Sonda Parker Solar Probe ruszyła w kosmos. Zgodnie z planem gdy po kilku miesiącach dotrze do celu, będzie musiała wytrzymywać temperatury sięgające 1400 stopni Celsjusza, a także bombardowanie rozpędzonymi cząstkami, tworzącymi wiatr słoneczny.
– Do niedawna taka misja byłaby niemożliwa. Owszem, znaliśmy materiały, które mogłyby ochronić sondę, ale były one zbyt ciężkie, by można było zbudować z nich osłony pojazdu kosmicznego. Dopiero gdy opracowaliśmy bardzo lekką piankę izolacyjną, NASA dała nam zielone światło – mówi prof. Eugene Parker, wybitny amerykański astrofizyk, którego nazwiskiem ochrzczono sondę. Po raz pierwszy tego typu zaszczyt spotkał żyjącego naukowca.
W przyszłym roku w kierunku Słońca poleci też Solar Orbiter, skonstruowany przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Ma on podobny cel – zbadać naszą najbliższą gwiazdę z rekordowo niewielkiej odległości. – Udało nam się przekonać i NASA, i ESA, że te badania są bardzo ważne. Dlatego będziemy mieli wyjątkową możliwość obserwowania Słońca za pomocą dwóch sond jednocześnie – mówi prof. Tim Horbury z Imperial College London, szef naukowy misji Solar Orbiter.
SKĄD TEN WIATR
Obiekt, który ludzkość obserwuje od niepamiętnych czasów, do dziś jest dla naukowców zagadką. Jej rozwiązanie to nie tylko kwestia zaspokojenia ciekawości i poszerzenia wiedzy na temat kosmosu. Gwałtowne zjawiska zachodzące na Słońcu wywierają wpływ na to, co dzieje się na Ziemi.
– Nasza cywilizacja staje się coraz bardziej uzależniona od technologii, które są bardzo wrażliwe na takie zakłócenia. A Słońce nie było i nie będzie spokojne – mówi prof. Iwona Stanisławska, dyrektor Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie. Widoczna na niebie jasna tarcza Słońca to w rzeczywistości olbrzymia kula plazmy, czyli rozżarzonego gazu – 1,3 mln razy większa niż cała nasza planeta. We wnętrzu Słońca lekkie pierwiastki – przede wszystkim wodór i hel – łączą się w cięższe podczas reakcji termojądrowych. Uwalniają się przy tym ogromne ilości energii – 386 miliardów miliardów megawatów na sekundę! – które gwiazda wypromieniowuje w kosmos.
Co ciekawe, powierzchnia Słońca ma temperaturę zaledwie kilku tysięcy stopni Celsjusza, ale jego atmosfera – tzw. korona słoneczna – rozgrzewa się do kilku milionów stopni.
– Nikt nie wie, dlaczego tak jest, bo to wbrew zdrowemu rozsądkowi. Przecież im dalej od gwiazdy jesteśmy, tym chłodniej powinno być. Dlatego wysyłamy sondę, która ma zbliżyć się do Słońca tak bardzo, że wejdzie w obszar korony – wyjaśnia prof. Parker. To miejsce interesuje naukowców z jeszcze jednego powodu. Korona słoneczna jest zbudowana z rozgrzanego gazu, który odrywa od gwiazdy i leci w kosmos, tworząc tzw. wiatr słoneczny. Ten proces też nie został jeszcze dobrze zbadany.
– Wiemy, że w tym gazie w jakiś sposób zostaje „odciśnięte” pole magnetyczne gwiazdy i że ten odcisk dociera potem do Ziemi. Jeśli Słońce jest bardzo aktywne, wiatr słoneczny przenosi potężne zaburzenia magnetyczne, które uderzają w naszą planetę – mówi prof. Parker. Stąd biorą się piękne zorze polarne, ale też zagrażające naszej cywilizacji zakłócenia.
PRZYGOTUJMY SIĘ NA KŁOPOTY
Przed docierającym ze Słońca szkodliwym promieniowaniem i strumieniami cząstek chroni nas atmosfera Ziemi, a przede wszystkim – jej pole magnetyczne. Otula ono planetę w miarę szczelnym kokonem, trochę tylko „dziurawym” na biegunach. Jednak na Słońcu co jakiś czas dochodzi do wielkich eksplozji, co sprawia, że odrywają się od niego ważące miliardy ton obłoki plazmy – tzw. koronalne wyrzuty masy (CME). Mają one tak silne pole magnetyczne, że gdy dotrą do Ziemi, nasz kokon ochronny może sobie z tym nie poradzić.
– CME otworzy ziemską magnetosferę jak otwieracz puszkę i kosmiczna materia wleje się do środka – opisuje James Green, dyrektor naukowy NASA. Takie zjawisko jest groźne dla astronautów przebywających na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, załóg samolotów oraz krążących wokół naszej planety satelitów – także tych, dzięki którym mamy do dyspozycji cyfrową telewizję, szybki internet czy nawigację GPS. Jednak wywołana przez obłok plazmy burza geomagnetyczna potrafi również zniszczyć kluczowe punkty sieci energetycznej na Ziemi. A to oznaczałoby brak prądu w milionach domów, biur i fabryk przez długie miesiące, czyli katastrofę gospodarczą i humanitarną na niewyobrażalną skalę. Od 2008 r. uczeni alarmują, że ten scenariusz jest jak najbardziej realny.
Apelują, by operatorzy sieci energetycznych przygotowali się na tego typu zagrożenia. Naukowcy starają się badać i przewidywać zjawiska takie jak uderzenie obłoku słonecznej plazmy. Zajmuje się tym m.in. Centrum Badań Kosmicznych PAN.
– Na bieżąco monitorujemy sytuację, współpracujemy z agendami rządowymi i wieloma firmami, także z operatorem sieci energetycznych. Jesteśmy w stanie przewidzieć większość groźnych zjawisk – mówi prof. Stanisławska. – Jednak lepsze zrozumienie zjawisk słonecznych wymaga zbadania naszej gwiazdy z bliska i tym właśnie zajmą się dwie nowe sondy.
TARCZA Z WĘGLOWEJ PIANKI
Parker Solar Probe zbliży się do Słońca na 6,2 mln kilometrów. Nam ta odległość wydaje się ogromna, ale do tej pory żadne urządzenie nie było tak blisko gwiazdy. Przez siedem lat sonda ma ponad 20 razy „dotknąć” korony słonecznej i za pomocą baterii czujników zbadać zachodzące tam zjawiska. – To będą twarde dane, które położą kres dotychczasowym spekulacjom – mówi prof. Parker. Taka misja stanowiła ogromne wyzwanie dla uczonych i inżynierów. Aby sonda mogła dolecieć do gwiazdy (i nie spłonąć), potrzebne były bardzo skomplikowane obliczenia.
– Pojazd startujący z Ziemi musi osiągnąć dużą prędkość, ale jeśli zmierza w kierunku Słońca, musi potem wyhamować, żeby wejść na odpowiednią orbitę. Cały ten proces może wymagać aż 55 razy więcej energii niż lot na Marsa albo dwukrotnie więcej, niż zużyliśmy, wysyłając misję w kierunku Plutona – wyjaśnia prof. Parker. Udało mu się opracować sposób na spowolnienie sondy, która będzie musiała w tym celu wielokrotnie przelecieć obok Wenus. Ale i tak rozpędzi się ona aż do 720 tys. km/godz. – takiej prędkości nie osiągnął
wcześniej żaden pojazd kosmiczny.
Drugim problemem było samo Słońce. Sondę będzie przed nim chronić tarcza grubości 11 cm, wypełniona specjalnie w tym celu zaprojektowaną pianką węglową. Zatrzyma ona wiatr słoneczny i osłoni elektronikę pojazdu przed wysokimi temperaturami. Parker Solar Probe będzie czerpać energię z baterii słonecznych. Jednego, większego zestawu będzie używać zanim zbliży się do Słońca. Potem wykorzysta mniejszy panel, wyposażony m.in. w osobny układ chłodzący, niezbędny do działania urządzenia w takich warunkach.
TELESKOP ZA MERKURYM
Bliskość Słońca sprawi, że Parker Solar Probe nie będzie mogła „patrzeć” bezpośrednio na gwiazdę – zbada jedynie mijające ją cząsteczki wiatru słonecznego i promieniowanie. Dlatego w lutym przyszłego roku Europejska Agencja Kosmiczna chce wysłać w kosmos misję Solar Orbiter. Ta sonda będzie wyposażona m.in. w teleskop, który sfotografuje powierzchnię Słońca z rekordowo niewielkiej odległości 42 mln km, już za orbitą Merkurego. Jej czujniki będą też analizować zjawiska magnetyczne zachodzące na powierzchni gwiazdy. Solar Orbiter będzie się poruszać na obszarze, w którym nie jest już tak gorąco jak w koronie słonecznej, ale i tak znajdzie się w temperaturze ok. 520 st. C. Jej osłony będą pochłaniały ciepło i rozpraszały je, przy okazji ogrzewając elementy elektroniczne. W tym celu konstruktorzy pokryli je smoliście czarną, bardzo wytrzymałą substancją zwaną SolarBlack, opracowaną specjalnie pod kątem tej misji przez firmę Enbio.
– Świetnie się złożyło, że będziemy mieć dwie misje tego typu jednocześnie. Dane będą się wzajemnie uzupełniać i pozwolą nam na opracowanie nowych modeli procesów zachodzących na Słońcu i w jego okolicy – wyjaśnia dr Nicola Fox z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, kierująca zespołem Parker Solar Probe. Obecnie naukowcy mogą dostać sygnał ostrzegawczy z sondy ACE, która nieustannie obserwuje Słońce z dużej odległości, ale najwyżej na godzinę przed uderzeniem obłoku plazmy w Ziemię. Dzięki nowym informacjom ten czas może się wydłużyć nawet do 1–2 dni, co pozwoli na lepsze zabezpieczenie satelitów czy sieci energetycznych.
– Prędzej czy później na Słońcu dojdzie do kolejnej wielkiej eksplozji – mówi prof. Stanisławska. Aktywność naszej gwiazdy zmienia się w cyklu liczącym ok.11 lat. Jego maksimum – a więc i zwiększone ryzyko powstania wielkich koronalnych wyrzutów masy – nastąpi za kilka lat. Naukowcy mają więc czas na przeprowadzenie badań, od których może zależeć los naszej cywilizacji.
Jan Stradowski