Słońce nas oszukało. Nowe dane zmieniają naukę
Przez dekady naukowcy zakładali, że mają całkiem dobre rozeznanie w tym, jak materia słoneczna zachowuje się tuż przy powierzchni Słońca. Dane zebrane przez misję Proba-3 Europejskiej Agencji Kosmicznej pokazują, że te szacunki były błędne.
Ta para satelitów dosłownie udaje Księżyc
Żeby zrozumieć, dlaczego wyniki misji Proba-3 są aż tak przełomowe, trzeba najpierw uświadomić sobie, z jakim problemem obserwacyjnym zmagali się astronomowie przez ostatnie dziesięciolecia. Korona słoneczna, czyli rozległa, niezwykle gorąca atmosfera otaczająca Słońce, jest w zwykłych warunkach praktycznie niewidoczna gołym okiem. Blask samej tarczy słonecznej jest tak przytłaczający, że zagłusza subtelną poświatę korony. Jedynym momentem, kiedy można ją obserwować bez specjalistycznego sprzętu, jest całkowite zaćmienie Słońca. To moment, gdy Księżyc dokładnie zasłania tarczę gwiazdy i odsłania to, co ją otacza.
Problem polega jednak na tym, że takie zaćmienia są rzadkie. Zdarzają się średnio raz na 18 miesięcy, a faza totalna (ta naprawdę użyteczna naukowo) trwa najwyżej kilka minut. Przez cały czas obserwacji astronomicznych zgromadzono w ten sposób łącznie kilkadziesiąt godzin danych z wewnętrznej korony. To bardzo mało jak na obiekt, który bezpośrednio wpływa na warunki w całym Układzie Słonecznym.
Misja Proba-3 powstała właśnie po to, żeby ten problem rozwiązać. Składa się z dwóch oddzielnych satelitów wystrzelonych w grudniu 2024 r., które krążą wokół Ziemi w niezwykle precyzyjnej formacji. Jeden z nich (Occulter) leci kilkaset metrów przed drugim i pełni funkcję sztucznego Księżyca: zasłania tarczę Słońca przez około 5 godzin podczas każdej orbity.
Wyposażony w koronograf ASPIICS drugi satelita wykorzystuje ten czas po to, żeby fotografować koronę bez przeszkadzającego blasku gwiazdy. To pierwsze w historii sztuczne zaćmienie Słońca wywołane na orbicie i pierwszy lot dwóch satelitów w tak precyzyjnej formacji, co samo w sobie stanowiło technologiczne wyzwanie na miarę światowego rekordu.
Od lipca 2025 r. misja wywołała już aż 57 takich zaćmień, gromadząc przy tym ponad 250 godzin nagrań korony w wysokiej rozdzielczości. Gdyby zsumować czas wszystkich zaćmień obserwowanych z powierzchni Ziemi w całej historii astronomii, odpowiadałoby to mniej więcej 5000 kampaniom obserwacyjnym. Proba-3 przebiła ten dorobek w kilka miesięcy.
Jak działa koronograf ASPIICS?
Najważniejszym instrumentem misji jest koronograf ASPIICS. Jest to urządzenie zaprojektowane specjalnie do obserwacji wewnętrznej korony słonecznej. Jego przewaga nad wszystkimi wcześniejszymi koronografami kosmicznymi polega na tym, że potrafi rejestrować obszar sięgający zaledwie 70 tys. km od powierzchni Słońca. W skali całej gwiazdy to zaledwie 1/10 jej promienia. To region, do którego żaden poprzedni instrument nie miał wglądu z orbity.
Wcześniejsze koronografy kosmiczne musiały zasłaniać nie tylko tarczę Słońca, ale też spory obszar wokół niej, żeby wyeliminować rozpraszające się światło. W efekcie oślepiały się na ten właśnie obszar, który jest najciekawszy z punktu widzenia badań wiatru słonecznego i pogody kosmicznej. Proba-3 obchodzi ten problem dzięki temu, że rolę zasłony pełni fizycznie oddzielny satelita Occulter, który może być ustawiony precyzyjnie tak, żeby blokować wyłącznie tarczę gwiazdy.
ASPIICS wykonuje jedno lub dwa zdjęcia na minutę. Złożone w sekwencje filmy ujawniają dynamiczne ruchy w koronie – przemieszczające się smugi plazmy, zmieniające się struktury magnetyczne, pulsujące jasne obszary. To coś, czego wcześniej po prostu nie było widać. Nie dlatego, że zjawiska te nie istniały, ale dlatego, że do tej pory brakowało instrumentu zdolnego do ich rejestracji w tym zakresie optycznym i z tej odległości.
Odkrycie, które zmienia modele
Pierwsze wyniki naukowe misji przyniosły zaskoczenie, którego naukowcy się nie spodziewali. Dotychczasowe modele zakładały, że w pobliżu powierzchni Słońca prędkość powolnego wiatru słonecznego wynosi około 100 km/s. To i tak imponująca wartość. Dla porównania, odległość z Ziemi do Księżyca wynosi ok. 384 tys. km, więc przy takiej prędkości można by ją pokonać w nieco ponad godzinę. Tyle że rzeczywistość okazała się zupełnie inna.
Instrument ASPIICS zarejestrował plamy plazmy (skrawki gorącego, naładowanego gazu wyrzucane z korony w postaci jasnych smug) poruszające się z prędkością od 250 do 500 km/s. To 3 do 4 razy więcej niż przewidywały modele.
Mechanizm, który za tym stoi, wiąże się z dynamiką pola magnetycznego Słońca. Linie tego pola nieustannie przesuwają się, stykają i rozdzielają. Jest to proces zwany rekoneksją magnetyczną. Przy każdym takim zdarzeniu wyrzucane są w przestrzeń jasne smugi plazmy, widoczne na zdjęciach ASPIICS jako wyraźne, świetliste promienie rozchodzące się w koronie. To właśnie te struktury określane przez naukowców mianem strumieni są nośnikami powolnego wiatru słonecznego.
Dlaczego poruszają się tak szybko? Na to pytanie nauka nie ma jeszcze odpowiedzi. Jeden ze scenariuszy zakłada, że rekoneksja magnetyczna przekazuje plazmie energię znacznie skuteczniej, niż dotąd sądzono. Inny wskazuje na lokalne struktury pola magnetycznego o małej skali, które mogą działać jak rodzaj katapulty dla naładowanych cząstek. Żeby to rozstrzygnąć, potrzebne jest porównanie danych obserwacyjnych z modelami teoretycznymi. A to dopiero naukowcy zaczęli robić.
To góra lodowa, której wierzchołek właśnie zaczyna być widoczny
Opublikowane wyniki opierają się zaledwie na ułamku danych zebranych przez misję. Większość materiału z koronografu ASPIICS nie została jeszcze dokładnie przeanalizowana. Naukowcy mają do dyspozycji setki godzin nagrań, przez które dopiero zaczynają się przebijać. ESA otworzyła dostęp do tych danych dla badaczy z całego świata, zachęcając do samodzielnej analizy.
Przeczytaj także:
Pytania, na które szukają odpowiedzi, dotykają fundamentów heliofizyki, czyli nauki o Słońcu i jego wpływie na otoczenie. Co dokładnie przyspiesza wiatr słoneczny i dlaczego robi to szybciej niż zakładano? Jak Słońce wyrzuca ogromne ilości materii podczas wyrzutów masy koronalnej? I może najbardziej intrygująca zagadka: dlaczego korona słoneczna, odległa od powierzchni gwiazdy o tysiące kilometrów, jest wielokrotnie gorętsza niż sama fotosfera? Temperatura powierzchni Słońca wynosi ok. 5500 st. C. Temperatura korony natomiast kilka milionów stopni. Żaden model nie wyjaśnia tego zadowalająco.
