Słońce fascynuje ludzi od początku naszego istnienia. Ogromny reaktor, który dostarcza energię i ciepło naszej planecie. Jego badanie nie jest proste, ale kolejne, coraz to bardziej zaawansowane misje wysyłane są w kierunku gorejącego centrum Układu Słonecznego. Jedną z nich jest sonda Solar Orbiter, wspólny projekt europejskiej (ESA) i amerykańskiej agencji kosmicznej (NASA), która 10 lutego wyruszyła w ambitną gwiezdną odyseję. Jej celem jest szeroko zakrojona obserwacja biegunów Słońca, które są słabo widoczne z Ziemi i zbadanie heliosfery, rozciągającej się do granic naszego systemu planetarnego.
Słoneczne bieguny interesują naukowców od dawna. Pierwszą propozycję misji, która miała na celu ich zbadanie, przedstawiono ponad 20 lat temu. Europejska Agencja Kosmiczna planowała przeprowadzenie jej w latach 2008 a 2013, ale z różnych powodów odkładano ją coraz dalej w przyszłość. Jednym z nich było technologiczne wyzwanie zaprojektowania osłon termicznych, które chroniłyby sondę i jej wrażliwe instrumenty przed piekielnym, słonecznym żarem. Wtedy to nie było możliwe, ale postęp dokonany w ciągu ostatniej dekady pozwolił na ich opracowanie, z czego skorzystała także NASA przy sondzie Solar Parker Probe, wystrzelonej w stronę naszej gwiazdy dwa lata temu. Kiedy technologia dogoniła wymagania misji, jedyne co pozostało do zrobienia to cierpliwie oczekiwać odpowiedniego okna startowego — nie da się w każdym momencie wprowadzić obiektu na orbitę słoneczną poza ekliptyką. Dlaczego? Wyjaśniamy poniżej.
Aby sonda mogła obserwować słoneczne bieguny, musi ona wpierw opuścić płaszczyznę Układu Słonecznego, czyli w uproszczeniu — spojrzeć na naszą gwiazdę “z góry”, a przynajmniej pod odpowiednim kątem. Orbiter będzie zwiększał nachylenie swojej orbity za każdym okrążeniem Słońca. Pomoże w tym asysta grawitacyjna ze strony pobliskiej Wenus. Podczas początkowego przelotu będzie to jedynie 17 stopni, ale już w 2029 roku nachylenie orbity osiągnie ponad 33 stopnie. Wtedy też będzie możliwe skierowanie instrumentów sondy na bieguny. Najmniejsza odległość, na jaką Solar Orbiter zbliży się do Słońca to 42 miliony kilometrów.
Ważący 1800 kg orbiter wyniesiony został w przestrzeń kosmiczną rankiem 10 lutego przez rakietę ULA Atlas V z kosmodromu na Cape Canaveral. Był to pierwszy tegoroczny start tego systemu wynoszącego i wszystko wskazuje na to, że powiódł się w pełni. Konfiguracja rakiety na tę misję sprowadzała się do jednosilnikowego głównego stopnia i 4-metrowej osłony ładunku. Po 53 minutach od startu orbiter rozpoczął samodzielny lot, a kilka minut później nawiązano z nim kontakt z centrum kontroli misji. Na ten moment pomyślnie rozłożone zostały już panele słoneczne sondy, a w ciągu najbliższych kilku dni wysunięty zostanie wysięgnik z instrumentami i anteny komunikacyjne.
Sonda wyposażona jest w dziesięć instrumentów badawczych, w tym teleskopy, które pozwolą spojrzeć na Słońce w różnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego, od widzialnego po rentgenowskie. W tym ostatnim widmie zaobserwować można m.in. rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy, które kształtują kosmiczną pogodę. Przed wysokimi temperaturami sięgającymi 520 stopni Celsjusza instrumenty zabezpieczy 150-kilogramowa osłona termiczna, wykonana z tytanu, pokrytego warstwą fosforanu wapnia.
Instrumenty jakie znajdują się na sondzie to:
- Energetic Particle Detector (EPD) – detektor do badania naładowanych cząstek elementarnych wiatru słonecznego,
- Magnetometr – posłuży do pomiarów pola magnetycznego w plazmie.
- Radio and Plasma Waves (RPW) – eksperyment, którego celem jest zdeterminowanie charakterystyki elektromagnetycznej i elektrostatycznej fal wiatru słonecznego.
- Solar Wind Plasma Analyser (SWPA) – zestaw sensorów do badania jonów i elektronów wiatru słonecznego, w tym kompozycji jonów, na obszarze od 0.28 do 1.4 JA od Słońca.
- Extreme Ultraviolet Imager (EUI) – dostarczy zdjęcia warstw atmosfery słonecznej pomiędzy fotosferą, a koroną.
- Coronagraph (METIS) – będzie wykonywał zdjęcia korony słonecznej jednocześnie w trzech różnych zakresach, świetle widzialnym, ultrafiolecie i skrajnym ultrafiolecie.
- Spectrometer/ Telescope for Imaging X-rays (STIX) – teleskop służący do obserwacji rentgengowskich.
- Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) – posłuży do obserwacji korony w skrajnym ultrafiolecie.
- Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) – przyrząd do obrazowania pola magnetycznego Słońca.
- Heliospheric Imager (SoloHI) – kamera do obserwacji i obrazowania wiatru słonecznego celem zlokalizowania źródeł koronalnych wyrzutów masy.
Na uwagę zasługuje szczególnie teleskop STIX, który będzie dostarczał do dziesięciu zdjęć Słońca w wysokiej rozdzielczości na sekundę. Pozwoli to precyzyjnie wskazać, kiedy i z jakiego dokładnie regionu gwiazdy nastąpiła emisja elektronów w przestrzeń międzyplanetarną. Urządzenie zostało skonstruowane przez międzynarodowy zespół, gdzie znaleźli się także polscy specjaliści z CBK PAN. Odpowiadali oni m.in. za zaprojektowanie i zbudowanie komputera pokładowego, systemu do precyzyjnego określenia położenia Słońca oraz układów do wspomagania testów elektroniki. Polacy wzięli ponadto udział w integracji elektronicznej, modelowaniu termicznym i testach całego przyrządu.
Misja to wspólny projekt ESA i NASA, gdzie ta pierwsza agencja pełni rolę wiodącą. Wkład NASA to 386 mln USD, co przełożyło się na sfinansowanie jednego z instrumentów badawczych oraz rakiety, a Europejska Agencja Kosmiczna wyłożyła 877 mln USD.
Obserwacje biegunów gwiazdy mają pozwolić uzyskać odpowiedzi i zrozumieć, w jaki sposób Słońce tworzy oraz kształtuje heliosferę. Jest to obszar, gdzie wiatry słoneczne dominują nad wiatrami galaktycznymi. Jego krawędzie traktowane są jako umowne granice Układu Słonecznego. Jest to także przestrzeń, w której znajdujemy się my, nasza planeta, gdzie wpływ Słońca, pozytywny i negatywny, jest odczuwany każdego dnia. Im lepiej go rozumiemy, tym lepiej możemy w nim funkcjonować, jak np. przewidywać okresy wzmożonej aktywności gwiazdy z rozbłyskami, które zagrażają elektronice i energetyce na Ziemi.
