Российские исследователи разработали научное оборудование и программно-аппаратный комплекс для наблюдения Солнца с борта Международной космической станции (МКС). Новый прибор будет регистрировать излучение в терагерцевом диапазоне. Как предполагают ученые, это поспособствует выявлению ранее неизвестных компонентов процессов, которые в значительной степени могут отвечать за образование солнечных вспышек. Эксперимент поможет лучше предсказывать космическую погоду и магнитные бури на Земле, рассказали «Известиям» разработчики.
Как зарождаются солнечные вспышки
Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработали оборудование и программно-аппаратный комплекс для наблюдения Солнца с борта МКС в терагерцевом диапазоне. Аппаратуру планируют отправить на космическую станцию в 2025-м, а к исследованиям специалисты приступят в первой половине следующего года.
Такой эксперимент будет проведен впервые в мире. Специалисты полагают, что наблюдения помогут выявить ранее неизвестные характеристики процессов энерговыделения, которые в значительной мере ответственны за образование вспышек — выбросов потоков заряженных частиц, плазмы и всплесков электромагнитного излучения — в атмосфере Солнца.
Как объяснили исследователи, терагерцевый диапазон — область спектра от 1 трлн до 10 трлн герц — находится между видимым и микроволновым излучениями. До недавнего времени Солнце в этом диапазоне не изучали, поскольку, с одной стороны, атмосфера почти не пропускает терагерцевое излучение, и поэтому для наземного наблюдателя зарегистрировать его практически невозможно. С другой стороны, не было надежных детекторов для регистрации этих частот. Однако, исследования в прилегающем «соседнем» диапазоне частот обнаружили ряд необычных эффектов.
— Анализ данных позволил установить, что во время сильных солнечных вспышек спектр излучения в терагерцевой области не соотносится с другими диапазонами. В частности, когда в микроволновом спектре на частотах свыше 70–100 ГГц наблюдается значительное уменьшение потоков, в терагерцевой части, наоборот, обнаружен рост потоков излучения, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, заведующий лабораторией физики Солнца и космических лучей ФИАН Владимир Махмутов.
Он объяснил, что такие эффекты могут указывать на зарождающиеся процессы накопления и выделения энергии, которые приводят к развитию солнечных вспышек, сопровождающехся значительными потоками субмиллиметрового и терагерцевого излучения.
Заведующий лабораторией физики Солнца и космических лучей ФИАН Владимир Махмутов
Такие физические явления могут происходить в тонком слое хромосферы, над видимой фотосферой, где образуется основная часть солнечного света. Эта область атмосферы звезды недоступна для прямых наблюдений, поэтому изучение Солнца в терагерцевом диапазоне поможет ученым лучше понять процессы, которые провоцируют вспышки не нем.
Как прибор поможет предсказывать магнитные бури
Появившиеся факты, подчеркнул ученый, в настоящее время не нашли достаточного теоретического объяснения. Поэтому такое большое значение имеют данные, которые будут получены в ходе эксперимента на борту МКС.
— Прибор, который установят на станции, состоит из восьми детекторов. Каждый из них настроен на свой узкий диапазон частот в пределах терагерцевой области спектра. Оборудование отправят на орбиту в этом году. Во время запланированного сеанса внекорабельной деятельности космонавты разместят его на внешней стороне российского сегмента станции. Первые данные для научного анализа ученые получат в следующем году. Эксперимент рассчитан на три года, — сообщил Владимир Махмутов.
По его мнению, результаты исследований в дальнейшем могут быть использованы при разработке системы прогнозирования космической погоды и магнитных бурь на Земле.
Вместе с тем, как объяснил ученый, на орбите датчики будут находиться в зоне видимости Солнца примерно в течении четверти каждого витка МКС вокруг Земли. Остальное время приемники будут направлены в дальний космос. Это поможет исследовать так называемое фоновое излучение звездного неба в терагерцевом диапазоне и, возможно, получить новую информацию о процессах звездообразования, эволюции галактик и других астрофизических событиях.
В дальнейшем, предположил Владимир Махмутов, с учетом результатов эксперимента будут разработаны более чувствительные приборы этого класса для регистрации далеких астрофизических объектов. Кроме изучения космических объектов, они могут быть востребованы для выявления активных процессов в земной коре. Это поможет специалистам лучше предсказывать извержения вулканов и землетрясения.
— Терагерцевый диапазон — одна из наименее изученных областей солнечного спектра. Эти волны хорошо поглощает водяной пар в атмосфере Земли. Поэтому наблюдения с орбиты — более точны и детальны, — отметил заместитель директора по научной работе Крымской астрофизической обсерватории Александр Вольвач.
Ученый пояснил, что запланированный эксперимент может дать новые сведения об энергетических процессах на Солнце и ускорении частиц в солнечной атмосфере. Так, в ходе недавних исследований ученые выявили новый спектральный компонент излучения, который отличается от известных. Он представляет собой загадку и требует дальнейшего изучения.
— Российские ученые играют важную роль в мировой науке в сфере солнечной физики. Однако на данный момент у нашей страны практически нет приборов для исследования Солнца, размещенных в космосе. Введение в строй на МКС прибора, оснащенного терагерцевыми детекторами, отчасти восполнит этот пробел, — прокомментировал «Известиям» директор Института космических исследований РАН Анатолий Петрукович.
По его словам, такие эксперименты интересны, поскольку ранее никто не наблюдал ближайшую к нам звезду в этой области спектра и без помех со стороны атмосферы Земли. Области солнечной плазмы с разной температурой, плотностью, магнитным полем по-разному «светят» в излучении с различными длинами волн. Поэтому, комбинируя наблюдение в разных диапазонах, можно получить больше информации о процессах на Солнце. Возможно, благодаря новым приборам ученые найдут предвестники солнечных вспышек.
Эксперт отметил, что разработка приборов всегда идет поэтапно и, если эксперимент ФИАН даст хорошие результаты, в дальнейшем на его основе построят более совершенное оборудование для исследований космоса в терагерцевом диапазоне.
