Nowe spojrzenie na zdarzenia związane z energetycznymi cząstkami słonecznymi
Gdy statki kosmiczne opuszczają ochronne pole magnetyczne Ziemi, rośnie poziom ich narażenia na promieniowanie kosmiczne. Energetyczne cząstki słoneczne, czyli naładowane cząstki emitowane przez Słońce z prędkością bliską prędkości światła podczas erupcji słonecznych, stanowią źródło poważnego zagrożenia. Podczas dużych koronalnych wyrzutów masy poziom energii emitowanej przez te cząstki w przestrzeni międzyplanetarnej może być o kilka rzędów wielkości wyższy niż promieniowanie tła spowodowane przez promieniowanie kosmiczne pochodzące spoza Układu Słonecznego. „Kolizja strumienia takich cząstek z pojazdem kosmicznym może wywoływać szereg istotnych negatywnych skutków”, wyjaśnia Rami Vainio, koordynator projektu SERPENTINE z ramienia Uniwersytetu w Turku w Finlandii. „Narażenie podzespołów elektronicznych na pokładzie na wysokie dawki promieniowania może spowodować ich awarię. Nawet pojedyncza naładowana cząstka może spowodować awarię komponentu. W rezultacie może dojść do utraty pojazdu kosmicznego”.
Powszechne zdarzenia związane z energetycznymi cząstkami słonecznymi
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SERPENTINE postawił sobie za cel wskazanie pierwotnych przyczyn tak zwanych powszechnych zdarzeń związanych z cząstkami energetycznymi. „Dotychczas nauka nie miała odpowiedzi na wszystkie pytania dotyczące tych zjawisk”, wyjaśnia Vainio. „Pragnęliśmy lepiej zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za przyspieszanie cząstek”. W tym celu zespół projektowy przeanalizował dużą liczbę tego rodzaju zdarzeń zarejestrowanych przez szereg sond kosmicznych działających w okolicach centrum Układu Słonecznego. Wykorzystane na potrzeby badań dane pochodziły z sond Solar Orbiter i BepiColombo należących do Europejskiej Agencji Kosmicznej, Parker Solar Probe i STEREO-A należących do NASA, a także z kilku sond kosmicznych orbitujących w otoczeniu Ziemi. „Na podstawie tych danych wskazaliśmy szereg najważniejszych cech charakteryzujących każde tego rodzaju zdarzenie”, dodaje Vainio. „Następnie poddaliśmy niektóre zdarzenia bardziej kompleksowym analizom, wykorzystując w tym celu symulacje numeryczne przyspieszania cząstek w przestrzeni międzyplanetarnej”.
Fale uderzeniowe w przestrzeni międzyplanetarnej i koronalne wyrzuty masy
Zespół projektowy wskazał szereg przyczyn występowania powszechnych zdarzeń związanych z energetycznymi cząstkami słonecznymi, a następnie przedstawił dane potwierdzające ich występowanie. „Dokonane w ramach badań odkrycia wskazują, że zwykle zdarzenia te mają związek z szerokimi źródłami, takimi jak rozchodzące się w przestrzeni międzyplanetarnej fale uderzeniowe, których źródłem są koronalne wyrzuty masy”, zauważa Vainio. „Nie wszystkie obserwacje można jednak uzasadnić w ten sposób”. W ramach projektu badacze przedstawili także szereg przekonujących dowodów wskazujących, że w ramach fal uderzeniowych powstających w wyniku koronalnych wyrzutów masy przyspieszeniu ulegają zarówno jony, jak i elektrony, co pozostawało przedmiotem długotrwałej debaty naukowców. „Założenia projektu SERPENTINE wychodziły poza cele czysto naukowe”, zauważa Vainio. „Opracowaliśmy i udostępniliśmy także wiele narzędzi do analizy danych, katalogów i zbiorów danych, które powstały podczas prac. Chcieliśmy, by szeroko pojęta społeczność naukowa mogła korzystać z rezultatów projektu”.
Narzędzia do analizy wczesnych faz erupcji słonecznych
W celu dalszego zgłębiania zagadnień poruszonych w ramach projektu SERPENTINE zostały powołane do życia dwa finansowane ze środków Unii Europejskiej projekty - SOLER i SPEARHEAD. „W ramach projektu SOLER będą kontynuowane prace nad narzędziami analitycznymi pozwalającymi na badanie wczesnych faz erupcji słonecznych”, wyjaśnia Vainio. „Naszym zdaniem to właśnie wtedy dochodzi do przyspieszenia cząstek do najwyższych stanów energetycznych. Projekt SPEARHEAD skoncentruje się na wpływie erupcji na Słońcu na energetyczne cząstki słoneczne i promieniowanie kosmiczne. Mamy nadzieję, że prace zrealizowane w ramach tych projektów pozwolą lepiej zgłębić zagadnienia dotyczące przyspieszania cząstek w pobliżu Słońca”. Zdaniem koordynatora do końca obecnego cyklu aktywności słonecznej uda się zgromadzić istotną wiedzę na temat źródeł zjawisk związanych z energetycznymi cząstkami słonecznymi i ich rozprzestrzeniania w Układzie Słonecznym. „Warto pamiętać, że tylko badanie tych cząstek i zdarzeń pozwoli na zwiększenie bezpieczeństwa misji kosmicznych i skuteczne ograniczanie skutków burz słonecznych”, dodaje Vainio. „Dzięki tym pracom możliwe stanie się opracowanie modeli, które pozwolą na prognozowanie zmian w ich przebiegu. To właśnie ten cel przyświeca naszym pracom w zakresie analizy i lepszego zrozumienia zdarzeń związanych z energetycznymi cząstkami słonecznymi”.
Słowa kluczowe
SERPENTINE, słoneczny, przestrzeń kosmiczna, promieniowanie, pojazd kosmiczny, Słońce, międzyplanetarny, kosmiczny