23 вересня ракета Falcon 9 має вивести на орбіту космічний апарат Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). Його завдання – дослідити та створити карту геліосфери – невидимого космічного щита, що оточує Сонячну систему, а також розкрити механізми прискорення частинок у сонячному вітрі.
IMAP – апарат масою близько однієї тонни, обладнаний десятьма високоточними науковими інструментами. Його розробка стала результатом міжнародної співпраці: до створення залучені 92 організації у 35 штатах США, а також наукові та технічні партнери з Великої Британії, Польщі, Швейцарії, Німеччини та Японії. Керівництво проєктом здійснює астрофізик Принстонського університету Девід МакКомас.
Попередня місія, яку він очолював, – апарат IBEX , мала значно менші розміри (приблизно з автомобільне колесо), тоді як IMAP сягає трьох метрів у діаметрі й понад метра у висоту.
Завдання місії
Окрім створення детальної карти геліосфери, апарат виконуватиме моніторинг Сонця з метою прогнозування небезпечних сонячних штормів. Такі спостереження дозволять своєчасно вживати заходів захисту супутників, комунікаційних систем, а також астронавтів під час космічних польотів.
Протягом перших трьох місяців після запуску IMAP рухатиметься до точки Лагранжа L1 – ділянки простору, де гравітаційні сили Землі й Сонця врівноважуються. Перебуваючи приблизно за 1,5 млн км від Землі у напрямку Сонця, апарат матиме безперешкодний огляд сонячного вітру.
Обертання IMAP навколо власної осі кожні 15 секунд дозволить його інструментам отримувати дані з усіх напрямків. У випадку виявлення викидів плазми, посилення магнітних полів чи прискорених частинок від корональних викидів маси (CME) система I-ALiRT передаватиме ключову інформацію на Землю приблизно за пів години до прибуття збурення. Цей час є критичним для переходу супутників у захисний режим і попередження астронавтів.
Геліосфера як космічний щит
Геліосферу часто називають космічним щитом, адже вона блокує близько 90% жорсткого міжзоряного випромінювання. Попри її ключову роль, форма та структура геліосфери досі не визначені однозначно. За останні десятиліття завдяки апаратам Ulysses, IBEX, Parker Solar Probe та Voyager вдалося зібрати дані, які свідчать, що її передня межа значно ближча до Сонця, ніж задня. Ймовірно, геліосфера має витягнуту форму, подібну до комети.
IMAP має надати детальну карту цієї структури, зокрема області фронтальної межі, де Сонячна система «прорізає» міжзоряний простір.
Прискорення частинок
Одним із головних завдань місії є вивчення процесів прискорення частинок. Звичайні частинки сонячного вітру мають енергію в тисячі електрон-вольт, проте під час прискорення цей показник може зростати до мільйонів і навіть мільярдів електрон-вольт. Такі частинки становлять небезпеку для техніки та живих організмів, адже здатні проникати на значну глибину й викликати руйнівні ефекти.
Подібні процеси відбуваються в усьому Всесвіті – від ударних хвиль CME і кордонів геліосфери до вибухів наднових та акреційних дисків чорних дір. Дослідження таких явищ допоможе зрозуміти їх роль у формуванні матерії, а також у можливому зародженні життя на Землі.
Як відбуватиметься картографування
IMAP залишатиметься на орбіті в точці L1, проте дослідження здійснюватимуть за допомогою частинок. Досягнувши краю Сонячної системи, заряджені частинки можуть переходити у нейтральний стан через процес обміну зарядом, після чого вільно рухаються крізь магнітні поля. Частина з них повертається у внутрішню частину Сонячної системи, де потрапляє у прилади IMAP. За напрямком та швидкістю цих атомів можна відтворити структуру геліосфери.
Окрім цього, апарат виявлятиме міжзоряний пил, що проникає крізь геліопаузу. Його склад дозволить визначити хімічні характеристики далеких зірок і матеріалу міжзоряного середовища.
Очікувані результати
IMAP стане інструментом, здатним показати повний цикл руху частинок – від їхнього зародження на Сонці до взаємодії з краями геліосфери й повернення у вигляді нейтральних атомів. Місія відкриє нові можливості для науки відкриттів, оскільки рівень чутливості апаратури значно перевищує попередні показники. Це означає не лише підтвердження існуючих теорій, але й імовірність несподіваних відкриттів у фізиці космосу.
