Весной этого года европейская космическая солнечная обсерватория Solar Orbiter впервые опустилась ниже плоскости эклиптики Солнца и получила изображение его южного полюса. Оба полюса звезды не видны с орбиты Земли, что не позволяло получить полную картину происходящих на Солнце процессов. Особенно ценно, что наблюдения пришлись на пик 11-летнего цикла активности звезды. Это изменит науку о физике Солнца — сделает её более полной и понятной.

Источник изображений: Solar Orbiter / ESA

На коллаже выше показан южный полюс Солнца, снятый 16–17 марта 2025 года, когда Solar Orbiter наблюдал Солнце под углом 15 градусов ниже солнечного экватора. Это была первая кампания по наблюдению под большим углом. Уже через несколько дней аппарат наблюдал южный полюс под углом 17 градусов. Уникальный угол обзора Solar Orbiter меняет наше представление о магнитном поле Солнца, солнечном цикле и космической погоде — значение этих данных трудно переоценить. В ближайшие годы космический аппарат ещё сильнее наклонит свою орбиту, так что лучшие виды на полюса Солнца ещё впереди.

«Сегодня мы впервые в истории человечества показываем снимки полюса Солнца, — пояснила профессор Кэрол Манделл (Carole Mundell), директор по научной работе ЕКА. — Солнце — наша ближайшая звезда, источник жизни и потенциальный разрушитель современных космических и наземных энергетических систем. Поэтому крайне важно понимать, как оно работает, и научиться прогнозировать его поведение. Эти новые уникальные снимки, полученные в ходе миссии Solar Orbiter, открывают новую эру в изучении Солнца».

Представленные выше изображения были получены тремя научными приборами Solar Orbiter: поляриметрическим и гелиосейсмическим визуализатором (PHI), визуализатором в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне (EUI) и прибором для спектральной визуализации корональной среды (SPICE).

«Мы не знали, чего именно ожидать от этих первых наблюдений — полюса Солнца — это буквально терра инкогнита», — заявил профессор Сами Соланки (Sami Solanki), возглавляющий группу разработчиков прибора PHI из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS) в Германии.

Каждый из этих приборов по-своему наблюдает за Солнцем. PHI делает снимки в видимом свете (вверху слева) и составляет карту магнитного поля на поверхности Солнца (вверху в центре). EUI делает снимки в ультрафиолетовом диапазоне (вверху справа), выявляя заряженный газ с температурой около миллиона градусов во внешней атмосфере — короне. Прибор SPICE (внизу) улавливает свет, исходящий от заряженного газа с различной температурой над поверхностью Солнца, выявляя различные слои солнечной атмосферы и определяя их движение.

Сравнивая и анализируя полученные с помощью этих трёх инструментов данные, учёные могут понять, как движется вещество во внешних слоях Солнца. Это позволяет выявлять неожиданные закономерности, такие как полярные вихри (циклоны), аналогичные тем, что наблюдаются у полюсов Венеры и Сатурна.

Уникальные наблюдения Solar Orbiter также важны для понимания физики магнитного поля Солнца и того, почему оно меняет полярность примерно каждые 11 лет, совпадая с пиком солнечной активности. Существующие модели не позволяют точно предсказать, когда и насколько активным будет очередной максимум солнечного цикла.

«Синие» и «красные» полюса вперемешку

Одним из первых научных открытий, сделанных благодаря наблюдениям за полюсами Солнца с помощью Solar Orbiter, стало установление того факта, что на южном полюсе в данный момент магнитное поле неупорядочено. Тогда как у обычного магнита есть чётко выраженные северный и южный полюса, измерения показали, что на южном полюсе Солнца сосуществуют магнитные поля с противоположной полярностью.

Такое состояние наблюдается лишь на короткое время в каждом солнечном цикле — в период солнечного максимума, когда магнитное поле звезды меняет полярность и достигает пика активности. После смены полярности на полюсах постепенно формируется единая доминирующая полярность. Через 5–6 лет Солнце достигнет следующего минимума, когда магнитное поле станет наиболее упорядоченным, а активность — минимальной.

«Как именно происходит это накопление намагниченности, до сих пор до конца не изучено, поэтому Solar Orbiter достиг высоких широт как раз вовремя, чтобы наблюдать за процессом с уникальной точки зрения», — отметил Сами Соланки.

Ещё одно интересное открытие связано с работой прибора SPICE. Поскольку это спектрограф, он измеряет свет, испускаемый определёнными химическими элементами: водородом, углеродом, кислородом, неоном и магнием. В течение последних пяти лет SPICE использовал эти данные, чтобы исследовать процессы в различных слоях над поверхностью Солнца.

Теперь команде SPICE впервые удалось использовать точное отслеживание спектральных линий для измерения скорости движения сгустков солнечного вещества. В этом помог эффект Доплера. Полученная карта скоростей показывает, как материал перемещается в пределах определённого слоя. Это даёт ключ к пониманию процессов зарождения солнечного ветра и, в целом, всех наблюдаемых физических явлений в солнечной атмосфере.

«Доплеровским измерениям солнечного ветра, исходящего от Солнца, в ходе прошлых миссий мешало отсутствие обзора полюсов. Измерения в высоких широтах, теперь возможные благодаря Solar Orbiter, станут настоящей революцией в солнечной физике», — подчёркивают учёные.

Это лишь первые данные, собранные Solar Orbiter с его новой наклонной орбиты, и большая их часть ещё ждёт анализа. Ожидается, что полный набор данных по первому полёту Solar Orbiter «от полюса до полюса» мимо Солнца будет получен к октябрю 2025 года. Все десять научных приборов Solar Orbiter продолжат собирать беспрецедентные данные в ближайшие годы.

«Это только первый шаг Solar Orbiter по "лестнице в небо": в ближайшие годы космический аппарат будет всё дальше отклоняться от плоскости эклиптики, чтобы лучше видеть полярные области Солнца. Эти данные изменят наше представление о магнитном поле Солнца, солнечном ветре и солнечной активности», — резюмируют исследователи.

Европейское космическое агентство (ЕКА) опубликовало самые чёткие на сегодняшний день фотографии повехности Солнца, полученные при помощи аппарата Solar Orbiter.

Источник изображений: esa.int

Снимки были сделаны в марте прошлого года, когда Solar Orbiter находился на расстоянии около 74 млн км от Солнца — они запечатлели зернистую поверхность звезды, известную как фотосфера. Этот слой излучает видимый свет. Изображения были получены с помощью поляриметрического и гелиосейсмического сканера (PHI) — одного из шести важнейших приборов на борту космического зонда.

Похожие на гранулы области на поверхности Солнца в действительности представляют собой большие турбулентные ячейки плазмы размером около 1000 км каждая. Эти области создаются конвекцией — процессом, при котором более горячая плазма поднимается из солнечных глубин, а холодная опускается; схожим образом образуются и поднимаются пузырьки в кастрюле с кипящей водой. Конвекционные ячейки покрывают всю поверхность Солнца за исключением солнечных пятен — более тёмных, холодных областей, которые выглядят как пятна на относительно гладкой фотосфере.

Прибор PHI помог также получить новую карту магнитных полей Солнца. Она показывает, что магнитные поля наиболее сильны и сконцентрированы в областях солнечных пятен. Это объясняет, почему солнечные пятна холоднее, чем их окружение: интенсивные магнитные поля в них ограничивают нормальную конвекцию плазмы, движением вещества управляют магнитные силы, и часть тепла не достигает поверхности.

Ещё одна новая карта — тахограмма — показывает величину и направление скорости, с которой движется вещество на поверхности Солнца. Синие области указывают на массу, которая идёт в направлении к Solar Orbiter, а красные — от него. Снимок отражает обращение Солнца вокруг своей оси. Здесь также видны магнитные поля, прорывающиеся сквозь поверхность в областях солнечных пятен.

В марте прошлого года прибор Extreme Ultraviolet Imager (EUI) на борту Solar Orbiter помог получить изображение короны — внешней части атмосферы Солнца. На этом снимке хорошо видны выступающие из поверхности звезды линии магнитного поля. Вдоль этих линий, которые часто соединяют соседние солнечные пятна, проходят огромные объёмы плазмы. Вещество выбрасывается в открытый космос, образуя солнечный ветер — потоки заряженных частиц, которые могут вызывать яркие полярные сияния на Земле и других планетах.

Изображения новой серии были составлены из 25 снимков каждое — съёмка всей поверхности занимала около четырёх часов. Solar Orbiter находился относительно близко к Солнцу, и для получения полной картины аппарат приходилось наклонять и вращать. Полное изображение солнечного диска имеет размер 8000 пикселей по одной стороне.

Сейчас космический аппарат находится на расстоянии 120 млн км от Солнца, сразу за орбитой Венеры. Solar Orbiter был запущен в 2020 году с целью сбора изображений с солнечных полюсов. Эти изображения удастся получить лишь в начале 2025 года, когда у орбиты аппарата будет достаточный наклон, чтобы иметь прямой обзор полюсов звезды.