Aktywność Słońca, znana jako „pogoda kosmiczna”, ma znaczący wpływ na Ziemię i inne planety Układu Słonecznego. Okresowe erupcje, znane również jako rozbłyski słoneczne, uwalniają znaczne ilości promieniowania elektromagnetycznego, które mogą zakłócać wszystko, od satelitów i podróży powietrznych po sieci elektryczne. Z tego powodu astrofizycy próbują lepiej przyjrzeć się Słońcu, aby mogli przewidzieć jego wzorce pogodowe.
Taki jest cel 4-metrowego (13 stóp) NSF Daniela K. Inouye Solar Telescope (DKIST) - wcześniej znanego jako Advanced Technology Solar Telescope - który znajduje się w Obserwatorium Haleakala na wyspie Maui na Hawajach. Niedawno ten obiekt opublikował swoje pierwsze zdjęcia powierzchni Słońca, które ujawniają niespotykany dotąd poziom szczegółowości i oferują podgląd tego, co ten teleskop ujawni w nadchodzących latach.
Te obrazy zapewniają zbliżenie powierzchni Słońca, które pokazuje turbulentną plazmę ułożoną w strukturze struktur podobnych do komórek. Komórki te wskazują na gwałtowne ruchy, które przenoszą gorącą plazmę słoneczną z wnętrza Słońca na powierzchnię. Proces ten, znany jako konwekcja, powoduje, że ta jasna plazma unosi się na powierzchni w komórkach, gdzie następnie ochładza się i tonie pod powierzchnią w ciemnych liniach.
Dzięki uzyskaniu tego rodzaju precyzyjnych i wyraźnych zdjęć Słońca astronomowie mają nadzieję na lepsze zrozumienie tego procesu, aby mogli przewidzieć nagłe zmiany pogody kosmicznej. Jak wyjaśniła France Córdova, dyrektor NSF:
„Od kiedy NSF rozpoczął prace nad tym naziemnym teleskopem, z niecierpliwością czekaliśmy na pierwsze zdjęcia. Możemy teraz udostępniać te zdjęcia i filmy, które są jak dotąd najbardziej szczegółowe z naszego słońca. Inouye Solar Telescope NSF będzie w stanie mapować pola magnetyczne w koronie słonecznej, w których dochodzi do erupcji Słońca, które mogą wpływać na życie na Ziemi. Ten teleskop pozwoli lepiej zrozumieć, co napędza pogodę kosmiczną, i ostatecznie pomoże prognostykom lepiej przewidzieć burze słoneczne. ”
Mówiąc wprost, Słońce jest gwiazdą sekwencji typu G (żółtego karła), która istnieje od około 4,6 miliarda lat. To stawia go w połowie cyklu życia, który potrwa około 5 miliardów lat. Proces samowystarczalnej syntezy jądrowej, który zasila Słońce (i zapewnia całe nasze światło, ciepło i energię), zużywa około 5 milionów ton paliwa wodorowego na sekundę.
Cała energia wytworzona przez ten proces promieniuje w przestrzeń we wszystkich kierunkach i dociera do samej krawędzi Układu Słonecznego. Od lat pięćdziesiątych naukowcy zrozumieli, że Ziemia znajduje się w atmosferze Słońca i że zmiany jej pogody mają ogromny wpływ na Ziemię. Nawet teraz, dekady później, wiele najważniejszych procesów Słońca pozostaje nieznanych.
Matt Mountain jest prezesem Stowarzyszenia Uniwersytetów Badań Astronomicznych, które zarządza teleskopem słonecznym Inouye. Jak wyjaśnił cel astronomii słonecznej:
„Na Ziemi możemy bardzo dokładnie przewidzieć, czy będzie padać w dowolnym miejscu na świecie, a pogody kosmicznej jeszcze nie ma. Nasze prognozy pozostają w tyle za pogodą naziemną o 50 lat, jeśli nie więcej. Potrzebujemy pojąć fizykę leżącą u podstaw pogody kosmicznej, a zaczyna się ona od słońca, czyli tego, co będzie badał teleskop słoneczny Inouye w ciągu następnych dziesięcioleci. ”
Astronomowie ustalili, że ruch plazmy słonecznej jest związany z burzami słonecznymi, ponieważ powodują, że linie pola magnetycznego Słońca ulegają skręceniu i splątaniu. Pomiar i charakterystyka pola magnetycznego Słońca ma kluczowe znaczenie dla ustalenia przyczyn potencjalnie szkodliwej aktywności Słońca - do czego jest wyjątkowo odpowiedni teleskop słoneczny Inouye.
Według Thomasa Rimmele, dyrektora Inouye Solar Telescope, wszystko sprowadza się do pola magnetycznego Słońca. „Aby odkryć największe tajemnice Słońca, musimy nie tylko wyraźnie widzieć te maleńkie struktury z odległości 93 milionów mil, ale także bardzo precyzyjnie mierzyć ich siłę pola magnetycznego i kierunek w pobliżu powierzchni oraz śledzić pole, które rozciąga się na milion -stopień koronowy, zewnętrzna atmosfera słońca. ”
Jedną z największych korzyści płynących z lepszego zrozumienia dynamiki Słońca jest możliwość przewidywania głównych zdarzeń pogodowych. Obecnie rządy i agencje kosmiczne są w stanie przewidywać wydarzenia na 48 minut przed czasem. Ale dzięki badaniom prowadzonym przez Inouye Solar Telescope i inne obserwatoria słoneczne astronomowie oczekują, że osiągnie to do 48 godzin.
Dałoby nam to więcej czasu, aby upewnić się, że te wydarzenia nie niszczą sieci energetycznych, infrastruktury krytycznej, satelitów i stacji kosmicznych. Oczywiście monitorowanie Słońca nie jest łatwym zadaniem i wiąże się z pewnym ryzykiem. Z tego powodu teleskop słoneczny Inouye wykorzystuje wiele najnowszych osiągnięć w zakresie konstrukcji, inżynierii i astronomii.
Obejmuje to jego lustro o długości 4 m (największy z wszystkich teleskopów słonecznych), adaptacyjną optykę kompensującą zniekształcenia spowodowane atmosferą ziemską oraz nieskazitelne warunki widzenia na szczycie Haleakala na ponad 3000 m (10 000 stóp). Teleskop opiera się również na kilku zabezpieczeniach, aby zapewnić, że nie zostanie on przegrzany po skupieniu 13 kilowatów energii słonecznej ze Słońca.
Odbywa się to poprzez zaawansowany technologicznie, chłodzony cieczą metalowy torus („zatrzymanie ciepła”), który utrzymuje większość światła słonecznego z dala od głównego lustra i płyt chłodzących pokrywających kopułę i utrzymujących stabilne temperatury wokół teleskopu. Wnętrze obserwatorium jest również chłodzone za pomocą 11,25 km (7 mil) rur chłodzących, które są częściowo schładzane przez lód gromadzący się w nocy oraz wewnętrzne żaluzje zapewniające cyrkulację powietrza i cień.
„Dzięki największej aperturze dowolnego teleskopu słonecznego, jego unikalnej konstrukcji i najnowocześniejszej aparaturze teleskop słoneczny Inouye - po raz pierwszy - będzie w stanie wykonać najtrudniejsze pomiary słońca”, powiedział Rimmele . „Po ponad 20 latach pracy dużego zespołu poświęconego projektowaniu i budowie najważniejszego obserwatorium badań nad energią słoneczną jesteśmy już blisko mety. Jestem bardzo podekscytowany, że mogę obserwować pierwsze plamy słoneczne nowego cyklu słonecznego, które właśnie teraz pojawiają się za pomocą tego niesamowitego teleskopu ”.
David Boboltz, dyrektor programowy w Wydziale Nauk Astronomicznych NSF, jest również odpowiedzialny za nadzór nad budową i działaniem obiektu. Jak wskazał, te zdjęcia to tylko wierzchołek góry lodowej dla Teleskopu Słonecznego Inouye:
„W ciągu najbliższych sześciu miesięcy zespół naukowców, inżynierów i techników teleskopu Inouye będzie kontynuował testowanie i uruchamianie teleskopu, aby przygotować go do użytku przez międzynarodową społeczność naukową zajmującą się energią słoneczną. Teleskop słoneczny Inouye zbierze więcej informacji na temat naszego Słońca w ciągu pierwszych 5 lat jego życia, niż wszystkie dane słoneczne zebrane od czasu, gdy Galileusz po raz pierwszy skierował teleskop na Słońce w 1612 roku.
Teleskop słoneczny Inouye jest częścią trio instrumentów, które zrewolucjonizują astronomię słoneczną w nadchodzących latach. Dołącza do niego NASA Solar Probe Parker (która obecnie krąży wokół Słońca) i ESA / NASA Solar Orbiter (która wkrótce zostanie uruchomiona). Jak podsumował Valentin Pillet (dyrektor Narodowego Obserwatorium Słonecznego NSF), ekscytujący czas na bycie fizykiem słonecznym:
„Teleskop słoneczny Inouye zapewni zdalne wykrywanie zewnętrznych warstw Słońca i zachodzących w nich procesów magnetycznych. Procesy te rozprzestrzeniają się do układu słonecznego, w którym misje Parker Solar Probe i Solar Orbiter zmierzą ich konsekwencje. W sumie stanowią autentyczne przedsięwzięcie wielu posłańców, aby zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy i ich planety są magnetycznie połączone. ”
