Активность на Солнце, которую именуют «космической погодой», может влиять на всевозможные системы на Земле. Магнитные «извержения» на Солнце могут негативно сказаться на работе воздушного транспорта, нарушить спутниковую связь, привести к выходу из строя электрических сетей, вызывая длительные перебои с электроэнергией, а также нарушать работу GPS.
Первые снимки с солнечного телескопа Иноуэ показывают крупный план поверхности Солнца, что поможет ученым подробно изучить его в деталях. Изображения демонстрируют картину турбулентной «кипящей» плазмы, которая покрывает всё Солнце. Клетчатые структуры — каждая размером с Техас (или, например, Чукотский автономный округ в России) — являются признаком интенсивных потоков, которые переносят тепло изнутри Солнца на его поверхность. Эта горячая солнечная плазма поднимается в ярких центрах «ячеек», охлаждается, а затем погружается под поверхность в районе темных полос в результате процесса, известного как конвекция. В этих темных полосах мы также видим крошечные, яркие точки-маркеры магнитных полей. Никогда прежде не наблюдаемые с такой четкостью, эти яркие точки, как полагают ученые, направляют энергию во внешние слои солнечной атмосферы, называемые короной. Эти яркие пятна могут быть одной из основных причин того, почему солнечная корона имеет температуру более миллиона градусов.
— С тех пор, как NSF начал работу над этим наземным телескопом, мы с нетерпением ждали первых изображений, — сказала Франция Кордова, директор NSF, — Теперь мы можем поделиться этими изображениями нашего Солнца, которые являются самыми детальными на сегодняшний день. Солнечный телескоп Иноуэ сможет создавать карты магнитных полей в солнечной короне, где происходят солнечные «извержения», которые могут повлиять на земную жизнь. Этот телескоп улучшит наше понимание того, что движет «космической погодой», и в конечном итоге поможет лучше прогнозировать солнечные бури.
Расширение знаний
Солнце — наша ближайшая звезда — гигантский термоядерный реактор, который сжигает около 5 миллионов тонн водородного топлива каждую секунду. Оно делало это около 5 миллиардов лет и будет продолжать еще 4,5 миллиарда лет. Вся эта энергия излучается в космос во всех направлениях, и крошечная часть, которая поражает Землю, делает возможной нашу жизнь. В 1950-х годах ученые выяснили, что солнечный ветер дует от солнца к краям солнечной системы. Они также впервые пришли к выводу, что мы живем в атмосфере этой звезды. Но многие из наиболее важных процессов на Солнце продолжают сбивать ученых с толку.
— На Земле мы можем очень точно предсказать, пойдет ли где-нибудь в мире дождь, а эра «космической погоды» просто еще не наступила, — сказал Мэтт Маунтин, президент Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая управляет солнечным телескопом Иноуэ, — Наши космические прогнозы отстают от земных на 50 лет, если не больше. Нам нужно понять физику, лежащую в основе «космической погоды», и это начинается на Солнце, что и будет изучать солнечный телескоп Иноуэ в течение следующих десятилетий.
Движения солнечной плазмы постоянно скручивают и запутывают солнечные магнитные поля. Скрученные магнитные поля могут привести к солнечным штормам, которые могут негативно повлиять на наш технологически зависимый современный образ жизни. Во время урагана «Ирма» в 2017 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований сообщило, что единовременное событие в «космической погоде» привело к отключению радиосвязи, используемой службами первичного реагирования, авиационными и морскими каналами, на восемь часов, в тот день, когда ураган обрушился на берег.
Наконец, разрешение изображений этих крошечных магнитных элементов является основным, что делает солнечный телескоп Иноуэ уникальным. Он может измерять и характеризовать магнитное поле Солнца более подробно, чем когда-либо прежде, и определять причины потенциально вредной солнечной активности.
— Все дело в магнитном поле, — сказал Томас Риммеле, директор солнечного телескопа Иноуэ, — Чтобы разгадать самые большие загадки Солнца, мы должны не только четко видеть эти крошечные структуры на расстоянии 93 миллионов миль (почти 150 миллионов километров), но и очень точно измерять напряженность их магнитного поля, направление вблизи поверхности, а также отслеживать поле, которое распространяется на корону — внешнюю атмосферу Солнца.
Лучшее понимание причин потенциальных бедствий позволит правительствам и коммунальным службам лучше подготовиться к неизбежным будущим событиям, зависящим от «космической погоды». Ожидается, что уведомление о потенциальном воздействии может быть получено за 48 часов до события вместо текущего стандарта, который составляет около 48 минут. Это даст больше времени для обеспечения безопасности электросетей и критически важной инфраструктуры, а также для перевода спутников в безопасный режим.
Инженерия
Для достижения полученных результатов этот телескоп потребовал много новых важных подходов к его конструкции и конструированию. Построенный Национальной солнечной обсерваторией и управляемый Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии (AURA), солнечный телескоп Иноуэ сочетает в себе 13-футовое (4-метровое) зеркало — самое большое в мире для солнечного телескопа — с беспрецедентными условиями просмотра на вершине вулкана Халеакала, на высоте 10 000 футов (более 3 000 метров).
Фокусировка в 13 киловатт солнечной энергии генерирует огромное количество тепла, которое необходимо удерживать или удалять. Специализированная система охлаждения обеспечивает необходимую тепловую защиту для телескопа и его оптики. Более семи миль трубопроводов распределяют охлаждающую жидкость по всей обсерватории, частично охлажденную льдом, создаваемым на месте по ночам.
Купол, охватывающий телескоп, покрыт тонкими охлаждающими пластинами, которые стабилизируют температуру вокруг телескопа, чему способствуют жалюзи внутри купола, обеспечивающие тень и циркуляцию воздуха. «Тепловой стопор» (высокотехнологичный металл с водяным охлаждением в форме пончика) блокирует б?льшую часть солнечной энергии от главного зеркала, что позволяет ученым изучать определенные области солнца с беспрецедентной четкостью.
Телескоп также использует современную адаптивную оптику для компенсации искажений, создаваемых атмосферой Земли. Конструкция оптики («внеосевое» размещение зеркал) уменьшает яркий рассеянный свет для лучшего обзора и дополняется ультрасовременной системой для точной фокусировки телескопа и устранения искажений, создаваемых атмосферой Земли. Эта система, применяемая для изучения Солнца, является самой передовой на сегодняшний день.
— Обладая самой большой апертурой среди солнечных телескопов, уникальным дизайном и современными приборами, солнечный телескоп Иноуэ впервые сможет выполнять самые сложные измерения различных показателей Солнца, — сказал Риммеле, — После более чем 20-летней работы большой команды, занимающейся проектированием и строительством ведущей обсерватории солнечных исследований, мы близки к финишной черте. Я очень взволнован тем, что могу наблюдать с помощью этого невероятного телескопа первые солнечные пятна нового солнечного цикла, которые только что появились.
Новая эра солнечной астрономии
Новый наземный солнечный телескоп Иноуэ будет работать с космическими инструментами солнечного наблюдения, такими как Solar Probe (Паркер) — НАСА (в настоящее время находится на орбите вокруг Солнца) и Solar Orbiter (SolO) — ЕКА / НАСА (скоро будет запущен). Эти три проекта по наблюдению за солнечной энергией расширят границы ее исследований и улучшат способность ученых прогнозировать «космическую погоду». — Это захватывающее время для физика солнечной энергетики, — сказал Валентин Пиллет, директор Национальной солнечной обсерватории NSF, — Солнечный телескоп Иноуэ обеспечит дистанционное зондирование внешних слоев Солнца и магнитных процессов, которые в них происходят. Эти процессы распространяются в солнечную систему, где миссии Solar Probe и Solar Orbiter будут измерять их последствия. В целом, они представляют собой поистине многофункциональный инструментарий для того, чтобы понять, как звезды и их планеты магнитно связаны.
— Эти первые снимки — это только начало, — сказал Дэвид Бобольц, директор программы в Отделе астрономических наук NSF, который наблюдает за строительством и эксплуатацией объекта, — В течение следующих шести месяцев команда ученых, инженеров и техников телескопа Иноуэ продолжит его испытания и ввод в эксплуатацию, чтобы подготовить телескоп к использованию международным научным сообществом по солнечной энергии. Солнечный телескоп Иноуэ будет собирать больше информации о нашем Солнце в течение первых 5 лет своего существования, чем все солнечные данные, собранные с тех пор, как Галилей впервые направил свой телескоп на Солнце в 1612 году.
