Национальный научный фонд США опубликовал самые детальные снимки Солнца разрешением 20 километров на 1 пиксель. Они были получены солнечным телескопом имени Дэниела К. Иноуэ (DKIST — Daniel K. Inouye Solar Telescope), расположенным в обсерватории на Гавайях. Это не обычный телескоп, ведь условия его работы сильно отличаются от привычных. Начать хотя бы с того, что наблюдения ведутся днем. С какими сложностями сталкиваются солнечные телескопы? Что уникального увидел на Солнце DKIST? В статье даем ответы на эти вопросы.
Яркий объект
Известно, что оптические телескопы, установленные на Земле, очень чувствительны к условиям наблюдения. Облачность, световое загрязнение, загазованный воздух, атмосферные искажения — всё это отрицательно влияет на способность устройств разглядеть космические объекты. Ведь от последних до нас доходит так мало света, что нужно сильно постараться, чтобы его уловить.
Однако яркое Солнце — это тоже сложный объект для наблюдения. Наблюдения проводятся днем, когда земля вокруг телескопа нагревается. Из-за этого воздух как бы дрожит, ухудшая видимость для прибора. Чтобы избежать этого эффекта, солнечные телескопы размещают на высоких башнях, который красят в белый цвет — для лучшего отражения солнечных лучей. Строители Голландского открытого телескопа построили его так, что воздух свободно проходит сквозь конструкцию, тем самым охлаждаясь.
Еще одна серьезная проблема для солнечных телескопов — нагрев. Прибор, как и любая подобная оптика, собирает и фокусирует солнечные лучи, а следовательно, мощность теплового излучения может быть очень высокой. Так, в DKIST ее максимальное значение достигает 11,4 киловатта. И если для конструкций телескопа это не критично, то возникающая внутри конвекция может резко ухудшить качество изображения. Поэтому в том же DKIST предусмотрена система охлаждения купола для минимизации разности температур внутри и снаружи телескопа.
Рекордсмен
Местом строительства DKIST выбрали вулкан Халеакала на гавайском острове Мауи — за его идеальные атмосферные условия и безоблачные дни. Строительство заняло 9 лет, на него ушло около 344 миллионов долларов.
Диаметр основного зеркала DKIST — 4 метра, что делает его самым большим солнечным телескопом в мире. Всего же в адаптивной оптической системе прибора 10 зеркал, это позволяет компенсировать искажения. Именно благодаря этому DKIST и достигает своей рекордной разрешающей способности. Научные инструменты — камеры, спектрополяриметры и спектрографы — позволяют вести наблюдения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.
Уникальные свойства DKIST позволят астрономам лучше понять структуру верхних слоев Солнца, а также процессы, происходящие в них, выяснить причины солнечных вспышек и корональных выбросов массы.
Что мы уже увидели?
До 2022 года DKIST работал в тестовом режиме. К церемонии открытия, которая состоялась 31 августа, астрономы опубликовали два снимка, на которых запечатлена хромосфера (область между фотосферой и короной) и фотосфера. Сейчас же ученые показали еще восемь сделанных телескопом изображений.
На этом изображении видны фибриллы — тонкие темные нити, — тени и полутени в хромосфере. Солнца. Хромосфера — это нижняя часть солнечной атмосфера, которая находится прямо над поверхностью светила — фотосферой. Тень — это участок с более низкой температурой, который образуется в области выхода в фотосферу сильных магнитных полей. Полутень — более яркая область вокруг тени.
Это изображение сделано благодаря скоординированным наблюдениям DKIST, зонда Parker Solar Probe и европейского аппарата Solar Orbiter. В хромосфере Солнца распространены темные тонкие нити — фибриллы (они же волокна, или протуберанцы). Они представляют собой конденсацию плотной и более холодной, чем окружающее вещество, плазмы, которая удерживается над поверхностью петлями магнитного поля.
Нагревающаяся плазма поднимается на поверхность Солнца, образуя светлые пузыри — гранулы. Затем она остывает и падает в темные линии между гранулами. Внутри этих линий можно заметить яркие структуры, которые формируются магнитным полем.
Подробное изображение солнечного пятна. В темной центральной области пятна — тени — видные яркие теневые точки. В этой области магнитное поле наиболее сильное. Удлиненные структуры вокруг тени — полутеневые нити.
Считается, что светлый «мост», пересекающий тень солнечного пятна от одной стороны полутени к другой, свидетельствует о скором распаде пятна. Пока неизвестно, насколько глубоко формируются эти структуры, однако они могут принимать различные формы в разные фазы своего существования.
Солнечные пятна определяют по наличию темной центральной тени и полутени с нитевидной структурой вокруг. Детальный взгляд показывает, что рядом находятся фрагменты еще одной тени — видимо, это солнечное пятно, потерявшее свою полутень. Возможно, так выглядит конечная фаза существования пятна. Запечатлеть процесс формирования или распада полутени — большая удача.
Изображения: nso.edu