Je kunt niet zwemmen in de atmosfeer van de zon tenzij je kunt bewijzen dat je daar thuishoort. En de Faraday-beker van de Parker Solar Probe, een belangrijke sensor aan boord van de NASA-missie van $ 1,5 miljard die deze zomer wordt gelanceerd, verdiende vorige week zijn strepen door testen te doorstaan ​​in een zelfgemaakt apparaat dat is ontworpen om de zon te simuleren.

De beker zal de zonnewind opscheppen en onderzoeken als de sonde dichter bij de zon komt dan enig eerder door de mens gemaakt object. Justin Kasper, Universitair hoofddocent klimaat- en ruimtewetenschappen en techniek aan de Universiteit van Michigan, is hoofdonderzoeker voor Parker's Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP) onderzoek.

Om te bevestigen dat de beker de extreme hitte en het licht van het oppervlak van de zon zal overleven, onderzoekers martelden eerder een model van de Faraday-beker bij temperaturen van meer dan 3, 000 graden Fahrenheit, met dank aan de Oak Ridge National Laboratory's Plasma Arc Lamp. De beker, gebouwd van vuurvaste metalen en saffierkristalisolatoren, verwachtingen overtroffen.

Maar de laatste test vond vorige week plaats, in een zelfgemaakt apparaat noemen Kasper en zijn onderzoeksteam de Solar Environment Simulator. Terwijl het wordt bestraald met ongeveer 10 kilowatt licht op het oppervlak - genoeg om een ​​metalen plaat tot 1 800 graden Fahrenheit in seconden - het Faraday-bekermodel rende door zijn schreden, met succes een gesimuleerde stroom zonnewind scannen.

"Toen het instrument het signaal van de ionenstraal volgde alsof het plasma was dat uit de zon stroomde, was een opwindende preview van wat we zullen zien met Parker Solar Probe, ' zei Kasper.

Roilings in de atmosfeer van de zon kunnen met geweld plasmawolken de ruimte in werpen, bekend als coronale massa-ejecties, soms direct op de aarde. Zonder voorzorgsmaatregelen, zulke wolken kunnen geomagnetische oscillaties rond de aarde veroorzaken die satellietelektronica kunnen doen struikelen, interfereren met GPS- en radiocommunicatie en kunnen - in het ergste geval - stroomstoten veroorzaken via elektriciteitsnetten die het systeem voor langere tijd kunnen overbelasten en verstoren, tot maanden.

Door te begrijpen waaruit de zonnecorona bestaat en wat de constante uitstorting van zonnemateriaal van de zon drijft, wetenschappers op aarde zullen beter toegerust zijn om de zonneactiviteit die we van ver zien te interpreteren en een beter systeem voor vroegtijdige waarschuwing te creëren. Dat is waar Parker Solar Probe, gepland voor lancering op 31 juli, 2018, komt binnen, met zijn complement van experimenten die de Faraday-beker omvat.

Om het bekermodel te testen, onderzoekers moesten iets nieuws creëren. Hun simulator bevindt zich in een laboratorium op de eerste verdieping van het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massa., en belichaamt het adagium dat noodzaak de moeder van de uitvinding is.

Het heeft de uitstraling van een geïmproviseerde operatiekamer, met een metalen frame dat dikke blauwe zeilen rond drie zijden omhoog houdt, waardoor een werkruimte van 16x8 ontstaat.

Binnen het gebied, het recreëren van de hitte en het licht van de zon viel op een kwartet gemodificeerde oudere IMAX-projectoren die het team van Kasper op eBay kocht voor een paar duizend dollar per stuk. Dit zijn niet de digitale machines die je in de huidige Cineplexen aantreft, maar een eerdere generatie die gloeilampen gebruikte.

"Het blijkt dat een bioscooplamp op een IMAX-projector ongeveer dezelfde 5 heeft, 700 graden Kelvin - dezelfde effectieve temperatuur als het oppervlak van de zon, "Zei Kasper. "En het geeft bijna hetzelfde spectrum van licht af als het oppervlak."

Ruimte biedt in wezen geen sfeer, wat betekent dat een goede testomgeving voor de Faraday-beker zo min mogelijk lucht zou hebben. Dus plaatsten onderzoekers de beker in een metalen vacuümkamer om te testen.

Lijkt op een ijzeren long, de zeven meter lange zilveren kamer heeft aan één uiteinde een luik dat naar buiten zwaait en een klein rond raam heeft. De avond voor het testen, het team begon de atmosfeer uit de vacuümkamer te pompen.

Tegen de tijd dat de simulatie begon te testen, de kamer registreerde ongeveer een miljardste van de atmosfeer van de aarde.

Alle vier de IMAX-projectoren zitten bovenop verrijdbare tafels, en klaar te maken voor de test, onderzoekers rolden ze op hun plaats, met hun stralen door het raam van de vacuümbuis direct op de Faraday-beker gericht.

Het laatste element van de simulator is het vermogen om de soorten deeltjes te genereren die de Faraday-beker nodig heeft om te voelen en te evalueren. Om dat te doen, het team bevestigde een ionenpistool aan het luik van de vacuümbuis, met de "loop" van het apparaat naar binnen reikend en naar de beker gericht.

"Het ionenkanon neemt een metaalkogel en verwarmt het, " zei Anthony Case, een astrofysicus aan het Harvard Smithsonian Institute for Astrophysics. "Als het warm wordt, ionen beginnen te koken van dit stuk metaal. Dan sluit je hem aan op een accu, het versnellen van de ionen uit het pistool. En we kunnen ze rechtstreeks naar de opening van de Faraday-beker leiden, waar ze zullen worden gemeten."

In deze laatste test de Faraday-beker nam de hitte en leverde het op - waardoor Parker Solar Probe op schema lag voor zijn zomerlancering.

Kelly Korrek, een UM-alumna en astrofysicus aan het instituut, fungeert als hoofd van de wetenschappelijke operaties voor Parker's SWEAP-onderzoek en SWEAP-activiteiten voor het Smithsonian.

"Wat betreft de test van vandaag, het bevestigde wat ik al vermoedde - als je een geweldig team van wetenschappers en ingenieurs neemt, geef ze een complexe, moeilijk, interessant project en de motivatie om een ​​gebied van het universum te verkennen waar de mensheid nog nooit is geweest, voordat er opmerkelijke dingen gebeuren, " ze zei.