Η δραστηριότητα του Ήλιου, γνωστή ως «διαστημικός καιρός», έχει σημαντική επίδραση στη Γη και στους άλλους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος. Οι περιοδικές εκρήξεις, επίσης γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις, απελευθερώνουν σημαντικές ποσότητες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν τα πάντα, από δορυφόρους και αεροπορικά ταξίδια έως ηλεκτρικά δίκτυα. Για αυτόν τον λόγο, οι αστροφυσικοί προσπαθούν να ρίξουν μια καλύτερη ματιά στον Ήλιο, ώστε να μπορούν να προβλέψουν τις καιρικές συνθήκες του.
Αυτός είναι ο σκοπός πίσω από το ηλιακό τηλεσκόπιο Daniel K. Inouye (DKIST) 4 μέτρων (13 πόδια) του NSF - παλαιότερα γνωστό ως ηλιακό τηλεσκόπιο προηγμένης τεχνολογίας - το οποίο βρίσκεται στο Παρατηρητήριο Haleakala στο νησί Maui της Χαβάης. Πρόσφατα, αυτή η εγκατάσταση κυκλοφόρησε τις πρώτες εικόνες της επιφάνειας του Ήλιου, οι οποίες αποκαλύπτουν ένα πρωτοφανές επίπεδο λεπτομέρειας και προσφέρουν μια προεπισκόπηση του τι θα αποκαλύψει αυτό το τηλεσκόπιο τα επόμενα χρόνια.
Αυτές οι εικόνες παρέχουν μια κοντινή εικόνα της επιφάνειας του Ήλιου που δείχνει το ταραχώδες πλάσμα τοποθετημένο σε ένα μοτίβο κυτταρικών δομών. Αυτά τα κύτταρα αποτελούν ένδειξη βίαιων κινήσεων που μεταφέρουν ζεστό ηλιακό πλάσμα από το εσωτερικό του Ήλιου στην επιφάνεια. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως μεταφορά, βλέπει αυτό το φωτεινό πλάσμα να ανεβαίνει στην επιφάνεια σε κύτταρα, όπου στη συνέχεια ψύχεται και βυθίζεται κάτω από την επιφάνεια σε σκοτεινές λωρίδες.
Λαμβάνοντας αυτού του είδους τις ακριβείς και σαφείς εικόνες του Ήλιου, οι αστρονόμοι ελπίζουν να είναι σε θέση να βελτιώσουν την κατανόησή τους σχετικά με αυτήν τη διαδικασία, ώστε να μπορούν να προβλέψουν ξαφνικές αλλαγές στον διαστημικό καιρό. Όπως εξήγησε η France Córdova, διευθυντής του NSF:
«Από τότε που η NSF άρχισε να εργάζεται σε αυτό το επίγειο τηλεσκόπιο, περιμένουμε με ανυπομονησία τις πρώτες εικόνες. Τώρα μπορούμε να μοιραστούμε αυτές τις εικόνες και τα βίντεο, τα οποία είναι τα πιο λεπτομερή μέχρι σήμερα. Το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye της NSF θα μπορεί να χαρτογραφήσει τα μαγνητικά πεδία μέσα στην κορώνα του ήλιου, όπου συμβαίνουν ηλιακές εκρήξεις που μπορούν να επηρεάσουν τη ζωή στη Γη. Αυτό το τηλεσκόπιο θα βελτιώσει την κατανόησή μας για το τι οδηγεί στον καιρό του διαστήματος και τελικά θα βοηθήσει τους προγνώστες να προβλέψουν καλύτερα τις ηλιακές καταιγίδες. "
Για να το πούμε απλά, ο Ήλιος είναι ένα αστέρι κύριας ακολουθίας τύπου G (κίτρινος νάνος) που υπάρχει για περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό το βάζει περίπου στα μισά του κύκλου ζωής του, ο οποίος θα διαρκέσει για περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η διαδικασία αυτοσυντηρούμενης πυρηνικής σύντηξης που τροφοδοτεί τον Ήλιο (και παρέχει όλο το φως, τη θερμότητα και την ενέργεια μας) καταναλώνει περίπου 5 εκατομμύρια τόνους καυσίμου υδρογόνου κάθε δευτερόλεπτο.
Όλη η ενέργεια που δημιουργείται από αυτήν τη διαδικασία ακτινοβολεί στο διάστημα προς όλες τις κατευθύνσεις και φτάνει στην άκρη του Ηλιακού Συστήματος. Από τη δεκαετία του 1950, οι επιστήμονες έχουν καταλάβει ότι η Γη βρίσκεται στην ατμόσφαιρα του Ήλιου και ότι οι αλλαγές στον καιρό της έχουν βαθύ αντίκτυπο στη Γη. Ακόμα και τώρα, δεκαετίες αργότερα, υπάρχουν πολλά για τις πιο ζωτικές διαδικασίες του Ήλιου που παραμένουν άγνωστες.
Ο Matt Mountain είναι ο πρόεδρος της Ένωσης Πανεπιστημίων Έρευνας στην Αστρονομία, η οποία διαχειρίζεται το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Inouye. Όπως εξήγησε τον στόχο της ηλιακής αστρονομίας:
«Στη Γη, μπορούμε να προβλέψουμε εάν πρόκειται να βρέξει σχεδόν οπουδήποτε στον κόσμο με μεγάλη ακρίβεια και ο διαστημικός καιρός δεν είναι ακόμα εκεί. Οι προβλέψεις μας υστερούν σε σχέση με τον επίγειο καιρό κατά 50 χρόνια, αν όχι περισσότερο. Αυτό που χρειαζόμαστε είναι να κατανοήσουμε την υποκείμενη φυσική πίσω από τον καιρό του διαστήματος, και αυτό ξεκινά από τον ήλιο, κάτι που θα μελετήσει το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye τις επόμενες δεκαετίες. "
Οι αστρονόμοι έχουν διαπιστώσει ότι η κίνηση του πλάσματος του Ήλιου σχετίζεται με ηλιακές καταιγίδες λόγω του τρόπου που προκαλούν τις γραμμές μαγνητικού πεδίου του Ήλιου να γίνουν στριμμένες και μπερδεμένες. Η μέτρηση και ο χαρακτηρισμός του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου είναι ζωτικής σημασίας για τον προσδιορισμό των αιτίων της δυνητικά επιβλαβούς ηλιακής δραστηριότητας - κάτι για το οποίο το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Inouye είναι μοναδικά κατάλληλο.
Σύμφωνα με τον Thomas Rimmele, διευθυντή του ηλιακού τηλεσκοπίου Inouye, όλα καταλήγουν στο μαγνητικό πεδίο του Ήλιου. «Για να αποκαλύψουμε τα μεγαλύτερα μυστήρια του ήλιου, πρέπει όχι μόνο να μπορούμε να δούμε καθαρά αυτές τις μικροσκοπικές δομές από 93 εκατομμύρια μίλια μακριά, αλλά να μετρήσουμε με ακρίβεια τη δύναμη και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου κοντά στην επιφάνεια και να εντοπίσουμε το πεδίο καθώς εκτείνεται στα εκατομμύρια -επίπεδο κορώνα, η εξωτερική ατμόσφαιρα του ήλιου. "
Ένα από τα μεγαλύτερα οφέλη από την καλύτερη κατανόηση της ηλιακής δυναμικής είναι η ικανότητα πρόβλεψης σημαντικών καιρικών φαινομένων. Προς το παρόν, οι κυβερνήσεις και οι διαστημικές υπηρεσίες είναι σε θέση να προβλέψουν εκδηλώσεις περίπου 48 λεπτά νωρίτερα. Αλλά χάρη στην έρευνα που διενεργήθηκε από το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye και άλλα ηλιακά παρατηρητήρια, οι αστρονόμοι αναμένουν να το λάβουν αυτό έως και 48 ώρες.
Αυτό θα μας έδινε περισσότερο χρόνο για να διασφαλίσουμε ότι αυτά τα συμβάντα δεν θα χτυπήσουν ηλεκτρικά δίκτυα, υποδομές ζωτικής σημασίας, δορυφόρους και διαστημικούς σταθμούς. Φυσικά, η δραστηριότητα της παρακολούθησης του Ήλιου δεν είναι εύκολη υπόθεση και συνοδεύεται από το δίκαιο μερίδιο των κινδύνων. Για το λόγο αυτό, το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Inouye αξιοποιεί πολλές πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα των κατασκευών, της μηχανικής και της αστρονομίας.
Αυτό περιλαμβάνει τον καθρέφτη 4 m (13 πόδια) (το μεγαλύτερο από οποιοδήποτε ηλιακό τηλεσκόπιο), προσαρμοστικά οπτικά για την αντιστάθμιση της παραμόρφωσης που προκαλείται από την ατμόσφαιρα της Γης και τις παρθένες συνθήκες προβολής στην κορυφή της Haleakala πάνω από 3000 m (10.000 ft). Το τηλεσκόπιο βασίζεται επίσης σε πολλές διασφαλίσεις για να διασφαλίσει ότι δεν θα υπερθερμανθεί από την εστίαση 13 κιλοβάτ ηλιακής ενέργειας από τον Ήλιο.
Αυτό γίνεται μέσω ενός υψηλής τεχνολογίας, υδρόψυκτου μεταλλικού δακτυλίου (το «θερμοακόπτη») που κρατά το μεγαλύτερο μέρος του ηλιακού φωτός μακριά από τον κύριο καθρέφτη και τις πλάκες ψύξης που καλύπτουν τον θόλο και διατηρούν τις θερμοκρασίες σταθερές γύρω από το τηλεσκόπιο. Το εσωτερικό του παρατηρητηρίου διατηρείται επίσης δροσερό χρησιμοποιώντας 11,25 km (7 mi) ψυκτικών σωλήνων, οι οποίοι ψύχονται μερικώς από πάγο που συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια της νύχτας, και εσωτερικά παραθυρόφυλλα που παρέχουν κυκλοφορία αέρα και σκιά.
«Με το μεγαλύτερο διάφραγμα οποιουδήποτε ηλιακού τηλεσκοπίου, τον μοναδικό σχεδιασμό του και τα υπερσύγχρονα όργανα, το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye - για πρώτη φορά - θα μπορεί να εκτελεί τις πιο απαιτητικές μετρήσεις του ήλιου», δήλωσε ο Rimmele. . «Μετά από περισσότερα από 20 χρόνια εργασίας από μια μεγάλη ομάδα αφιερωμένη στο σχεδιασμό και την κατασκευή ενός κορυφαίου παρατηρητηρίου ηλιακής έρευνας, είμαστε κοντά στη γραμμή τερματισμού. Είμαι πολύ ενθουσιασμένος που είμαι σε θέση να παρατηρώ τις πρώτες ηλιακές κηλίδες του νέου ηλιακού κύκλου που μόλις τώρα ανεβαίνουν με αυτό το απίστευτο τηλεσκόπιο.
Ο David Boboltz, διευθυντής προγράμματος στο τμήμα Αστρονομικών Επιστημών της NSF, είναι επίσης υπεύθυνος για την επίβλεψη της κατασκευής και της λειτουργίας της εγκατάστασης. Όπως ανέφερε, αυτές οι εικόνες είναι ακριβώς η κορυφή του παγόβουνου για το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye:
«Τους επόμενους έξι μήνες, η ομάδα επιστημόνων, μηχανικών και τεχνικών του τηλεσκοπίου Inouye θα συνεχίσει να δοκιμάζει και να θέτει σε λειτουργία το τηλεσκόπιο για να το καταστήσει έτοιμο για χρήση από τη διεθνή ηλιακή επιστημονική κοινότητα. Το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Inouye θα συλλέξει περισσότερες πληροφορίες για τον ήλιο μας κατά τα πρώτα 5 χρόνια της ζωής του από όλα τα ηλιακά δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από τότε που ο Γαλιλαίος έδειξε για πρώτη φορά ένα τηλεσκόπιο στον ήλιο το 1612. "
Το ηλιακό τηλεσκόπιο Inouye είναι μέρος ενός τρίου οργάνου που είναι έτοιμο να φέρει επανάσταση στην ηλιακή αστρονομία τα επόμενα χρόνια. Συνοδεύεται από το Parker Solar Probe της NASA (που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο) και το ESA / NASA Solar Orbiter (που πρόκειται να κυκλοφορήσει σύντομα). Όπως συνόψισε ο Valentin Pillet (διευθυντής του Εθνικού Ηλιακού Παρατηρητηρίου του NSF), είναι μια συναρπαστική στιγμή να είσαι ηλιακός φυσικός:
«Το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Inouye θα παρέχει τηλεπισκόπηση των εξωτερικών στρωμάτων του ήλιου και των μαγνητικών διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά. Αυτές οι διαδικασίες διαδίδονται στο ηλιακό σύστημα όπου οι αποστολές Parker Solar Probe και Solar Orbiter θα μετρήσουν τις συνέπειές τους. Συνολικά, αποτελούν μια πραγματική επιχείρηση πολλαπλών αγγελιοφόρων για να κατανοήσουν πώς τα αστέρια και οι πλανήτες τους συνδέονται μαγνητικά ».
