Słońce to nie tylko źródło światła, lecz także naturalny akcelerator cząstek, który wyrzuca w przestrzeń wysokoenergetyczne elektrony. Zrozumienie ich pochodzenia ma ogromne znaczenie dla prognozowania tzw. pogody kosmicznej, wpływającej na satelity i astronautów. Dzięki sondzie Solar Orbiter naukowcy po raz pierwszy mogli szczegółowo prześledzić te cząstki i odkryli, że mają one dwa źródła: gwałtowne rozbłyski słoneczne oraz potężne koronalne wyrzuty masy.
Słońce jako naturalny akcelerator cząstek
Słońce jest najbardziej energetycznym akceleratorem cząstek w całym Układzie Słonecznym. Potrafi rozpędzać elektrony do prędkości bliskich prędkości światła i wyrzucać je w przestrzeń kosmiczną. W ten sposób powstają tzw. słoneczne elektrony energetyczne (ang. Solar Energetic Electrons, SEE), które zalewają przestrzeń międzyplanetarną.
Poszukiwanie źródła elektronów
Aby zrozumieć, gdzie powstają SEE, naukowcy wykorzystali sondę Solar Orbiter – jedno z najnowocześniejszych narzędzi badawczych do obserwacji Słońca. Dzięki niej udało się powiązać zjawiska rejestrowane w przestrzeni kosmicznej z procesami zachodzącymi na samej gwieździe.
Badacze odkryli, że SEE można podzielić na dwie główne grupy:
- elektrony związane z rozbłyskami słonecznymi, czyli gwałtownymi eksplozjami w małych obszarach powierzchni Słońca,
- elektrony powiązane z koronalnymi wyrzutami masy (CME), czyli ogromnymi erupcjami plazmy z atmosfery Słońca.
Koronalny wyrzut masy zaobserwowany 31 sierpnia 2012 r. przez misję kosmiczną NASA Solar Dynamics Observatory. Źródło: Wikipedia
Impulsywne i stopniowe zdarzenia
Obserwacje pozwoliły wyróżnić dwa typy zdarzeń:
- zdarzenia impulsywne – w których elektrony uwalniane są seriami, w krótkich odstępach czasu, podczas rozbłysków słonecznych,
- zdarzenia stopniowe – związane z CME, w których elektronów jest znacznie więcej, a proces ich uwalniania trwa dłużej.
Wcześniej podejrzewano istnienie tego podziału, ale dopiero Solar Orbiter umożliwił zbadanie setek zdarzeń z różnych odległości od Słońca i precyzyjne określenie ich źródła.
Jak elektrony wędrują przez Układ Słoneczny
Elektrony nie docierają do nas bezpośrednią, prostą drogą. Często obserwuje się opóźnienie między rozbłyskiem lub CME a momentem, gdy energetyczne cząstki zostają zarejestrowane w przestrzeni kosmicznej. W skrajnych przypadkach opóźnienie to wynosi nawet kilka godzin.
Przyczyną są zjawiska w przestrzeni międzyplanetarnej:
- wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek emitowany przez Słońce,
- pole magnetyczne Słońca – które, przeciągane przez wiatr słoneczny, wypełnia cały Układ Słoneczny.
SEE są przez to rozpraszane, zakłócane i ograniczane, zamiast swobodnie przemieszczać się po liniach prostych.
Solar Orbiter umożliwił rejestrowanie SEE w ich najwcześniejszych stadiach, zanim uległy rozproszeniu. To pozwoliło naukowcom na dokładne określenie czasu i miejsca ich powstania. W ciągu pierwszych pięciu lat działania sonda zebrała bezprecedensową bazę danych, z której korzysta społeczność międzynarodowa. Dzięki temu możemy nie tylko lepiej rozumieć procesy na Słońcu, ale też precyzyjniej prognozować zjawiska określane mianem pogody kosmicznej.
Koncepcja artystyczna przedstawia reprezentatywny stan ziemskiej magnetosfery zanurzonej w tzw. „powolnym” wietrze słonecznym, którego średnia prędkość wynosi od około 290 do 480 kilometrów na sekundę. Powolny wiatr słoneczny pochodzi ze strumieni koronalnych i innych formacji słonecznych, najczęściej występujących wokół równika Słońca, co sprawia, że powolny wiatr słoneczny jest typowym stanem wiatru słonecznego wzdłuż płaszczyzny równikowej, po której krążą planety. Źródło: NASA Goddard/CIL/Bailee DesRocher
Pogoda kosmiczna i jej znaczenie
Pogoda kosmiczna to zespół zjawisk związanych z aktywnością Słońca, które mogą wpływać na Ziemię i technologię w przestrzeni kosmicznej. Szczególnie groźne są zdarzenia związane z koronalnymi wyrzutami masy, ponieważ generują one najwięcej cząstek o wysokiej energii.
Konsekwencje dla nas mogą być poważne:
- zakłócenia pracy satelitów i systemów komunikacyjnych,
- uszkodzenia instrumentów pokładowych statków kosmicznych,
- zwiększone ryzyko dla astronautów.
Dlatego możliwość rozróżnienia elektronów pochodzących z rozbłysków od tych związanych z CME jest kluczowa dla ochrony infrastruktury kosmicznej i bezpieczeństwa ludzi.
Misje przyszłości
Solar Orbiter to dopiero początek. W planach są kolejne misje Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA):
- Vigil (start w 2031 r.) – pierwsza misja, która będzie stale obserwować niewidoczną z Ziemi stronę Słońca. Pozwoli to szybciej wykrywać potencjalnie niebezpieczne zjawiska.
- Smile (start w 2026 r.) – skoncentruje się na badaniu oddziaływań między wiatrem słonecznym a ziemskim polem magnetycznym, czyli naturalną tarczą chroniącą naszą planetę przed naładowanymi cząstkami.
Znaczenie badań Solar Orbiter
Badania prowadzone przez sondę Solar Orbiter znacząco poszerzają naszą wiedzę o tym, jak Słońce przyspiesza elektrony i jak cząstki te przemieszczają się w przestrzeni. To nie tylko czysta nauka – to wiedza praktyczna, niezbędna do przewidywania zjawisk pogody kosmicznej i ochrony satelitów, astronautów oraz całej infrastruktury zależnej od technologii kosmicznych.
Więcej informacji: publikacja CoSEE-Cat: a Comprehensive Solar Energetic Electron event Catalogue obtained from combined in-situ and remote-sensing observations from Solar Orbiter, Astronomy and Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202554830
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna misji Solar Orbiter w drodze do Słońca. Źródło: ESA.
