Миссия НАСА отправилась прямо к Солнцу. Зачем — и как это вообще возможно?
Идея подобной миссии обсуждалась с самого начала космической эры, но осуществить её было невозможно: на подлёте к Солнцу любой аппарат должен элементарно расплавиться и сгореть.
Лишь не так давно технологии позволили оснастить зонд достаточной теплозащитой, которая позволит ему несколько раз вплотную подлететь к раскаленной атмосфере звезды, где температура достигает сотен тысяч градусов.
"Мы десятилетиями изучали Солнце — и наконец-то отправляемся туда, где все происходит", — сказал накануне запуска один из руководителей проекта НАСА Алекс Янг.
Близкий незнакомец
Несмотря на относительную близость — по космическим меркам, конечно, — мы не так уж и много знаем о нашей звезде.
Например, одна из главных загадок Солнца — почему внешняя часть атмосферы звезды в сотни раз горячее, чем поверхность звезды. Это всё равно как если бы нам становилось жарче по мере удаления от костра.
Невооруженным глазом с Земли мы можем наблюдать лишь ничтожную часть солнечного излучения, поэтому Солнце представляется нам очень спокойным и неизменным диском.
На самом же деле его в самом прямом смысле непрерывно разрывают на части мощные взрывы, в результате чего потоки заряженных частиц и электромагнитного излучения — так называемый солнечный ветер — разлетаются на миллиарды километров вокруг.
Это открытие сделал в середине XX века американский астроном Юджин Паркер. Именно в его честь назван аппарат. 91-летний ученый был на месте запуска и попрощался с "Паркером".
На Земле порывы солнечного ветра вызывают северные сияния, магнитные бури и другие явления, известные под общим названием "космическая погода".
Подобные вспышки не только влияют на наше самочувствие, но и вносят помехи в радиосвязь, нарушают работу спутников, а иногда приводят к серьезным сбоям в электросетях. В 1989 году, например, буря была настолько мощной, что солнечный ветер на несколько часов полностью обесточил канадскую провинцию Квебек, а северные сияния можно было наблюдать во Флориде и в Техасе, где обычно их не бывает.
"Наш мир постоянно омывается солнечной энергией, — объясняет один из руководителей проекта из Университета Джонса Хопкинса Ники Фокс. — Но у нас нет четкого понимания, что за механизмы несут к нам солнечный ветер, и именно это мы собираемся выяснить".
Однако есть у миссии и совершенно практический смысл. Ученые надеются, что при помощи этого исследования они смогут лучше понять природу солнечного ветра — и, возможно, научиться предсказывать космическую погоду.
Например, в ближайшее время планируется отправить первых людей на Марс. Миссия продлится три с половиной года, и если за время полета на Солнце произойдет достаточно интенсивная вспышка, то все астронавты погибнут. На Земле от космического излучения нас защищает магнитосфера планеты, в открытом же космосе укрыться от солнечного ветра невозможно — его внезапный порыв может уничтожить электронику корабля и вызвать необратимые мутации в ДНК экипажа.
В самое пекло
"Паркер" должен ответить на несколько вопросов — в частности, почему ускоряется солнечный ветер, и как заряженным частицам удаётся достигать околосветовых скоростей. Для этого ему нужно будет максимально приблизиться к Солнцу, окунувшись в верхние слои атмосферы звезды.
По словам одной из руководителей миссии Николин Виалл, "у нас есть возможность засунуть градусник в самую корону (так называют внешние слои атмосферы Солнца — Би-би-си) и посмотреть, как поднимается температура".
Но как "засунуть градусник" в Солнце так, чтобы он не расплавился?
От палящих лучей зонд укроет беспрецедентная термозащита: экран из многослойного углепластика толщиной около 12 см и сложная система из семи датчиков, задача которой — автономно, без сигнала с Земли, контролировать, чтобы аппарат всегда был повернут к Солнцу нужной, то есть защищенной, стороной.
Стоит "Паркеру" хотя бы частично высунуться за защитный экран — и аппарат, на создание и запуск которого потрачено 1,5 млрд долларов, рискует в лучшем случае выйти из строя, а в худшем — превратиться в сгусток плазмы.
Чтобы понять, как 12-сантиметровый экран может защитить от разрушительного жара звезды, нужно помнить о разнице между теплом и температурой. Температура измеряет, насколько быстро движутся частицы, а тепло — общее количество переносимой ими энергии. Частицы могут двигаться с невероятной скоростью (высокая температура), но если их количество невелико, то и передать много энергии они не смогут. Например, вы можете безболезненно ненадолго засунуть руку в разогретую духовку — но не в кипящую воду.
В открытом космосе — в условиях почти полного вакуума — частиц, способных разогреть аппарат, ничтожно мало. Верхние слои солнечной короны чрезвычайно разрежены, и хотя температура там достигает миллионов градусов, защитный экран "Паркера" нагреется только до 1300-1400 градусов.
При этом сам аппарат будет работать в весьма комфортных условиях около 30 градусов по Цельсию, а "хвост" трехметрового зонда, отвёрнутый от Солнца, и вовсе будет погружен в настоящий космический холод — около 130 градусов ниже ноля. Заднюю часть "Паркера" даже придется нагревать дополнительно, чтобы могла нормально работать расположенная там электроника.
17 лет ожидания
Владимир Красносельских — сотрудник французского Национального центра научных исследований и разработчик одного из четырех установленных на "Паркере" инструментов под названием FIELDS. Задача прибора — измерять электрические и магнитные поля вокруг аппарата.
Именно разработчикам FIELDS из Университета Беркли принадлежит идея "тараканьих усов" — тонких датчиков, вынесенных за пределы защитного экрана для более точного измерения разности потенциалов электрического поля. Сам Владимир сравнивает их с клеммами автомобильного аккумулятора.
Владимир рассказывает, что изначально параллельно с "Паркером" планировалось запустить аналогичный зонд Европейского космического агентства. Аппараты должны были проводить измерения на расстоянии 10 и 60 радиусов от Солнца, но европейскую миссию пришлось отложить на 2020 год.
Работу над проектом FIELDS Владимир начал еще в 2001 году — так что этого запуска НАСА он ждал 17 лет. Ученому особенно обидно, что стартовал "Паркер" только тогда, когда ему уже пора на пенсию и он уже не сможет набрать собственную команду для анализа собранной прибором информации.
"Запуск для нас не самое интересное, мы ждем первых данных, — говорит Красносельских. — Ведь до настоящего времени никто ничего подобного не делал. Уникальна не только сама миссия, но и наш эксперимент на ней".
При этом собранные на Солнце данные замеров аппарат сможет передать ученым, только когда вернется к Земле — точнее, приблизится к ней на минимальное расстояние. А этот "тур" составляет 88 дней — еще почти три месяца мучительного ожидания после запуска.
При этом пока никто точно не знает, какие именно результаты принесёт миссия — и когда им удастся найти практическое применение.
Владимир грустно шутит, что наука, которой он занимается, с одной стороны, недостаточно фундаментальная, чтобы получать за нее Нобелевские премии (ее не удостоился даже сам Юджин Паркер, несмотря на все свои открытия), а с другой — недостаточно прикладная, чтобы на нее охотно выделяли деньги.
"Нам постоянно приходится убеждать людей в том, что то, чем мы занимаемся, действительно нужно, — улыбается Красносельских. — Но давайте дождемся очередной интенсивной вспышки на Солнце — и тогда все скажут: какую же полезную работу делали эти ученые!"
