Słońce to jedyna gwiazda w naszym układzie planetarnym. Unikalna, bo jedyna, ale nie niepowtarzalna. Można powiedzieć, że Słońce jest gwiazdą wyjątkowo przeciętną. Ale czy na pewno jest taka przeciętna? Tak uważano jeszcze w XX wieku, była to jedna z prawd, których nikt nie kwestionował i nie drążył. W 2006 roku odkryto jednak, że Słońce jest jaśniejsze niż 85-95% gwiazd w Galaktyce, które w większości są czerwonymi karłami. To stosunkowo młoda gwiazda I populacji, bogata w metale (tak określa się w astrofizyce pierwiastki cięższe od helu), co sugeruje jej powstanie jako efekt bliskiego wybuchu supernowej. Wokół gwiazd typu słonecznego częściej też powstają układy planetarne. Tu odsyłam do serii tekstów o powstaniu życia, szczególnie do „Życie w Kosmosie[3]. Wszechświat uszyty na miarę”.
Wiek Słońca to 4,567 miliarda lat, czyli niewiele więcej niż wiek Ziemi i całego naszego układu.
Względna wyjątkowość Słońca jako obiektu astronomicznego to nic w porównaniu z jego wyjątkową rolą w naszym życiu, od zarania dziejów. W każdej kulturze począwszy od pradawnych Słońce miało boski status. Nic dziwnego, jest symbolem życia, stałości, urodzaju i nigdy nas nie zawiodło. Nie wybuchło, nie spóźniło się ze wschodem, a kiedy zaszło, to o przewidzianej porze wzeszło. Układ Słoneczny jest układem pojedynczym z jedną gwiazdą centralną, a regularność ruchu wszystkich ciał tego układu jest wpisana w jego DNA. Co innego, gdybyśmy żyli (czy na pewno byśmy żyli?) w układzie podwójnym albo co gorsza potrójnym. Wtedy słowo „regularność” nie zagościłoby w naszym słowniku chyba nigdy.
Boskość Słońca wynika także z jego niedostępności i tajemniczości. Tajemniczości także językowej, gdyż, to oczywiste, Słońce istniało w we wszystkich językach i kulturach świata. O aspekcie językoznawczym 'słońca’ traktuje wyczerpujący wpis Piotra Gąsiorowskiego „Niejasne jak ‘słońce’: skomplikowana historia jednego słowa”.
Rozumienie Słońca
Długo nic praktycznie nie wiedzieliśmy na jego temat. Nawet teraz, w erze zaawansowanej techniki kosmicznej mało wiemy o procesach zachodzących w jego wnętrzu i na powierzchni. O boskich aspektach Słońca już było, skupmy się więc na rozumieniu Słońca w sensie naukowym, które w starożytności bywało zadziwiająco zbieżne z rozumieniem nam współczesnym. Astronomowie babilońscy zaobserwowali na przykład nieregularność ruchu Słońca po nieboskłonie. Teraz wiadomo, że jest to spowodowane ruchem Ziemi wokół Słońca po orbicie będące lekko spłaszczonym okręgiem (elipsa). Czapki z głów!
Pierwszym uczonym, który próbował racjonalnie objaśnić naturę Słońca był Anaksagoras, według którego jest ono płonącą kulą metalu, większą od Peloponezu. Nie ma się z czego śmiać, Peloponez to serce kultury mykeńskiej, miejsce kluczowe dla greckiej cywilizacji, miejsce, mówiąc językiem współczesnym, kultowe. Inne spostrzeżenie Anaksagorasa mówiące, że Księżyc odbija światło słoneczne, też jest jak najbardziej współczesne. Inny uczony tamtych czasów, Eratostenes, obliczył odległość Słońca od Ziemi. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie to, że jego obliczenia różnią się od rzeczywistej odległości o zaledwie kilka procent. Według zachowanego przekazu jego obliczenia to 804 000 000 stadiów, czyli 148 do 153 milionów kilometrów lub 0,99 do 1,02 AU (jednostka astronomiczna). Niewiarygodne! Gwoli prawdy należy dodać, że jest to nieco naciągane, gdyż do dziś nie wiemy, ile dokładnie wynosił eratostenesowski stadion. W Delfach było to 177,36 m, w Olimpii 192,27 m, a już w Istmii tylko 165 m. Tak czy owak, dokładność niebywała. Żyjący dwa wieki później Ptolemeusz, też nie byle kto, obliczył tę odległość jako 20 razy mniejszą.
Heliocentryzm, przypisywany Kopernikowi, był w istocie także pomysłem greckim. Rówieśnik Eratostenesa, Arystarch z Samos, był tym „mózgiem”, który sformułował zasadę heliocentryczną. Kopernikowi należy się więc srebrny medal za rozwinięcie i udowodnienie tej teorii.
Wynalezienie teleskopu pozwoliło głębiej wejrzeć w naturę Słońca i zobaczyć na przykład plamy słoneczne. Pierwotnie tłumaczono je jako obiekty przelatujące między Ziemią a Słońcem i dopiero Galileusz postawił tezę, że znajdują się one na powierzchni Słońca a nie w przestrzeni kosmicznej.
Klasyczne badania fizyczne Słońca można przypisać Isaacowi Newtonowi, który przepuścił światło słoneczne przez pryzmat dowodząc, że białe światło jest złożeniem ‘świateł’ o różnych barwach. Kontynuacją tych badań są współczesne badania spektroskopowe.
Przez długi czas prawdziwą zagadką była natura źródła energii Słońca. Jeszcze w połowie XIX wieku lord Kelvin sugerował, że Słońce jest stygnącą kulą cieczy. Następnie wspólnie z Hermannem von Helmholtzem sformułował teorię kontrakcji grawitacyjnej. Słabością tej teorii był jednak czas trwania takiej kontrakcji, oceniany na 20 milionów lat, a już wtedy niektóre znaleziska paleontologiczne datowano na 200 milionów lat. Cały XIX wiek można pod tym względem nazwać wiekiem ciemności i poszukiwania na oślep. Nic dziwnego, nie było jeszcze znane zjawisko promieniotwórczości. Dopiero w 1904 Ernest Rutherford zaproponował promieniotwórczość jako wewnętrzne źródło ciepła słonecznego. Od tej chwili wypadki potoczyły się szybko. Równoważność masy i energii Alberta Einsteina, synteza jądrowa Arthura Eddingtona, przewaga wodoru w masie Słońca udowodniona przez astronomkę Cecilię Payne, doprecyzowanie reakcji jądrowych zachodzących w Słońcu Hansa Bethego. Niejako zwieńczeniem tego „klasycznego” etapu badań Słońca było wykazanie przez Margaret Burbidge, Geoffreya Burbidge’a , Williama Fowlera i Freda Hoyle’a, że większość pierwiastków powstała w reakcjach jądrowych wewnątrz gwiazd.
Wyprawy na Słońce
Podobnie jak badania Wenus („Wenus – porzucona kochanka”) misje słonecznie rozpoczęły się już u zarania ery kosmonautyki. Sondy Pioneer (6, 7, 8 i 9) były wystrzeliwane w latach 1961-1968, a ich zadaniem były długotrwałe obserwacje Słońca i pomiary danych fizycznych. Nie zbliżały się zbytnio do Słońca, krążyły po orbicie zbliżonej do orbity Ziemi, ale dostarczyły bardzo wartościowych danych o wietrze słonecznym i koronie Słońca. Badania prowadzone ze stacji kosmicznej Skylab dotyczyły między innymi wyrzutów koronalnych i promieniowania ultrafioletowego. Bardzo wartościowe dane dostarczyła (po przygodach) sonda Solar Maximum Mission wystrzelona w 1980 roku. Badała ona promieniowanie gamma, rentgenowskie i UV z rozbłysków słonecznych w okresie wysokiej aktywności Słońca.
Misje współczesne to przede wszystkim Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), wspólne dzieło ESA i NASA wystrzelone w 1995 i działające do dziś. Oprócz obserwacji Słońca SOHO rejestruje też małe komety zbliżające się i „spalające” w jego pobliżu.
Co jeszcze można zrobić?
Cechą wymienionych wyżej (oraz niewymienionych) misji było badanie Słońca na odległość poprzez pomiary parametrów fizycznych promieniowania i cząstek wiatru słonecznego in situ. Dopiero sonda Genesis misji Sample Return zdołała wrócić na Ziemię z próbkami cząstek wiatru słonecznego. Niestety, lądowanie próbnika (2004) skończyło się katastrofą, a większość próbek została zanieczyszczona. Naukowcy mają jednak nadzieję, że ocalałe próbki nadają się do zbadania, a wyniki badań wniosą coś do zasobu wiedzy o Słońcu.
Jest jeszcze jedna rzecz, której nie zrobiono, mianowicie „zanurzenia się” w Słońcu, konkretnie w koronie słonecznej. Celem Parker Solar Probe, próbnika wystrzelonego w 2018 w ramach programu Living with a Star jest wykonanie pomiarów wewnątrz korony słonecznej i odpowiedź na konkretne pytania dotyczące korony. Zapytacie, czegóż to jeszcze nie wiemy o koronie słonecznej? Ano wiemy bardzo mało. Nie wiemy na przykład, jak to się dzieje, że jest ona znacznie gorętsza od powierzchni Słońca (miliony stopni), jak przyspieszany jest wiatr słoneczny oraz jak powstają wysokoenergetyczne cząstki wyrzucane w Kosmos.
Pomysł takiej sondy powstał już w 1958 roku, ale, wicie rozumicie, warunki nie pozwalały. Trajektoria lotu Parker Solar Probe jest bardzo skomplikowana. W celu osiągnięcia jak najwyższej prędkości przed ostatnim etapem wejścia w koronę Słońca pojazd musiał „zaliczyć” 24 okrążenia, za każdym razem korzystając z asysty grawitacyjnej Wenus. Finał operacji odbył się 24 grudnia 2024. „Przypadkiem” dokładnie wtedy nastąpił szczyt aktywności 11-letniego cyklu Słońca. Przelot zakończył się sukcesem, a dane zostaną wysłane na Ziemię pod koniec stycznia 2025, kiedy wystąpi korzystne położenie sondy wobec Ziemi.
Był to najbliższy Słońca przelot aparatu stworzonego ręką ludzką. Minimalna odległość wyniosła 6,1 miliona kilometrów, a temperatura, jakiej doświadczył próbnik wynosiła 980oC. Niejako ubocznym efektem tej misji jest możliwość doświadczalnego potwierdzenia szczególnej teorii względności, gdyż rekordowa prędkość statku (692000 km/h) może pozwolić naukowcom dostrzec ślady efektów relatywistycznych w trajektorii pojazdu. Osiągnięta prędkość to 0,00064 prędkości światła, czyli całkiem poważny ułamek, nawet po podstawieniu do wzoru Lorentza na relatywistyczne skrócenie długości.
I tak w sprytny sposób udalo mi się skierować Twoją uwagę, Szanowny Czytelniku, na świetny cykl artykułów o próżni autorstwa Piotra Gąsiorowskiego, którego trzecia część „Próżnia, (nie)byt skomplikowany. Część 3: Próżnie relatywistyczne” owego Hendrika Lorentza wspomina.
Przed Parker Solar Probe jeszcze dwa przeloty w pobliżu Słońca (dwa peryhelia), ale już dziś wiadomo, że była to bardzo owocna misja. Poprzednie przeloty także dostarczyły niezwykle ciekawych danych potwierdzających m.in. istnienie strefy wolnej od pyłu (DFZ) w pewnej odległości od gwiazdy.
