Нашу Солнечную систему окружает естественный и малоизученный космический щит, называемый гелиосферой — и для того, чтобы астрономы смогли изучить её получше, была запущена новая миссия.
Созданная солнечным ветром — постоянным потоком заряженных частиц, истекающих от Солнца, — гелиосфера действует как огромный пузырь, который защищает планеты нашей Солнечной системы от космической радиации, пронизывающей Млечный Путь, нашу родную галактику.
В дополнение к защитному магнитному полю Земли гелиосфера играет главную роль в поддержании жизни на нашей планете и, возможно, на других, на которых она когда-то существовала, например на Марсе.
Более полудюжины миссий внесли вклад в понимание астрономами гелиосферы, а два долгоживущих космических аппарата, зонды «Вояджер», собрали ключевые данные после выхода из гелиосферы для исследования межзвёздного пространства.
Но новая миссия IMAP (расшифровывается как «зонд межзвёздного картографирования и ускорения») создана для исследования того, как Солнце формирует свой солнечный ветер и как этот солнечный ветер взаимодействует с межзвёздным пространством на границе гелиосферы, которая начинается на расстоянии, в три раза превышающем дистанцию между Землёй и Плутоном — так заявляет НАСА.
Десять приборов космического аппарата также заполнят пробелы в существующей карте гелиосферы, составленной из данных, собранных предыдущими миссиями, и помогут ещё лучше объяснить, как гелиосфера в значительной степени защищает нашу Солнечную систему от убийственных космических лучей, самых высокоэнергетических частиц во Вселенной.
Наряду с двумя другими миссиями по изучению космической погоды, которые отправились в полёт на одной ракете в сентябре, IMAP поможет учёным лучше прогнозировать, когда солнечные бури, извергнутые Солнцем, могут повлиять на нашу планету. Будучи направленным на Землю, жёсткое излучение от этих бурь, также известное как космическая погода, может представлять риски для астронавтов на Международной космической станции, а также нарушать работу связи, электросетей, навигации, радио и спутников.
«Этот следующий набор миссий — лучшая в своём роде совместная поездка в космос, — сказал доктор Джо Уэстлэйк, директор Отдела гелиофизики НАСА, во время пресс-конференции. — Они обеспечат беспрецедентное понимание космической погоды. Каждый человек на Земле, как и почти каждая система, вовлечённая в космические исследования и нужды человечества, подвержены влиянию космической погоды».
Концептуальная анимация, демонстрирующая гелиосферу.
Составляем карту гелиосферы
О существовании гелиосферы впервые высказался ряд учёных, исследовавших концепцию космических лучей и солнечного ветра в конце 1950-х годов. Они полагали, что Солнце обеспечивает сеть магнитных полей и солнечного ветра, создающую границу, окружающую Землю и остальную Солнечную систему.
«Маринер-2», первая успешная миссия к другой планете, выполнившая облёт Венеры в 1962 году, также первой измерила солнечный ветер, доказав его существование. Прямые измерения, проведённые миссиями «Пионер-10» и «-11» в 1970-х годах, а также зондами «Вояджер», предоставили дальнейшие доказательства существования гелиосферы.
Учёные горят желанием узнать, как выглядят границы гелиосферы, и зонды «Вояджер» уже дали интересные намёки на это в прошлом. Они — два единственных космических аппарата, пересёкшие гелиосферу.
«Вояджер-1» достиг границы гелиосферы в 2012 году, в то время как более медленный «Вояджер-2» пересёк её в 2018 году, предоставив снимки в двух её местах. Информация, собранная этими зондами, помогает учёным изучать кометообразную форму гелиосферы.
Спутник IBEX картирует гелиосферу с момента запуска в 2008 году. Но IMAP сможет исследовать и картировать границы гелиосферы с непревзойдённой точностью, поскольку его приборы делают изображения быстрее и обладают в 30 раз более высоким разрешением.
Как только IMAP достигнет орбиты на расстоянии около 1,6 миллиона километров от Земли примерно через три месяца, он также начнёт наблюдения за солнечным ветром в реальном времени, измерять частицы, путешествующие от Солнца, изучать границу гелиосферы на расстоянии от 9,7 до 14,5 миллиардов километров и собирать данные из межзвёздного пространства.
В основном, IMAP будет измерять энергичные нейтральные атомы — незаряженные частицы, которые образуются, когда энергичный заряженный ион сталкивается с медленно движущимся нейтральным атомом. Процесс, который формирует эти частицы, встречается везде, где есть плазма в космосе, а также происходит по всей гелиосфере и вдоль её границы. IMAP будет полагаться на отслеживание этих частиц, чтобы создать более полную карту гелиосферы.
Эти частицы движутся по прямой линии, не подвергаясь влиянию магнитных полей, поскольку они не заряжены, поэтому IMAP может улавливать нейтральные атомы вблизи Земли и прослеживать их до их источников, таких как иначе невидимые границы гелиосферы, согласно НАСА.
«IMAP будет получать невероятно детальные описания этой области взаимодействия, которые будут меняться во времени, — сказал доктор Дэвид Маккомас, главный исследователь миссии IMAP и астрофизик Принстонского университета. — Он сможет понять, что представляет собой этот щит, как он работает и как выглядит».
Маккомас добавил, что не одна наша Солнечная система обладает чем-то, подобным гелиосфере, и яркие астросферы также были замечены вокруг других звёзд.
Отслеживание космической погоды
IMAP стартовал вместе с Обсерваторией Каррутерса НАСА и SWFO-L1 на ракете SpaceX Falcon 9 из Космического центра Кеннеди НАСА во Флориде в среду 22 сентября в 7:30 утра по восточному времени. НАСА транслировало запуск в прямом эфире на YouTube.
Обсерватория Каррутерса — это малый спутник, который будет посвящён наблюдению за экзосферой, самым внешним атмосферным слоем Земли. Миссия Каррутерса будет захватывать изображения слабого ультрафиолетового свечения этого региона, называемого геокороной, чтобы помочь ответить на вопросы о форме, размере и плотности экзосферы.
Миссия названа в честь доктора Джорджа Каррутерса, который разработал ультрафиолетовую камеру для первой лунной обсерватории, размещённой во время миссии «Аполлон-16». Камера, до сих пор находящаяся в районе плато Декарта на Луне, сфотографировала Землю в ультрафиолетовом свете и сделала первое изображение экзосферы в 1972 году.
Миссия Каррутерса будет измерять изменения и эффекты космической погоды в момент, когда она достигает Земли, учитывая, что экзосфера отмечает переходную границу между Землёй и космосом.
Тем временем, миссия SWFO-L1 будет работать как детектор солнечных бурь, обеспечивая ранние предупреждения для защиты астронавтов на низкой околоземной орбите и спутников, обеспечивающих критическую связь на Земле. Это инструмент, который станет ещё более необходимым по мере того, как астронавты будут отправляться всё дальше в глубокий космос.
«Я думаю, наши миссии становятся всё лучше, но мы стремимся к действительно надёжным прогнозам, — сказал Марк Клэмпин, исполняющий обязанности заместителя руководителя Управления научных миссий НАСА, на пресс-конференции, посвящённой предстоящей миссии «Артемида II» вокруг Луны. — И, очевидно, миссии, которые мы запускаем сейчас, дадут нам гораздо лучшее понимание не просто одной части проблемы, но всей проблемы в целом — от того, что происходит на Солнце, до того, как это затем распространяется от Солнца, и становится ли это реальной проблемой или нет».
Компактный коронограф-телескоп спутника будет отслеживать активность Солнца и измерять солнечный ветер, обеспечивая постоянный поток данных в Центр прогнозирования космической погоды NOAA. Изображения солнечных бурь, сделанные спутником, могут быть отправлены в центр в течение 30 минут, в то время как передача данных с других действующих миссий, такие как Обсерватория солнечной и гелиосферной деятельности НАСА и Европейского космического агентства, запущенная в 1995 году, может занимать до восьми часов.
«Необходимые данные SWFO-L1 — это наша страховка для того, чтобы свет оставался включённым, самолёты летали, а спутники были в безопасности, обеспечивая готовность Америки к тому, что Солнце посылает нам на Землю», — сказал Клинтон Уоллес, директор Центра прогнозирования космической погоды NOAA.