Сонцеві полюси можуть містити відповіді на давні таємниці про магнітні цикли, сонячний вітер та космічну погоду.
Полярні регіони Сонця залишаються однією з найменш досліджених областей сонячної науки. Незважаючи на те, що супутники та наземні обсерваторії зафіксували чудові деталі поверхні, атмосфери та магнітного поля Сонця, майже всі ці погляди походять з екліптичної площини, вузького орбітального шляху, а за ними-Земля та більшість інших планет.
Ця обмежена перспектива означає, що вчені мають лише обмежені знання про те, що відбувається поблизу сонячних полюсів. І все ж ці регіони є критичними. Їх магнітні поля та динамічна активність є центральними для сонячного магнітного циклу і забезпечують як масу, так і енергію для швидкого сонячного вітру. Ці процеси в кінцевому підсумку формують сонячну поведінку та впливають на космічну погоду, яка може досягти Землі.
Чому полюси мають значення
На поверхні полюси можуть здатися спокійними порівняно з більш активними середніми засобами (близько ± 35 °), де поширені сонячні плями, сонячні спалахи та викиди корональної маси (CME). Однак дослідження показують, що полярні магнітні поля сприяють безпосередньо глобальному сонячному динамо і можуть виступати основою для наступного сонячного циклу, допомагаючи встановити дипольне магнітне поле Сонця. Спостереження з місії Улісса також показали, що швидкий сонячний вітер походить переважно з величезних корональних отворів у полярних областях. З цієї причини здобуття чіткішого уявлення про полюси Сонця є важливим для вирішення трьох найбільш фундаментальних питань у сонячній фізиці:
1) Як працює сонячний динамо і керує сонячним магнітним циклом?
Сонячний магнітний цикл відноситься до періодичної зміни числа сонячної плями на сонячній поверхні, як правило, на часовій шкалі приблизно 11 років. Під час кожного циклу магнітні полюси Сонця зазнають реверсації, з магнітними полярністю північного та південного полюсів перемикаються.
Глобальні магнітні поля Сонця генеруються за допомогою динамо -процесу. Ключовими для цього процесу є диференціальне обертання сонця, яке генерує активні області, і меридіональна циркуляція, яка транспортує магнітний потік у бік полюсів. Тим не менш, десятиліття геліозізмічних досліджень виявили суперечливі результати щодо моделей потоку глибоко в зоні конвекції.
Деякі дослідження навіть свідчать про те, що польові потоки в основі зони конвекції, кидаючи виклик класичним моделям динамо. Високі спостереження за магнітними полями та плазма Рухи можуть надати відсутні докази для вдосконалення або переосмислення цих моделей.
2) Що керує швидким сонячним вітром?
Швидкий сонячний вітер – надзвуковий потік заряджених частинок – походить насамперед із полярних корональних отворів і пронизує більшість геліосферних об’ємів, що домінує у фізичному середовищі міжпланетного простору.
Однак критичні деталі щодо походження цього вітру залишаються невирішеними. Чи походить вітер з щільних шлейфів у корональних отворах або з менш густих областей між ними? Чи є хвильові процеси, магнітне відновлення або якась комбінація обох відповідальних за прискорення плазми на вітрі? Для врегулювання дебатів необхідні прямі полярні візуалізації та вимірювання на SITU.
3) Як поширюються космічні погодні події через Сонячну систему?
Геліосферна космічна погода відноситься до порушень геліосферного середовища, спричиненого сонячним вітром та сонячною вибуховою діяльністю. Екстремальні погодні події, такі як великі сонячні спалахи та CME, можуть значно спровокувати порушення навколишнього середовища простору, такі як сильні геомагнітні та іоносферні шторми, а також вражаючі явища полярної полярності, що створюють серйозну загрозу безпеці високотехнологічної активності людини.
Щоб точно передбачити ці події, вчені повинні відстежувати, як магнітні структури та плазма еволюціонують у всьому світі, а не лише з обмеженого екліптичного виду. Спостереження з вигідного вказівки з екліптики забезпечили б не помітити розповсюдження CME в екліптичній площині.
Минулі зусилля
Вчені давно визнали важливість сонячних полярних спостережень. Місія Улісса, запущена в 1990 році, була першим космічним кораблем, який покинув екліптичний площину і пробував сонячний вітер над полюсами. Його інструменти in-situ підтвердили ключові властивості швидкого сонячного вітру, але не вистачало можливостей візуалізації. Зовсім недавно, Європейське космічне агентствоSolar Orbiter поступово виходить із екліптичної площини і, як очікується, досягне широтів близько 34 ° за кілька років. Хоча це являє собою неабиякий прогрес, він все ще не відповідає перевагам, необхідним для справжнього полярного погляду.
За останні десятиліття було запропоновано ряд амбітних концепцій місії, включаючи сонячний полярний візуатор (SPI), полярне дослідження Сонця (Polaris), Сонячного полярного телескопа (Спорт), місії Соларі та Сонячної місії високого нахилу (HISM). Деякі передбачені з використанням розширеного приводу, наприклад, сонячних вітрил, щоб досягти високих нахилів. Інші покладалися на гравітаційну допомогу, щоб поступово нахилити свої орбіти. Кожна з цих місій несе як прилади віддаленого зондування, так і на місцях, щоб зобразити полюси сонця та вимірювати ключові фізичні параметри над полюсами.
Місія SPO
Сонячна полярно-орбітна обсерваторія (SPO) розроблена спеціально для подолання обмежень минулих та поточних місій. Запланований на запуск у січні 2029 року, SPO використовуватиме a Юпітер Gravity Assist (JGA) вигинати свою траєкторію з екліптичної площини. Після декількох земних мухоловців та ретельно спланованої зустрічі з Юпітером, космічний корабель влаштовується на 1,5-річну орбіту з перигеліоном близько 1 АС та нахилом до 75 °. У своїй розширеній місії SPO міг піднятися до 80 °, пропонуючи найбільш прямий погляд на полюси, що коли -небудь досягали.
15-річний термін експлуатації місії (включаючи 8-річний період місії) дозволить їй покрити як мінімум сонячної енергії, так і максимуму, включаючи вирішальний період близько 2035 року, коли відбудеться наступний сонячний максимальний і очікуваний полярний магнітний поле. Протягом усього життя SPO неодноразово проходитимуть через обидва полюси, з розширеними високопроцентними вікнами спостереження тривалістю понад 1000 днів.
Місія SPO спрямована на прорив на три наукові питання, згадані вище. Щоб досягти своїх амбітних цілей, SPO несе набір кількох інструментів віддаленого сенсу та на місцях. Разом вони забезпечать всебічний погляд на полюси сонця. Інструменти віддаленого зондування включають магнітну та геліозсмічну знімку (MHI) для вимірювання магнітних полів та плазмових потоків на поверхні, надзвичайного ультрафіолетового телескопа (EUT) та рентгенівського телескопа (XIT) для зйомки динамічних подій в сонячній верхній атмосфері, видимця (Viscor) та великої витоку) (Viscor) та великого витоку коронаграфу) та дотикуруєра коронаграфа) та підняття коронаяра Сонячна корона та сонячний вітер витікають до 45 сонячних радіусів (при 1 АС). Пакет in-situ включає магнітометр і детектори частинок для вибірки сонячного вітру та міжпланетного магнітного поля безпосередньо. Поєднуючи ці спостереження, SPO не тільки вперше зафіксує зображення полюсів, але й з’єднує їх із потоками плазми та магнітної енергії, що формують геліосферу.
SPO не буде працювати ізольовано. Очікується, що він буде співпрацювати зі зростаючим флотом сонячних місій. Сюди входить стерео -місія, Хіноде супутник, Обсерваторія сонячної динаміки (SDO), спектрограф Imaging Engration (IRIS), Сонячна обсерваторія вдосконаленої космічної обсерваторії (ASO-S), Сонячна орбіта, місія Aditya-L1, місія Punch, а також майбутні місії L5 (наприклад, місія Vigil ESA та місія Лавсо Китаю). Разом ці активи становитимуть безпрецедентну спостережну мережу. Polar Vantage Spo забезпечить відсутній твір, що дозволить майже глобальному 4π покриттям сонця вперше в історії людства.
Дивлячись вперед
Сонце залишається нашою найближчою зіркою, але багато в чому воно все ще є загадкою. З SPO вчені готові розблокувати деякі його найглибші таємниці. Сонячні полярні регіони, що колись приховані від погляду, нарешті увійдуть у фокус, перетворюючи наше розуміння зірки, яка підтримує життя на землі.
Наслідки SPO виходять далеко за рамки академічної цікавості. Більш глибоке розуміння сонячного динамо може покращити прогнози сонячного циклу, що, в свою чергу, впливає на прогнози космічної погоди. Зрозумілості швидкості сонячного вітру підвищить нашу здатність моделювати геліосферне середовище, критичне для проектування космічних кораблів та безпеки космонавтів. Найголовніше, що кращий моніторинг космічних погодних подій може допомогти захистити сучасну технологічну інфраструктуру – від супутників навігації та комунікацій до авіаційних та наземних систем електроенергії.
Reference: “Probing Solar Polar Regions” by Yuanyong Deng, Hui Tian, Jie Jiang, Shuhong Yang, Hao Li, Robert Cameron, Laurent Gizon, Louise Harra, Robert F. Wimmer-Schweingruber, Frédéric Auchère, Xianyong Bai, Luis Rubio Bellot, Linjie Chen, Pengfei Chen, Lakshmi Pradeep Chitta, Jackie Davies, Fabio Favata, Li Feng, Xueshang Feng, Weiqun Gan, Don Hassler, Jiansen He, Junfeng Hou, Zhenyong Hou, Chunlan Jin, Wenya Li, Jiaben Lin, Dibyendu Nandy, Vaibhav Pant, Marco Romoli, Taro Sakao, Sayamanthula Кришна Прасад, Фанг Шень, Ян Су, Шин Торіймі, Дургеш Трипаті, Лінгхуа Ванг, Цзінджін Ван, Лідонг Ся, Мінг Сіонг, Ііхуа Ян, Ліпінг Ян, Шангбін Ян, Мей Чжан, Гіпінг Чжуо, 29 Чжойой -Zhu Zhu, Jingxi. Китайський журнал космічної науки.
Doi: 10.11728/cjss2.04.2025-0054
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
Слідкуйте за нами в Google та Google News.
