Солнечная корона — внешний слой атмосферы Солнца, видимый только во время полного солнечного затмения — уже давно интригует ученых своими экстремальными температурами, сильными извержениями и гигантскими протуберанцами. Однако турбулентность в атмосфере Земли приводила к размытию изображения и затрудняла наблюдения короны. Недавняя разработка ученых из Национального научного фонда США (NSF), Национальной солнечной обсерватории (NSO) и Технологического института Нью-Джерси (NJIT) устраняет эту досадную помеху с помощью уникальной адаптивной оптики.
Новаторская технология адаптивной корональной оптики позволила получить самые четкие на сегодняшний день изображения и видеозаписи тонкой структуры короны. Эта разработка откроет путь к более глубокому пониманию загадочного поведения короны и процессов, определяющих космическую погоду.
Установленная на 1,6-метровом солнечном телескопе Goode (GST), которым управляет Центр солнечных и земных исследований NJIT в Солнечной обсерватории Big Bear в Калифорнии, адаптивная оптическая система Cona, отвечающая за получение этих изображений, полностью нейтрализует размытость, вызванную турбулентностью воздуха в атмосфера Земли. Эта турбулентность похожа на тряску, которую ощущают пассажиры авиалайнера во время полета.
Среди замечательных наблюдений команды разработчиков — видеозапись быстрой перестройки солнечного протуберанца, на которой видны турбулентные внутренние потоки. Солнечные протуберанцы — это крупные яркие объекты, часто имеющие вид арок или петель, которые отходят от поверхности Солнца.
Во втором ролике воспроизводится быстрое формирование и коллапс тонко структурированного плазменного потока.
.В третьем ролике показаны тонкие нити коронального дождя — явления, при котором охлаждающаяся плазма конденсируется и падает обратно на поверхность Солнца. Капли «дождя» в солнечной короне имеют 20 и больше километров в диаметре. Данные наблюдения коронального дождя являются на сегодняшний день самыми четкими и детальными. Результаты дают новую бесценную информацию для тестирования компьютерных моделей корональных процессов.
В четвертом ролике показано впечатляющее движение протуберанца, которое формируется под действием солнечного магнетизма.
Корона нагревается до миллионов градусов — она намного горячее, чем поверхность Солнца — по до конца неизвестным причинам (об одной из версий можно прочитать здесь). Кроме того, в ней наблюдаются динамические явления, связанные с гораздо более холодной солнечной плазмой, которая во время затмений создает красновато-розовый оттенок ореола.
Ученые полагают, что разгадка структуры и динамики более холодной плазмы является ключом к разгадке тайны коронального нагрева и лучшего понимания извержений, которые выбрасывают плазму в космос. Эти извержения определяют космическую погоду, то есть условия в околоземном пространстве, на которые в первую очередь влияет активность Солнца. Солнечные вспышки, корональные выбросы массы и солнечный ветер негативно влияют на все технологичные системы на Земле и в космосе.
Точность прогнозов требует больших телескопов и адаптивных оптических систем, подобных той, что была разработана авторами статьи.
В системе Cona используется зеркало, которое непрерывно меняет форму 2200 раз в секунду, чтобы компенсировать ухудшение изображения, вызванное турбулентностью воздуха. Адаптивная оптика — это что-то вроде усиленного автофокуса и оптической стабилизации изображения в камере смартфона, но с поправкой на атмосферные погрешности, а не на дрожащие руки пользователя.
С начала «нулевых» адаптивная оптика используется в больших солнечных телескопах для восстановления изображений поверхности Солнца в полном объеме, позволяя телескопам достичь теоретических пределов дифракции, то есть теоретического максимального разрешения оптической системы. С тех пор эти системы произвели революцию в наблюдениях за поверхностью Солнца, но до сих пор не могли обеспечить полноценное наблюдение короны. Разрешение объектов за пределами солнечного лимба оставалось на уровне 1000 километров или больше — уровне, достигнутом еще 80 лет назад.
Новая система адаптивной корональной оптики устраняет существовавший десятилетиями пробел и позволяет получать изображения объектов корональной области с разрешением 63 километра. Это теоретический предел для 1,6-метрового солнечного телескопа Goode.
Теперь команда знает, как преодолеть ограничение разрешения, налагаемое самой низкой областью атмосферы Земли — тропосферой — при наблюдениях не только Солнечной системы, но и объектов за ее пределами.
Ученые работают над внедрением адаптивной оптики на 4-метровом телескопе NSF Daniel K. Inouye, построенном и эксплуатируемым NSO на гавайском острове Мауи. Этот самый большой в мире солнечный телескоп позволит увидеть еще более мелкие детали в атмосфере Солнца.
Подробнее о последней модернизации телескопа Inouye читайте в материале Hi-Tech Mail.
