“Злом” сонячного орбітального супутника дозволяє глибше зазирнути в атмосферу Сонця

Прилади космічних апаратів є вузькоспеціалізованими, і на їх розробку, створення та тестування можуть піти роки. Але хакерський злом одного з інструментів на сонячному орбітальному апараті ЄКА в останню хвилину дозволив космічному апарату провести деякі складні спостереження, які інакше він був би не в змозі зробити.

І все завдяки одному астроному і дверцятам приладів.

ЄКА запустило Solar Orbiter у лютому 2020 року для вивчення внутрішньої геліосфери та полярних областей Сонця у високій роздільній здатності.

Кожні шість місяців він здійснює близьке зближення з Сонцем і вивчає один і той самий регіон неодноразово. Ідея полягає в тому, щоб відстежувати наростання магнітної активності, яка є передвісником сонячних спалахів і вивержень. Крім того, він має більш конкретні наукові цілі.

Космічний апарат несе набір інструментів для досягнення своїх цілей, і одним з них є тепловізор екстремального ультрафіолету (EUI). Бельгія надала EUI для цієї місії, і його завданням є отримання зображень шарів і структур в атмосфері Сонця від хромосфери до корони.

EUI – це фактично три інструменти в одному: Знімок повного Сонця і два телескопи з високою роздільною здатністю. Знімок повного Сонця показує загальну структуру Сонця при корональних температурах, а пара телескопів працює у вибраних діапазонах довжин хвиль.

Вони виявляють тонші структури, які видно на зображеннях Сонця зблизька, які космічний апарат отримує під час фази перигелію.

Виклик, який доводиться долати усім космічним апаратам та інструментам, що спостерігають за Сонцем, – це сліпуче світло, що надходить від зірки. Потужне світло Сонця затьмарює важливі деталі. EUI не є винятком. Телескопи часто використовують коронографи, щоб заблокувати потужне світло і зробити видимими деталі в атмосфері Сонця.

Під час завершального етапу будівництва інструменту одному з членів команди Solar Orbiter спала на думку блискуча ідея. EUI має власні захисні двері, які захищають його під час космічного польоту і коли він не використовується. Що, якби ці двері можна було модифікувати, щоб покращити роботу тепловізора?

“Це був справжній злом”, – каже Фредерік Ошер з Інституту космічної астрофізики Університету Париж-Південь і член команди EUI.

“У мене виникла ідея просто зробити це і подивитися, чи буде це працювати. Насправді це дуже проста модифікація інструменту”.

Вага космічного апарату розрахована точно, але Ошер вирішив, що кілька грамів не матимуть значення. Він додав до дверцят невеликий, виступаючий “великий палець”, який може закривати яскравий диск Сонця під час роботи, коли дверцята відчинені наполовину, а не повністю.

Коли потужне світло від диска Сонця перекривається маленьким пальчиком на дверцятах, EUI може ефективно виявляти ультрафіолетове світло, що надходить з навколишньої корони, яке в мільйони разів слабкіше, ніж диск Сонця. Це означає, що інструмент може зазирнути глибше в атмосферу Сонця.

На цьому зображенні видно невеликий “великий палець”, доданий до дверцят камери повного зображення Сонця, яка є частиною EUI. Окулярний диск утримується на кришці дверцят двома опорними стрижнями і на цьому зображенні знаходиться над об’єктивом. Обертання кришки навколо своєї осі (червоний хрест) за годинниковою стрілкою закриває дверцята, а обертання проти годинникової стрілки відкриває їх. (Auchère et al. 2023)

Команда називає цей режим роботи з великим пальцем і напіввідкритими дверцятами режимом роботи окултера. Це, по суті, новий тип інструменту. Він поєднує в собі коронограф і камеру в одному інструменті, замість того, щоб мати окремий коронограф.

Вони тестували EUI в цьому режимі з 2021 року і опублікували статтю в журналі Astronomy and Astrophysics з поясненням результатів. Фредерік Ошер, астроном, якому належить ця ідея, є провідним автором.

“Ми показали, що це працює настільки добре, що тепер можна розглядати новий тип інструменту, який може робити знімки як Сонця, так і корони навколо нього”, – говорить Даніель Мюллер, науковий співробітник проекту ЄКА Solar Orbiter.

Невелике доповнення Ошера до інструментарію EUI вирішує проблему, з якою стикаються інструменти для зйомки в екстремальному ультрафіолетовому діапазоні. Глибини атмосфери Сонця знаходяться за межами видимості більшості з них, а традиційні окремі коронографи зазвичай повністю блокують цей регіон через необхідність. Але новий окуляр EUI може легше знімати цю складну область, ніж будь-коли раніше.

“Фізика там змінюється, магнітні структури там змінюються, і ми ніколи не мали змоги добре роздивитися його раніше. Там мають бути якісь секрети, які ми тепер зможемо знайти”, – каже Девід Бергманс з Королівської обсерваторії Бельгії і головний дослідник EUI.

Маленький палець, доданий до дверей, був пізнім доповненням до інструменту EUI. Тому він знаходиться в неоптимальному положенні. Це означає, що, серед інших обмежень, він потребує довшої експозиції для роботи. Деякі з тестових зображень у статті потребували 1000-секундної експозиції.

Але тепер, коли ефективність цієї конструкції доведена, її можна вдосконалити для майбутніх інструментів на майбутніх місіях.

“З невеликими модифікаціями ефективність коронографа на основі FSI може бути збільшена на два порядки, що дозволить отримувати зображення, подібні до представлених тут, за 10 секунд”, – пишуть автори у своєму висновку.

Це означає, що EUV-інструменти можуть почати витісняти інструменти видимого світла і коронографи.

“Порівняно з коронографом видимого світла, EUV-інструмент має кілька переваг”, – пояснюють автори.

“Немає фонового випромінювання від розсіювання пилу”, – пишуть вони. Мало того, що розсіяне світло від приладу легше контролювати, воно також “…робить EUV-коронаграф менш вимогливим до точності і стабільності наведення платформи”.

Схоже, що наше уявлення про Сонце ось-ось зробить стрибок вперед.

Цю статтю спочатку опублікував Universe Today. Читайте оригінал статті.