Słońce to najpotężniejszy akcelerator cząstek w Układzie Słonecznym. Potrafi rozpędzać elektrony do prędkości bliskich prędkości światła i wyrzucać je w przestrzeń kosmiczną dookoła siebie.

ESA dysponuje sondą kosmiczną Solar Orbiter, która nie tylko dostarcza wiedzy o Słońcu, ale też o tym, co dzieje się wokół niego i pomaga też w zrozumienia mechanizmów pogody kosmicznej, poprawiając jej prognozowanie. Sonda została wystrzelona w 2020 roku i obserwuje Słońce i wiatr słoneczny z orbity zbliżającej się do naszej dziennej gwiazdy na 60 jej promieni (42 miliony kilometrów).

W Układzie Słonecznym poruszają się energetyczne elektrony słoneczne (ang. Solar Energetic Electrons, w skrócie SEE). Naukowcom udało się wykorzystać sondę Solar Orbiter, aby ustalić źródła, z których wybiegają.

Ogólnie wiadomo było, że istnieją dwa rodzaje elektronów SEE, ale sonda Solar Orbiter zaobserwowała znaczną liczbę takich zdarzeń i patrzyła ze znacznie bliższej odległości niż wcześniejsze misje badające ten aspekt. Od listopada 2020 roku do grudnia 2022 roku sonda zarejestrowała ponad 300 wybuchów z elektronami SEE. Sonda była w stanie obserwować z daleka wybuch na Słońcu, który generował wyrzut elektronów, a potem po minutach lub godzinach inny jej instrument wykrywał docierające elektrony.

Dzięki nowym badaniom okazało się, że jeden rodzaj SEE związany jest z intensywnymi rozbłyskami słonecznymi, a drugi z większymi erupcjami z atmosfery Słońca, zwanymi koronalnymi wyrzutami masy (w języku angielskim coronal mass ejections, w skrócie CME).

Badania pokazały, że pierwsza kategoria dotyczy zdarzeń, w których elektrony szybko odrywają się od powierzchni Słońca poprzez rozbłyski słoneczne. Z kolei druga jest bardziej stopniowa i uwalnia szersze skupiska cząstek przez dłuższy okres czas czasu w trakcie koronalnych wyrzutów masy.

Często istnieje opóźnienie pomiędzy dostrzeżeniem rozbłysku lub koronalnego wyrzutu masy, a uwolnieniem energetycznych elektronów. To opóźnienie może mieć czasami nawet kilka godzin. Okazało się, że ma to przynajmniej częściowy związek ze sposobem przemieszczania się elektronów. Naukowcy wskazują, że elektrony napotykają na turbulencje, są rozpraszane w różnych kierunkach, więc nie widzimy ich natychmiast. Im dalej od Słońca, tym efekty te są większe. W przestrzeni pomiędzy Słońcem a planetami biegnie nieustanny strumień cząstek zwany wiatrem słonecznym, który na dodatek unosi ze sobą pole magnetyczne. Ma to zdecydowany wpływ na podróż elektronów SEE.

Kolejnym nowym rezultatem badań jest opracowanie katalogu zdarzeń związanych z energetycznymi elektronami słonecznymi. Zebrane dane udostępniono publicznie poprzez stronę internetową, aby wszyscy naukowcy zajmujący się tą tematyką mieli do nich dostęp.

Wyniki swoich badań naukowcy opisali w artykule, który ukazał się 1 września br. w „Astronomy & Astrophysics”. Pierwszym autorem publikacji jest Alexander Warmuth z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) w Niemczech.

W misji Solar Orbiter udział biorą polscy naukowcy i inżynierowie. Centrum Badań Kosmicznych PAN uczestniczyło w konstruowaniu teleskopu STIX, który jest jednym z instrumentów na pokładzie sondy Solar Orbiter i był używany w opisywanych badaniach. Teleskop STIX działa w zakresie rentgenowskim.

Naukowcy z Polski uczestniczą też w analizie danych z sondy Solar Orbiter. Wśród autorów opisywanej publikacji są: Krzysztof Barczyński (ETH Zurich i PMOD/WRC w Davos w Szwajcarii) oraz Ołeksij Dudnik (Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie i Instytut Radioastronomii Narodowej Akademii Nauk Ukrainy w Charkowie).

Jak powiedział PAP Ołeksij Dudnik, naukowcy CBK PAN opracowali szereg specjalistycznych programów komputerowych do konstruowania energetycznych widm cząstek naładowanych i krzywych blasku dla różnych energii i typów tych cząstek.

- To umożliwiło im przeprowadzanie analizy i interpretacji każdego zdarzenia podczas wspólnych dyskusji grupy roboczej. Również, badając międzyplanetarny kontekst zjawisk słonecznych elektronów, naukowcy CBK PAN opracowali własny algorytm identyfikacji uderzeniowych szoków w przestrzeni międzyplanetarnej - zrelacjonował ekspert. Wyniki tej pracy miesiąc temu były opublikowane w wysoko punktowanym czasopiśmie „Journal of Space Weather and Space Climate”.

- Praktyczny skutek pracy ma ogromne znaczenie dla zrozumienia kosmicznej pogody, szczególnie w obszarze przestrzeni międzyplanetarnej. Na razie, na palcach jednej ręki można zliczyć liczbę statków kosmicznych, latających w dużej odległości od Ziemi. Niedługo ich liczba będzie rosnąć bardzo szybko, bo współczesne technologie na to pozwalają. Dokładnie prognozowanie radiacji naładowanej jest więc niezbędne do utrzymania sprawności i bezpieczeństwa przyszłych przelotów statków kosmicznych wokół naszej gwiazdy i innych planet Układu Słonecznego - dodał Ołeksij Dudnik.

Agencja ESA planuje już kolejną misję do badania Słońca. Będzie nazywać się Vigil i obejmie sondę kosmiczną wystrzeloną w 2031 roku. Sonda ma obserwować Słońce z punktu libracyjnego L5, czyli patrząc z perspektywy Ziemi, będzie miała widok na Słońce „z boku”. Dzięki temu będzie w stanie dawać ostrzeżenia o słonecznych burzach i innych potencjalnie groźnych zjawiskach na Słońcu jeszcze zanim staną się widoczne z Ziemi. Naukowcy będą mieć więcej informacji o prędkościach, kierunkach i prawdopodobieństwie, czy dane efekty słonecznej aktywności dotrą do Ziemi.

Z kolei w 2026 roku ma wystartować misja Smile. W jej przypadku Europejska Agencja Kosmiczna chce monitorować, jak nasza planeta reaguje na burze słoneczne i jak przebiegają interakcje chroniącej nas ziemskiej magnetosfery z cząstkami przylatującymi od Słońca.(PAP)

cza/ agt/ bar/