Завдяки нахиленій орбіті навколо Сонця, космічний апарат Solar Orbiter (ним управляє Європейське космічне агентство) став першим, хто отримав зображення полюсів Сонця із-за площини екліптики. Унікальний погляд Solar Orbiter на Сонце змінить наше розуміння його магнітного поля, циклу сонячної активності та механізмів космічної погоди.

Будь-яке зображення Сонця, яке ви коли-небудь бачили, було зроблене з точки, направленої на його екватор. Це тому, що Земля, інші планети та всі наявні космічні апарати обертаються навколо Сонця в межах уявного плоского диска, який називають площиною екліптики. Маючи орбіту, нахилену до цієї площини, Solar Orbiter показує Сонце під новим кутом.

У відео, вміщеному вище, порівняно зображення Сонця від Solar Orbiter (жовтим кольором) із зображеннями отриманими із Землі (сірим) 23 березня 2025 року. Тоді Solar Orbiter спостерігав Сонце під кутом 17° нижче сонячного екватора. Цього достатньо, щоб прямо побачити південний полюс Сонця. Протягом наступних років нахил орбіти космічного зонда стане більшим, тому найкращі світлини ще попереду.

«Сьогодні ми показуємо перші в історії людства зображення полюса Сонця», — сказав професор Керол Манделл (Carole Mundell), директор з науки Європейського космічного агентства. «Сонце — найближча до нас зоря, джерело життя та потенційний порушник сучасних космічних та наземних енергетичних систем, тому вкрай важливо, щоб ми розуміли, як воно працює, і навчилися передбачати його поведінку. Ці нові унікальні зображення від нашої місії Solar Orbiter є початком нової ери в науці про Сонце».

Усі погляди прикуті до південного полюса Сонця

На цьому складеному зображенні, отриманому місією Solar Orbiter під керівництвом Європейського космічного агентства, показано Сонце, яке спостерігали на восьми різних довжинах хвиль електромагнітного спектра. Кожне зображення показує різні шари та температури сонячної атмосфери. У верхньому рядку представлено фотосферу Сонця у видимому світлі, мапу магнітного поля та корону в екстремальному ультрафіолетовому діапазоні. Нижній рядок охоплює ультрафіолетові спостереження сонячної речовини при температурі від 10000 °C до понад 1,2 мільйона °C. На цих зображеннях видно викиди водню, вуглецю, кисню, неону та магнію. Такі зображення допомагають науковцям зрозуміти складну структуру Сонця та динамічну поведінку його зовнішніх шарів. Авторські права на зображення: наукові колективи ESA та NASA/Solar Orbiter/PHI, EUI та SPICE. Фото з сайту www.esa.int.

На колажі вище показано південний полюс Сонця, зафіксований 16—17 березня 2025 року, коли Solar Orbiter спостерігав Сонце під кутом 15° нижче сонячного екватора. Це була перша кампанія місії зі спостереження під великим кутом, за кілька днів до досягнення поточного максимального кута огляду 17°.

Зображення, показані вище, зроблено за допомогою трьох наукових інструментів Solar Orbiter: приладом для поляриметричних та геліосейсмічних зображень (Polarimetric and Helioseismic Imager, PHI), приладом для зображень в екстремальному ультрафіолетовому випромінюванні (Extreme Ultraviolet Imager, EUI) та приладом для спектрального зображення коронального середовища (Spectral Imaging of the Coronal Environment, SPICE).

«Ми не знали, чого саме очікувати від цих перших спостережень — полюси Сонця буквально terra incognita», — зазначив професор Самі Соланкі (Sami Solanki) з Інституту дослідження Сонячної системи імені Макса Планка (Max Planck Institute for Solar System Research, MPS) у Німеччині, який очолює наукову групу з роботи інструментів PHI.

Кожен інструмент спостерігає Сонце по-різному. PHI дає зображення Сонця у видимому світлі (угорі ліворуч) та картографує магнітне поле поверхні Сонця (угорі в центрі). EUI робить знімки Сонце в ультрафіолетовому світлі (угорі праворуч), показуючи газ з температурою мільйон градусів у зовнішній атмосфері Сонця, короні. Прилад SPICE (нижній ряд) фіксує світло, що надходить від зарядженого газу різної температури над поверхнею Сонця, тим самим виявляючи різні шари сонячної атмосфери.

Порівнюючи та аналізуючи додаткові знімки, зроблені за допомогою цих трьох приладів, науковці мають змогу дізнатися про те, як рухається речовина в зовнішніх шарах Сонця. Це може виявити несподівані закономірності, такі як полярні вихори (закручений газ), подібні до тих, що спостерігали навколо полюсів Венери та Сатурна.

Ці новаторські спостереження також є ключем до розуміння магнітного поля Сонця та того, чому воно змінюється приблизно кожні 11 років, що збігається з піком сонячної активності. Поточні моделі та прогнози 11-річного сонячного циклу не здатні точно передбачити, коли і наскільки сильно Сонце досягне свого найактивнішого стану.

Безладний магнетизм у сонячному максимумі

Це зображення показує мапу магнітного поля південного полюса Сонця. Її заповнюють маленькі червоні та сині цятки, розкидані на блідо-жовтому тлі. Червоний та синій кольори позначають протилежні магнітні полярності на Сонці. Набір ліній, що вказують сонячну довготу, розходяться від південного полюса Сонця поблизу центра зображення, як спиці на велосипедному колесі, розділяючи коло на секції. Авторські права на зображення: ESA & NASA/Solar Orbiter/PHI Team, J. Hirzberger (Й. Гірцберґер) з MPS. Фото з сайту www.esa.int.

Одним із перших наукових відкриттів полярних спостережень Solar Orbiter є відкриття, що на південному полюсі магнітне поле Сонця зараз перебуває у стані безладу. Тоді як звичайний магніт має чіткі північний і південний полюси, вимірювання магнітного поля приладом PHI показують, що на південному полюсі Сонця присутні магнітні поля як північної, так і південної полярності.

Це відбувається лише протягом короткого часу протягом кожного сонячного циклу, в сонячний максимум, коли магнітне поле Сонця змінюється і є найактивнішим. Після зміни поля одна полярність має повільно накопичуватися та брати верх на полюсах Сонця. Через 5—6 років Сонце досягне наступного мінімуму активності, під час якого його магнітне поле буде найбільш упорядкованим, а Сонце демонструватиме найнижчий рівень активності.

«Як саме відбувається це накопичення, досі до кінця не зрозуміло, тому Solar Orbiter досяг високих широт саме в потрібний час, щоб простежити весь процес з його унікального та вигідного просторового положення», — зазначив Самі.

Огляд повного магнітного поля Сонця, отриманий за допомогою PHI, вписує ці вимірювання в загальну картину. Що темніший колір (червоний/синій), то сильніше магнітне поле вздовж лінії зору від Solar Orbiter до Сонця.

Найсильніші магнітні поля зафіксовано у двох смугах по обидва боки від екватора Сонця. Темно-червоні та темно-сині ділянки виділяють активні області, де магнітне поле концентрується в сонячних плямах на поверхні Сонця (фотосфері).

Мапа магнітного поля, отримана за допомогою інструмента PHI Solar Orbiter, відображає поверхню Сонця у вигляді жовтої сфери, на яку накладена сіра сітка ліній широти та довготи. Плями червоного та синього кольорів, розкидані по поверхні, представляють ділянки протилежної магнітної полярності — синій для позитивної (у напрямку до космічного апарата) та червоний для негативної (від космічного апарата). Ці кольорові ділянки різняться за розміром та інтенсивністю, утворюючи строкатий візерунок, який підкреслює складний магнітний ландшафт Сонця. Зображення містить позначку часу та зазначає відстань космічного апарата від Сонця (0,763 астрономічних одиниць), що дає уявлення про сонячну магнітну активність. Авторські права на зображення: ESA & NASA/Solar Orbiter/PHI Team, J. Hirzberger (Й. Гірцберґер) з MPS. Фото з сайту www.esa.int.

Тим часом, як південний, так і північний полюси Сонця вкриті червоними та синіми плямами. Це демонструє, що в малих масштабах магнітне поле Сонця має складну та постійно мінливу структуру.

SPICE вперше вимірює рух

Ще одну цікаву «першу» спробу Solar Orbiter мав завдяки інструменту SPICE. Будучи приладом для отримання зображень спектру, SPICE вимірює світло (спектральні лінії), яке випромінюють певні хімічними елементами, серед яких водень, вуглець, кисень, неон та магній, за відомих температур. Протягом останніх п՚яти років SPICE виконував спостереження, щоб з՚ясувати, що відбувається в різних шарах над поверхнею Сонця.

Тепер науковій групі, що працює з SPICE, вдалося використати точне відстеження спектральних ліній, щоб вперше виміряти швидкості руху скупчень сонячної речовини. Цей метод відомий як «доплерівське вимірювання», названий на честь того ж ефекту, який змушує сирени швидкої допомоги змінювати тональність під час руху до і від спостерігача.

Отримана мапа швидкостей показує, як сонячна речовина рухається в межах певного шару Сонця. Нижче ви можете порівняти розташування та рух частинок (іонів вуглецю) у тонкому шарі, який називається «перехідною областю», де температура Сонця швидко зростає від 10 000 °C до сотень тисяч градусів.

Порівняння двох зображень південного полюса Сонця, отриманих за допомогою інструмента SPICE Solar Orbiter. Зображення ліворуч — це мапа інтенсивності випромінювання південного полюса Сонця, що вказує на розташування скупчень іонів вуглецю над поверхнею Сонця. Яскрава, сяюча дуга вигинається вздовж нижньої частини зображення. Зображення над дугою всіяне меншими яскравими пастельно-жовтими плямами та смугами на темнішому золотисто-жовтому тлі, що позначають ділянки різної густини речовини. Зображення праворуч — це мапа швидкості речовини на південному полюсі Сонця. Мапа заповнена червоним та синім кольорами, які символізують рух. Червоні ділянки показують іони вуглецю, що рухаються від спостерігача, а сині — те, куди ці іони рухаються в напрямі до спостерігача. Тло чорне, що чітко виділяє кольорові ділянки. Вигнуті лінії та слабка сітка, що перекривають обидва зображення, позначають лінії сонячної широти та довготи. Авторські права на зображення: ESA та NASA/Solar Orbiter/SPICE Team, M. Janvier (М. Жанв'є) з ESA та J. Plowman (Дж. Плауман) з SwRI. Фото з сайту www.esa.int.

Зображення ліворуч — це мапа інтенсивності, яка показує розташування скупчень іонів вуглецю. На зображенні праворуч показано мапу швидкостей, де синій та червоний кольори вказують на швидкість руху іонів вуглецю до космічного апарату Solar Orbiter та від нього відповідно. Темніші сині та червоні плями пов՚язані з речовиною, що рухається швидше через невеликі шлейфи або струмені.

Найважливіше те, що доплерівські вимірювання можуть показати, як частинки покидають Сонце у вигляді сонячного вітру. Розкриття того, як Сонце створює сонячний вітер, є однією з головних наукових цілей місії Solar Orbiter.

«Доплерівські вимірювання сонячного вітру, що виходить із Сонця, виконані за допомогою нинішніх та минулих космічних зондів, не враховували дані спостережень полюсів Сонця. Вимірювання з високих широт, які тепер можливі завдяки Solar Orbiter, стануть революцією у фізиці Сонця», — сказав Фредерік Ошер (Frédéric Auchère) з Університету Париж-Сакле (Франція), керівник групи, що працює з приладом SPICE.

Найкраще ще попереду

Це лише перші спостереження, зроблені за допомогою Solar Orbiter з його нахиленої орбіти, і значна частина цього першого набору даних ще очікує подальшого аналізу. Очікується, що повний набір даних першого повного польоту Solar Orbiter повз Сонце «від полюса до полюса» прибуде на Землю до жовтня 2025 року. Усі десять наукових приладів Solar Orbiter зберуть безпрецедентні дані в найближчі роки.

«Це лише перший крок Solar Orbiter на його «сходах до небес»: у найближчі роки космічний апарат підніматиметься далі від площини екліптики для кращого огляду полярних регіонів Сонця. Ці дані змінять наше розуміння магнітного поля Сонця, сонячного вітру та сонячної активності», — зазначив Даніель Мюллер (Daniel Müller), науковець проєкту Solar Orbiter Європейського космічного агентства.

Ця інфографіка від Європейського космічного агентства під назвою «Чому Solar Orbiter нахиляється до полюсів Сонця» ілюструє унікальну траєкторію та наукові цілі місії. В центрі зображення показано Сонце з динамічними лініями магнітного поля, що підкреслюють полярну активність. Ліворуч зображено космічний апарат Solar Orbiter з позначеним орбітальним шляхом на 2025 та 2028 роки та зазначено, як поступово змінюється нахил його орбіти, щоб спостерігати полюси Сонця. Угорі праворуч пояснено механізм сонячного динамо, а внизу праворуч підкреслено роль полярних спостережень у розумінні космічної погоди та глобального магнітного поля Сонця. Авторські права на зображення: ESA та NASA/Solar Orbiter. Фото з сайту www.esa.int.

Загальна інформація про місію Solar Orbiter

Solar Orbiter — це найскладніша наукова лабораторія, яка коли-небудь вивчала нашу життєдайну зорю. Вона фотографує Сонця з ближчої відстані, ніж будь-який космічний апарат до неї, і першою досліджує його полярні області.

У лютому 2025 р. Solar Orbiter офіційно розпочав частину своєї подорожі навколо Сонця, щоб спостерігати його на високих широтах, нахиливши свою орбіту на кут 17° відносно екватора Сонця. Натомість планети та всі інші космічні апарати, що спостерігають Сонце, обертаються в площині екліптики, нахиленій максимум на 7° від сонячного екватора.

Єдиним винятком є ​​зонд ESA/NASA Ulysses (1990—2009), який пройшов над полюсами Сонця, але не мав жодних інструментів для отримання зображень. Solar Orbiter доповнить спостереження Ulysses, вперше спостерігаючи за полюсами за допомогою телескопів, а також за допомогою повного набору датчиків in-situ, під час прольоту набагато ближче до Сонця. Крім того, Solar Orbiter буде відстежувати зміни на полюсах протягом усього сонячного циклу.

Solar Orbiter обертатиметься навколо Сонця під цим кутом нахилу до 24 грудня 2026 року, коли його наступний політ повз Венеру нахилить його орбіту до 24°. З 10 червня 2029 р. космічний апарат обертатиметься навколо Сонця під кутом 33°. (Огляд подорожі Solar Orbiter навколо Сонця.)

Solar Orbiter — це космічна місія міжнародної співпраці між Європейським космічним агентством (European Space Agency, ESA) та NASA. Нею керує ESA. Приладом для поляриметричних та геліосейсмічних зображень (Polarimetric and Helioseismic Imager, PHI) Solar Orbiter управляє Інститут дослідження Сонячної системи імені Макса Планка (MPS), Німеччина. Приладом для зображень в екстремальному ультрафіолетовому випромінюванні (Extreme Ultraviolet Imager, EUI) — Королівська обсерваторія Бельгії (Royal Observatory of Belgium, ROB). Прилад для спектрального зображення коронального середовища (Spectral Imaging of the Coronal Environment, SPICE) — це європейський інструмент, яким управляє Інститут просторової астрофізики (Institut d'Astrophysique Spatiale, IAS) у Парижі, Франція.

За інф. з сайту www.esa.int