Wysyłanie sond do badania Słońca z bliskiej odległości przypomina dylemat ćmy, która leci w kierunku jasnego płomienia świecy.
Słońce jest gigantycznym reaktorem jądrowym, w którym następuje fuzja atomów wodoru, a produktami wyjściowymi są hel oraz uwalniana energia. Szacuje się, że ten rozgrzany do białości piec przepala co sekundę 600 milionów ton wodoru, przetwarzając je w blisko tyle samo ton helu. Gdyby kiedykolwiek na dziecięcej imprezce urodzinowej zabrakło helu do nadmuchiwania baloników, to wygasłe gwiazdy będą świetnym jego źródłem.
Obserwacje Słońca wykonane z Ziemi czy z orbitalnych teleskopów dostarczają wielu cennych informacji, jednak ich ograniczeniem jest duży dystans do obiektu badań. A tego, czego o naszej gwieździe nie wiemy, nie jesteśmy w stanie rozwikłać z odległości 150 milionów kilometrów. Części zjawisk nie da się po prostu zaobserwować, trzeba podlecieć bliżej. Z takim właśnie zadaniem w 2018 roku została wystrzelona sonda Parker Solar Probe.
Na marginesie – to pierwsza amerykańska sonda nazwana imieniem żyjącej osoby. Eugene Parker jest amerykańskim astrofizykiem, obecnie emerytowanym profesorem Uniwersytetu w Chicago. W roku 1958 przewidział i nazwał zjawisko wiatru słonecznego. Pomysł był tak nowatorski, że recenzenci naukowi odrzucali jego koncepcje strumieni naładowanych cząstek emitowanych przez Słońce. Obowiązującym wówczas naukowym poglądem było, że w kosmosie jest idealna próżnia. Cztery lata później sonda Mariner 2 w drodze do Wenus zarejestrowała naładowane cząstki, potwierdzając teorię Parkera.
Parker Solar Probe wykonuje kolejne eliptyczne okrążenia układu Wenus–Słońce. Pierwszy, już rekordowy przelot koło gwiazdy, był w odległości 24 milionów kilometrów, czyli mniej więcej w połowie odległości Merkurego od Słońca. Dzięki kolejnym zacieśniającym się orbitom sonda na koniec misji w roku 2025 zbliży się do gwiazdy na odległość 6 milionów kilometrów, a więc będzie brodzić już w samej koronie słonecznej.
Korona stanowi górną część atmosfery Słońca. Patrząc na nie gołym okiem, nie widzimy jej, ponieważ powierzchnia gwiazdy jest od niej dużo jaśniejsza. Wyjątkiem jest zaćmienie Słońca, kiedy możemy podziwiać koronę w całej okazałości bez specjalnej aparatury. Naukowców frapuje ona z innego powodu. O ile temperaturę wewnątrz Słońca szacuje się na 15 milionów stopni Celsjusza, o tyle już temperatura na jego powierzchni wynosi przyjemne 5,500 stopni, natomiast w okalającej gwiazdę koronie skacze raptownie do 10 milionów stopni. To tak, jakby siedzieć przy ognisku, w środku – wiadomo – żar, tuż przy brzegu gorąco, oddalamy się i znowu żar. A spodziewalibyśmy się, że dalej będzie chłodniej.
Jak łatwo się domyślić, istotną częścią Parker Solar Probe jest osłona cieplna. Wykonana ją z dwóch cienkich arkuszy kompozytu węgiel-węgiel, w której osnowa grafitowa wzmacniana jest włóknami węglowymi. Przestrzeń pomiędzy arkuszami jest wypełniona pianką węglową, której objętość w 97 procent składa się z powietrza. Taka kanapka ma szerokość 2,4 m a grubość 11,4 cm. Od strony zewnętrznej pokryta jest ultracienką warstwą wolframu i pomalowana na biało ceramiczną farbą na bazie tlenku glinu. Osłona pełni rolę tarczy i jest w stanie wziąć na klatę prawie 1400 stopni Celsjusza, podczas gdy instrumenty znajdujące się w jej cieniu, wspomagane wodnym chłodzeniem, będą miały temperaturę 30 stopni. Wydawać by się mogło, że to dalece za mało, by zbliżyć się do korony słonecznej, jednak trzeba wziąć pod uwagę różnicę między temperaturą a wymianą ciepła. Jeśli włożymy rękę do wody o temperaturze 50 stopni oraz do piekarnika rozgrzanego do 50 stopni, to mimo że temperatura jest taka sama w obu miejscach, to transfer ciepła będzie skuteczniejszy w wodzie, bo jest gęstsza. Korona słoneczna, mimo że bardzo gorąca, ma małą gęstość. Mimo to sonda nie zrobi bezpośrednich zdjęć, żeby nie uszkodzić kamer, podobnie panele słoneczne w pobliżu Słońca będą prawie w całości chowane.
Parker Solar Probe już przekazała ciekawe znaleziska. O ile naukowcy podejrzewali, że wiatr słoneczny jest napędzany przez pole magnetyczne Słońca, o tyle pomiary wykazały, że modele do tej pory stosowane do przewidywania kosmicznej pogody w znaczący sposób nie doszacowały tych sił. Sonda wykryła też zjawisko chwilowej, mającej kształt litery „s” cofki wiatru słonecznego pod wpływem silnych oscylacji pola magnetycznego. Ilości pyłu w obecnej odległości sondy od Słońca są większe niż przewidywane, do potwierdzenia są jeszcze przypuszczenia, jakoby bliżej gwiazdy znajdowała się pozbawiona go strefa.
Agencje kosmiczne przejawiają wzmożone zainteresowanie naszą rodzimą gwiazdą. W lutym 2020 roku rusza w drogę kolejna sonda, Solar Orbiter, przygotowana w kooperatywie NASA i ESA, która będzie się intensywnie przypatrywała słonecznym biegunom. Własną misję słoneczną planują na rok 2020 również Indie. Projekt nazywa się Aditya-L1, a jego celem jest wysłanie sondy do punktu Lagrange’a 1 układu Słońce–Ziemia, czyli jakieś 1,5 mln km od naszej planety. Żyjemy w dobrych czasach dla heliofizyki.
Źródło grafiki: (C) Floyd