021 года — зонд пролетел рядом с корональной дырой. Мы знаем, что солнечный ветер вырывается в космос из корональных дыр — разрывов в его атмосфере, которые возникают при размыкании линий магнитного поля Солнца.

Обычно линии магнитного поля замкнуты — выходят из звезды и, изогнувшись дугой, входят в него в другом месте. Но по мере нарастания активности Солнца, линии магнитного поля могут размыкаться и другим концом уходить в свободное пространство. Образуется магнитная воронка, горловина которой открывается в никуда и иногда в сторону Земли. Такая дыра не видна невооружённому глазу. Она будет дырой на изображении только в рентгеновском диапазоне. Однако именно в это окно устремится солнечная плазма, удерживаемая до этого магнитными полями.

Оставалось загадкой, какие процессы приводят к размыканию магнитных линий и что даёт энергию для ускорения заряжённых частиц. На этот счёт существует две популярные теории. Согласно одной из них, плазма ускоряется за счёт так называемых альвеновских волн. По другой теории энергия для ускорения частиц появляется в процессе пересоедининия линий магнитного поля. Собранные зондом Parker данные указывают на то, что солнечный ветер действительно зарождается в процессе хаотического пересоединения линий магнитного поля звезды.

Пример обычных «гранул» — конвективных ячеек на Солнце. Источник изображения: NSO/AURA/NS

Зонд обнаружил на стыках так называемых супергрануляционных ячеек на Солнце процессы, в ходе которых частицы двигались с невероятно высокими скоростями — в 10–100 раз превышающими скорость солнечного ветра средней силы. Такое можно объяснить лишь пересоединеннием линий магнитного поля, но никак не ускорением волнами Альвена.

Фактически солнечный ветер рождался по границам ячеек размерами около 30 тыс. км, где магнитное поле было предельно сильное и переключение его линий высвобождало огромную энергию. Солнечный ветер вырывался как струи воды из лейки — равномерно и с одинаковыми промежутками.

Команда, управляющая зондом Parker Solar Probe, 13 февраля аварийно отключила один из ключевых датчиков на борту аппарата из-за сбоя. Прибору не смогли обновить прошивку, а управление с Земли было невозможным — зонд находился по ту сторону Солнца вне зоны устойчивой связи. Прибор смогли запустить 10 марта за неделю до очередного 15-го по счёту сближения зонда с нашей звездой. Встреча прошла блестяще и даже лучше прежних.

Источник изображений: NASA

Во время 15-го сближения с Солнцем, а таких сближений в миссии Parker Solar Probe запланировано 24, одновременно с зондом за Солнцем наблюдало свыше 40 земных обсерваторий и три автоматические космические станции: Solar Orbiter и BepiColombo, а также космический аппарат NASA Solar Terrestrial Relations Observatory-A (STEREO-A). Фактически состоялся «парад спутников», если уместно сравнить ситуацию с таким астрономическим явлением, как Парад планет.

Все космические станции вместе с зондом Parker Solar Probe и Землёй выстроились в одну условную линию, находясь при этом на разных расстояниях от Солнца. При этом на одном конце находился Parker Solar Probe и он буквально окунулся в атмосферу звезды, а на другом конце была Земля и десятки обсерваторий с оптическими телескопами, радиотелескопами и инфракрасными приборами. Сложилась идеальная и редкая конфигурация, когда солнечный ветер мог наблюдаться с одного ракурса, но с разных расстояний. Это внесло свой ценный вклад в наши знания о физике Солнца, и на этом сбор информации не закончился.

В момент максимального сближения с Солнцем 17 марта зонд Parker приблизился к звезде на расстояние 8,529 млн км. Максимальная скорость зонда составила 586 797 км/ч. Вскоре зонд начнёт удаляться от Солнца и пойдёт на новый 16-й виток, чтобы в 2024 году в последний раз сблизиться с звездой и упасть на неё.

В NASA сообщили, что 12 февраля один из приборов солнечного зонда Parker Solar Probe был преждевременно отключен системой автономного управления космического аппарата. Отключение можно считать аварийным, поскольку оно случилось в момент загрузки очередного обновления бортового программного обеспечения. Инженеры обещают, что прибор начнёт работу до начала нового сближения зонда с Солнцем 12 марта.

Источник изображения: NASA

Система безопасности зонда отключила прибор EPI-Hi, отвечающий за сбор данных о высокоэнергетических частицах в солнечном ветре и короне Солнца. Детальный анализ происшествия показал, что отключение произошло до полной загрузки нового патча. Само обновление было плановым и проводилось по заранее составленному расписанию.

Самое неприятное, что попытку запуска прибора пришлось отложить на несколько недель. Текущее расположение зонда по отношению к Солнцу и активность звезды препятствуют установлению хорошей связи, без чего нет гарантии гладкого проведения диагностических и восстановительных процедур. Ожидается, что прибор EPI-Hi вернётся к штатной работе задолго до 12 марта, чтобы не пропустить момент 15-го близкого пролёта рядом с Солнцем.

Предыдущее 14-е сближение с Солнцем зонд Parker Solar Probe совершил 11 декабря 2022 года. Миссия рассчитана на 24 сближения зонда со звездой. После этого зонд прекратит своё существование, упав на Солнце в 2024 году. Собранные зондом данные дают возможность лучше понять физику процессов, происходящих в недрах звезды. Это уточнит модели и улучшит прогнозирование опасных для земной космонавтики явлений, от выбросов коронарной массы до ударов высокоэнергетическими частицами.