Дэниел К. Солнечный телескоп Inouye, самый мощный в мире солнечный телескоп, управляемый Национальной солнечной обсерваторией (NSO), совершил крупный прорыв в физике Солнца, успешно создав первые подробные карты корональных магнитных полей Солнца.
Эта важная работа, проведенная под руководством младшего астронома NSO доктора Тома Шада, была опубликована в журнале Science Advances и обещает углубить наше понимание атмосферы Солнца и того, как ее изменяющиеся условия влияют на технологически зависимое общество Земли.
Корона, или внешняя атмосфера Солнца, оказывает значительное влияние на солнечные ветры и явления космической погоды, такие как вспышки на Солнце и выбросы корональной массы. Однако магнитные силы, которые управляют этими явлениями и короной, сложно измерить.
Телескоп непосредственно отобразил напряженность магнитного поля в солнечной короне, внешней части солнечной атмосферы, которую можно увидеть во время полного солнечного затмения. Этот прорыв обещает расширить наше понимание космической погоды и ее влияния на технологически зависимое общество Земли.
Корона: стартовая площадка космической погоды
Магнитное поле Солнца создает в атмосфере области, часто образованные солнечными пятнами, которые накапливают огромное количество энергии, подпитывающей взрывные солнечные бури и определяющей космическую погоду.
Корона, внешняя атмосфера Солнца, является перегретой областью, где раскрываются все эти магнитные тайны. Картографирование корональных магнитных полей необходимо для понимания и прогнозирования космической погоды, а также для защиты наших технологий на Земле и в космосе.
Почему это важно
Магнитное поле Земли защищает нас от солнечных ветров, защищая нашу атмосферу и делая возможной жизнь. Однако электромагнитные поля и энергетические частицы, образующиеся в результате экстремальных солнечных извержений, могут нарушить работу спутников, энергосистем и других систем, которые необходимы в нашем обществе, становящемся все более технологичным.
Понимание этих динамических взаимодействий, которые меняются в масштабах времени от нескольких дней до столетий, имеет решающее значение для обеспечения безопасности нашей инфраструктуры и современного образа жизни.
Измерение магнитных свойств короны уже давно ставит перед астрономами сложные задачи и ставит перед ними проблему пределов возможностей технологий. На сегодняшний день солнечный телескоп Inouye является самым современным оборудованием, предназначенным для изучения короны, и он сделал важный первый шаг в разрешении этих загадок, создав свои первые карты магнитного поля короны — самые подробные на сегодняшний день.
Первые карты магнитного поля короны, составленные солнечным телескопом Иноуйе
С 1950-х годов физики, занимающиеся изучением Солнца, составляли карты магнитных полей на поверхности Солнца, что позволило получить ценную информацию. Однако долгое время велись поиски карт магнитного поля в зонах над поверхностью, таких как корона, поскольку именно в этих местах возникают солнечные бури. Комплекс Inouye, расположенный недалеко от вершины Халеакала на острове Мауи на Гавайях, теперь предоставляет возможности для удовлетворения этой важнейшей потребности.
Компания Inouye создала свои первые подробные карты магнитного поля солнечной короны, используя эффект Зеемана, который измеряет магнитные свойства путем наблюдения расщепления спектральных линий. Спектральные линии - это отчетливые линии, которые появляются на определенных длинах волн в электромагнитном спектре и представляют собой свет, поглощаемый или испускаемый атомами или молекулами.
Эти линии действуют как "отпечатки пальцев", поскольку они уникальны для каждого атома или молекулы, позволяя ученым идентифицировать химический состав и физические свойства небесных объектов, глядя на их спектры. При воздействии магнитного поля, как на солнце, эти линии расщепляются, что дает нам представление о магнитных свойствах объекта.
Предыдущим попыткам обнаружения этих сигналов, о которых в последний раз сообщалось два десятилетия назад, не хватало детализации и регулярности, необходимых для проведения масштабных научных исследований. Сегодня непревзойденные возможности Inouye позволяют проводить детальные регулярные исследования этих важнейших сигналов.
Чудо техники
Как правило, увидеть солнечную корону — область, которая в миллион раз слабее солнечного диска, — можно только во время полного солнечного затмения, когда большая часть солнечного света закрывается и небо Земли темнеет.
Однако Inouye использует метод, называемый коронографией, для создания искусственных затмений, позволяющий ему обнаруживать чрезвычайно слабые поляризованные сигналы — в миллиард раз слабее, чем солнечный диск, — что подчеркивает его непревзойденную чувствительность и укрепляет его статус уникального окна к нашей родной звезде.
Inouye выполняет эту задачу с помощью своего криогенного спектрополяриметра ближнего инфракрасного диапазона (Cryo-NIRSP), одного из основных инструментов телескопа, используемого для изучения короны и составления карт ее магнитных полей. Этот прибор был разработан и изготовлен Институтом астрономии Гавайского университета.
"Достижение Inouye в картографировании корональных магнитных полей Солнца является свидетельством инновационного дизайна и возможностей этой уникальной обсерватории", - сказал Том Шад, ученый из NSO и первый автор исследования. "Этот прорыв обещает значительно расширить наше понимание солнечной атмосферы и ее влияния на нашу солнечную систему".
Перспективы на будущее
Эта веха знаменует начало новой эры в физике Солнца. Успех Inouye в картографировании магнитных полей солнечной короны подтверждает его видение и миссию, а также открывает новые горизонты в понимании влияния Солнца на космическую погоду.
"Точно так же, как подробные карты поверхности и атмосферы Земли позволили более точно прогнозировать погоду, эта потрясающе полная карта магнитных полей в солнечной короне поможет нам лучше прогнозировать солнечные бури и космическую погоду", - говорит доктор Кэрри Блэк, программный директор NSF для NSO.
"Невидимые, но феноменально мощные силы, запечатленные на этой карте, будут способствовать развитию солнечной физики в следующем столетии и далее".
Кристоф Келлер, директор NSO, сказал: "Составление карты напряженности магнитного поля в короне - это фундаментальный научный прорыв не только в исследованиях Солнца, но и в астрономии в целом".
"Это начало новой эры, когда мы поймем, как магнитные поля звезд влияют на планеты здесь, в нашей собственной солнечной системе, и в тысячах экзопланетных систем, о которых мы теперь знаем".
Текущие и будущие исследования позволят усовершенствовать диагностические инструменты и методы, что приведет к более глубокому пониманию магнитного поля Солнца и его влияния на Землю и нашу Солнечную систему.
