Науковці Радіоастрономічного інституту НАН України (Харків), виконуючи завдання міжнародного наукового проєкту «Вивчення сонячних спалахів та їх проявів протягом 25-го циклу сонячної активності за допомогою космічного апарату “Solar Orbiter” та наземної бази даних радіовипромінювань» у межах «Довгострокової програми підтримки українських дослідницьких груп у Польській академії наук, що реалізується у співпраці з Національною академією наук США за підтримки зовнішніх партнерів», активно долучилися до створення комплексного каталогу подій сонячних електронів з високими енергіями (the Comprehensive Solar Energetic Electron event Catalogue – CoSEE-Cat). Проміжні, але вельми важливі результати створення каталогу й аналізу подій відображено у статті “CoSEE-Cat: a Comprehensive Solar Energetic Electron event Catalogue obtained from combined in-situ and remote-sensing observations from Solar Orbiter”, яку сьогодні, 1 вересня 2025 року, опублікував престижний науковий журнал “Astronomy & Astrophysics”. Серед співавторів статті, які представляють поважні дослідницькі інституції Європи, США та Китаю, – провідний науковий співробітник відділу космічної радіофізики Радіоастрономічного інституту НАН України доктор фізико-математичних наук Олексій Дудник, який у складі міжнародної групи брав і продовжує брати активну участь у майже дворічних онлайн-обговореннях каталогу. Стисло наводимо зміст цієї статті.
“Solar Orbiter” відстежує надшвидкі електрони від Сонця
Місія “Solar Orbiter”, започаткована Європейським космічним агентством (ESA) у співпраці з Національним управлінням з аеронавтики і дослідження космічного простору (NASA, США), поділила потік заряджених швидких частинок, який є продуктом викидів із поверхні Сонця, на два потоки, відстежуючи їхнє походження. Сонце є найпотужнішим прискорювачем частинок у Сонячній системі – воно розганяє електрони майже до швидкості світла, ті розповсюджуються у вільному просторі, наповнюючи Сонячну систему так званими «сонячними високоенергетичними електронами» (Solar Energetic Electrons – SEE). Вчені використовують “Solar Orbiter”, щоб визначити джерело цих сонячних електронів і простежити явища від тих, які ми бачимо в космосі, до процесів, які насправді відбуваються на Сонці. Науковці виявили два типи таких сонячних електронів із цілком різними сценаріями: один пов’язаний з інтенсивними сонячними спалахами із невеликих ділянок поверхні Сонця, а інший – з більшими виверженнями перегрітого газу з верхніх шарів Сонця, відомими як корональні викиди маси.
Корональний викид маси, зареєстрований 19 листопада 2022 року приладом Metis
Провідний автор дослідження Александер Вармут (Alexander Warmuth) з Інституту астрофізики Лейбніца у Потсдамі (Німеччина) відзначає: «Ми бачимо чіткий розподіл між «імпульсивними» частинками, що віддаляються від поверхні Сонця через сонячні спалахи, та «поступовими», що викидаються протяжнішими корональними викидами маси». Вчені змогли ідентифікувати і зрозуміти ці дві групи, лише спостерігаючи сотні подій на різних відстанях від Сонця за допомогою кількох приладів. Дослідження, описане у згаданій статті, є нині найповнішим для подій сонячних електронів. За його підсумками створено каталог, який розширюватиметься, поки діятиме місія “Solar Orbiter”. У дослідженні використано вісім з 10 інструментів “Solar Orbiter” для спостереження понад 300 подій між листопадом 2020 року та груднем 2022 року.
Дослідники вимірювали високоенергетичні електрони in situ, тобто космічний апарат “Solar Orbiter” фактично пролітав крізь потоки електронів, одночасно використовуючи кілька приладів, аби спостерігати й ідентифікувати те, що відбувається на Сонці та в космічному середовищі між Сонцем і космічним апаратом. Події сонячних швидких електронів було виявлено на різних відстанях від Сонця. Це дало змогу вивчити, як рухаються електрони під час подорожі Сонячною системою. Коли ми помічаємо спалах або корональний викид маси, часто спостерігається очевидна затримка між тим, що ми бачимо на Сонці, та вивільненням швидких електронів у космос.
У граничних випадках частинкам, вочевидь, потрібні години, щоб покинути видимі телескопами на диску Сонця плями спалахів, чи корональні викиди маси, які реєструються коронографами на космічних апаратах. Чому це так? Співавторка статті, наукова співробітниця Європейського космічного агентства Лаура Родріґес-Ґарсія (Laura Rodriguez García) говорить: «Виявляється, це пов’язано з тим, як електрони подорожують космосом: це не затримка у вивільненні, а затримка у виявленні». Електрони стикаються з турбулентністю, розсіюються в різних напрямках тощо, тому ми не помічаємо їх одразу. Ці ефекти накопичуються, коли космічний апарат віддаляється від Сонця.
Сонячний спалах, зареєстрований приладами EUI і STIX 11 листопада 2022 року
Простір між Сонцем і планетами Сонячної системи не порожній. Вітер заряджених частинок постійно створюється Сонцем, тягнучи за собою магнітне поле нашої зорі. Він заповнює простір і впливає на те, як рухаються швидкі електрони. Замість того, щоб розповсюджуватися куди завгодно, вони обмежені, розсіяні та збурені цим сонячним вітром і його магнітними властивостями.
Провідний науковий керівник проєкту Європейського космічного агентства “Solar Orbiter” Даніель Мюллер (Daniel Müller) відзначає: «Дослідження виконує важливу мету “Solar Orbiter”: безперервно моніторити нашу зорю та її околиці, щоб відстежувати викинуті частинки та їхні джерела на Сонці. Завдяки “Solar Orbiter” ми пізнаємо нашу зорю краще, ніж будь-коли. Протягом перших п’яти років у космосі “Solar Orbiter” спостерігав безліч подій, пов’язаних із сонячними електронами. У підсумку ми змогли здійснити докладний аналіз і зібрати унікальну базу даних для досліджень світової спільноти».
Ці дослідження важливі для розуміння космічної погоди, де точне прогнозування необхідне для забезпечення працездатності й безпеки космічних апаратів. Один з двох випадків подій сонячних швидких електронів є важливішим для прогнозування космічної погоди: це той, що пов’язаний з корональними викидами маси, які зазвичай містять більше швидких частинок з високими енергіями і тому загрожують значно більшою шкодою. Через це здатність розрізняти два типи швидких електронів надзвичайно актуальна.
Більше інформації про проєкт “Solar Orbiter”
За інформацією Європейського космічного агентства і Радіоастрономічного інституту НАН України
Ілюстрації – власність Європейського космічного агентства