Για αιώνες οι άνθρωποι μπορούσαν να μελετούν τον Ήλιο μόνο από τη Γη. Η έναρξη της διαστημικής εποχής άλλαξε ριζικά αυτή την εικόνα: όργανα ταξίδεψαν έξω από την ατμόσφαιρα, μέτρησαν απευθείας τον ηλιακό άνεμο και το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο και, δεκαετίες αργότερα, ένα διαστημόπλοιο κατάφερε ακόμη και να περάσει μέσα από την εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου.
Η πορεία αυτή δεν ξεκίνησε με μία μεγάλη «αποστολή στον Ήλιο», αλλά με μια σειρά από διαστημόπλοια που σταδιακά αποκάλυψαν πώς το άστρο μας επηρεάζει ολόκληρο το Ηλιακό Σύστημα.
Οι πρώτες άμεσες μετρήσεις έξω από τη Γη
Ένα από τα μεγάλα ερωτήματα των πρώτων χρόνων της διαστημικής εποχής ήταν τι υπάρχει στον χώρο ανάμεσα στους πλανήτες. Ήδη από τη δεκαετία του 1950 ο αστροφυσικός Eugene Parker είχε προτείνει ότι από την καυτή εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου ρέει συνεχώς προς τα έξω ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων.
Το 1959 το σοβιετικό Luna 1, καθ’ οδόν προς τη Σελήνη, κατέγραψε σωματίδια του ηλιακού ανέμου. Η ιδέα ότι ο χώρος ανάμεσα στους πλανήτες δεν είναι «κενός» άρχισε πλέον να στηρίζεται σε άμεσες διαστημικές μετρήσεις.
Το Pioneer 5, που εκτοξεύτηκε το 1960 σε ηλιοκεντρική τροχιά ανάμεσα στη Γη και την Αφροδίτη, πραγματοποίησε σημαντικές μετρήσεις του διαπλανητικού χώρου και δημιούργησε τον πρώτο χάρτη του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου.
Το Mariner 2 επιβεβαίωσε τον ηλιακό άνεμο
Το Mariner 2 της NASA εκτοξεύτηκε το 1962 με κύριο προορισμό την Αφροδίτη και έγινε το πρώτο διαστημόπλοιο που πραγματοποίησε επιτυχημένη πλανητική αποστολή.
Δεν ήταν αποστολή σχεδιασμένη για να φωτογραφίσει ή να πλησιάσει τον Ήλιο. Στην πραγματικότητα δεν διέθετε καν κάμερα. Κατά τη μεγάλη διαδρομή του προς την Αφροδίτη, όμως, τα επιστημονικά όργανά του μέτρησαν το διαπλανητικό περιβάλλον.
Οι μετρήσεις του επιβεβαίωσαν ότι ο ηλιακός άνεμος είναι μια συνεχής ροή φορτισμένων σωματιδίων από τον Ήλιο. Το Mariner 2 εντόπισε επίσης διαφορετικές ταχύτητες του ηλιακού ανέμου και κατέγραψε ηλιακές εκλάμψεις και κοσμικές ακτίνες.
Τα Pioneer 10 και 11 δεν ήταν αποστολές στον Ήλιο
Τα Pioneer 10 και Pioneer 11, που εκτοξεύτηκαν το 1972 και το 1973, είχαν ως κύριους στόχους τους εξωτερικούς πλανήτες. Το Pioneer 10 ήταν το πρώτο διαστημόπλοιο που διέσχισε την κύρια ζώνη των αστεροειδών και πραγματοποίησε κοντινή διέλευση από τον Δία.
Τα δύο σκάφη διέθεταν όργανα για τη μέτρηση πλάσματος, φορτισμένων σωματιδίων και μαγνητικών πεδίων. Έτσι συγκέντρωσαν σημαντικές πληροφορίες για το πώς ο ηλιακός άνεμος και το μαγνητικό περιβάλλον μεταβάλλονται καθώς απομακρυνόμαστε από τον Ήλιο.
Δεν πλησίασαν όμως τον Ήλιο ούτε είχαν ως κύριο στόχο τη μελέτη της ηλιακής ατμόσφαιρας.
Τα Helios ήταν οι πρώτες αποστολές που πλησίασαν πραγματικά τον Ήλιο
Η μεγάλη αλλαγή ήρθε με τα Helios 1 και Helios 2, ένα κοινό πρόγραμμα της τότε Δυτικής Γερμανίας και της NASA.
Το Helios 1 εκτοξεύτηκε το 1974 και τέθηκε σε μια πολύ ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Τον Μάρτιο του 1975 έφτασε περίπου 47 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο, πιο κοντά από οποιοδήποτε προηγούμενο διαστημόπλοιο.
Το Helios 2, που εκτοξεύτηκε το 1976, πλησίασε ακόμη περισσότερο, στα περίπου 43 εκατομμύρια χιλιόμετρα ή 0,29 αστρονομικές μονάδες. Το ρεκόρ αυτό παρέμεινε για δεκαετίες.
Τα δύο Helios μελέτησαν τον ηλιακό άνεμο, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, τις κοσμικές ακτίνες και τη διαστημική σκόνη. Για πρώτη φορά οι επιστήμονες μπορούσαν να συγκρίνουν μετρήσεις πολύ πιο κοντά στο άστρο μας με εκείνες που γίνονταν κοντά στη Γη.
Το Skylab αποκάλυψε τη σχέση των στεμματικών οπών με τον ηλιακό άνεμο
Σημαντική πρόοδος δεν ήρθε μόνο από μη επανδρωμένες αποστολές. Το αμερικανικό διαστημικό εργαστήριο Skylab, που εκτοξεύτηκε το 1973, διέθετε το Apollo Telescope Mount, ένα σύνολο οργάνων ειδικά σχεδιασμένων για παρατηρήσεις του Ήλιου.
Οι παρατηρήσεις ακτίνων Χ αποκάλυψαν μεγάλα σκοτεινά τμήματα στην κορώνα, τις λεγόμενες στεμματικές οπές. Οι επιστήμονες συνέδεσαν αυτές τις περιοχές με τον γρήγορο ηλιακό άνεμο, προσθέτοντας ένα κρίσιμο κομμάτι στην κατανόηση της σχέσης μεταξύ της ηλιακής ατμόσφαιρας και του διαπλανητικού χώρου.
Το Ulysses είδε τον Ήλιο από μια εντελώς νέα γωνία
Οι περισσότεροι πλανήτες και διαστημικές αποστολές κινούνται περίπου στο ίδιο επίπεδο γύρω από τον Ήλιο. Το Ulysses, κοινή αποστολή ESA και NASA που εκτοξεύτηκε το 1990, άλλαξε αυτή την οπτική.
Χρησιμοποιώντας τη βαρύτητα του Δία, το σκάφος κατευθύνθηκε σε τροχιά που το έφερε πάνω από τις πολικές περιοχές του Ήλιου. Έγινε η πρώτη αποστολή που μελέτησε το διαστημικό περιβάλλον σε τόσο μεγάλα ηλιακά γεωγραφικά πλάτη.
Το Ulysses έδειξε ότι ο γρήγορος ηλιακός άνεμος κυριαρχεί στις πολικές περιοχές σε ορισμένες φάσεις του ηλιακού κύκλου και προσέφερε μια τρισδιάστατη εικόνα του ηλιακού ανέμου και του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου.
Το SOHO μας έδωσε έναν σχεδόν συνεχή παρατηρητή του Ήλιου
Το Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), κοινή αποστολή ESA και NASA, εκτοξεύτηκε το 1995 και τοποθετήθηκε κοντά στο σημείο L1, περίπου 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα από τη Γη προς την κατεύθυνση του Ήλιου.
Από εκεί μπορούσε να παρακολουθεί συνεχώς το άστρο μας. Τα όργανά του σχεδιάστηκαν για να μελετούν από το εσωτερικό του Ήλιου και την επιφάνειά του μέχρι την κορώνα και τον ηλιακό άνεμο.
Το SOHO συνέβαλε επίσης σημαντικά στην παρακολούθηση των στεμματικών εκτινάξεων μάζας (CMEs), τεράστιων εκτοξεύσεων πλάσματος και μαγνητικού πεδίου που μπορούν, όταν κατευθυνθούν προς τη Γη, να προκαλέσουν γεωμαγνητικές καταιγίδες.
Τι πραγματικά μπορεί να προκαλέσει μια ηλιακή καταιγίδα στη Γη
Η ηλιακή δραστηριότητα δεν προκαλεί συνήθως τις «φυσικές καταστροφές» που γνωρίζουμε από τον καιρό, όπως καταιγίδες ή τυφώνες. Οι σημαντικότερες άμεσες επιπτώσεις αφορούν αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν διαστημικό καιρό.
Μια ισχυρή ηλιακή έκλαμψη μπορεί να προκαλέσει διαταραχές στις ραδιοεπικοινωνίες. Ενεργητικά σωματίδια μπορούν να επηρεάσουν δορυφορικά ηλεκτρονικά και να αυξήσουν την ακτινοβολία που δέχονται αστροναύτες.
Αν μια μεγάλη στεμματική εκτίναξη μάζας φτάσει στη Γη και αλληλεπιδράσει έντονα με τη μαγνητόσφαιρα, μπορεί να προκληθεί γεωμαγνητική καταιγίδα. Τέτοια γεγονότα μπορούν να επηρεάσουν:
- δορυφόρους,
- GPS και συστήματα πλοήγησης,
- ραδιοεπικοινωνίες,
- αεροπορικές πτήσεις σε πολικές περιοχές,
- ηλεκτρικά δίκτυα.
Τα ίδια φαινόμενα μπορούν επίσης να δημιουργήσουν εντυπωσιακό σέλας σε περιοχές πολύ νοτιότερα ή βορειότερα από εκεί όπου εμφανίζεται συνήθως.
Ο Ήλιος επηρεάζει το κλίμα, αλλά όχι όπως συχνά παρουσιάζεται
Η ηλιακή ακτινοβολία είναι η βασική εξωτερική πηγή ενέργειας του κλιματικού συστήματος της Γης και η δραστηριότητα του Ήλιου παρουσιάζει φυσικές διακυμάνσεις.
Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι κάθε ηλιακή έκλαμψη προκαλεί μια μετρήσιμη «άνοδο της θερμοκρασίας της Γης». Οι εκλάμψεις είναι σύντομα φαινόμενα και οι κύριες επιπτώσεις τους αφορούν το διαστημικό περιβάλλον και τις τεχνολογικές υποδομές.
Για τη μελέτη του κλίματος οι επιστήμονες εξετάζουν μακροχρόνιες μεταβολές της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας μαζί με πολλούς άλλους παράγοντες του κλιματικού συστήματος.
Γιατί η ηλιακή κορώνα είναι θερμότερη από την επιφάνεια
Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της ηλιακής φυσικής είναι η θερμοκρασία της κορώνας, της εξωτερικής ατμόσφαιρας του Ήλιου.
Η ορατή επιφάνεια του Ήλιου, η φωτόσφαιρα, έχει θερμοκρασία περίπου 5.500 βαθμούς Κελσίου. Η κορώνα, όμως, μπορεί να φτάσει θερμοκρασίες της τάξης του ενός εκατομμυρίου βαθμών Κελσίου ή και περισσότερο.
Τα μαγνητικά πεδία παίζουν βασικό ρόλο στη μεταφορά και απελευθέρωση ενέργειας στην ηλιακή ατμόσφαιρα, αλλά οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους θερμαίνεται η κορώνα εξακολουθούν να αποτελούν ενεργό πεδίο έρευνας.
Το Parker Solar Probe έκανε το επόμενο μεγάλο βήμα
Πολλές δεκαετίες μετά τις πρώτες αποστολές, η NASA εκτόξευσε το Parker Solar Probe στις 12 Αυγούστου 2018. Η αποστολή σχεδιάστηκε για να φτάσει πιο κοντά στον Ήλιο από οποιοδήποτε προηγούμενο διαστημόπλοιο.
Στις 28 Απριλίου 2021 το Parker πέρασε για πρώτη φορά την κρίσιμη επιφάνεια Alfvén και εισήλθε στην ηλιακή κορώνα. Ήταν η πρώτη φορά στην ιστορία που ένα διαστημόπλοιο βρέθηκε μέσα στην ατμόσφαιρα ενός άστρου και μέτρησε απευθείας εκεί σωματίδια και μαγνητικά πεδία.
Οι παρατηρήσεις του Parker έχουν αποκαλύψει, μεταξύ άλλων, απότομες αναστροφές του μαγνητικού πεδίου στον ηλιακό άνεμο, γνωστές ως switchbacks, και προσφέρουν νέα δεδομένα για το πώς γεννιέται και επιταχύνεται ο ηλιακός άνεμος.
Συχνές ερωτήσεις
Ποια ήταν η πρώτη αποστολή που μελέτησε τον ηλιακό άνεμο;
Πρώιμες ανιχνεύσεις έγιναν από το Luna 1 το 1959. Το Mariner 2 το 1962 πραγματοποίησε μετρήσεις που επιβεβαίωσαν με σαφήνεια τη συνεχή ροή του ηλιακού ανέμου.
Ποια ήταν τα πρώτα σκάφη που πλησίασαν πραγματικά τον Ήλιο;
Τα Helios 1 και Helios 2 τη δεκαετία του 1970 ήταν από τις πρώτες αποστολές ειδικά σχεδιασμένες για κοντινές μετρήσεις του Ήλιου και του περιβάλλοντός του. Το Helios 2 έφτασε περίπου 43 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο.
Το Voyager ήταν αποστολή μελέτης του Ήλιου;
Όχι. Τα Voyager σχεδιάστηκαν κυρίως για την εξερεύνηση των εξωτερικών πλανητών και αργότερα των ορίων της ηλιόσφαιρας. Τα δεδομένα τους έχουν μεγάλη αξία για την ηλιακή και διαστημική φυσική, αλλά δεν ήταν αποστολές κοντινής παρατήρησης του Ήλιου.
Μπορούν οι ηλιακές καταιγίδες να προκαλέσουν μπλακ άουτ;
Ισχυρές γεωμαγνητικές καταιγίδες μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα στα ηλεκτρικά δίκτυα. Ένα γνωστό παράδειγμα συνέβη το 1989, όταν μια γεωμαγνητική καταιγίδα συνέβαλε σε εκτεταμένη διακοπή ηλεκτροδότησης στο Κεμπέκ του Καναδά.
Έχει φτάσει ποτέ διαστημόπλοιο μέσα στον Ήλιο;
Κανένα διαστημόπλοιο δεν έχει φτάσει στη φωτόσφαιρα, την ορατή «επιφάνεια» του Ήλιου. Το Parker Solar Probe όμως έγινε το πρώτο που πέρασε μέσα από την εξωτερική ηλιακή ατμόσφαιρα, την κορώνα.
Από τις πρώτες μετρήσεις του ηλιακού ανέμου μέχρι το Parker Solar Probe, η εξερεύνηση του Ήλιου δείχνει πόσο σταδιακά οικοδομείται η επιστημονική γνώση. Κάθε γενιά αποστολών πλησίασε λίγο περισσότερο και πρόσθεσε ένα νέο κομμάτι στην κατανόηση του άστρου που καθορίζει το περιβάλλον ολόκληρου του Ηλιακού Συστήματος.
Πηγές:
