დეტალური განხილვა

მზის შესწავლის მნიშვნელობა კოსმოსური დაკვირვებების გზით

1950-იანი წლებიდან მოყოლებული, კოსმოსური დაკვირვებები მზის შესწავლის პროცესში შეუცვლელი ინსტრუმენტი გახდა. მაშინ, როდესაც ჩვენი ცივილიზაცია სულ უფრო მეტად ეყრდნობა კოსმოსურ ტექნოლოგიებს, მზის კვლევების განვითარება მხოლოდ აჩქარდა.

სწრაფი პროგრესი განსაკუთრებით თვალშისაცემი გახდა 1990-იანი წლებიდან, როცა მზის ობსერვატორიების რაოდენობამ და მათი ინსტრუმენტების სიზუსტემ მნიშვნელოვნად იმატა. ამან შესაძლებლობა მისცა მეცნიერებს, მზის ატმოსფეროში მიმდინარე პროცესები დეტალურად შეესწავლათ, მათ შორის ისეთი მოვლენები, რომლებიც ადრე დაფიქსირებაც კი შეუძლებელი იყო.

დღესდღეობით, თანამედროვე ობსერვატორიები, როგორიცაა Solar Dynamics Observatory (SDO), საშუალებას გვაძლევს უწყვეტად დავაკვირდეთ მზის აქტივობას და კოსმოსურ ამინდს. კოსმოსური ობსერვატორიები მრავალ ტალღის სიგრძეზე მუშაობს, რაც მკვლევარებს საშუალებას აძლევს ღრმად ჩაწვდნენ მზის ატმოსფეროს ფენების საიდუმლოებებს, დაწყებული მცირე ტრანზიენტული მოვლენებიდან, დამთავრებული მასშტაბური ამოფრქვევებით.

Solar Dynamics Observatory (SDO)-ს მსგავსი მისიები გვახსენებენ, რამდენად მნიშვნელოვანია მზის შესწავლა არა მხოლოდ სამეცნიერო კუთხით, არამედ ჩვენი ყოველდღიური ცხოვრებისთვისაც – კოსმოსური ამინდი ხომ პირდაპირ გავლენას ახდენს სატელიტურ კავშირზე, ელექტროგადამცემი ხაზებზე და ზოგადად ტექნოლოგიურ ინფრასტრუქტურაზე. 

SDO: ისტორია, ორბიტა და უნიკალური შესაძლებლობები

წარმოშობა და მისიის მიზანი

SDO პირველი კოსმოსური სადამკვირვებლო პროექტია, რომელიც ხორციელდება ვარსკვლავთან ცხოვრების პროგრამის (Living with a star – LWS) ფარგლებში აშშ-ს აერონავტიკის და კოსმოსური სივრცის კვლევის ეროვნული სამმართველოს (National Aeronautics and Space Administration – NASA) მიერ. LWS პროგრამა შეიქმნა მზის ცვალებადობის მიზეზების შესასწავლად და ამ ცვალებადობის დედამიწაზე გავლენის შესაფასებლად.

გაშვების დეტალები:

• გაშვების თარიღი: 2010 წლის 11 თებერვალი
• რაკეტა: Atlas V
• ლოკაცია: კენედის კოსმოსური ცენტრი, ფლორიდა, აშშ
• წონა: 3100 კგ საწვავით
• ზომები: 4.5 x 2 x 2 მ

ორბიტის ხასიათი

SDO განთავსებულია  დახრილ გეოსინქრონულ ორბიტაზე, რაც გულისხმობს დედამიწასთან დაკავშირებული თანამგზავრების განსაკუთრებულ მახასიათებლებს.

• ორბიტული პერიოდი: გეოსინქრონულ ორბიტაზე მოძრავი თანამგზავრის პერიოდი ემთხვევა დედამიწის საკუთარი ღერძის გარშემო ბრუნვის პერიოდს (~24 საათი).
• კავშირის უპირატესობა: ამ ტიპის ორბიტა უზრუნველყოფს თითქმის უწყვეტ, მაღალი სიჩქარის კავშირს მხოლოდ ერთ სახმელეთო სადგურთან.
• ტრაექტორია: SDO დედამიწის ერთი და იმავე რეგიონის თავზე გაწერილი რვიანის ფორმის ტრაექტორიას დღეში ერთხელ ასრულებს.
• მონაცემთა გადაცემა: ობსერვატორია აგზავნის მონაცემებს თითქმის უწყვეტ რეჟიმში ნიუ მექსიკოში (აშშ) განთავსებულ სახმელეთო სადგურზე.

გეოსინქრონული ორბიტა SDO-ს საშუალებას აძლევს: 

• მიიღოს და გაუგზავნოს უზარმაზარი მოცულობის მონაცემები მაღალი სიზუსტით და სისწრაფით;
• უზრუნველყოს დაკვირვებების უწყვეტობა, რაც მზის აქტივობის შესწავლაში გადამწყვეტი ფაქტორია;
• ეფექტურად იმუშაოს მხოლოდ ერთი სადგურის მეშვეობით, რაც ამცირებს ხარჯებს და ტექნიკურ სირთულეებს.

დაბნელებები და სამუშაო პროცესის გამოწვევები

ინსტრუმენტების მუშაობის მოცდენის ან შეწყვეტის ძირითადი მიზეზებია დაბნელებები (Pesnell et al. 2012). დედამიწის ჩრდილით დაბნელება ხდება წელიწადში ორჯერ 2-3 კვირის განმავლობაში. აღნიშნული ორბიტისთვის ასევე დამახასაიათებელია წელიწადში სამჯერ მთვარით დაბნელება. დაკვირვების პროცესის შეფერხება შესაძლოა გამოწვეული იყოს სხვადასხვა დაგეგმილი ოპერაციებითაც (მაგ. თანამგზავრის დაგეგმილი მანერვები, ინსტრუმენტის კალიბრაცია და სხვ.). SDO-ს მისიამ სერიოზული ტექნიკური პრობლემები დღემდე წარმატებით აირიდა.

SDO: სამეცნიერო მიზნები და კოსმოსური ამინდის პროგნოზირების პოტენციალი

SDO ადამიანი/მზის კავშირის შესწავლაში ერთ–ერთი ყველაზე ამბიციური და მრავალმხრივი პროექტია. ობსერვატორია განკუთვნილია მზის ატმოსფეროს დინამიკის დეტალურად შესასწავლად – მაღალ სივრცულ და დროით მასშტაბებში, მრავალ ტალღის სიგრძეზე. მისია არა მხოლოდ მზის სხვადასხვა მოვლენების ბუნების კვლევას მოიცავს, არამედ მათი პროგნოზირების შესაძლებლობებსაც გვიხსნის.

SDO-ს მთავარი სამეცნიერო კითხვები:

1. რა მექანიზმი ამოქმედებს მზის აქტივობის კვაზი-პერიოდულ 11 წლიან ციკლს;
2. როგორ არის აქტიური არეების მაგნიტური ნაკადი სინთეზირებული, კონცენტრირებული და გაბნეული მზის ზედაპირზე; 
3. როგორ ახდენს მცირე მასშტაბის მაგნიტური გადაერთებები მსხვილმასშტაბოვანი ველის ტოპოლოგიის და დენური სისტემის რეორგანიზაციას, რამდენად მნიშვნელოვანია ეს პროცესი კორონის გაცხელებისა და მზის ქარის აჩქარებისათვის; 
4. სად წარმოიქმნება მზის EUV სპექტრულ გამოსხივებაში დაკვირვებული ცვალებადობები და როგორაა ეს დაკავშირებული მზის მაგნიტური აქტივობის ციკლთან; 
5. მაგნიტური ველის როგორი კონფიგურაციები იწვევს CME-ებს, წყალბადის ბოჭკოების ამოფრქვევას და მზის ანთებებს, რომლებიც წარმოქმნიან ენერგეტიკულ ნაწილაკებსა და რადიაციას; 
6. შესაძლებელია თუ არა მზის ზედაპირთან ახლოს არსებული მაგნიტური ველის კონფიგურაციებისა და ატმოსფერული სტრუქტურების შესწავლით განვსაზვროთ დედამიწასთან ახლოს არსებული მზის ქარის დინამიკა და სტუქტურა; 
7. შესაძლებელია თუ არა კოსმოსური ამინდისა და კლიმატის ზუსტი და საიმედო პროგნოზირება.

რატომ არის ეს მისია მნიშვნელოვანი?

ეს მისია კოსმოსური მეცნიერების ისტორიაში ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენაა. SDO არა მხოლოდ მზის კვლევისთვის ახალ შესაძლებლობებს ხსნის, არამედ წარმოადგენს კაცობრიობის ინჟინერულ შესაძლებლობათა უნიკალურ მაგალითს. 

SDO არის უნიკალური ხელსაწყო, რომელიც აერთიანებს ფიზიკის, ასტრონომიისა და ტექნოლოგიური ინჟინერიის მიღწევებს. მისი კვლევები არა მხოლოდ ახალი ცოდნის წყაროა, არამედ პრაქტიკული სარგებელიც მოაქვს. მზის აქტივობის ცვალებადობა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს როგორც დედამიწის ეკოსისტემებზე, ისე თანამედროვე ტექნოლოგიურ სისტემებზე – სატელიტებიდან ენერგოსისტემებამდე. SDO საშუალებას გვაძლევს უკეთ გავიგოთ ეს გავლენები და, რაც მთავარია, შევიმუშაოთ მათი მართვის გზები.

SDO-ს ინსტრუმენტები: მზის შესწავლის სამეცნიერო ტექნოლოგიები

SDO წარმოადგენს სამი ინსტრუმენტის ერთობლიობას: 

1. SDO/AIA (Atmospheric Imaging Assembly / ატმოსფერული გამონასახების მიმღები ნაკრები):
2. SDO/HMI (Helioseismic and Magnetic Imager / ჰელიოსეისმური და მაგნიტური გამონასახების მიმღები):
3. SDO/EVE (Extreme Ultraviolet Variability Experiment / უკიდურესი ულტრაიისფერი ცვალებადობის ექსპერიმენტი):

თითოეული ინსტრუმენტი ერთდროულად ახორციელებს სხვადასხვა სახის გაზომვებსა და დაკვირვებებს მზის ფოტოსფეროში, ქრომოსფეროსა და კორონაში.

SDO-ს ინსტრუმენტების ტექნიკური მახასიათებლები

SDO/AIA-ს (Lemen et al., 2012; Boerner et al., 2012) მთავარი მიზანია SDO-ს სხვა ინსტრუმენტებთან და სხვა ობსერვატორიებთან ერთად შეისწავლოს მზის ატმოსფეროში არსებული აქტივობები და ამ აქტივობების წარმმართავი ფიზიკური მექანიზმები.

• მთავარი მახასიათებლები:
  • გვაწვდის მზის მთლიანი დოსკოს გამოსახულებებს.
  • ფარავს მზის ფოტოსფეროს, ქრომოსფეროსა და კორონას, დაკვირვების არეალით, რომელიც აღწევს ფოტოსფეროდან 0.5 მზის რადიუსამდე სიმაღლეზე. 
  • შედგება ოთხი ტელესკოპისგან, რომლებიც იღებენ გამოსახულებებს 1.5′′ სივრცული რეზოლუციით ყოველ 12/1 წამში.
  • მუშაობს 10 სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე, რაც მოიცავს 7 EUV ფილტრს (Fe XVIII (94 Å), Fe VIII, XXI (131 Å), Fe IX (171 Å), Fe XII, XXIV (193 Å), Fe XIV (211 Å), He II (304 Å), Fe XVI (335 Å)), C IV ხაზს (1600 Å), ახლო კონტინიუმს (1700 Å) და თეთრ სინათლეს (4500 Å).

SDO/HMI (Scherrer et al. 2012) შექმნილია ფოტოსფეროში არსებული რხევებისა და მაგნიტური ველის შესასწავლად. 

მთავარი მახასიათებლები:

• • აკვირდება მთლიან მზის დისკოს და გვაწვდის 1′′ რეზოლუციის გამოსახულებებს.
  • ქმნის დოპლეროგრამებს (მზის ფოტოსფეროში არსებულ სიჩქარეების რუკებს), კონტინიუმს (ფოტოსფეროს უწყვეტი სპექტრის გამონასახებს შთანთქმის ხაზ Fe I 6173 Å-ში) და მაგნიტოგრამებს (ფოტოსფეროს მაგნიტური ველის რუკებს).

SDO/EVE (Woods et al. 2012) შეისწავლის მზის უკიდურესი ულტრაიისფერი გამოსხივების ცვალებადობას მაღალი დროითი და სპექტრული გარჩევადობით.

მთავარი მახასიათებლები:

• • აკონტროლებს მზის EUV გამოსხივებას, რომელიც უკავშირდება მზის აქტივობების ციკლებს.
  • გვაწვდის სპექტრულ და ფოტომეტრულ პროდუქტებს.

დაკვირვებითი მონაცემების მიღების და დამუშავების ინსტრუმენტები

SDO აწარმოებს უზარმაზარ მონაცემთა ნაკრებს, რომლებიც საჭიროებენ დახვეწილ იდენტიფიკაციისა და დამუშავების საშუალებებს. ამ პროცესის ეფექტურობისთვის შეიქმნა ჰელიოფიზიკური მოვლენების ცოდნის ბაზა (Heliophysics Event Knowledgebase – HEK), რომელიც უზრუნველყოფს მონაცემთა მართვის თანამედროვე მიდგომებს.

HEK-ის მთავარი მახასიათებლები

HEK წარმოადგენს მონაცემთა ავტომატური მოძიებისა და დამუშავების პლატფორმას, რომელიც ორი ძირითადი კომპონენტისგან შედგება:

1..ჰელიოფიზიკური მოვლენების რეესტრი (Heliophysics Event Registry – HER):

• • HER მოიცავს მზის მოვლენების ავტომატურად ან ვიზუალურად იდენტიფიცირებულ წარმონაქმნებსა და მახასიათებლებს.
  • ეს არის სრულყოფილი სია, რომელიც საშუალებას აძლევს მკვლევრებს სწრაფად იპოვონ კონკრეტული მოვლენები მზის აქტივობებიდან.

2. ჰელიოფიზიკური დაფარვის რეესტრი (Heliophysics Coverage Registry – HCR):

• • HCR უზრუნველყოფს სხვადასხვა ინსტრუმენტებით ჩატარებული დაკვირვებების მოძიებას.
  • მისი მეშვეობით შესაძლებელია დეტალური ინფორმაციის მიღება კონკრეტული მოვლენის შესახებ, როგორიცაა „სად“, „როდის“ და „როგორ“ განხორციელდა დაკვირვება.
  • HCR ასევე მიუთითებს, რომელი მონაცემებია ხელმისაწვდომი კონკრეტულ მოვლენასთან დაკავშირებით.

მონაცემების ხელმისაწვდომობა

HEK უზრუნველყოფს SDO-ს მონაცემთა სწრაფ წვდომას და თითქმის რეალურ დროში იძლევა საშუალებას მონაცემების დამუშავებისთვის.

რატომ არის ეს ინსტრუმენტი მნიშვნელოვანი?

HEK მნიშვნელოვნად ამარტივებს SDO-ს მონაცემებთან მუშაობას, რაც:

• აუმჯობესებს მოვლენათა შესწავლის სისწრაფესა და სიზუსტეს;
• ხელს უწყობს მზის აქტივობების პროგნოზირების განვითარებას;
• ამდიდრებს მეცნიერებს საჭირო რესურსებით დაკვირვებითი კვლევებისთვის.

HEK არის მძლავრი პლატფორმა, რომელიც მზის კვლევის განვითარებას მაღალ დონეზე აყენებს, რაც ხელს უწყობს ჰელიოფიზიკის უკეთ გაგებას და კოსმოსური ამინდის პროგნოზირების სრულყოფას. 

მზე 4K-ში – SDO-ს გამონასახების ულამაზესი ვიდეოები:

წყარო: NASA/SDO