Активность Солнца, известная как «космическая погода», оказывает существенное влияние на Землю и другие планеты Солнечной системы. Периодические извержения, также известные как солнечные вспышки, выделяют значительное количество электромагнитного излучения, которое может создавать помехи всему, начиная от спутников и авиаперелетов до электрических сетей. По этой причине астрофизики пытаются лучше взглянуть на Солнце, чтобы они могли предсказать его погодные условия.
Именно в этом и заключается цель 4-метрового (13-футового) солнечного телескопа Даниэля Иноуэ (NSK), ранее известного как солнечный телескоп с передовыми технологиями, который расположен в обсерватории Халеакала на острове Мауи на Гавайях. Недавно этот объект выпустил свои первые снимки поверхности Солнца, которые показывают беспрецедентный уровень детализации и предлагают предварительный просмотр того, что этот телескоп покажет в ближайшие годы.
Эти изображения обеспечивают крупный план поверхности Солнца, на котором показана турбулентная плазма, организованная в виде клеточных структур. Эти клетки являются признаком насильственных движений, которые переносят горячую солнечную плазму изнутри Солнца на поверхность. Этот процесс, известный как конвекция, видит, как эта яркая плазма поднимается на поверхность в клетках, где затем охлаждается и опускается ниже поверхности в темных полосах.
Получая такие точные и четкие изображения Солнца, астрономы надеются улучшить свое понимание этого процесса, чтобы они могли предсказывать внезапные изменения в космической погоде. Как объяснила директор NSF Франс Кордова:
«С тех пор как NSF начал работу над этим наземным телескопом, мы с нетерпением ждали первых снимков. Теперь мы можем поделиться этими изображениями и видео, которые являются самыми подробными из нашего солнца на сегодняшний день. Солнечный телескоп NSF Inouye сможет наносить на карту магнитные поля в солнечной короне, где происходят солнечные извержения, которые могут повлиять на жизнь на Земле. Этот телескоп улучшит наше понимание того, что движет космической погодой, и в конечном итоге поможет синоптикам лучше предсказывать солнечные бури ».
Проще говоря, Солнце - звезда главной последовательности G-типа (желтый карлик), существующая около 4,6 миллиардов лет. Это ставит его на половину жизненного цикла, который продлится еще около 5 миллиардов лет. Процесс самостоятельного ядерного синтеза, который питает Солнце (и обеспечивает весь наш свет, тепло и энергию), потребляет около 5 миллионов тонн водородного топлива каждую секунду.
Вся энергия, создаваемая этим процессом, излучается в космос во всех направлениях и достигает самого края Солнечной системы. С 1950-х годов ученые понимают, что Земля находится в атмосфере Солнца и что изменения в погоде оказывают глубокое влияние на Землю. Даже сейчас, десятилетия спустя, многое о самых жизненно важных процессах Солнца остается неизвестным.
Мэтт Маунтин является президентом Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая управляет солнечным телескопом Inouye. Как он объяснил цель солнечной астрономии:
«На Земле мы можем предсказать, будет ли дождь где-нибудь в мире очень точно, а космической погоды еще нет. Наши прогнозы отстают от земной погоды 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 Inouye в течение следующих десятилетий ».
Астрономы определили, что движение солнечной плазмы связано с солнечными бурями из-за того, что они заставляют линии магнитного поля Солнца скручиваться и запутываться. Измерение и характеристика магнитного поля Солнца имеет решающее значение для определения причин потенциально вредной солнечной активности - то, для чего солнечный телескоп Inouye обладает уникальной квалификацией.
По словам Томаса Риммеле, директора солнечного телескопа Inouye, все сводится к магнитному полю Солнца. «Чтобы разгадать самые большие загадки Солнца, мы должны не только четко видеть эти крошечные структуры на расстоянии 93 миллионов миль, но и очень точно измерять их напряженность магнитного поля и направление вблизи поверхности и отслеживать поле, которое распространяется на миллион. Корона, внешняя атмосфера Солнца.
Одним из главных преимуществ лучшего понимания динамики Солнца является способность прогнозировать основные погодные явления. В настоящее время правительства и космические агентства могут предвидеть события примерно на 48 минут раньше времени. Но благодаря исследованиям, проводимым солнечным телескопом Inouye и другими солнечными обсерваториями, астрономы рассчитывают получить это до 48 часов.
Это дало бы нам больше времени, чтобы гарантировать, что эти события не выведут из строя электрические сети, критическую инфраструктуру, спутники и космические станции. Естественно, что бизнес по мониторингу Солнца - нелегкая задача, и она сопряжена со значительной долей опасностей. По этой причине в солнечном телескопе Inouye используется много последних разработок в области строительства, инженерии и астрономии.
Это включает в себя его зеркало 4 м (13 футов) (самое большое из всех солнечных телескопов), адаптивную оптику для компенсации искажений, вызванных атмосферой Земли, и нетронутые условия просмотра на вершине Халеакалы на высоте более 3000 м (10 000 футов). Телескоп также опирается на несколько мер безопасности, чтобы гарантировать, что он не перегреется от фокусировки 13 киловатт солнечной энергии от Солнца.
Это осуществляется с помощью высокотехнологичного металлического тора с жидкостным охлаждением («тепловой ограничитель»), который удерживает большую часть солнечного света вдали от главного зеркала и охлаждающих пластин, которые покрывают купол, и поддерживает стабильную температуру вокруг телескопа. Внутреннее пространство обсерватории также поддерживается в холодном состоянии с помощью 11,25 км (7 миль) труб с охлаждающей жидкостью, которые частично охлаждаются льдом, который накапливается в течение ночи, и внутренних жалюзи, которые обеспечивают циркуляцию воздуха и тень.
«Обладая самой большой апертурой среди солнечных телескопов, уникальным дизайном и современными приборами, солнечный телескоп Inouye впервые сможет выполнять самые сложные измерения 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 первые солнечные пятна нового солнечного цикла, которые только что появились на этом невероятном телескопе ».
Дэвид Бобольц, программный директор Отдела астрономических наук NSF, также отвечает за надзор за строительством и эксплуатацией объекта. По его словам, эти изображения являются лишь верхушкой айсберга для солнечного телескопа Inouye:
«В течение следующих шести месяцев группа ученых, инженеров и техников телескопа Inouye продолжит испытания и ввод в эксплуатацию телескопа, чтобы подготовить его к использованию международным сообществом ученых в области солнечной энергетики. Солнечный телескоп Inouye будет собирать больше информации о нашем Солнце в течение первых 5 лет его существования, чем все солнечные данные, собранные с тех пор, как Галилей впервые направил телескоп на солнце в 1612 году ».
Солнечный телескоп Inouye является частью трио инструментов, которые готовы революционизировать солнечную астрономию в ближайшие годы. К нему присоединяются Solar Probe НАСА Parker (который в настоящее время вращается вокруг Солнца) и Солнечный орбитальный аппарат ESA / NASA (который скоро будет запущен). Как подытожил Валентин Пиллет (директор Национальной солнечной обсерватории ННФ), настало время стать физиком-солнечником:
«Солнечный телескоп Inouye обеспечит дистанционное зондирование внешних слоев солнца и магнитных процессов, которые в них происходят. Эти процессы распространяются в солнечную систему, где миссии Parker Solar Probe и Solar Orbiter будут измерять их последствия. В целом, они представляют собой поистине многопользовательское обязательство понять, как звезды и их планеты магнитно связаны ».
