Sluneční póly mohou mít odpovědi na dlouhodobé tajemství o magnetických cyklech, slunečním větru a vesmírném počasí.
Polární oblasti Slunce zůstávají jednou z nejméně prozkoumaných oblastí ve sluneční vědě. Přestože satelity a pozemní observatoře zachytily pozoruhodné detaily povrchu Slunce, atmosféry a magnetického pole, téměř všechny tyto pohledy pocházejí z ekliptické roviny, úzká orbitální cesta následovaná Země a většinou ostatních planet.
Tato omezená perspektiva znamená, že vědci mají pouze omezené znalosti o tom, co se děje v blízkosti solárních pólů. Přesto jsou tyto regiony kritické. Jejich magnetická pole a dynamická aktivita jsou ústřední pro sluneční magnetický cyklus a poskytují hmotnost i energii rychlému slunečnímu větru. Tyto procesy nakonec utvářejí sluneční chování a ovlivňují kosmické počasí, které se může dostat do Země.
Proč na pólech záleží
Na povrchu se póly mohou zdát klidně ve srovnání s aktivnějšími středně latitudy Slunce (kolem ± 35 °), kde jsou běžné sluneční skvrny, sluneční erupce a koronální hmotnostní vydání (CME). Výzkum však ukazuje, že polární magnetická pole přispívají přímo k globálnímu solárnímu dynamu a mohou působit jako základ pro další sluneční cyklus tím, že pomáhají vytvořit sluneční dipólové magnetické pole. Pozorování mise Ulysses dále odhalila, že rychlý sluneční vítr pochází hlavně z obrovských koronálních děr v polárních oblastech. Z tohoto důvodu je nezbytné získat jasnější pohled na Sluneční póly pro řešení tří nejzákladnějších otázek ve sluneční fyzice:
1) Jak funguje solární dynamo a řídí sluneční magnetický cyklus?
Solární magnetický cyklus označuje periodickou změnu počtu slunečních skvrn na slunečním povrchu, obvykle v časovém měřítku přibližně 11 let. Během každého cyklu podléhají magnetické póly Slunce obrácení s magnetickou polaritou přepínání severních a jižních pólů.
Globální magnetická pole Slunce jsou generována procesem dynamo. Klíčem k tomuto procesu je diferenciální rotace slunce, která generuje aktivní oblasti, a meridiální cirkulace, která transportuje magnetický tok směrem k pólům. Přesto desetiletí helioseismických vyšetřování však odhalila protichůdné výsledky o vzorcích toku hluboko v konvekční zóně.
Některé studie dokonce naznačují, že toky poleward na základně konvekční zóny, které zpochybňují klasické dynamo modely. Pozorování magnetických polí a plazma Pohyby by mohly poskytnout chybějící důkazy k upřesnění nebo přehodnocení těchto modelů.
2) Co řídí rychlý sluneční vítr?
Rychlý sluneční vítr – nadzvukový proud nabitých částic – pochází především z polárních koronálních děr a prostupuje většinou heliosférického objemu a dominuje fyzickému prostředí meziplanetárního prostoru.
Kritické podrobnosti týkající se původu tohoto větru však zůstávají nevyřešeny. Pochází vítr z hustých oblaků v koronálních dírách nebo z méně hustých oblastí mezi nimi? Jsou procesy řízené vlny, magnetické opětovné připojení nebo nějaká kombinace obou zodpovědných za urychlení plazmy ve větru? K vyřešení debaty jsou nutné přímé polární zobrazování a měření in-situ.
3) Jak se propagují události vesmírného počasí přes sluneční soustavu?
Heliosférické kosmické počasí odkazuje na poruchy v heliosférickém prostředí způsobené solárním větrem a solárními eruptivními činnostmi. Extrémní kosmické povětrnostní události, jako jsou velké sluneční erupce a CME, mohou výrazně vyvolat narušení životního prostředí, jako jsou těžké geomagnetické a ionosférické bouře, jakož i velkolepé jevy Aurora, což představuje vážnou hrozbu pro bezpečnost vysoce technických aktivit lidských bytostí.
Abychom přesně předpovídali tyto události, musí vědci sledovat, jak se magnetické struktury a plazmatické toky vyvíjejí globálně, nejen z omezeného ekliptického pohledu. Pozorování z výhodného bodu z ekliptiky by poskytla výhled na šíření CME v ekliptické rovině.
Minulé úsilí
Vědci již dlouho uznávají důležitost solárních polárních pozorování. Mise Ulysses, která byla zahájena v roce 1990, byla první kosmickou lodí, která opustila ekliptickou rovinu a ochutnal sluneční vítr nad póly. Jeho nástroje na situaci potvrdily klíčové vlastnosti rychlého solárního větru, ale postrádaly zobrazovací schopnost. Více nedávno, Evropská kosmická agenturaSolární orbiter se postupně pohybuje z ekliptické roviny a očekává se, že za několik let dosáhne zeměpisných šířek přibližně 34 °. I když to představuje pozoruhodný pokrok, stále to nedosáhne výhodného pro skutečný polární pohled.
V posledních desetiletích bylo navrženo řadu ambiciózních konceptů mise, včetně solárního polárního zobrazovače (SPI), polárního vyšetřování Slunce (Polaris), solárního dalekohledu (sport), mise Solaris a solární mise s vysokým sklonem (HISM). Někteří si představovali použití pokročilého pohonu, jako jsou solární plachty, k dosažení vysokých sklonů. Jiní se spoléhali na gravitaci pomáhají postupně naklonit své oběžné dráhy. Každá z těchto misí by nesla jak na dálkové, tak i insitu nástroje, aby si představovaly póly Slunce a změřily klíčové fyzikální parametry nad póly.
Mise SPO
Observatoř sluneční polární orbity (SPO) je navržena speciálně pro překonání omezení minulých a současných misí. Naplánováno na spuštění v lednu 2029, SPO použije a Jupiter Gravity Assist (JGA) ohýbat svou trajektorii z ekliptického roviny. Po několika pozemských létajících a pečlivě naplánovaném setkání s Jupiterem se kosmická loď usadí na 1,5letou oběžnou dráhu s perihelionem asi 1 Au a sklonem až 75 °. Ve své rozšířené misi by SPO mohla vylézt na 80 ° a nabídnout nejpřímější pohled na póly, kterých bylo kdy dosaženo.
Patnáctiletá životnost mise (včetně 8letého prodlouženého období mise) jí umožní pokrýt minimální i maximum sluneční energie, včetně klíčového období kolem roku 2035, kdy dojde k dalšímu maximálnímu a očekávanému obrácení polárního magnetického pole. Během celého života bude SPO opakovaně procházet oběma póly, přičemž rozšířená okna s vysokou šířkou vydrží více než 1000 dní.
Cílem mise SPO je průlom o výše uvedených třech vědeckých otázkách. Pro splnění svých ambiciózních cílů bude SPO nést sadu několika nástrojů pro dálkové snímání a in-situ. Společně poskytnou komplexní pohled na Sluneční póly. The remote-sensing instruments include the Magnetic and Helioseismic Imager (MHI) to measure magnetic fields and plasma flows at the surface, the Extreme Ultraviolet Telescope (EUT) and the X-ray Imaging Telescope (XIT) to capture dynamic events in the solar upper atmosphere, the VISible-light CORonagraph (VISCOR) and the Very Large Angle CORonagraph (VLACOR) to track the solar Corona a sluneční větrný proud na 45 solárních poloměrů (při 1 Au). Balíček in-situ zahrnuje magnetometr a detektory částic pro přímé vzorkování slunečního větru a meziplanetárního magnetického pole. Kombinací těchto pozorování SPO poprvé zachytí obrazy pólů, ale také je spojí s toky plazmy a magnetické energie, které formují heliosféru.
SPO nebude fungovat izolovaně. Očekává se, že bude pracovat ve shodě s rostoucí flotilou solárních misí. Patří mezi ně stereofonní mise, Hinode Satelit, The Observatoř sluneční dynamiky (SDO), zobrazovací spektrograf v oblasti rozhraní (IRIS), Sluneční observatoř pro pokročilé vesmírné observatoře (ASO-S), solární orbiter, mise Aditya-L1, punčová mise a nadcházející mise L5 (EG, Vigilská mise ESA a čínská lavso mise). Tato aktiva společně vytvoří bezprecedentní observační síť. Polar Vantage společnosti SPO poskytne chybějící kus, který poprvé v lidské historii umožní téměř globální 4π pokrytí slunce.
Těšíme se dopředu
Slunce zůstává naší nejbližší hvězdou, ale v mnoha ohledech je to stále tajemství. Se SPO jsou vědci připraveni odemknout některá z nejhlubších tajemství. Solární polární oblasti, kdysi se skryly před dohledem, se konečně zaměří a přetvoří naše chápání hvězdy, která udržuje život na Zemi.
Důsledky SPO přesahují akademickou zvědavost. Hlubší pochopení solárního dynamo by mohlo zlepšit předpovědi slunečního cyklu, což zase ovlivňuje předpovědi kosmického počasí. Poznatky o rychlém slunečním větru zlepší naši schopnost modelovat heliosférické prostředí, kritické pro návrh kosmických lodí a astronauty. A co je nejdůležitější, lepší sledování událostí ve vesmíru by mohlo pomoci chránit moderní technologickou infrastrukturu – od navigačních a komunikačních satelitů po letecké a suchozemské energetické systémy.
Reference: “Probing Solar Polar Regions” by Yuanyong Deng, Hui Tian, Jie Jiang, Shuhong Yang, Hao Li, Robert Cameron, Laurent Gizon, Louise Harra, Robert F. Wimmer-Schweingruber, Frédéric Auchère, Xianyong Bai, Luis Rubio Bellot, Linjie Chen, Pengfei Chen, Lakshmi Pradeep Chitta, Jackie Davies, Fabio Favata, Li Feng, Xueshang Feng, Weiqun Gan, Don Hassler, Jiansen HE, Junfeng Hou, Zhenyong Hou, Chunlan Jin, Wenya LI, Jiaben Lin, DiByendu Nandy, Marcoolio, tarón, tari, tari, tari, tari, tarin, tarin, tarin, tarin. Sayamanthula Krishna Prasad, Fang Shen, Yang Su, Shin Toriuri, Durgesh Tripathi, Linghua Wang, Jingjing Wang, Lidong Xia, Ming Xiong, Yihua Yan, Liping Yang, Shanghai Yang, Mei Zhang, Guiping Zhou, Xiaoshuai Zhu a CHI WANGGIU AUGUTRY AUGUNGU. 2025, Chinese Journal of Space Science.
Dva: 10.11728/CJSS2025.04.2025-0054
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google a Google News.
