Naša zvijezda, Sunce, nepresušan je izvor energije i života, no istovremeno i najmoćniji akcelerator čestica u našem sustavu. U složenim procesima koji se odvijaju duboko u njegovoj atmosferi, Sunce neprestano izbacuje goleme količine energetskih čestica u svemir. Među njima se posebno ističu takozvani solarni energetski elektroni (SEE), subatomske čestice ubrzane do brzina bliskih brzini svjetlosti. Dugo se smatralo da su ti elektroni jedinstven fenomen, no revolucionarna otkrića misije Solar Orbiter, koju predvodi Europska svemirska agencija (ESA) u suradnji s NASA-om, otkrila su da je istina znatno složenija. Znanstvenici su uspjeli razdvojiti ovaj tok čestica u dvije fundamentalno različite skupine, uspješno prateći svaku do njenog specifičnog izvora na Suncu.

Ovo otkriće ne samo da produbljuje naše razumijevanje fundamentalne fizike Sunca, već ima i izravne i ključne implikacije za predviđanje svemirskog vremena – fenomena koji može imati razorne posljedice na našu tehnološku civilizaciju, od satelita u orbiti do električnih mreža na Zemlji. Preciznim mapiranjem porijekla ovih superbrzih elektrona, otvaramo novo poglavlje u zaštiti naše infrastrukture i budućih svemirskih misija.

Razotkrivanje Sunčevih tajni izbliza

Ključ za ovo epohalno otkriće leži u jedinstvenim sposobnostima letjelice Solar Orbiter. Za razliku od prethodnih misija koje su Sunce promatrale s veće udaljenosti, Solar Orbiterova eliptična putanja dovodi ga nevjerojatno blizu našoj zvijezdi, na trenutke unutar orbite Merkura. Upravo ta blizina omogućuje znanstvenicima da analiziraju čestice u njihovom "netaknutom" stanju, prije nego što njihove putanje i energiju značajno izmijeni dug put kroz međuplanetarni prostor. Promatranje događaja s takve blizine omogućilo je timu da s izvanrednom preciznošću odredi točno vrijeme i lokaciju njihovog nastanka na Suncu.

Alexander Warmuth s Leibniz instituta za astrofiziku u Potsdamu (AIP), vodeći autor studije, ističe važnost ovog pristupa: "Uspjeli smo identificirati i razumjeti ove dvije skupine promatrajući stotine događaja na različitim udaljenostima od Sunca s više instrumenata – nešto što samo Solar Orbiter može učiniti. Blizina Suncu omogućila nam je da izmjerimo čestice u njihovom ranom, izvornom stanju i tako precizno lociramo njihov izvor."

Dvije vrste solarnih elektronskih oluja

Analizom podataka prikupljenih tijekom više od 300 pojedinačnih događaja između studenog 2020. i prosinca 2022. godine, znanstvenici su uočili jasnu podjelu. S jedne strane su "impulzivni" događaji, a s druge "postupni".

Impulzivni događaji povezani su sa solarnim bakljama. Solarne baklje su iznenadne i intenzivne eksplozije na Sunčevoj površini, koje oslobađaju ogromnu količinu energije u obliku zračenja. Elektroni koji potječu iz ovih događaja izlijeću sa Sunca u brzim, kratkotrajnim rafalima. Možemo ih zamisliti kao oštre, koncentrirane hice energetskih čestica.

Nasuprot tome, postupni događaji vezani su uz mnogo veće i dugotrajnije fenomene poznate kao koronalna izbacivanja mase (CME). CME su gigantski oblaci plazme i magnetskog polja koji se odvajaju od Sunčeve atmosfere, korone, i putuju svemirom. Elektroni povezani s CME-ovima oslobađaju se tijekom dužeg vremenskog perioda, stvarajući širi i dugotrajniji val čestica koje zapljuskuju Sunčev sustav. Iako su znanstvenici i ranije bili svjesni postojanja ove dvije vrste događaja, Solar Orbiter je po prvi put pružio nepobitne dokaze koji ih izravno povezuju s njihovim različitim izvorima na Suncu.

Sinergija instrumenata: Ključ uspjeha

Ovo istraživanje predstavlja najopsežniju studiju solarnih energetskih elektrona do danas, a njegov uspjeh leži u koordiniranom korištenju čak osam od deset znanstvenih instrumenata na Solar Orbiteru. Misija je dizajnirana tako da istovremeno provodi dvije vrste mjerenja: daljinsko promatranje i mjerenja in situ.

Instrumenti za daljinsko promatranje, poput EUI (Extreme Ultraviolet Imager) i STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays), neprestano motre Sunčevu površinu i atmosferu, snimajući detalje solarnih baklji u ekstremnom ultraljubičastom i rendgenskom spektru. Istovremeno, koronagraf Metis blokira zasljepljujuću svjetlost Sunčevog diska kako bi snimio vanjsku, rjeđu koronu, omogućujući izravno promatranje veličanstvenih koronalnih izbacivanja mase.

Dok ti instrumenti "gledaju" Sunce, detektor energetskih čestica (EPD) vrši in situ mjerenja, što znači da letjelica doslovno prolazi kroz oblake elektrona koje promatra. EPD analizira njihov sastav, energiju i smjer kretanja. Frederic Schuller, koautor studije iz AIP-a, naglašava: "Po prvi put smo jasno vidjeli ovu vezu između energetskih elektrona u svemiru i događaja na Suncu koji su njihov izvor. Mjerili smo čestice in situ dok su istovremeno drugi instrumenti promatrali što se događa na Suncu, prikupljajući i podatke o svemirskom okruženju između Sunca i letjelice."

Rješavanje zagonetke vremenskog kašnjenja

Jedna od dugogodišnjih misterija u solarnoj fizici bilo je prividno kašnjenje između trenutka kada astronomi opaze solarnu baklju ili CME i trenutka kada energetski elektroni stignu do detektora u svemiru. U nekim ekstremnim slučajevima, činilo se da česticama trebaju sati da "pobjegnu" sa Sunca. Postavljalo se pitanje: zašto?

Podaci sa Solar Orbitera sada nude odgovor. Laura Rodríguez-García, znanstvena suradnica ESA-e, objašnjava: "Ispostavilo se da je to kašnjenje barem djelomično povezano s načinom na koji elektroni putuju kroz svemir. Može postojati odgoda u samom oslobađanju, ali i odgoda u detekciji." Naime, prostor između Sunca i planeta nije prazan. Ispunjen je solarnim vjetrom, neprekidnim mlazom nabijenih čestica koji struji sa Sunca, noseći sa sobom i Sunčevo magnetsko polje. Elektroni na svom putu nailaze na turbulencije unutar solarnog vjetra, raspršuju se u različitim smjerovima i ne putuju pravocrtno. Njihova putanja je kaotična i znatno duža od izravne linije. Što je promatrač dalje od Sunca, ti se efekti nakupljaju i kašnjenje u detekciji postaje veće.

Važnost za svemirsku prognozu i sigurnost na Zemlji

Ovo fundamentalno znanstveno otkriće ima golem praktični značaj. Razumijevanje i predviđanje svemirskog vremena ključno je za sigurnost naše tehnologije. Razlikovanje dviju vrsta SEE događaja presudno je za točnu prognozu. Događaji povezani s koronalnim izbacivanjima mase (CME) predstavljaju znatno veću prijetnju. Oni nose veći broj visokoenergetskih čestica i mogu uzrokovati ozbiljnu štetu satelitima, ugroziti zdravlje astronauta izlažući ih opasnim razinama radijacije, te na Zemlji izazvati geomagnetske oluje koje mogu srušiti električne mreže i sustave komunikacije.

Daniel Müller, projektni znanstvenik ESA-e za Solar Orbiter, ističe: "Znanje poput ovog sa Solar Orbitera pomoći će u zaštiti drugih svemirskih letjelica u budućnosti, omogućujući nam da bolje razumijemo energetske čestice sa Sunca koje prijete našim astronautima i satelitima." Sposobnost da se na temelju prvih detektiranih čestica brzo utvrdi potječu li one iz relativno bezopasnije baklje ili iz potencijalno katastrofalnog CME-a, mogla bi pružiti dragocjeno vrijeme za poduzimanje zaštitnih mjera.

Budućnost promatranja Sunca: Misije Vigil i Smile

Spoznaje sa Solar Orbitera tek su početak nove ere u razumijevanju Sunca. ESA već planira buduće misije koje će se nadovezati na ova otkrića. Misija Vigil, čije je lansiranje planirano za 2031. godinu, primijenit će revolucionarni pristup. Bit će postavljena na lokaciju s koje će po prvi put u povijesti moći operativno promatrati "stranu" Sunca. To će joj omogućiti da detektira potencijalno opasne solarne događaje, poput aktivnih regija sklonih CME-ovima, danima prije nego što se rotacijom Sunca okrenu prema Zemlji, dajući nam neprocjenjivo rano upozorenje.

Naše razumijevanje odgovora Zemlje na solarne oluje dodatno će se istražiti lansiranjem misije ESA-e Smile, planiranim za 2026. godinu. Smile će proučavati kako Zemlja podnosi neprestani solarni vjetar i povremene udare snažnih čestica, istražujući interakciju tih čestica s našim zaštitnim magnetskim poljem. Zajedno, ove misije stvorit će sveobuhvatan sustav za nadzor i zaštitu od hirova naše zvijezde.