Летим на Солнце: беспрецедентная научная экспедиция

NASA сообщило о подготовке беспрецедентной научной экспедиции Solar Probe Plus, которая состоится в 2018 году. Но выдержит ли аппарат солнечную температуру, при которой плавится, можно сказать, все?

ДЕЛО БРЕЖНЕВА ПРОДОЛЖИТ ОБАМА

Сразу вспоминается анекдот времен Советского Союза. Брежнев вызвал к себе группу космонавтов.

— Товарищи! Американцы высадились на Луне. Мы тут подумали и решили, что вы полетите на Солнце!

— Так сгорим ведь, Леонид Ильич!

— Не бойтесь, товарищи, партия подумала обо всем. Вы полетите ночью.

Смех смехом, но ведь, действительно, даже представить трудно, что прямиком в чудовищное пекло можно отправить космические аппараты не то что с людьми, а даже автоматические. Но именно так — без шуток — и собираются поступить американцы.

NASA объявило об отправке космического зонда для изучения светила с самого близкого в международной космонавтике расстояния — 6,4 млн км. Старт научного аппарата, как предполагается, состоится не ранее 2018 года. Зонду размером с автомобиль предстоит буквально погрузиться в верхний слой атмосферы Солнца и таким образом получить возможность изучить объекты и процессы, недоступные ни одному другому космическому аппарату или инструменту.

— Мы впервые сможем потрогать и ощутить вкус и запах живой, дышащей звезды, — мечтательно призналась один из научных руководителей проекта со стороны NASA Лика Гухатхакурта.

Американцы вынашивают эту фантастическую идею еще с 2005 года. Тогда проект назывался просто Solar Probe. В 2008 году его уточнили и дополнили, назвав Solar Probe Р1из. Аппарат взялась разрабатывать и строить Лаборатория прикладной физики в Университете Джона Хопкинса — APL (Johns Hopkins’ Applied Physics Lab), которая уже отметилась успешными «высокотемпературными» миссиями. Например, создала зонд MESSENGER, который летал в окрестностях очень горячего Меркурия — первой планеты от Солнца. А нынешний проект «беспрецедентной научной экспедиции», похоже, стал совсем даже реальным. О чем и сообщили в NASA, подчеркнув, что исследователи уже решили, какая именно аппаратура будет установлена на солнечном зонде. И что, собственно, она будет измерять: из 13 предложенных вариантов комплектации отобрано пять приборов.

Вообще американцы хотели полететь раньше — в 2015-м. Но дату пришлось передвинуть из-за того, что Солнце... затихло. И период спокойного Солнца неожиданно затянулся. Как будто почувствовало, что к нему издалека засобирались нежданные гости. Очередной цикл его активности только начался — с опозданием примерно на три года. Соответственно и последующие циклы могут сдвинуться. Конкретно — 25-й по счету, максимум которого ожидался в 2022 году. А хочется, чтобы зонд как раз застал буйство светила и попал во множество солнечных бурь. Чтобы было на что посмотреть, поснимать и измерить! Аппарат должен пролетать семь лет. То есть как минимум до 2025 года.

ЗОНТИК ОБЯЗАТЕЛЕН

Аппарат Solar Probe Plus, выйдя на эллиптическую орбиту вокруг Солнца, будет периодически приближаться к нему на 6,4 млн километров (для сравнения: Меркурий расположен в 10 раз дальше). С этого расстояния огненный шар выглядит в 23 раза крупнее, чем он кажется с Земли.

Аппарат — огнеупорный. По заверениям специалистов, должен выдерживать нагрев в 1400-1500 градусов Цельсия. Это почти температура плавления железа. От солнечного жара его оградят покрытие из углеродного композита и щит из того же материала. Под ним, словно под зонтиком, аппарат будет прятаться и от палящих лучей, и от жесткого рентгеновского излучения.

Электропитание — от солнечных батарей. Что естественно для такой миссии. Они по мере приближения к раскаленному светилу должны складываться под все более и более острым углом так, чтобы большая часть поверхности оставалась в тени щита, а меньшая обеспечивала получение электроэнергии в объеме, достаточном для работы зонда.

Помимо приборов зонд будет оснащен телескопом и камерами, передающими изображение в 3D-формате. Специалисты надеются подробно рассмотреть процессы, происходящие на поверхности светила.

ТАМ ТОЖЕ БЫВАЕТ ПРОХЛАДА

— Зонд практически войдет в атмосферу Солнца, — рассказывала Лика Гухатхакурта на пресс-конференции в NASA, которая транслировалась на их сайте. — Пролетит сквозь ее вещество. И станет первым аппаратом, который там побывает. Пока можно только гадать, что точно находится в этой, никем еще не изведанной, области Солнечной системы. Но мы точно ожидаем массу удивительных открытий.

— Эксперименты, которые мы собираемся провести в рамках полета Solar Probe Plus, нацелены на решение двух ключевых вопросов солнечной физики, — продолжил рассказ коллеги директор департамента гелиофизики Дик Фишер. — Первый: почему внешняя атмосфера светила гораздо горячее его видимой поверхности? Второй: откуда, собственно, дует солнечный ветер, влияющий и на Землю, и на всю нашу Солнечную систему? Что конкретно его поднимает?

Как поясняют исследователи, первая загадка связана с солнечной короной — тем самым сверкающим ореолом, который можно увидеть во время полных солнечных затмений. Анепонятно вот что: температура на поверхности Солнца едва превышает 6 тысяч градусов. И по логике она должна убывать по мере удаления от светила. А температура, наоборот, растет в сотни раз! Внешняя атмосфера Солнца — та самая корона — нагрета аж до миллиона градусов. Это недоразумение озадачивает уже более 60 лет, с тех пор как впервые было обнаружено.

Температурный феномен светила изучают и у нас в России.

— Солнечные тайны действительно существуют, — признался директор астрономической обсерватории Иркутского государственного университета, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН Сергей Язев, узнав о планах американцев.
— В центре Солнца — порядка 15 миллионов градусов, далее температура понижается, достигая минимума у поверхности. А потом опять растет. До миллиона градусов. И большинство исследователей сейчас сходятся во мнении, что эту аномалию создают магнитно-гидродинамические волны, идущие от Солнца. Они и перекачивают энергию в атмосферу светила.

Есть тайна и в солнечном ветре. Этот горячий поток заряженных частиц, несущихся от нашего светила со скоростью миллионов километров в час, «омывает» всю нашу систему. Планеты, кометы, астероиды «чувствуют» его всплески. Но вот что странно: рядом с Солнцем — у поверхности — никакого ветра нет. Что же создает «ураганы» вдали от их очевидного источника?

Одно из предположений выдвигает астрофизик Язев:

— Источник высокоскоростного солнечного ветра — того, который достигает 800 километров в секунду, — скорее всего, корональные дыры — своеобразные прорехи в солнечной короне, где магнитное поле открыто в межпланетное пространство и силовые линии не замкнуты. Куда менее понятен слабый солнечный ветер. Кажется, что идет от всего Солнца. Но так ли это?

ПЯТНОВЫВОДИТЕЛЬ ДЛЯ ЗВЕЗДЫ

Еще один вопрос, который мучает ученых: может ли Солнце менять климат на Земле? Дело в том, что аномально низкая активность нашего светила, которая мешает американцам отправить аппарат пораньше, была зарегистрирована еще в начале 2010 года. А необычное протекание солнечного цикла уже через 11 лет, по прогнозам астрономов из американской Национальной солнечной обсерватории (NSO), может привести к практически полному исчезновению пятен. Причем этот минимум способен затем продлиться десятилетия. Свои выводы исследователи Мэттью Пенн и Уильям Ливингстон сделали на основе многолетних измерений магнитных полей почти 1500 солнечных пятен. Они установили, что с конца 1990-х по нынешний момент средняя магнитная индукция в солнечных пятнах упала с 2700 до 2000 гаусс (единица измерения магнитной индукции). Если тенденция продолжится, то к 2021 году сила полей упадет до 1500 гаусс, а ниже этого уровня пятна уже не могут производиться.

Причина ослабления полей неясна. Вообще нынешний минимум солнечной активности, из которого светило только вышло, продлился более 26 месяцев вместо обычных 16. Ученые уже связывают это отклонение с необычными процессами в глубинах дневной звезды, но полной картины пока нет.

Источник высокоскоростного солнечного ветра — того, который достигает 800 километров в секунду, — скорее всего, корональные дыры

Ливингстон отмечает, что, судя по полученным снимкам, в отличие от «типовых» пятен последнего солнечного максимума новые пятна выглядят «не очень здоровыми»: многие из них обладают весьма скромной полутенью или вообще обходятся без нее.

Правда, авторы нового исследования уточняют, что их прогноз — вовсе не окончательный. Но экстраполяция наблюдений говорит: в стартовавшем ныне 24-м цикле пятен будет вдвое меньше, чем в 23-м (а ведь и он отличался самым скромным числом пятен за столетие), ну а в 25-м цикле пятен почти что не будет. Однако лишь дальнейшее развитие событий покажет, исправится Солнце или действительно скатится в сверхпродолжительный минимум активности.

Такое, кстати, уже происходило с 1645-го по 1715годы. Причем общее число пятен в это время было в тысячу раз меньше, чем набралось бы за столько же лет в нашу эпоху. Низкая активность светила послужила тогда одной из причин малого ледникового периода. И специалисты задаются тревожным вопросом: если нынешний спокойный период затянется, то это отразится на климате? Вот что думает по этому поводу российский астрофизик Сергей Язев.

Solar Probe Plus будет то приближаться к светилу, то удаляться от него. И за счет такой траектории он семь раз окажется и у Венеры. Заодно, может, раскроет и ее тайны.

ГАДАНИЕ НА ПЛАЗМЕННОЙ ГУЩЕ

— В последние годы Солнце ведет себя действительно необычно, — рассказывает Сергей Арктурович. — Астрономам даже стало трудно прогнозировать, что будет дальше. И не очень понятно, почему происходит то, что мы имеем сейчас. Очень надолго затянулся очередной минимум солнечной активности.

Первые прогнозы были такие: уже в конце 2006-го — в начале 2007 года после минимума должен был начаться очередной 24-й цикл солнечной активности, который составляет примерно 11 лет. Но не тут-то было. Весь 2007-й и даже 2008 год активность светила продолжала падать, по одним расчетам слабый подъем все же начался с конца 2008 года. Но по другим — получается, что спад продолжится еще до конца 2010-го.

Ситуация уникальная: летом 2009 года пятен на Солнце не было почти полтора месяца. Такое случилось впервые с 1913 года. Поэтому есть гипотеза, что затянувшийся минимум должен закончиться повышенной активностью Солнца. Начнутся сильные вспышки, протуберанцы. И как следствие — на Земле чаще будут бушевать магнитные бури. По старым прогнозам, максимум следующего цикла должен был прийтись как раз на 2012 год. Отсюда и ожидания, что Солнце может «бабахнуть».

Вторая причина — появились новые спутниковые средства наблюдения за светилом. И последние 15 лет мы видим, как Солнце постоянно выбрасывает в разные стороны огромные сгустки плазмы — зрелище впечатляющее. Раньше мы их не могли заметить, а сейчас фиксируем. А вдруг эта плазма доберется до Земли? Еще одна тема для сценаристов фильмов-катастроф.

— Возможен ли в реальности такой испепеляющий удар по Земле, как показывают в блокбастерах, когда после огненного выброса планета остается выжженной?

— Сказать, что такой супервыброс может случиться раз в сколько-то сотен или тысяч лет, я не могу. Конечно, Земля переживала глобальные катастрофы, но неизвестно, были ли они связаны с Солнцем. Слишком мало времени мы наблюдаем за нашим светилом. Пока данных недостаточно.

С другой стороны, я помню сообщение, которое появилось после полета «Аполлона-12». Оно было о том, что американские астронавты на Луне нашли ошлакованный грунт. По одной из версий, объясняющих этот факт, на Солнце могла произойти очень мощная вспышка. И ее выброс опалил Луну. А значит, мог достать и Землю. Но сегодня другая ситуация: в ближайшие 20-30 лет активность Солнца останется слабой.

— Мы останемся без света?!

— Нет, конечно. Вне зависимости от активности светила планета получает стабильное количество тепла и света. Солнце пока работает как надежная топка. Ее КПД может колебаться, но не более чем на 0,2 процента. Так происходит уже миллионы лет, и нет оснований считать, что положение изменится. Но что касается климата, то существует гипотеза, что активность Солнца оказывает влияние на климат Земли. Она пока окончательно не доказана.

— Но если она окажется в конце концов верной, тогда чего нам ждать в связи с этим — потепления или похолодания?

— Есть много доводов в пользу того, что средняя температура на Земле может оказаться связанной с тем, как ведет себя Солнце. К примеру, в 1645-1715 годах пятен на нашей звезде практически не было (о чем упоминалось выше). И почему-то в Европе в это же время существенно похолодало. Тогда замерзали реки, озера, моря. Подобное произошло и в начале XIX века. И по историческим хроникам мы знаем, что и в Европе, и на территории России тогда были аномальные холода. В том же 1913 году полтора месяца пятен не было вообще. И тоже отмечался спад температуры.

— Выходит, если ближайшие три-четыре солнечных цикла окажутся слабыми, то через 30-50 лет Земля замерзнет?

— Возможно. Но насколько может упасть средняя температура, сказать сейчас не может никто. И большинство гелиофизиков склоняются к мнению, что, скорее всего, нас ждет не глобальное, а локальное похолодание. Если, конечно, Солнце не подкинет новых сюрпризов. И тогда станет, наоборот, очень жарко.

КАК РОЖДАЮТСЯ МАГНИТНЫЕ БУРИ

Порой на солнце возникают области с магнитными полями настолько мощными, что они подавляют восходящие потоки газа. Излучение ослабевает, и визуально кажется, что на светиле появились темные участки. Это и есть солнечные пятна. При определенных условиях магнитная энергия переходит в тепловую и происходит вспышка — выброс с огромной скоростью плазмы и заряженных частиц, которые могут стать, попав в атмосферу Земли, причиной магнитных бурь. Во время 11-летнего солнечного цикла количество пятен постоянно меняется. От минимума, когда их может не быть вовсе или же они небольшого размера, до максимума, когда они появляются ежедневно и занимают большую область на солнце.