Миссия прикоснуться к Солнцу с помощью самого быстрого космического корабля в истории

От Нью-Йорка до Токио менее чем за минуту, вот как быстро может пройти Parker Solar Probe НАСА.

Предназначенный для изучения атмосферы Солнца, солнечный зонд Parker приблизится к его поверхности ближе, чем любой космический корабль до него. Вещи будут нагреваться очень быстро.

Художественная концепция солнечного зонда Parker, приближающегося к Солнцу. Кредит: JHUAPL

Чтобы понять, почему солнечный зонд Parker отправляется в солнечную атмосферу, мы сначала посмотрим, почему так важно изучать Солнце и как оно влияет на нас.

Солнечный ветер

В отличие от температуры на поверхности Солнца, которая составляет ~ 6000 градусов по Цельсию, его внешняя атмосфера (корона) нагревается до миллионов градусов. И мы не знаем точно, почему. Такие высокие температуры приводят к высвобождению высокоэнергетических заряженных частиц (электронов, протонов, альфа-частиц и т. Д.) Из короны, которые в совокупности называются солнечным ветром.

Солнечная корона видна во время полного солнечного затмения. Предоставлено: Zombiepedia в Википедии, CC BY-SA 4.0

Заряженные частицы в солнечном ветре несут магнитное поле Солнца наружу в солнечную систему на высоких скоростях. Когда Солнце вращается, его магнитное поле скручивается в спираль, что аналогичным образом влияет на высвобождение заряженных частиц. Таким образом, магнитное поле Солнца распространяется в солнечную систему в форме архимедовой спирали.

Магнитное поле Солнца распространяется по спирали, в результате вращения Солнца и его влияния на солнечный ветер. Кредит: WSO Стэнфорд

Когда заряженные частицы в солнечном ветре приближаются к Земле, они сначала попадают в магнитосферу Земли, область, где магнитное поле Земли является доминирующим. Солнечный ветер разрушает магнитосферу Земли, так как сжимает ее на дневной стороне Земли и расширяет на ночной. Таким образом, магнитосфера Земли формируется солнечным ветром.

Художник изображает частицы солнечного ветра, взаимодействующие с магнитосферой Земли. Размеры не в масштабе. Белые линии: солнечный ветер, фиолетовая линия: ударная волна, синие линии: магнитосфера Земли. Предоставлено: НАСА в Википедии.

Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли переносит большое количество энергии обратно на Землю, вызывая широкомасштабные изменения в нашей атмосфере. Одним из хороших эффектов этого взаимодействия являются красивые полярные сияния.

Солнечные бури и их влияние на Землю

Солнечный ветер часто несет сильные магнитные бури, выбрасываемые Солнцем, называемые солнечными вспышками, а иногда даже более энергичные его версии, называемые выбросами корональной массы (CME). Энергия, которую высвобождают эти сильные намагниченные бури, эквивалентна миллионам водородных бомб.

1) Сравнение Земли с высокоэнергетическим выбросом корональной массы (CME) от Солнца. Предоставлено: НАСА SDO. 2) Солнечная СМЕ в действии. Предоставлено: Penyulap в Википедии, CC BY-SA 3.0

Когда эти бури достигают Земли, они могут иметь серьезные последствия, несмотря на наше защитное магнитное поле. Солнечные бури 1859, 1882 и 1921 годов привели к прекращению работы телеграфных служб, возникновению пожаров и, в некоторых случаях, даже к смертельным ударам для операторов телеграфа. Аналогичным образом, солнечная буря 1960 года вызвала повсеместное нарушение служб радиосвязи.

Воздействие массивных солнечных бурь на Землю было бы гораздо более катастрофическим в наши дни. Подобная солнечная буря 1859 года, возникающая в наши дни, может вызвать много проблем, таких как:

  • Нарушить работу основных электрических систем на Земле, что приведет к отключению электричества по всему миру на недели, месяцы или даже годы.
  • Физическое повреждение наших спутников, что приводит к их неисправности или поломке.
  • Нарушение нашей коммуникационной инфраструктуры, в том числе спутников GPS.
  • Подвергайте астронавтам смертельные дозы радиации. Это вызывает серьезную обеспокоенность будущих астронавтов на Луне или Марсе, где защита от таких опасных штормов практически отсутствует.

Почему мы должны лучше понимать Солнце

В обществе, которое все больше зависит от технологий, было бы глупо не понимать погодные условия Солнца, его влияние на Землю и соответственно настраивать нашу инфраструктуру. Мы бы не были разумным видом, если бы игнорировали самый важный объект, который напрямую влияет на Землю и жизнь на ней.

Также было бы глупо не интересоваться природой Солнца и подобных ему звезд, и не только потому, что от этого зависит жизнь Земли. Вот некоторые из давних вопросов, касающихся природы нашего Солнца:

  • Почему внешняя атмосфера Солнца (корона) намного горячее (миллионы градусов Цельсия!), Чем его поверхность (~ 6000 градусов)?
  • Какие механизмы генерируют высокоэнергетические частицы, которые переносятся в солнечном ветре с высокими скоростями?
  • Какова структура магнитного поля в короне? Как эти поля ведут себя, чтобы все это происходило?

Именно поиск ответов на подобные вопросы делает нас людьми.

Enter Parker Solar Probe - самый быстрый космический корабль в истории

Поиск ответов на эти вопросы - вот почему мы запускаем солнечный зонд Parker в направлении Солнца.

Обновление: Солнечный зонд Parker был успешно запущен 12 августа 2018 года на борту мощной ракеты Delta IV Heavy и был самым быстрым космическим кораблем на старте, побив рекорд New Horizons.
Запуск солнечного зонда Parker на борту Delta IV Heavy. Кредит: ULA на Flickr

Солнечный зонд Parker будет использовать несколько гравитационных передач Венеры для постепенного уменьшения своей орбиты вокруг Солнца. В 2024 году солнечный зонд Parker пролетит ближе всего к Солнцу, всего на ~ 6 млн. Км над его поверхностью. Это примерно в 9 раз ближе к Солнцу, чем Меркурий!

Траектория солнечного зонда Parker для достижения ближайшего перехода к Солнцу. Кредит: JHUAPL

При этом наиболее близком к Солнцу солнечном зонде Parker будет самым быстрым космическим кораблем, независимо от того, как вы его измеряете. На своем пике зонд будет работать со скоростью 700 000 км / ч, что безумно даже думать. От Нью-Йорка до Токио менее чем за минуту, от Земли до Луны за полчаса - вот как быстро может пройти Солнечная проба НАСА Parker.

Перед лицом солнечного тепла и радиации

Быть так близко к Солнцу означает столкнуться с его интенсивным жаром и излучением. Фактически, космический корабль полетит в корону, где температура будет порядка миллиона градусов по Цельсию. Однако, поскольку корона имеет очень низкую плотность, большая часть тепла, с которым сталкивается космический корабль, будет исходить только от прямого солнечного света, который при температуре ~ 1400 градусов по Цельсию все еще остается горячим.

Видимый размер Солнца, видимый Солнечному Зонду Паркера (слева), против Солнца, видимого на Земле (справа). Предоставлено: Maringaense в Википедии, CC BY-SA 3.0

Чтобы защитить космический корабль от сильной жары, в качестве щита будет использоваться специальный армированный углерод-углеродный композит, подобный тем, которые установлены на носу космического челнока. Тепловой экран толщиной 4,5 дюйма будет поддерживать научные приборы космического корабля на комфортных 20 градусах Цельсия, при которых они смогут нормально работать. Щит также поможет инструментам космического корабля противостоять сумасшедшим уровням излучения, что примерно в 500 раз больше, чем у нас на Земле.

Звездная наука

При таком высоком качестве техники, позволяющей космическому кораблю работать в солнечной короне, научные приборы на борту готовы к выполнению некоторых крутых задач (каламбур полностью предназначен).

  1. Эксперимент ПОЛЕЙ проведет первые прямые измерения электрических и магнитных полей и свойств плазмы в солнечной короне.
  2. Эксперимент IS☉IS (Комплексное научное исследование Солнца) будет измерять высокоэнергетичные заряженные частицы (от 10 кэВ до 100 МэВ) в короне, помогая нам понять корональные структуры.
  3. Чтобы дополнить эти эксперименты, WISPR (широкоформатный имиджер для Solar PRobe) сделает прекрасные снимки солнечной короны, солнечного ветра, ударов, внутренней гелиосферы и других структур для дополнительного контекста.
  4. Эксперимент SWEAP (Электроны Солнечного Ветра Альфы и Протоны) будет измерять физические свойства электронов, протонов и альфа-частиц в солнечном ветре, такие как их количество, скорость, плотность и температура.
1) ПОЛЕВОЙ эксперимент. 2) IS☉IS эксперимент. Кредиты: JHUAPL3) Оптические телескопы WISPR. 4) Кубок Фарадея, часть эксперимента SWEAP. Кредиты: JHUAPL

Собрав воедино эти ценные данные, ожидается ответ на многие загадки, касающиеся Солнца. Некоторые из них:

  • Определите структуру и динамику магнитных полей в короне, которые порождают солнечный ветер.
  • Проследите за потоком энергии, которая нагревает корону, и, следовательно, ответьте, почему она намного горячее, чем поверхность Солнца.
  • Поскольку космический корабль будет находиться в той области, где он действительно может видеть, как частицы солнечного ветра движутся от дозвуковых до сверхзвуковых скоростей, он может определять механизмы, с помощью которых частицы солнечного ветра получают высокие энергии.

Заключение

Нас ждет некая невероятная наука, которая также поможет формировать нашу цивилизацию более осознанным образом. Это те маленькие шаги, которые нам нужно предпринять, чтобы постепенно стать цивилизацией Типа 1 и более.

Официальный знак НАСА Parker Solar Probe. Предоставлено: НАСА / APL.
Лучшая часть миссии НАСА прикоснуться к Солнцу состоит в том, что она, скорее всего, вызовет больше вопросов, чем ответов. Наука.

Чего же ты ждешь? Идите вперед и исследуйте миссию!

Первоначально опубликовано на jatan.space