18 липня 2025 року з полігону Вайт-Сендс у Нью-Мексико на зондувальній ракеті Black Brant IX був успішно запущений Solar Eruption Integral Field Spectrograph (SNIFS) — спектрограф для спостереження за Сонцем. Місія тривала лише кілька хвилин, але навіть за такий короткий час вдалося отримати більш точну інформацію про хромосферу нашої зорі, чого раніше не траплялося. Видання MaxPolyakov.space розповідає, чим ця місія така важлива і як її результати можуть змінити наше уявлення про Сонце та його вплив на Землю.
Джерело: science.nasa.gov
Що таке хромосфера і чому її так складно досліджувати
Згідно зі статтею Національної сонячної обсерваторії США, опублікованою в 2024 році, хромосфера Сонця вважається “одним із найзагадковіших об’єктів у астрофізиці”. Це те місце, де температура, тиск і магнітне поле Сонця зазнають “драматичних змін” і де “відбувається справжнє диво” — наприклад, температура починає стрімко зростати від 6000 до мільйона градусів за Цельсієм. А характерний колір хромосфери пояснюється тим, що водень на Сонці випромінює червоне світло саме за високих температур.
Хромосфера розташована між видимою поверхнею Сонця, фотосферою, та його зовнішнім шаром — короною. За це вчені називають хромосферу воротами в корону, що майже в триста разів гарячіша за його і без того перегріту поверхню. Протягом кількох десятиліть вчені змогли ретельно дослідити різні шари атмосфери Сонця, проте хромосфера тривалий час залишалася таємничою ділянкою, щодо якої виникало багато запитань. І це при тому, що саме тут регулярно фіксуються дуже потужні сонячні спалахи та масштабні корональні викиди маси, що визначають космічну погоду. Відповідно, від неї безпосередньо залежить безпека астронавтів, супутників та всієї космічної інфраструктури. Наприклад, високоенергетичні сонячні частинки, впливаючи на електронні компоненти супутників, можуть спричинити збої і навіть повну відмову обладнання. Збурення в іоносфері, влаштовані космічною погодою, призводять до втрати сигналів навігаційних систем. А у астронавтів, які беруть участь у місіях, внаслідок сонячних спалахів зростає ризик отримати променеву хворобу або інші проблеми зі здоров’ям.
Джерело: scied.ucar.edu
Завдання місії SNIFS
Місія SNIFS була створена, щоб вивчити перетворення та розповсюдження енергії через хромосферу, де вона зрештою може живити потужні вибухи на Сонці. У цьому плані SNIFS стала першою своєрідною місією, призначеною для детального дослідження сонячного ультрафіолетового випромінювання. В арсеналі SNIFS два ключові інструменти: це безпосередньо спектрограф і камера, завдяки яким можна не тільки побачити Сонце у різних довжинах хвиль, а й записати відео його активності. Це дозволить вченим розглянути окремі верстви й елементи Сонця в новому ракурсі, а також вивчити ті з них, що раніше були невидимі у звичайному світлі.
Чому це не сталося раніше? Багато років поспіль місії, спрямовані на дослідження Сонця, оснащувалися камерами, які знімали лише його промені та верстви. Але щоб отримати повне уявлення про теплову енергію, що випромінюється цією зорею, а також про раптові сонячні спалахи, потрібна не камера, а спектроскоп — оптичний прилад для візуального спостереження спектра випромінювання. У контексті вивчення Сонця він поділяє його світло на окремі кольори (спектр) і потім аналізує його склад і фізичні властивості. Так вчені визначають, які елементи є в атмосфері світила, а також, як вони взаємодіють із сонячним світлом.
Джерело: yahoo.com
Не тільки нестача спеціального обладнання була перешкодою для вивчення хромосфери: її справді дуже складно дослідити з багатьох причин. Шар хромосфери є хаотичною сумішшю іонізованої плазми, нейтральних атомів і заплутаних магнітних полів. І стандартні фізичні моделі тут не працюють, адже частки поводяться абсолютно непередбачувано: стикаються, заряджаються і прискорюються всупереч усталеним термодинамічним законам. Короткострокова місія SNIFS якраз спромоглася подолати це обмеження, роблячи миттєві знімки сонячної активності в реальному часі.
“У нас на Землі є кілька дуже потужних телескопів, які використовують спектроскопію для вивчення Сонця. Але річ у тім, що атмосфера Землі відфільтровує значну частину ультрафіолетових променів, перш ніж вони досягають нас”, — пояснює Сувік Бозе, фізик-геліофізик з корпорації Lockheed Martin і один із дослідників проєкту SNIFS. Тому так важливо було відправити в космос спектрограф, який зареєстрував би ультрафіолетові промені, що містять важливу інформацію про Сонце (наприклад, про його склад). І зробити це допоміг саме спектрограф, який став корисним навантаженням у місії SNIFS — за його допомогою вчені нарешті дізналися більше про природу хромосфери, яка багато років була предметом суперечок.
Джерело: science.nasa.gov
Розуміти процеси, що відбуваються в хромосфері, є критично важливим для подальшого прогнозування сонячних спалахів та інших явищ космічної погоди. Як зазначає аспірантка Університету Колорадо Вікі Герде, яка присвятила розробці проєкту SNIFS чотири роки життя, “якщо ми хочемо захистити Землю від наслідків космічної погоди, нам потрібно вміти її моделювати”.
Технічні подробиці місії SNIFS
Проєкт SNIFS був успішно реалізований під керівництвом Центру космічних польотів імені Годдарда (NASA), Університету Колорадо та Королівського університету у Белфасті. Ця суборбітальна місія передбачала багаторічну підготовку приладів для короткого, але дуже насиченого даними польоту тривалістю не більше 15 хвилин.
Все справді відбулося дуже швидко. Спочатку ракета-зонд Black Brant IX вивела SNIFS у космос — всього за 90 секунд. Потім вона розвернула корисне навантаження до Сонця для проведення експерименту, який тривав близько 7-8 хвилин. І ще від трьох до п’яти хвилин зайняло повернення ракети на Землю. Полігон Вайт-Сендс для приземлення зондувальної ракети обрали невипадково: цей великий малонаселений простір ідеально підходив для безпечної посадки.
Місія SNIFS як корисне навантаження отримала перший в історії інтегральний польовий спектрограф сонячного ультрафіолету, об’єднаний з пристроєм для формування зображення. Подібне поєднання обладнання дозволяє спостерігати комбіноване світло у широкому полі зору, одночасно роблячи фотознімки та записуючи відео. Такий спектрограф, як у SNIFS, поділяє світло на хвилі різної довжини (їх ще називають спектральними лініями), ідентифікує їхні компоненти, визначаючи їхню температуру та напрямок руху. Серед цих спектральних ліній — лінія водню, найяскравіша в ультрафіолетовому спектрі Сонця, а також дві спектральні лінії елементів кремнію та кисню. Зібрані дані допоможуть вченим краще зрозуміти, як хромосфера взаємодіє з верхніми шарами атмосфери, і відстежувати те, як крізь неї проходить сонячна речовина й енергія.
Просто подивіться, яка на вигляд конструкція SNIFS: у двох лівих секціях встановлені телескоп і спектрограф, а праворуч розташовуються елементи телеметрії і допоміжне обладнання.
Джерело: researchgate.net
Як використовувати результати місії SNIFS
SNIFS дозволить значно просунутись у вивченні активності Сонця, аналізуючи потоки енергії у його хромосфері. А це, зі свого боку, допоможе точніше прогнозувати космічну погоду — наприклад, передбачати сонячні бурі, що загрожують стабільній роботі численних супутників, систем навігації і глобальних електромереж. Крім того, місія має на меті розгадку однієї з найбільших загадок нашої зорі — таємниці коронального нагріву. За її допомогою вчені зможуть точно визначити, як колосальна енергія переноситься з хромосфери в розпечену корону. На додаток до цього створені впродовж місії деталізовані тривимірні мапи сприяють оновленню й уточненню наявних моделей Сонця, отриманих раніше. А це дасть дослідникам унікальну нагоду перевірити свої теорії щодо поведінки плазми та вдосконалити моделювання сонячних вивержень в умовах екстремального магнітного поля.
SNIFS справді унікальна — це перша у світі інтегральна спектрографічна місія в ультрафіолеті, яка допомогла докладніше вивчити перехід енергії від хромосфери до корони. Водночас це не єдиний проєкт зі спостереження за Сонцем. Раніше зонд NASA Parker Solar Probe впритул наблизився до корони, досліджував її нижню частину та магнітне поле Сонця. Ще один зонд Solar Orbiter, запущений спільно NASA й ЕSА, протягом останніх кількох років спостерігає за полярними областями Сонця. А Solar Dynamics Observatory безперервно знімає нашу зорю в багатьох УФ-діапазонах. Крім того, найближчим часом ці місії доповнить європейська Proba-3, яка утворить штучне затемнення для детального вивчення внутрішньої корони, та китайська Solar Polar Orbit Observatory — вона вперше здійснить докладний огляд полярних регіонів Сонця. Цікаво, які таємниці воно ще зберігає?
Джерело: MaxPolyakov.space
Читайте також:
Вивчення іоносфери під час затемнення Сонця
Як глибоко у Сонце «пірнатиме» зонд Parker
Європейські супутники для створення сонячних затемнень пройшли випробувальний орієнтирний політ
