10 октября 1946 года с американского военного полигона Уайт-Сэндз в штате Нью-Мексико была запущена трофейная ракета «Фау-2». Ракета не несла боеголовки, зато была оснащена спектрографом, с помощью которого были впервые сделаны снимки нашего светила в ультрафиолетовой спектральной области 290–230 нм, волны которой поглощаются в нижних слоях атмосферы и не достигают поверхности Земли. Именно эту дату можно считать днем рождения космической солнечной астрономии.
К началу космической эры о Солнце было известно немало. Ученые хорошо представляли себе его состав (в основном водород и гелий) и механизм генерации энергии (термоядерные реакции). Были накоплены архивы сведений о солнечных пятнах и вспышках, магнитных полях и радиошумах, температуре внешних слоев (фотосферы, хромосферы и солнечной короны), динамике солнечной и околосолнечной плазмы, истечении коронального газа (солнечном ветре) и его влиянии на земную магнитосферу. Однако многие глубинные связи между этими явлениями были установлены лишь в процессе систематических наблюдений Солнца с помощью аппаратуры, установленной на космических платформах.
Ветреное светило
В 1960-х едва ли не главным направлением космической солнечной астрономии стало изучение солнечного ветра. Этот феномен на качественном уровне был предсказан еще в 1916 году норвежским геофизиком (семикратным Нобелевским номинантом) Кристианом Биркеландом (а три года спустя к такому же заключению пришел оксфордский профессор физики Фредерик Линдеман, впоследствии главный научный советник военного кабинета Черчилля). В 1951 году немецкий астроном Людвиг Бирман разработал динамическую модель солнечной короны, из которой вытекало существование радиального потока заряженных частиц. Семью годами позже американец Юджин Паркер опубликовал более полную теорию этого потока, который именно он и назвал «солнечным ветром». Паркер показал, что солнечная корона служит источником радиальных струй частиц, преимущественно протонов и электронов, которые по мере удаления от Солнца не тормозятся, а ускоряются! Это объясняется тем, что при уменьшении силы тяготения плазма из дозвукового режима движения переходит в сверхзвуковой, подобно тому, как это происходит в сопле Лаваля. Выводы Паркера выглядели настолько парадоксальными, что его рукопись отвергли двое рецензентов, и ее напечатали лишь по решению редактора Astrophysical Journal, знаменитого Чандрасекара.
Существование солнечного ветра было впервые подтверждено экспериментально в 1959—1961 годах при прямом измерении параметров межпланетной плазмы, выполненном советскими автоматическими станциями «Луна-1», «Луна-2» и «Венера-1» (руководил экспериментами главный конструктор радиопередатчика первого спутника Константин Грингауз, в те времена заведовавший отделом космических исследований в Радиотехническом институте АН СССР). Предсказанное Паркером ускорение частиц солнечного ветра было убедительно зарегистрировано плазменным спектрометром американского венерианского зонда Mariner-1, запущенного в августе 1962 года. Позднее новые обширные данные о солнечном ветре были получены бортовой аппаратурой американских спутников серии Explorer и космических зондов Pioneer.
Солнечный ветер
Сейчас известно, что частицы короны начинают свое движение от Солнца со скоростями порядка сотен метров в секунду. На дистанции нескольких солнечных радиусов они достигают звуковой скорости (100-150 км/с), а у орбиты Земли – от 300-400 км/с (типичные значения) до 800 км/с. Центрами испускания солнечного ветра служат так называемые корональные дыры, своего рода полости внутри короны, откуда во внешнее пространство выходят магнитные силовые линии. Эти структуры были открыты еще в 1957 году, но их связь с солнечным ветром удалось прояснить лишь в 1970-е годы.
Первые шаги
С 1960 года США начали запускать многочисленные специализированные научные спутники для наблюдения Солнца. Первым из них был 19-килограммовый SOLRAD-1, предназначенный для регистрации солнечной радиации. В общей сложности в околоземное пространство отправили 10 таких аппаратов, все в рамках проектов ВМФ. В марте 1962 года NASA вывело на орбиту 200-килограммовый спутник Orbiting Solar Observatory-1 (OSO-1), за ним последовали более тяжелые аппараты серии (последний, OSO-8, — в 1975-м). Эти обсерватории оснащались УФ- и рентгеновскими телескопами и счетчиками гамма-излучения. Показания приборов позволили выяснить, что солнечные вспышки не только светят в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах, но также служат источником заряженных частиц, радиоволн и рентгеновских лучей, а порой даже гамма-излучения.
Самые поздние модификации станций серии OSO имели серьезный вес: OSO-7 — 635 кг, OSO-8 — 1066 кг. Но и по сравнению с ними солнечная обсерватория NASA, выведенная на орбиту в феврале 1980-го, казалась исполином — предполетная масса 2,4 т! Она предназначалась для мониторинга Солнца в период максимальной активности, отсюда и название Solar Maximum Mission (SMM, или Solar Max).
Этой станции выпала не слишком легкая доля. Меньше чем через год после запуска отказал один из четырех гироскопов и наведение аппаратуры стало невозможным. Устранить неполадки NASA удалось нескоро: лишь в апреле 1984 года экипаж корабля Challenger вернул станцию к активной жизни. К сожалению, уникальнейший из ее приборов, первый в мире телескоп, предназначенный для наблюдений Солнца в рентгеновских лучах высоких энергий, исправить не удалось.
Наиболее важным итогом работы SMM стало определение солнечной постоянной с ранее недоступной точностью. Ее значение зависит от активности Солнца, однако его колебания составляют десятые доли процента. Анализ долговременных показаний бортового радиометра станции SMM показал, что солнечная постоянная возрастает в пике солнечной активности, когда число солнечных пятен особенно велико. Это удивило специалистов, поскольку температура пятен на 1,5−2 тысячи градусов ниже средней температуры солнечной поверхности. Однако пятна окружены более светлыми (следовательно, горячими) волокнистыми структурами — фотосферными факелами. Если пятна снижают суммарную мощность солнечного излучения, то факелы ее увеличивают, причем в несколько большей степени, поэтому баланс оказывается положит"