Значительный прогресс, достигнутый в последние годы в изучении физики Солнца, связан прежде всего с бурным развитием космических средств наблюдения. И тем не менее многие фундаментальные вопросы в этой области по-прежнему остаются открытыми. О том, какие из них находятся в фокусе внимания астрофизиков, корреспонденту газеты "Поиск" Василию Янчилину рассказал победитель конкурса 2011 г. по государственной поддержке научных исследований молодых российских ученых, ведущий научный сотрудник Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) доктор физико-математических наук Сергей Богачев.

Несомненный интерес, отметил он, вызывают вопросы, связанные с "жизнедеятельностью" короны (внешних слоев атмосферы Солнца). Поверхность нашего светила, как известно, имеет температуру около 6000 °C, а в тонком в солнечных масштабах, так называемом переходном слое, где плотность плазмы снижается на несколько порядков, она достигает 1,5 млн. °C. Получается, что энергия как бы передается от относительно холодного тела к горячему. Это происходит, по утверждению Богачева, под действием неких особых механизмов. Благодаря космическим средствам, позволяющим наблюдать объект с уникальной степенью детализации, есть возможность обнаружить и изучить причины данного феномена.

Ученые уже знают: ни одно из известных крупных проявлений солнечной активности к нагреву не имеет отношения. Такой вывод сделан из недавних экспериментов. В 2008 - 2009 гг., когда это небесное светило прошло один из самых глубоких за последние 260 лет наблюдений минимумов своей "жизнедеятельности", ученые не зарегистрировали на нем ни солнечных пятен, ни вспышек, ни даже сильных магнитных полей. Тем не менее корона в тот период не остыла, ее размеры и плотность не уменьшились, что свидетельствует об одном: формирование горячей атмосферы Солнца идет за счет некоторых микропроцессов, пока не наблюдаемых, но происходящих практически непрерывно. И современными методами можно определить, где они протекают: непосредственно над поверхностью светила регистрируется область толщиной около 10 тыс. км, на нижней границе которой температура составляет примерно 4500 °C, а на верхней - уже около миллиона. Очевидно, какие бы механизмы ни "трудились" над нагревом короны, заключил Богачев, работают они именно здесь.

Чтобы понять их природу, надо значительно повысить точность необходимых наблюдений. Сегодня изучение внешних слоев атмосферы звезды ведут с пространственным разрешением ~1 - 2 угловых секунд. Такие характеристики имел комплекс космических телескопов ТЕСИС, разработанный в начале 2000-х годов в лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, наблюдавший объект с российского спутника "Коронас-Фотон"*, запущенного 30 января 2009 г. с космодрома Плесецк (г. Мирный Архангельской области). Это неплохой показатель, констатировал Богачев, но для ответа на фундаментальные вопросы о структуре и динамике короны его недостаточно.

Схожая ситуация и по временному разрешению. Сегодня космические телескопы позволяют получать изображения с шагом в несколько десятков секунд (это время экспозиции и обработки снимка в космосе), тогда как процессы, вызывающие повышение температуры внешних слоев небесного светила, длятся не более 1 - 10 с. По оценкам астрофизиков, для разгадки проблемы нагрева солнечной и звездных атмосфер нужно увеличить линейное и временное разрешение техники как минимум в 10 раз. Исходя из современного уровня приборостроения, обе эти задачи можно решить в течение 5 лет. Если все пойдет по плану, отметил Богачев, то в 2015 г. мы получим с орбиты первые изображения интересующей нас области с требуемой детализацией.

* Рентгеновская спектроскопия Солнца. - Наука в России, 2011, N 2 (прим. ред.).

В ходе эксперимента ТЕСИС, продолжавшегося до 1 декабря 2009 г., пока не вышла из строя космическая платформа Метеор-3М с научным оборудованием, специалисты зафиксировали благодаря качественной рентгеновской оптике уникальное временное разрешение - до 4 с - против типичных для этого диапазона 30 - 60. Для сравнения: уже после прекращения работы наших приборов Национальное аэрокосмическое агентство США (НАСА) вывело на орбиту новейшую солнечную обсерваторию SDO, телескопы которой специально "трудились" на получение максимального временного разрешения. И тем не менее американцам не удалось превзойти россиян.

Богачев сообщил и о ближайших планах: используя данные комплекса ТЕСИС (а это около 20 тыс. кадров), детально изучить все быстрые процессы в области нагрева короны, узнать, существуют ли там микровспышки, наблюдаются ли колебания, какая энергия в них запасена, как быстро она переходит в тепло. Это лишь часть большой программы, ее конечная цель - вывод в 2015 г. специализированного малого научного спутника для изучения мелкомасштабных процессов в короне, для чего предложена новая концепция телескопов с разрешением 0,15 угловой секунды, что позволит увидеть структуры с линейным размером 100 км. Ее разработали две группы специалистов из ФИАНа и НАСА. В проекте принимают участие также европейские научные коллективы.

По словам Богачева, сейчас мы наблюдаем настоящий бум в солнечной физике: открыты перспективные направления, по каждому сформулирован широ-

Первые изображения Солнца, полученные российской обсерваторией ТЕСИС со спутника "Коронас-Фотон" 20 февраля 2009 г. во время первого пробного включения аппаратуры на орбите. a - Дальняя корона Солнца. Температура плазмы ~1 млн. °C. b - Переходный слой Солнца. Температура плазмы ~80 тыс. °C. c - Нижняя солнечная корона. Температура плазмы ~1 млн. °С.

кий круг задач. Одно плохо: не хватает крупного отечественного спутника, работающего в различных диапазонах. Ведь никакие "чужие" данные, убежден ученый, не заменят собственный активный эксперимент, в котором ты сам формулируешь задачи и выбираешь объекты для изучения. В 2009 г. такую возможность давала обсерватория ТЕСИС, но ее уже нет на орбите, поэтому руководство ФИАНа ищет полноценную замену утраченному спутнику. К слову, отечественный проект под рабочим названием "Солярис" с участием 10 научных организаций страны уже проработан. Сейчас усилия направлены на его включение в космическую программу.

Главная его цель, сказал Богачев, продолжить цикл исследований, начатый на "Коронас-Фотоне". Тогда были получены интересные результаты при изучении солнечных макроспикул - достаточно быстрых и многочисленных всплесков раскаленного ионизированного газа продолжительностью 5 - 10 мин, регистрирующихся на краю солнечного диска. Впервые в мире телескоп измерил ускорение плазмы внутри струй и показал: оно отличается от гравитационного и, следовательно, управляется некоторой неизвестной силой. Эти данные имеют выход на две фундаментальные проблемы: одна связана с нагревом короны, вторая касается ускорения солнечного ветра, берущего начало на тех же самых высотах.

Но все-таки самое загадочное явление на Солнце, открытое ФИАНом еще в 2001 - 2005 гг. с помощью российско-украинского спутника "Коронас-Ф", запущенного 31 июля 2001 г. и прекратившего существование в результате естественной эволюции орбиты 6 декабря 2005 г., - это так называемые горячие точки. В короне, заметил Богачев, без видимой причины возникают компактные объекты размером до 10 тыс. км, имеющие температуру свыше 10 млн. °C, а в отдельных всплесках - до 30. Скажем, в марте-апреле 2009 г. в условиях глубочайшего минимума солнечной активности приборы зарегистрировали на фоне совершенно спокойного солнечного диска около 20 "пожаров". Объяснений этому пока нет. Главную трудность представляет все тот же вопрос об источниках нагрева. Возможно, проект "Солярис" разрешит эту загадку, и тогда наши знания о физике Солнца существенно дополнятся.

Янчилин В. Корона с подогревом. - Газета "Поиск", 8 апреля 2011 г.

Иллюстрации с сайта проекта ТЕСИС лаборатории рентгеновской астрономии Солнца (ФИАН)

Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА

Publisher:

Permanent link for scientific papers (for citations):

Comments: