Что известно о SNIFS — новой революционной миссии NASA

18 июля 2025 года с полигона Уайт-Сэндс в Нью-Мексико на зондирующей ракете Black Brant IX был успешно запущен Solar EruptioN Integral Field Spectrograph (SNIFS) — спектрограф для наблюдения за Солнцем. Миссия продлилась всего несколько минут, но даже за такое короткое время удалось получить более точную информацию о хромосфере нашей звезды, чего прежде не случалось. Рассказываем, почему эта миссия так важна и как ее результаты могут изменить наше представление о Солнце и его влиянии на Землю.

Что такое хромосфера и почему ее так сложно исследовать

Согласно статье Национальной солнечной обсерватории США, опубликованной в 2024 году, хромосфера Солнца считается «одним из самых загадочных объектов в астрофизике». Это то место, где температура, давление и магнитное поле Солнца претерпевают «драматические изменения» и где «происходит настоящее волшебство» — например, температура начинает стремительно расти от 6000 до миллиона градусов по Цельсию. А характерный цвет хромосферы объясняется тем, что водород на Солнце излучает красноватый свет именно при высоких температурах.

Хромосфера расположена между видимой поверхностью Солнца, фотосферой, и его внешним слоем — короной. За это ученые называют хромосферу воротами в корону, которая почти в триста раз горячее его и без того перегретой поверхности. В течение нескольких десятилетий ученые смогли тщательно исследовать различные слои атмосферы Солнца, однако хромосфера долгое время оставалась таинственным участком, относительно которого возникало множество вопросов. И это при том, что именно здесь регулярно фиксируются очень мощные солнечные вспышки и масштабные корональные выбросы массы, определяющие космическую погоду. А она, в свою очередь, напрямую влияет на безопасность астронавтов, спутников и всей космической инфраструктуры. Например, высокоэнергетические солнечные частицы, воздействуя на электронные компоненты спутников, могут вызывать сбои и даже полный отказ оборудования. Возмущения в ионосфере, спровоцированные космической погодой, приводят к потере сигналов навигационных систем. А у участвующих в миссиях астронавтов вследствие солнечных вспышек возрастает риск получить лучевую болезнь или другие проблемы со здоровьем.

Цели миссии SNIFS

Миссия SNIFS была создана, чтобы изучить преобразование и распространение энергии через хромосферу, где она в конечном итоге может питать мощные взрывы на Солнце. В этом плане SNIFS стала первой в своем роде миссией, предназначенной для детального исследования солнечного ультрафиолетового излучения. В арсенале SNIFS два ключевых инструмента: это непосредственно спектрограф и камера, благодаря которым можно не только увидеть Солнце в разных длинах волн, но и записать видео его активности. Это позволит ученым рассмотреть отдельные слои и элементы Солнца в новом ракурсе, а также изучить те из них, что ранее не были видны в обычном свете. 

Почему этого не случилось раньше? Много лет подряд миссии, направленные на исследование Солнца, оснащались камерами, которые снимали только его лучи и слои. Но чтобы получить полное представление о тепловой энергии, излучаемой этой звездой, а также о внезапных солнечных вспышках, нужна не камера, а спектроскоп — оптический прибор для визуального наблюдения спектра излучения. В контексте изучения Солнца он разделяет его свет на отдельные цвета (спектр) и уже затем анализирует его состав и физические свойства. Так ученые определяют, какие элементы присутствуют в атмосфере светила, а также, как они взаимодействуют с солнечным светом.

Не только нехватка специального оборудования была препятствием для изучения хромосферы: ее действительно очень сложно исследовать по многим причинам. Слой хромосферы представляет собой хаотичную смесь ионизированной плазмы, нейтральных атомов и запутанных магнитных полей. И стандартные физические модели здесь не работают, ведь частицы ведут себя абсолютно непредсказуемо: сталкиваются, заряжаются и ускоряются вопреки устоявшимся термодинамическим законам. Краткосрочная миссия SNIFS как раз смогла преодолеть это ограничение, делая моментальные снимки солнечной активности в реальном времени.

«У нас на Земле есть несколько очень мощных телескопов, использующих спектроскопию для изучения Солнца. Но дело в том, что атмосфера Земли отфильтровывает значительную часть ультрафиолетовых лучей, прежде чем они достигают нас», — поясняет Сувик Бозе, физик-гелиофизик из корпорации Lockheed Martin и один из исследователей проекта SNIFS. Потому так важно было отправить в космос спектрограф, который бы зарегистрировал ультрафиолетовые лучи, содержащие важную информацию о Солнце (например, о его составе). И сделать это помог именно спектрограф, ставший полезной нагрузкой в миссии SNIFS — с его помощью ученые наконец узнают больше о природе хромосферы, много лет остававшейся предметом споров.

Понимать процессы, происходящие в хромосфере, критически важно для дальнейшего прогнозирования солнечных вспышек и других явлений космической погоды. Как отмечает аспирантка Университета Колорадо Вики Херде, посвятившая разработке проекта SNIFS четыре года жизни, «если мы хотим защитить Землю от последствий космической погоды, нам нужно уметь ее моделировать». 

Технические подробности миссии SNIFS

Проект SNIFS успешно реализован под руководством Центра космических полетов имени Годдарда (NASA), Университета Колорадо и Королевского университета в Белфасте. Эта суборбитальная миссия подразумевала многолетнюю подготовку приборов ради короткого, но чрезвычайно насыщенного данными полета длительностью менее 15 минут. 

Все действительно происходило очень быстро. Вначале ракета-зонд Black Brant IX вывела SNIFS в космос — всего за 90 секунд. Затем она же развернула полезную нагрузку к Солнцу для проведения эксперимента, который продлился около 7-8 минут. И еще от трех до пяти минут заняло возвращение ракеты на Землю. Полигон Уайт-Сэндс выбрали для приземления зондирующей ракеты неслучайно: это обширное малонаселенное пространство идеально подходило для безопасной посадки. 

Миссия SNIFS в качестве полезной нагрузки получила первый в истории интегральный полевой спектрограф солнечного ультрафиолета, объединенный с устройством для формирования изображения. Подобное сочетание оборудования позволяет наблюдать комбинированный свет в широком поле зрения, одновременно делая фотоснимки и записывая видео. Такой спектрограф, как в SNIFS, разделяет свет на волны различной длины (их еще называют спектральными линиями), идентифицирует их компоненты, определяя их температуру и направление движения. В числе этих спектральных линий — линия водорода, самая яркая в ультрафиолетовом спектре Солнца, а также две спектральные линии элементов кремния и кислорода. Собранные о них данные помогут ученым лучше понять, как хромосфера взаимодействует с верхними слоями атмосферы, и отслеживать то, как сквозь нее проходит солнечное вещество и энергия.

Просто посмотрите, как выглядит конструкция SNIFS: в двух левых секциях находится телескоп и сам спектрограф, а справа располагаются элементы телеметрии и вспомогательное оборудование.

Как можно использовать результаты миссии SNIFS

SNIFS позволит значительно продвинуться в изучении активности Солнца, анализируя потоки энергии в его хромосфере. А это, в свою очередь, поможет более точно прогнозировать космическую погоду — например, предсказывать солнечные бури, угрожающие стабильной работе многочисленных спутников, систем навигации и глобальных электросетей. Кроме того, миссия нацелена на разгадку одной из величайших загадок нашей звезды — тайны коронального нагрева. С ее помощью ученые смогут точно определить, каким образом колоссальная энергия переносится из хромосферы в раскаленную корону. Вдобавок к этому созданные в ходе миссии детализированные трехмерные карты способствуют обновлению и уточнению существующих моделей Солнца, полученных ранее. А это даст исследователям уникальную возможность проверить свои теории о поведении плазмы и усовершенствовать моделирование солнечных извержений в условиях экстремального магнитного поля.

SNIFS действительно уникальная — это первая в мире интегральная спектрографическая миссия в ультрафиолете, которая помогла лучше изучить переход энергии от хромосферы к короне. В то же время это не единственный проект по наблюдению за Солнцем. Ранее зонд NASA Parker Solar Probe вплотную приблизился к короне, исследовал ее нижнюю часть и магнитное поле Солнца. Еще один зонд Solar Orbiter, запущенный совместно NASA и ЕSА, в течение последних нескольких лет наблюдает за полярными областями Солнца. А Solar Dynamics Observatory непрерывно снимает нашу звезду во множестве УФ-диапазонов. Кроме того, в ближайшее время эти миссии дополнит европейская Proba-3, которая создаст искусственное затмение для детального изучения внутренней короны, и китайская Solar Polar Orbit Observatory — она впервые сделает подробный обзор полярных регионов Солнца. Интересно, какие секреты оно еще хранит?