[Перевод] Получены самые детальные снимки поверхности Солнца
Только что выпущенные первые снимки с солнечного телескопа Даниэля К. Иноуйе от Национального научного фонда (NSF) раскрывают беспрецедентные детали поверхности Солнца и демонстрируют продукцию мирового класса, созданную этим выдающимся 4-метровым солнечным телескопом. Солнечный телескоп Иноуйе (DKIST) на вершине вулкана Халеакала, на гавайском острове Мауи, откроет новую эру солнечной науки и сделает шаг вперед в понимании Солнца и его влияния на нашу планету.
Изображение солнечной поверхности с самым высоким, на сегодняшний день, разрешением
Активность на Солнце, известная как космическая погода, может влиять на всевозможные системы на Земле. Магнитные извержения на Солнце могут повлиять на воздушные судна, нарушить спутниковую связь и привести к выходу из строя электрических сетей, вызывая длительные отключения электроэнергии и отключая такие технологии, как GPS.
Первые снимки с солнечного телескопа Иноуйе показывают крупный план поверхности Солнца, что может предоставить важные детали для ученых. Изображения показывают картину турбулентной «кипящей» плазмы, которая покрывает всё Солнце. Клетчатые структуры — каждая размером с Техас — являются признаком интенсивных движений, которые переносят тепло изнутри Солнца на его поверхность. Эта горячая солнечная плазма поднимается в ярких центрах «ячеек», охлаждается, а затем погружается под поверхность в темных полосах в процессе, известном как конвекция.
Можно разглядеть крошечные детали, размером с остров Манхэттен
— С тех пор, как NSF начал работу над этим наземным телескопом, мы с нетерпением ждали первых изображений, — сказала Франция Кордова, директор NSF, — Теперь мы можем поделиться этими изображениями и видео нашего Солнца, которые являются самыми подробными на сегодняшний день. Солнечный телескоп Иноуйе сможет создавать карты магнитных полей в солнечной короне, где происходят солнечные извержения, которые могут повлиять на земную жизнь. Этот телескоп улучшит наше понимание того, что движет космической погодой, и в конечном итоге поможет лучше прогнозировать солнечные бури.
Расширение знаний
Солнце — наша ближайшая звезда — гигантский ядерный реактор, который сжигает около 5 миллионов тонн водородного топлива каждую секунду. Оно делало это около 5 миллиардов лет и будет продолжать еще 4,5 миллиарда лет. Вся эта энергия излучается в космос во всех направлениях, и крошечная часть, которая поражает Землю, делает возможной жизнь. В 1950-х годах ученые выяснили, что солнечный ветер дует от солнца к краям солнечной системы. Они также впервые пришли к выводу, что мы живем в атмосфере этой звезды. Но многие из наиболее важных процессов на Солнце продолжают сбивать ученых с толку.
— На Земле мы можем очень точно предсказать, пойдет ли где-нибудь в мире дождь, а космическая погода просто еще не наступила, — сказал Мэтт Маунтин, президент Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая управляет Иноуйским солнечным телескопом, — Наши прогнозы отстают от земной погоды на 50 лет, если не больше. Нам нужно понять физику, лежащую в основе космической погоды, и это начинается на Солнце, что и будет изучать солнечный телескоп Иноуйе в течение следующих десятилетий.
Движения солнечной плазмы постоянно скручивают и запутывают солнечные магнитные поля. Скрученные магнитные поля могут привести к солнечным штормам, которые могут негативно повлиять на наш технологически зависимый современный образ жизни. Во время урагана «Ирма» в 2017 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований сообщило, что единовременное событие в космической погоде привело к отключению радиосвязи, используемой службами первичного реагирования, авиационными и морскими каналами, на восемь часов, в тот день, когда ураган обрушился на берег.
Наконец, разрешение изображений этих крошечных магнитных элементов является центральным для того, что делает солнечный телескоп Иноуйе уникальным. Он может измерять и характеризовать магнитное поле Солнца более подробно, чем когда-либо прежде, и определять причины потенциально вредной солнечной активности.
— Все дело в магнитном поле, — сказал Томас Риммеле, директор солнечного телескопа Иноуйе, — Чтобы разгадать самые большие загадки Солнца, мы должны не только четко видеть эти крошечные структуры на расстоянии 93 миллионов миль (почти 150 миллионов километров), но и очень точно измерять напряженность их магнитного поля, направление вблизи поверхности и отслеживать поле, которое распространяется на корону — внешнюю атмосферу Солнца.
Лучшее понимание причин потенциальных бедствий позволит правительствам и коммунальным службам лучше подготовиться к неизбежным будущим событиям, зависящим от космической погоды. Ожидается, что уведомление о потенциальном воздействии может произойти за 48 часов до события вместо текущего стандарта, который составляет около 48 минут. Это даст больше времени для обеспечения безопасности электросетей и критически важной инфраструктуры, а также для перевода спутников в безопасный режим.
Инженерия
Для достижения полученных результатов этот телескоп потребовал много новых важных подходов к его конструкции и конструированию. Построенный Национальной солнечной обсерваторией и управляемый Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии (AURA), солнечный телескоп Иноуйе сочетает в себе 13-футовое (4-метровое) зеркало — самое большое в мире для солнечного телескопа — с беспрецедентными условиями просмотра на саммите в Халеакала, на высоте 10 000 футов (более 3 000 метров).
Обсерватория Халеакала — Экрем Канли
Фокусировка в 13 киловатт солнечной энергии генерирует огромное количество тепла, которое необходимо удерживать или удалять. Специализированная система охлаждения обеспечивает необходимую тепловую защиту для телескопа и его оптики. Более семи миль трубопроводов распределяют охлаждающую жидкость по всей обсерватории, частично охлажденную льдом, созданным на месте ночью.
Солнечный телескоп Даниэля К. Иноуйе
Купол, охватывающий телескоп, покрыт тонкими охлаждающими пластинами, которые стабилизируют температуру вокруг телескопа, чему способствуют жалюзи внутри купола, которые обеспечивают тень и циркуляцию воздуха. «Тепловая остановка» (высокотехнологичный металл с водяным охлаждением в форме пончика) блокирует бóльшую часть солнечной энергии от главного зеркала, что позволяет ученым изучать определенные области солнца с беспрецедентной ясностью.
Телескоп также использует современную адаптивную оптику для компенсации размытия, создаваемого атмосферой Земли. Конструкция оптики («внеосевое» размещение зеркал) уменьшает яркий рассеянный свет для лучшего обзора и дополняется ультрасовременной системой для точной фокусировки телескопа и устранения искажений, создаваемых атмосферой Земли. Эта система является самым передовым солнечным приложением на сегодняшний день.
— Обладая самой большой апертурой среди солнечных телескопов, уникальным дизайном и современными приборами, солнечный телескоп Иноуйе впервые сможет выполнять самые сложные измерения Солнца, — сказал Риммеле, — После более чем 20-летней работы большой команды, занимающейся проектированием и строительством ведущей обсерватории солнечных исследований, мы близки к финишной черте. Я очень взволнован тем, что могу наблюдать на этом невероятном телескопе первые солнечные пятна нового солнечного цикла, которые только что появились.
Новая эра солнечной астрономии
Новый наземный солнечный телескоп Иноуйе будет работать с космическими инструментами солнечного наблюдения, такими как Solar Probe (Паркер) — НАСА (в настоящее время находится на орбите вокруг Солнца) и Solar Orbiter (SolO) — ЕКА / НАСА (скоро будет запущен). Три инициативы по наблюдению за солнечной энергией расширят границы исследований солнечной энергии и улучшат способность ученых прогнозировать космическую погоду.
— Это захватывающее время для физика солнечной энергетики, — сказал Валентин Пиллет, директор Национальной солнечной обсерватории NSF, — Солнечный телескоп Иноуйе обеспечит дистанционное зондирование внешних слоев Солнца и магнитных процессов, которые в них происходят. Эти процессы распространяются в солнечную систему, где миссии Solar Probe и Solar Orbiter будут измерять их последствия. В целом, они представляют собой поистине многопоточное предприятие для того, чтобы понять, как звезды и их планеты магнитно связаны.
— Эти первые снимки — это только начало, — сказал Дэвид Бобольц, директор программы в Отделе астрономических наук NSF, который наблюдает за строительством и эксплуатацией объекта, — В течение следующих шести месяцев команда ученых, инженеров и техников телескопа Иноуйе продолжит его испытания и ввод в эксплуатацию, чтобы подготовить телескоп к использованию международным научным сообществом по солнечной энергии. Солнечный телескоп Иноуйе будет собирать больше информации о нашем Солнце в течение первых 5 лет его существования, чем все солнечные данные, собранные с тех пор, как Галилей впервые направил свой телескоп на Солнце в 1612 году.
На этом снимке, снятом с длиной волны 789 нанометров (нм), мы впервые видим объекты размером всего 30 км (18 миль). Изображение показывает образец турбулентного, «кипящего» газа, который покрывает все солнце. Клетчатые структуры — каждая размером с Техас — являются признаком интенсивных движений, которые переносят тепло изнутри Солнца на его поверхность. Горячий солнечный материал (плазма) поднимается в ярких центрах «ячеек», охлаждается и затем опускается под поверхность в темных полосах в процессе, известном как конвекция. В этих темных полосах мы также видим крошечные, яркие маркеры магнитных полей. Считается, что эти яркие пятнышки никогда прежде не видели такой ясности, чтобы направлять энергию во внешние слои солнечной атмосферы, называемые короной. Эти яркие пятна могут быть причиной того, почему температура солнечной короны составляет более миллиона градусов.
