Prvýkrát v histórii sa kozmická loď dotkla Slnka. Sonda Parker Solar Probe preletela cez hornú atmosféru Slnka, korónu, a odobrala tam vzorky častíc a magnetických polí.
Nový míľnik znamená jeden veľký krok pre Parker Solar Probe a jeden obrovský skok pre solárnu vedu. Rovnako ako pristátie na Mesiaci umožnilo vedcom pochopiť, ako vznikol, aj dotyk materiálu, z ktorého je Slnko vyrobené, pomôže vedcom odhaliť dôležité informácie o našej najbližšej hviezde a jej vplyve na slnečnú sústavu.
„Parker Solar Probe „dotýkajúci sa Slnka“ je obrovským pokrokom pre solárnu vedu a skutočne pozoruhodným počinom,“ povedal Thomas Zurbuchen, pridružený administrátor riaditeľstva vedeckých misií v ústredí NASA vo Washingtone. "Tento krok nám poskytuje nielen hlbší pohľad na vývoj nášho Slnka a jeho vplyve na našu slnečnú sústavu, ale všetko, čo sa dozvieme o našej vlastnej hviezde, nás tiež naučí viac o hviezdach vo zvyšku vesmíru."
Ako sa sonda približuje k slnečnému povrchu robí nové objavy, keďže iné sondy boli príliš ďaleko na to, aby získali takéto podrobné dáta, vrátane slnečného vetra – toku častíc zo Slnka, ktoré nás môžu ovplyvniť na Zemi. V roku 2019 sonda zistila, že v blízkosti Slnka je veľa magnetických cik-cak štruktúr v slnečnom vetre, nazývaných serpentíny. Ale ako a kde vznikajú, zostalo záhadou. Sonda Parker Solar Probe, ktorá odvtedy skrátila vzdialenosť k Slnku na polovicu, sa dostala do dostatočnej blízkosti na to, aby identifikovala jedno miesto, odkiaľ pochádzajú: slnečný povrch.
Prvý prechod cez korónu a pravdepodobnosť ďalších preletov nám poskytne možnosť dozvedieť sa ďalšie podrobnosti o javoch, ktoré nie je možné študovať z diaľky.
„Parker Solar Probe letaca tak blízko pri Slnku teraz zaznamenáva javy v magneticky dominujúcej vrstve slnečnej atmosféry, koróne, ktoré sme nikdy predtým nedokázali,“ povedal Nour Raouafi, vedec projektu v Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. "Vidíme dôkazy o javoch v koróne v údajoch o magnetickom poli, slnečnom vetre a vizuálne na obrázkoch." V skutočnosti môžeme vidieť kozmickú loď letieť cez koronálne štruktúry, ktoré možno pozorovať počas úplného zatmenia Slnka.
Bližšie ako kedykoľvek predtým
Parker Solar Probe vyštartovala v roku 2018, aby preskúmala tajomstvá Slnka cestovaním bližšie k nemu ako ktorákoľvek kozmická loď predtým. Tri roky po uvedení na trh a desaťročia po prvom počatí, Parker konečne prišiel.
Na rozdiel od Zeme, Slnko nemá pevný povrch. Má však atmosféru tvorenú materiálom viažujim sa na slnečnú gravitáciu a jeho magnetické pole. Ako rastúce teplo a tlak tlačia tento materiál preč od Slnka, dosiahne bod, kde sú gravitácia a magnetické polia príliš slabé na to, aby ho zadržali.
Táto Alfvén hranica, označuje koniec slnečnej atmosféry a začiatok slnečného vetra. Slnečný materiál s energiou na to, aby sa dostal cez túto hranicu, sa stáva slnečným vetrom, ktorý so sebou ťahá magnetické pole Slnka, keď prelietava cez slnečnú sústavu, na Zem a ďalej. Dôležité je, že za Alfvénovou hranicou sa slnečný vietor pohybuje tak rýchlo, že vlny vo vetre sa nikdy nemôžu pohybovať dostatočne rýchlo na to, aby sa dostali späť k Slnku, čím sa preruší ich spojenie.
Doteraz si výskumníci neboli istí, kde presne leží Alfvénova hranica. Na základe vzdialených snímok koróny ju odhadovali niekde medzi 10 až 20 polomermi Slnka od povrchu Slnka. Špirálová trajektória sondy Parker Solar Probe ju pomaly približuje k Slnku a počas niekoľkých posledných preletov bola kozmická loď neustále pod 20 polomermi Slnka (91 percent vzdialenosti Zeme od Slnka), čím sa dostala do pozície, že prekročí túto hranicu, ak by boli odhady správne.
28. apríla 2021, počas svojho ôsmeho preletu okolo Slnka, sa Parker Solar Probe stretla so špecifickými magnetickými a časticovými podmienkami vo vzdialenosti 18,8 slnečných polomerov nad slnečným povrchom, ktoré vedcom oznámili, že prekročila Alfvénovu hranicu prvýkrát a nakoniec vstúpil do slnečnej atmosféry.
„Očakávali sme, že skôr či neskôr sa stretneme s korónou aspoň na krátky čas,“ povedal Justin Kasper, hlavný autor nového článku, ktorý publikoval v časopise Physical Review Letters a zástupca hlavného technologického riaditeľa na BWX Technologies, Inc. a profesor University of Michigan. "Ale je veľmi vzrušujúce, že sme to už dosiahli."
Do oka búrky
Počas preletu sonda Parker Solar Probe niekoľkokrát prešla až do koróny. Je dokázané, čo niektorí vedci predpovedali, že Alfvénová hranica nemá tvar hladkej gule. Má skôr hroty a údolia, ktoré zvrásňujú povrch. Zistenie, kde sa tieto výbežky spájajú so slnečnou aktivitou prichádzajúcou z povrchu, môže vedcom pomôcť zistiť, ako udalosti na Slnku ovplyvňujú atmosféru a slnečný vietor.
V jednom bode, keď Parker Solar Probe klesla tesne pod 15 slnečných polomerov od povrchu Slnka, prešla v koróne cez útvar nazývaný pseudostreamer. Pseudostreamery sú masívne štruktúry, ktoré sa týčia nad povrchom Slnka a možno ich vidieť zo Zeme počas zatmení Slnka.
Prechod cez pseudostreamer bol ako let do oka búrky. Vo vnútri pseudostreamera sa podmienky utíšili, častice sa spomalili a počet prechodov klesol – dramatická zmena oproti rušnej záplave častíc, s ktorými sa sonda zvyčajne stretáva v slnečnom vetre.
Vesmírna loď sa po prvýkrát ocitla v oblasti, kde boli magnetické polia dostatočne silné na to, aby dominovali pohybu tamojších častíc. Tieto podmienky boli definitívnym dôkazom toho, že kozmická loď prekonala Alfvénovú hranicu a vstúpila do slnečnej atmosféry, kde magnetické polia formujú pohyb všetkého v oblasti.
Prvý prechod cez korónu, ktorý trval len niekoľko hodín, je jedným z mnohých plánovaných pre túto misiu. Sonda sa bude naďalej špirálovito približovať k Slnku a nakoniec dosiahne vzdialenosť až 8,86 polomerov Slnka od povrchu. Pri najbližšom prelete v januári 2022 sa pravdepodobne sonda opäť dostane cez korónu.
„Som nadšená, že uvidím, čo sonda objaví pri opakovanom prechode korónou v nasledujúcich rokoch,“ povedala Nicola Fox, riaditeľka divízie heliofyziky v centrále NASA. "Príležitosti pre nové objavy sú nekonečné."
Veľkosť koróny ovplyvňuje aj slnečná aktivita. Keď sa 11-ročný cyklus aktivity Slnka rozšíri, vonkajší okraj koróny sa rozšíri, čo dáva Parker Solar Probe väčšiu šancu, že bude v koróne dlhší čas.
"Je to skutočne dôležitá oblasť do ktorého sa treba dostať, pretože si myslíme, že tu môžeme nájsť pochopenie javov týkajúcich sa všetkých odvetví fyziky," povedal Kasper.
Pri nedávnych preletoch Parker Solar Probe zozbierala údaje, ktoré presne určili pôvod cikcakovito tvarovaných štruktúr v slnečnom vetre, nazývaných serpentíny. Údaje ukázali, že jedna škvrna, z ktorej vznikajú serpentíny, je na viditeľnom povrchu Slnka vo fotosfére.
V čase, keď sa slnečný vietor dostane na Zem, zachytí ho protivietor častíc a magnetických polí. Keď však slnečný vietor uniká zo Slnka, je štruktúrovaný a nejednotný. V polovici 90-tych rokov preletela misia NASA a Európskej vesmírnej agentúry Ulysses ponad póly Slnka a objavila niekoľko bizardných zlomov v tvare písmena S v siločiarach magnetického poľa slnečného vetra, ktoré pri úniku obchádzali nabité častice na kľukatej slnečnej dráhe. Po celé desaťročia si vedci mysleli, že tieto občasné prechody sú zvláštnosti obmedzené na polárne oblasti Slnka.
V roku 2019, vo vzdialenosti 34 slnečných polomerov od Slnka sonda Parker Solar Probe zistila, že serpentíny nie sú zriedkavé, ale bežné v slnečnom vetre . To obnovilo záujem o tieto javy a vyvolalo nové otázky: Odkiaľ pochádzajú? Boli vytvorené na povrchu Slnka alebo boli formované nejakým procesom skrútenia magnetických polí v slnečnej atmosfére?
Nové zistenia publikované v časopise Astrophysical Journal konečne potvrdzujú, že jeden počiatočný bod je blízko slnečného povrchu.
Dáta sa našli v čase, kedy sonda pri svojom šiestom prelete obiehala bližšie k Slnku, vo vzdialenosti menej ako 25 polomerov Slnka. Údaje ukázali, že prechody sa vyskytujú v oblastiach a majú vyššie percento hélia – o ktorom je známe, že pochádza z fotosféry – ako iné prvky. Pôvod serpentín sa ďalej zúžil, keď vedci našli škvrny zarovnané s magnetickými lievikmi, ktoré sa vynárajú z fotosféry medzi štruktúrami konvekčných buniek nazývanými supergranuly .
Vedci sa okrem toho, že sú rodiskom serpentín, domnievajú, že magnetické lieviky môžu byť miestom, kde vzniká jedna zložka slnečného vetra. Slnečný vietor prichádza v dvoch rôznych variantoch – rýchly a pomalý – a lieviky môžu byť miestom, odkiaľ pochádzajú niektoré častice v rýchlom slnečnom vetre.
"Štruktúra týchto regiónov sa zhoduje s malou magnetickou lievikovou štruktúrou na základni koróny," povedal Stuart Bale, profesor na Kalifornskej univerzite v Berkeley a hlavný autor nového článku o prechodoch. "Toto očakávame od niektorých teórií a toto presne určuje zdroj pre samotný slnečný vietor."
Pochopenie toho, kde a ako sa objavujú zložky rýchleho slnečného vetra a či sú spojené s prechodmi, by vedcom mohlo pomôcť odpovedať na dlhotrvajúcu slnečnú záhadu : ako sa koróna zahrieva na milióny stupňov a je tak oveľa teplejšia ako slnečný povrch pod ňou.
Zatiaľ čo nové zistenia lokalizujú, kde dochádza k tejto zmene, vedci zatiaľ nemôžu potvrdiť, ako sa tvoria. Jedna teória naznačuje, že by mohli byť vytvorené vlnami plazmy, ktoré sa valia cez oblasť ako oceánsky príboj. Ďalšia tvrdí, že sú vyrobené výbušným procesom známym ako magnetické opätovné spojenie, o ktorom sa predpokladá, že sa vyskytuje na hraniciach, kde sa spájajú magnetické lieviky.
"Môj inštinkt je taký, že keď bude sonda bližšie k Slnku, dozvieme sa viac o tom, ako sú magnetické lieviky spojené s týmito zmenami," povedal Bale. "A dúfajme, že vyriešime otázku, aký proces ich robí."
Teraz, keď výskumníci vedia, čo majú hľadať, bližšie prechody sondy môžu odhaliť ešte viac záchytných bodov o prestupoch a iných slnečných javoch. Údaje, ktoré prídu, umožnia vedcom nahliadnuť do oblasti, ktorá je kritická pre prehrievanie koróny a posúvanie slnečného vetra na nadzvukovú rýchlosť. Takéto merania z koróny budú rozhodujúce pre pochopenie a predpovedanie extrémnych udalostí vesmírneho počasia, ktoré môžu narušiť telekomunikácie a poškodiť satelity okolo Zeme.
„Je naozaj vzrušujúce vidieť, ako sa našim pokročilým technológiám darí dostať Parker Solar Probe doteraz najbližšie k Slnku“ povedal Joseph Smith, výkonný riaditeľ programu Parker v centrále NASA. "Tešíme sa na to, čo ešte misia objaví, keďže sa v nadchádzajúcich rokoch dostane ešte bližšie."
Parker Solar Probe je súčasťou programu NASA Living with a Star, ktorého cieľom je preskúmať aspekty systému Slnko-Zem, ktoré priamo ovplyvňujú život a spoločnosť. Program Living with a Star riadi Goddard Space Flight Center agentúry v Greenbelt, Maryland, pre riaditeľstvo vedeckých misií NASA vo Washingtone. Laboratórium aplikovanej fyziky Univerzity Johna Hopkinsa v Laurel, Maryland, riadi misiu Parker Solar Probe pre NASA a navrhlo, postavilo a prevádzkuje túto sondu.
Zdroj: tlačová správa NASA