Представьте себе аппарат размером с небольшой автомобиль, который добровольно летит туда, где температура достигает тысяч градусов, а поток частиц способен уничтожить любую электронику. Его задача — подойти к нашей звезде настолько близко, насколько ещё не осмеливалась ни одна миссия человечества, и разобраться с одной из самых странных задач современной астрофизики.
Речь идёт о солнечном зонде Паркера — космическом аппарате NASA, стартовавшем 12 августа 2018 года и шаг за шагом «ныряющем» всё глубже в окрестности Солнца. На его счету уже рекорды по скорости и минимальному расстоянию до звезды, а последние пролёты принесли данные, которые серьёзно уточняют представления о том, как устроена солнечная корона.
Почему корона горячее поверхности
Главная загадка, ради которой создавался зонд, известна как парадокс корональной температуры. Видимая поверхность Солнца — фотосфера — имеет температуру примерно 5,5–5,8 тысячи градусов Цельсия, тогда как внешняя атмосфера, корона, разогрета уже до миллионов градусов.
Если перенести ситуацию на земной пример, получится странная картина. Вы стоите у костра: в самом пламени очень жарко, чуть выше огня — логично было бы ждать прохлады, а там внезапно становится в сотни и тысячи раз горячее, чем в самом пламени. На уровне школьной физики такая картина не укладывается в привычное понимание теплообмена, поэтому учёным давно было понятно: в короне работают дополнительные механизмы подкачки энергии, не сводящиеся к простому «нагреву сверху».
Десятилетиями обсуждались разные сценарии — магнитные волны, многочисленные микровспышки, турбулентное перемешивание плазмы, — но прямых измерений вблизи Солнца не хватало. Зонд Паркера должен был впервые заглянуть в эти области и показать, какие процессы там доминируют на самом деле.
Как аппарат выживает почти у звезды
Сам зонд — отдельное инженерное достижение. Его стартовая масса составляет около 685 килограммов, а от прямого солнечного излучения его прикрывает углеродный теплозащитный экран толщиной примерно 11–11,5 сантиметра. Снаружи щит нагревается до температур порядка 1300–1400 °C, но за ним оборудование работает в «комфортном» диапазоне около 30 °C.
Это достигается сочетанием нескольких решений: высокоотражающего покрытия, углеродного композита, выдерживающего экстремальные тепловые нагрузки, и жидкостной системы охлаждения, отводящей остаточное тепло от внутренних систем. Приборы располагаются в тени щита, а ориентация аппарата постоянно корректируется так, чтобы он точно «подставлял» Солнцу только защитный экран.
Для выхода на экстремально вытянутые орбиты зонд использует серию гравитационных манёвров вокруг Венеры. Каждый пролёт немного изменяет его траекторию, уменьшая расстояние ближайшего подхода к Солнцу без огромных затрат топлива. В финальной конфигурации миссии Parker Solar Probe должен подойти к Солнцу менее чем на 6 миллионов километров от поверхности — это меньше 10 солнечных радиусов от центра звезды.
Волны, турбулентность и нагрев короны
Когда зонд начал проходить всё ближе к Солнцу, его приборы зарегистрировали целый набор процессов, о которых раньше можно было судить только по моделям и косвенным измерениям. Один из ключевых элементов — альфвеновские волны, особые колебания магнитного поля и плазмы, которые распространяются вдоль силовых линий и переносят энергию от внутренних слоёв атмосферы наружу.
Анализ показал, что такие волны могут эффективно передавать энергию заряжённым частицам: по мере распространения и преобразования они «разгоняют» и нагревают плазму в короне. В дополнение к этому Parker Solar Probe наблюдает области резкого изменения конфигурации магнитного поля — зоны магнитного реконнекта, где накопленная энергия магнитных структур высвобождается в виде потоков частиц и локального нагрева.
По совокупности данных становится всё более вероятным сценарий, в котором нагрев короны обеспечивается сочетанием нескольких механизмов: альфвеновских волн, турбулентной диссипации и многочисленных мелких вспышек. Работа зонда Паркера здесь играет ключевую роль: он даёт прямые измерения плотности, скорости, магнитного поля и плазменных колебаний в регионах, где формируется солнечный ветер и корона.
Зачем это нужно людям на Земле
На первый взгляд может показаться, что всё это — сугубо академический интерес, полезный только астрофизикам. На деле от понимания поведения короны и солнечного ветра зависит способность прогнозировать космическую погоду: вспышки, корональные выбросы массы и сильные магнитные бури.
Такие события способны выводить из строя спутники связи и навигации, влиять на работу радиосистем, а в тяжёлых случаях — создавать опасные токи в линиях электропередач и трансформаторах. Чем лучше моделируются процессы в короне, тем точнее можно предсказать время и силу ударов по магнитосфере Земли, а значит — заранее подготовить орбитальные аппараты и критически важную наземную инфраструктуру.
Кроме того, Солнце — единственная звезда, которую человечество изучает с такой степенью детализации. Закономерности, выявленные по данным Parker Solar Probe, помогают объяснять поведение других звёзд и их систем, от активности «солнечных» аналогов до экстремальных объектов с мощными магнитными полями.
Миссия, которая ещё не закончена
Программа полёта зонда Паркера рассчитана на более двух десятков близких сближений с Солнцем, и миссия продолжает приносить новые данные. С каждым витком аппарату приходится работать в более жёстких условиях, но именно эти пролёты дают максимально ценную информацию о том, как рождается солнечный ветер и почему корона так сильно перегрета по сравнению с поверхностью.
В анализе информации участвуют команды из разных стран: кто‑то строит численные модели, кто‑то сопоставляет результаты с наблюдениями других аппаратов и наземных телескопов, таких как Solar Orbiter и DKIST. Уже сейчас понятно, что данные миссии заставляют заметно переписать учебные картинки о Солнце, к которым многие привыкли, но укладываются в рамки известных физических законов, уточняя, а не опровергая их.