В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), по данным его Агентства научной информации, подвели итоги космических экспериментов 1994 - 2009 гг., проводимых в рамках программы "Коронас" РАН (комплексные орбитальные околоземные наблюдения активности Солнца), предусматривавшей запуск на орбиту трех солнечно-ориентированных спутников.

Внеатмосферные исследования ближайшей к нам звезды проводят более 50 лет. По инициативе известного советского физика, члена-корреспондента АН СССР (с 1979 г.) Сергея Мандельштама уже на втором искусственном спутнике Земли*, запущенном 3 ноября 1957 г., установили прибор, регистрирующий рентгеновское коротковолновое излучение. Аппаратура, созданная в Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, зафиксировала первые монохроматические изображения диска и прилегающей к ней короны в рентгеновском диапазоне с высоким пространственным и временным разрешением. В результате ученые открыли новый класс горячих плазменных структур, чьи размеры варьируются от десяти до сотен тысяч километров, а температура превышает 5 млн. °С. Уточнили и ряд других данных: внешний пограничный слой Солнца - фотосфера - имеет температуру около 6 тыс. °С, с удалением от поверхности она падает приблизительно до 4 тыс. °С, но затем неожиданно возрастает. А в тонком (в солнечных масштабах), так называемом переходном, слое, где плотность плазмы снижается на несколько порядков, она достигает 1,5 млн. °С.

"Почему корона горячая, мы не знаем, - рассказывает ведущий научный сотрудник отдела спектроскопии ФИАН, доктор физико-математических наук Александр Урнов. - В магнитном поле разных магнитоплазменных структур запасено огромное количество энергии. Объяснение механизма ее выделения и преобразования в другие формы (ускоренные частицы, потоки плазмы, тепло, электромагнитное излучение) - это общая фундаментальная задача астро-

* См.: Ю. Марков. Прорыв в космос - наша слава и гордость. - Наука в России, 2007, N 5 (прим. ред.).

физики". Одним словом, ответы на этот и многие другие принципиальные вопросы строения и "жизнедеятельности" светила все еще остаются открытыми. Одна из причин - недостаточность данных о физических характеристиках магнитоплазменных образований (температурный состав, электронная плотность и др.). Для понимания механизмов нагрева короны и явлений солнечной активности необходимо существенно увеличить пространственное и временное разрешение исследовательской аппаратуры. Ведь сегодня мы можем видеть объекты величиной порядка секунды дуги в угловой мере, что в линейных размерах составляет примерно 1000 км. А нужно различать почти на порядок меньшего размера.

Сотрудники ФИАНа исследуют коротковолновое излучение короны с 1958 г. Метод "изображающей спектроскопии", применяемый ими для регистрации снимков в узких спектральных интервалах, выделенных специальными фильтрами, здесь используют более 20 лет. Но у него есть недостатки, существенно затрудняющие определение температурного состава корональной плазмы. Для их преодоления в институте разработали уникальный прибор - спектрогелиограф, дающий монохроматическое изображение всего диска Солнца и нижней короны в рентгеновской линии и в 160 линиях вакуумного ультрафиолета. Получение такого количества спектральной информации (дополнительно к пространственно-временной) принципиально важно для создания плазменных моделей явлений солнечной активности, помогающих понять механизм их образования и развития.

В 1994 и 2001 гг. в рамках упомянутой программы "Коронас" на орбиту последовательно вывели две орбитальные станции. На борту первой специалисты проводили эксперимент "Терек" по наблюдению Солнца в крайней ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра и впервые осуществили систематические исследования его плазмы в областях длин волн 132, 175 и 304А с пространственным разрешением в несколько угловых секунд, а также получили первые монохроматические спектрограммы нашего светила в диапазонах 8,41 - 8,43А и 180 - 209А.

На борту второго спутника провели эксперимент "Спирит" - наиболее успешный по изучению Солнца в истории отечественной науки. И за 4 года наблюдений получили приблизительно 300 000 высокоточных изображений в девяти спектральных каналах, характеризующих пространственную структуру и динамику плазмы атмосферы ближайшей к нам звезды в температурном диапазоне от 70 тыс. до 10 млн. °С, были обнаружены новые структуры и явления в горячей плазме, определен ее вклад в тепловой энергобюджет вспышек (до 80%).

Ценнейшую информацию "сообщил" запущенный в 2009 г. на орбиту третий спутник "Коронас-Фотон"*, в течение года посылавший изображения в разных монохроматических лучах не только с высоким пространственным, но и с рекордным временным разрешением. Ученые увидели динамику плазменных структур в практически неизученной области - нижней короне. Причем не в рассеянном свете, а в собственном ультрафиолетовом излучении. Изображения той части Солнца, где наблюдаются так называемые корональные выбросы масс загадочной природы, регулярно выдает орбитальная станция SOHO (совместный проект Европейского и Американского космических агентств), запущенная на орбиту 2 декабря 1995 г. Однако при этом приходится закрывать не только диск Солнца, но и нижнюю корону, чтобы приборы не "ослепли" от излучения, в десятки и более миллионов раз превышающего рассеянный свет, т.е. наблюдать лишь то, что происходит на расстоянии двух радиусов от светила. Для "Коронас-Фотона" в ФИАНе разработали своеобразный телескоп - коронограф, закрывающий диск Солнца, но прекрасно различающий окружающую его разреженную корону. Обладая огромным динамическим диапазоном по измеряемой интенсивности, он позволил рассмотреть именно эту, закрытую прежде область.

На основе данных, собранных со спутников "Коронас", в институте предложили новые методы количественной диагностики плазмы, определили пространственно-временную динамику характеристик горячих структур и классифицировали их. В результате физики построили модель явления - так называемого "паука", или крупномасштабного долгоживущего образования, впервые обнаруженного в монохроматических рентгеновских снимках в ходе эксперимента "Спирит". В целом космические обсерватории, обладая достаточно высоким техническим оснащением, внесли ясность в некоторые фундаментальные проблемы физики Солнца.

По материалам Агентства научной информации "ФИАН-информ", 28 октября 2010 г.

Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА

* См.: Вспышки на Солнце. - Наука в России, 2009, N 2 (прим. ред.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: