У грудні 2024 року «Паркер» підійшов до сонячної фотосфери на рекордно близьку відстань — це стало великим досягненням світової космонавтики. А 2025 року, також у грудні, він знову підійшов до Сонця на приблизно таку ж відстань. Передані з його борту світлини, отримані зсередини сонячної атмосфери, допомагають ученим глибше зрозуміти вплив нашої денної зорі на Сонячну систему загалом та на Землю зокрема. Зонд «Паркер» функціонує досі, він є найшвидшим штучним об’єктом, адже рухається навколо Сонця з колосальною швидкістю — майже 700 000 км/год.
…Висадка на Місяць допомогла вченим зрозуміти,
як він утворився, а дотик до Сонця став велетенським
кроком для людства, що дасть змогу здобути важливу
інформацію про нашу найближчу зорю та її вплив
на Сонячну систему,
Корона Сонця і сонячний вітер
Перш ніж розповісти про космічну місію «Паркер», нагадаємо читачеві, що таке сонячна корона та сонячний вітер.
Короною зорі називають зовнішній, розріджений і гарячий (температура сумірна з мільйоном градусів), шар її атмосфери; цей термін походить від латинського слова corona — вінець, вінок. Корона випромінює світло переважно в рентгенівському діапазоні. Докладно корону вчені дослідили тільки для найближчої до нас зорі — Сонця. Сонячна корона у сотні разів гарячіша за так звану поверхню Сонця — фотосферу: середня температура фотосфери становить приблизно 6 тис. градусів, а температура сонячної корони лежить в діапазоні 1—3 млн градусів. Щільність корони Сонця у 10 разів менша від щільності фотосфери, а її світність у видимому діапазоні становить лише одну мільйонну частку від світності фотосфери. Корона відділена від фотосфери відносно тонкою хромосферою. Корона Сонця простежується від краю сонячного диска до відстаней у десятки сонячних радіусів. Її випромінювання губиться на тлі неба, тому з поверхні Землі сонячну корону повністю можна спостерігати тільки під час повних сонячних затемнень: тоді її видно як сріблясте сяйво навколо темного диска Місяця.
8 квітня 2024 р.
астрофотографа Філа Гарта
На світлині ми бачимо зображення корони під час сонячного затемнення 8 квітня 2024 р., повну фазу якого можна було спостерігати на території Мексики, США й Канади. А дивовижна світлина австралійського астрофотографа Філа Гарта посіла у 2024 р. перше місце на міжнародному конкурсі Astrophotography Prize, де за звання найкращих змагалися астрофотографи з усього світу. (Кому цікаво, то 12 найкращих астрофотографій із цього конкурсу можна знайти за посиланням).
Зовнішні краї сонячної корони постійно поширюються в космос у приблизно радіальних напрямах — так утворюється сонячний вітер: безперервний потік електрично заряджених частинок (плазми) від Сонця, які вирують по всій Сонячній системі. Можна сказати, що корона Сонця плавно переходить у сонячний вітер. Ми вже відмітили, що в короні речовина нагріта до дуже високої температури — мільйони градусів. Через це вага вищих шарів сонячної атмосфери вже не зрівноважує газовий тиск корони, тому вона (корона) розширюється. Можна сказати, що сонячний вітер є наслідком газодинамічного розширення корони Сонця в міжпланетний простір. Учені розрізняють два типи сонячного вітру: повільний (швидкість 300 км/с) та швидкий (600—700 км/с). Повільний сонячний вітер удвічі щільніший і більш мінливий, ніж швидкий.
Сонячний вітер досягає віддалі приблизно (15 × 109) млн км — це у 100 разів більше, ніж відстань від Землі до Сонця. Об’єм, заповнений сонячним вітром, називається геліосферою.
Сонячний вітер зумовлює цілу низку явищ на Землі та в навколоземному просторі: полярні сяйва; електричні струми, що можуть перевантажувати енергетичні мережі та впливати на зв’язок на Землі, тощо. А щоб добре розуміти вплив сонячного вітру на природу й техногенні досягнення цивілізації, треба дослідити процес його виникнення на Сонці. У науковців немало загадок щодо цього явища: як генерується сонячний вітер, як саме він долає величезне гравітаційне тяжіння Сонця та ін.
Звичайно, дуже цінні результати дає вивчення Сонця зблизька — з цією метою і був запущений космічний апарат «Паркер»: дослідити зовнішню корону Сонця, пролітаючи крізь неї.
Сонячний зонд «Паркер»: старт, обладнання, політ, орбіта
Сонячний зонд «Паркер» (англ.: «Parker Solar Probe») стартував у серпні 2018 року з космодрому на мисі Канаверал, що у штаті Флорида, США. Його розроблено в Національному аерокосмічному агентстві США (англ.: National Aeronautics and Space Administration, скорочено: NASA; НАСА) в рамках програми «Життя зі зорею» (англ.: «Living With a Star»; скорочено: LWS). Наукову частину цієї космічної місії координує Лабораторія прикладної фізики університету ім. Джонса Гопкінса (англ.: Johns Hopkins University; м. Балтимор, шт. Меріленд, США). А загалом програмою «Життя зі зорею» керує Центр космічних польотів імені Ґоддарда (м. Ґрінбелт, шт. Меріленд, США).
Тут приємно відмітити, що Київський національний університет (КНУ) імені Тараса Шевченка також долучений до космічної місії «Паркер»: співробітник кафедри астрономії та фізики космосу фізичного факультету, доктор фізико-математичних наук Олексій Агапітов бере участь у цьому проєкті. Докладніше про це можна прочитати за посиланням.
Маса космічного апарата «Паркер» при запуску: 685 кг; його розміри типові для автоматичних міжпланетних станцій: (1×3×2,3) м. На його борту є кілька наукових приладів: магнітометр, флюксметр, оптичний телескоп для отримання зображень сонячної корони та геліосфери (англ.: Wide-field Imager for Solar Probe, скорочено кажуть: WISPR) і два електростатичні аналізатори.
Якщо сказати конкретніше про наукові завдання космічної місії «Паркер», то серед них такі:
- дослідження частинок навколосонячної плазми та їхнього впливу на сонячний вітер;
- вивчення магнітних полів у джерелах сонячного вітру;
- отримання зображень сонячної корони.
Мандрівка «Паркера» міжпланетними просторами була непростою. Через півтора місяця після запуску він уперше пролетів біля Венери і невдовзі вийшов на еліптичну геліоцентричну (навколосонячну) орбіту, роблячи один оберт навколо Сонця за 150 земних діб. У листопаді 2018 р. він уперше пройшов свій перигелій — найближчу до Сонця точку орбіти.
Після цього зонд «Паркер» зближувався з Венерою ще шість разів: у грудні 2019 р.; у липні 2020 р.; у лютому й жовтні 2021 р.; у серпні 2023 р.; у листопаді 2024 р. Внаслідок усіх цих прольотів космічний апарат змінював свою геліоцентричну орбіту, зменшуючи період обертання та все більше зближуючись із Сонцем. Після сьомого, останнього, зближення з Венерою «Паркер» вийшов на навколосонячну, досить витягнену орбіту, де перебуває і досі — уже понад рік. Для неї найближча та найдальша відстані до Сонця становлять, відповідно, приблизно 6 млн км та 110 млн км; повний оберт навколо Сонця «Паркер» здійснює за 88 земних діб.
Час від часу «Паркер» проходить через перигелій своєї орбіти, тобто зближується зі Сонцем. Під час таких зближень він витримує неймовірну спеку та радіацію і перебуває поза зв'язком зі Землею, працюючи автономно.
Отак мандруючи по внутрішній частині Сонячної системи, рухаючись на шаленій швидкості серед планет та навколо Сонця, зонд «Паркер» передавав і далі передає ученим цікаву й цінну наукову інформацію. Про це коротко розкажемо нижче.
Наукові результати космічної місії «Паркер»
У листопаді 2019 року фахівці НАСА, задіяні в цій космічній місії, оприлюднили перші наукові дані — вимірювання апаратури на борту «Паркера» під час першого (восени 2018 р.) та другого (навесні 2019 р.) прольотів зонда поблизу Сонця. Звичайно, «поблизу» розуміємо дуже відносно: «Паркер» перебував не далі ніж за 37 500 від Сонця. Це, звичайно, чимала відстань, але вона аж учетверо менша, ніж відстань між Землею та нашою денною зорею.
У липні 2020 р. космічний апарат «Паркер», утретє пролітаючи біля Венери, дослідив цю планету, а також комету C/2020 F3 (NEOWISE). Прилади на його борту зазнімкували деякі деталі на Венері та виявили в названої комети іонний хвіст з натрію.
Наступного року, знову перетнувши корону, «Паркер» допоміг ученим виявити, що межа корони була нерівною та складнішою, ніж уважали раніше.
24 грудня 2024 року — знаменна дата в роботі космічної місії «Паркер» та й космонавтики взагалі. Того дня «Паркер» підлетів до сонячної фотосфери (умовно її називають поверхнею Сонця) на рекордно близьку відстань: 6 166 560 км. Для порівняння нагадаємо, що середня відстань від Землі до Сонця становить 150 млн км. При цьому його геліоцентрична швидкість (швидкість відносно сонячного центра) становила приблизно 687 000 км/год.
Під час того рекордного прольоту повз Сонце зонд передав унікальні світлини зсередини сонячної атмосфери; вони зроблені ближче до Сонця, ніж будь-коли раніше. На основі аналізу таких знімків учені можуть глибше, чіткіше зрозуміти вплив Сонця на всю Сонячну систему, зокрема на Землю, що дуже важливо для нас. Науковці дістали змогу побачити зміни космічної погоди для Землі наче власними очима, а не лише при використанні моделей. Це допомагає скласти набагато якісніші прогнози космічної погоди, а тим самим краще захистити космонавтів і технології.
У березні та червні 2025 року зонд «Паркер» знову пролетів через перигелій своєї орбіти 23-й і 24-й раз, залишившись на ній. А у вересні того ж року він, як кажуть, пройшов свій 25-й перигелій, повторивши свій же рекорд у 6,2 млн км від поверхні (фотосфери) Сонця.
У середині грудня 2025 р. «Паркер» пройшов перигелій 26-й раз, вкотре підлетівши до Сонця приблизно на 6.2 млн км. Добре витримавши спеку та радіацію і цього разу, космічний апарат залишається на орбіті в робочому стані.
Передавши унікальну інформацію під час багатьох прольотів крізь корону Сонця, зонд «Паркер» допоміг науковцям набагато глибше зрозуміти явище сонячного вітру. Зображення оптичного телескопа «WISPR» дають ученим змогу дослідити, що відбувається із сонячним вітром невдовзі після того, як він виходить із корони.
Завдяки «Паркеру» вчені змогли набагато чіткіше сформулювати теорію безперервних потоків частинок від Сонця — тепер вони значно глибше розуміють походження та еволюцію цих потоків, а також більше знають про їхні різновиди.
Спостереження зонда «Паркер» за сонячним вітром та сонячними подіями, такими як спалахи та викиди корональної маси, дуже допомагають ученим глибше зрозуміти ті аспекти космічної погоди, що є загрозою для безпеки космонавтів, штучних супутників, авіаперельотів та навіть енергетичних мереж на Землі. Розуміння явищ космічної погоди допомагає надійніше прогнозувати ризики для космонавтів під час майбутніх космічних місій на Місяць і Марс.
Космічний апарат «Паркер» є найшвидшим об’єктом, виготовленим людиною. Облітаючи Сонце, він у своєму перигелії (нагадаємо: це найближча до Сонця точка орбіти) досягав швидкости понад 190 км/с — це приблизно 700 000 км/год.
До запуску зонда «Паркер» NASA та його міжнародні партнери керували кількома космічними місіями — Mariner 2, Helios, Ulysses, Wind та ACE, — які допомогли вченим досліджувати походження сонячного вітру, але здалеку. Особлива цінність «Паркера» в тому, що він, отримавши інформацію набагато ближче до Сонця, допомагає заповнити прогалини в нашому розумінні явища сонячного вітру.
Насамкінець додамо, що цей КА названо на честь відомого американського астрофізика Юджина Паркера (1927—2022), чиї наукові роботи стосуються фізики плазми. У середині минулого століття (1958 р.) цей учений передбачив існування сонячного вітру, а також виконав перші дослідження властивостей сонячного вітру і його взаємодії з магнітним полем Землі. Інакше кажучи, Юджин Паркер розробив теорію сонячного вітру; на жаль, тоді вона зазнала критики з боку інших геліофізиків — науковців, що досліджують Сонце. Під час запуску сонячного зонда «Паркер» цей, тоді 91-річний, астроном був на космодромі. Він став першою людиною, яка побачила запуск космічного апарата, названого на її честь!
Г.З. Бутенко, кандидат фізико-математичних наук, Міжнародний центр астрономічних і медико-екологічних досліджень НАН України, Київ
Л.М. Свачій, кандидат фізико-математичних наук, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ
Засновник та видавець