Misja Solar Orbiter Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) dokonała przełomowego odkrycia, klasyfikując strumienie energetycznych elektronów na dwa odrębne typy. To osiągnięcie dostarcza kluczowych informacji na temat zjawisk pogodowych w kosmosie, potencjalnie rewolucjonizując sposób, w jaki naukowcy przewidują i łagodzą ryzyko związane z aktywnością słoneczną. Badania te wykorzystują unikalne możliwości Solar Orbitera do śledzenia tych naładowanych cząstek aż do ich źródeł na Słońcu, co stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie heliofizyki.
Przez dekady naukowcy wiedzieli, że Słońce jest potężnym akceleratorem cząstek, jednak precyzyjne pochodzenie i mechanizmy przyspieszania słonecznych elektronów energetycznych (SEE) pozostawały nieuchwytne. Solar Orbiter, wspólne przedsięwzięcie ESA i NASA, od listopada 2020 do grudnia 2022 roku zarejestrował ponad 300 rozbłysków SEE. Dane zebrane z bliskiej odległości Słońca, bliższej niż kiedykolwiek wcześniej, pozwoliły na prześledzenie elektronów do dwóch odmiennych zjawisk słonecznych: gwałtownych rozbłysków słonecznych i stopniowych koronalnych wyrzutów masy (CME). Rozbłyski słoneczne to zlokalizowane, gwałtowne zdarzenia generujące szybkie, intensywne strumienie elektronów. W przeciwieństwie do nich, CME to masywne erupcje plazmy i pól magnetycznych, prowadzące do bardziej stopniowego uwalniania cząstek.
Instrumenty Solar Orbitera umożliwiły śledzenie cząstek elektronów od ich najwcześniejszych wykrywalnych stadiów w pobliżu powierzchni Słońca, zapewniając pomiary w niemal nienaruszonym środowisku. Ta bliskość pozwoliła na precyzyjne określenie miejsca i czasu pochodzenia elektronów, co było niemożliwe dla poprzednich misji. Misja zajęła się również obserwowanymi opóźnieniami czasowymi między zjawiskami słonecznymi a detekcją elektronów w przestrzeni. Te opóźnienia, czasem trwające godziny, wynikają nie tylko z opóźnionego uwalniania elektronów, ale także ze złożonej podróży, jaką odbywają one przez turbulentny wiatr słoneczny.
Wiatr słoneczny, ciągły strumień naładowanych cząstek, przenosi pole magnetyczne Słońca i powoduje rozpraszanie oraz odchylanie elektronów, co utrudnia ich detekcję i określenie czasu przybycia. Strategia obserwacyjna Solar Orbitera, obejmująca wiele instrumentów i dystansów, skutecznie rozdziela charakterystykę źródeł od efektów transportu. Poprzez pomiar zdarzeń SEE w różnych punktach między Słońcem a Ziemią, misja dostarcza bardziej holistycznego obrazu ewolucji cząstek energetycznych.
Badania te mają głębokie implikacje dla prognozowania pogody kosmicznej, szczególnie w kontekście wzrostu liczby cząstek związanych z CME, które niosą większe ryzyko uszkodzenia satelitów i zagrożenia radiacyjnego dla astronautów. Wyniki badań, zebrane w dostępnym publicznie katalogu CoSEE-Cat, są efektem szerokiej współpracy między zespołami europejskimi i amerykańskimi.
Przyszłe misje ESA, takie jak Vigil, planowana na 2031 rok, uzupełnią pracę Solar Orbitera, dostarczając ciągłych obserwacji Słońca z bocznej perspektywy. Vigil ma na celu wcześniejsze wykrywanie niebezpiecznych erupcji słonecznych, co pozwoli na stworzenie jeszcze bardziej niezawodnych systemów ostrzegania przed zjawiskami pogodowymi w kosmosie. Misje te wspólnie tworzą zintegrowane podejście do monitorowania środowiska Słońce-Ziemia, pogłębiając nasze zrozumienie burz słonecznych i zdarzeń związanych z cząstkami energetycznymi.
Wraz ze wzrostem zależności od infrastruktury kosmicznej, dokładne prognozowanie tych zjawisk jest kluczowe dla ochrony technologii, sieci komunikacyjnych i eksploracji kosmosu przez ludzi. Odkrycia Solar Orbitera stanowią znaczący postęp w heliofizyce, pokazując ogromną wartość obserwacji z bliska w rozszyfrowywaniu złożonego wpływu Słońca na Układ Słoneczny.
Dodatkowe badania wskazują, że misja Vigil, która ma zostać uruchomiona w 2031 roku, będzie kluczowym elementem przyszłego systemu monitorowania pogody kosmicznej. Jej unikalna pozycja na punkcie Lagrange'a L5 pozwoli na obserwację Słońca z boku, co zapewni wczesne ostrzeżenie o nadchodzących zjawiskach, takich jak koronalne wyrzuty masy (CME). Ta zdolność do przewidywania z wyprzedzeniem od czterech do pięciu dni ma fundamentalne znaczenie dla ochrony krytycznej infrastruktury na Ziemi i w kosmosie, w tym sieci energetycznych i systemów komunikacji. Dane z Vigil zasilą sieć usług prognozowania pogody kosmicznej ESA, umożliwiając operatorom podjęcie działań zapobiegawczych.
Co więcej, odkrycia Solar Orbitera dotyczące klasyfikacji strumieni elektronów są ściśle powiązane z szerszym zrozumieniem mechanizmów przyspieszania cząstek w kosmosie. Badania nad falami uderzeniowymi, takie jak te prowadzone przez międzynarodowe zespoły naukowe, pokazują, że podobne procesy, zachodzące w różnych środowiskach astrofizycznych, od pozostałości po supernowych po aktywne jądra galaktyk, odgrywają kluczową rolę w tworzeniu promieni kosmicznych. Zrozumienie, w jaki sposób elektrony uzyskują energię początkową do dalszego przyspieszania, jest fundamentalne dla pełnego obrazu dynamiki kosmicznej.
Dane z Solar Orbitera dostarczają cennych informacji o tych procesach w kontekście naszego własnego Słońca, stanowiąc pomost do zrozumienia zjawisk zachodzących w całym wszechświecie.