NASA en het Korea Astronomy and Space Science Institute, of KASI, maken zich klaar om een ​​nieuwe manier om de zon te zien te testen, hoog boven de woestijn van New Mexico.

Een ballon - groot genoeg om een ​​voetbalveld te omhelzen - is gepland om niet eerder te vliegen dan 26 augustus, 2019, met daaronder een zonnekijker genaamd BITSE. BITSE is een coronagraaf, een soort telescoop die het heldere gezicht van de zon blokkeert om zijn zwakkere atmosfeer te onthullen, de corona genoemd. Afkorting voor ballon-gedragen onderzoek van temperatuur en snelheid van elektronen in de corona, BITSE probeert uit te leggen hoe de zon de zonnewind uitspuugt.

De zonnewind is de stroom van geladen deeltjes die constant uit de buitenste atmosfeer van de zon waait, wassen over het hele zonnestelsel. Terwijl wetenschappers over het algemeen weten waar het zich vormt, hoe het dat precies doet, blijft een mysterie. Maar het ontsluiten van de aard van de zonnewind is de sleutel tot het voorspellen hoe zonne-uitbarstingen reizen. De zonnewind lijkt een beetje op een waterglijbaan:zijn stroming bepaalt hoe een zonnestorm door de ruimte raast. Soms, de stormen botsen op het magnetisch veld van de aarde, storingen veroorzaken die satellieten en alledaagse communicatiesystemen zoals radio of GPS kunnen verstoren.

Een samenwerking tussen NASA en KASI, BITSE demonstreert een nieuwe manier om de zonnewind te bestuderen. Terwijl standaard coronagrafen de dichtheid van de corona vastleggen, BITSE meet ook de temperatuur en snelheid van elektronen in de zonnewind om de krachtige krachten te helpen begrijpen die ze versnellen tot snelheden van 1 miljoen mijl per uur. De ballonvlucht van BITSE is een belangrijke stap in het testen en ontwikkelen van dit instrument, en zal het team van wetenschappers en ingenieurs helpen hun technologie te verfijnen voor toekomstige ruimtevluchten.

"Dit is een coronagraaf die deze drie eigenschappen kan meten, die je allemaal nodig hebt om te begrijpen hoe de zonnewind wordt gevormd en versneld, " zei Nat Gopalswamy, BITSE-hoofdonderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Door coronagrafen te verbeteren, BITSE bevordert ons begrip van de corona zelf, de drijvende kracht achter het zonnemateriaal dat de ruimte rond de aarde vult - en uiteindelijk ons ​​vermogen om het weer in de ruimte te voorspellen verbetert.

Vliegen naar de rand van de atmosfeer

Voor de lancering, in de vroege ochtenduren, technici van de veldsite van NASA's Columbia Scientific Balloon Facility in Fort Sumner, New Mexico, zal de ballon klaarmaken voor de vlucht, het gedeeltelijk vullen van de grote plastic envelop met helium. De ballon is gemaakt van polyethyleen - hetzelfde materiaal waar boodschappentassen van worden gemaakt - en is ongeveer zo dik als een plastic boterhamzakje, maar veel sterker. Naarmate de ballon hoger boven het oppervlak komt en de druk in de atmosfeer daalt, het gas in de ballon zet uit en zwelt op.

BITSE zal naar boven slingeren tot het ongeveer 22 mijl boven de grond is. Daar, het zal kust, foto's maken van de ziedend hete atmosfeer van de zon. Aan het einde van de dag, het zal maar liefst 64 gigabyte - 40 speelfilms - aan gegevens hebben verzameld.

BITSE's reis naar de hemel begon met een zonsverduistering. Coronagrafen werken door verduisteringen na te bootsen; zoals de maan, een metalen schijf - een occulter genoemd - blokkeert de zon, corona onder de aandacht brengen. Tijdens de 21 augustus, 2017, totale zonsverduistering, Gopalswamy en zijn team testten belangrijke onderdelen van het instrument in Madras, Oregon. In slechts twee minuten van totaliteit, ze maakten 50 foto's en demonstreerden de uitdagingen en voordelen van het gebruik van de specifieke techniek van hun instrument.

Nutsvoorzieningen, het team is niet langer beperkt tot gehaast onderzoek in de schaduw van de maan. Een ballon zal hun instrument naar de rand van de atmosfeer brengen, waar hij minstens zes uur zal vliegen. Ballonnen bieden een goedkope manier om toegang te krijgen tot deze regio, waardoor wetenschappers metingen kunnen doen en tests kunnen uitvoeren die ze niet vanaf de grond kunnen. Daar, BITSE kan zijn beelden verzamelen met veel minder achtergrondlicht dan vanaf de grond, die interfereert met waarnemingen van de vage corona.

Een nieuw type coronagraaf

BITSE combineert verschillende belangrijke technologieën. Eerst, het instrument is geconstrueerd met een enkele verduisterende fase. Vervolgens, er is een speciale camera die gepolariseerd licht vastlegt - lichtgolven die in bepaalde richtingen dobberen. Wetenschappers gebruiken deze foto's om de elektronendichtheid in kaart te brengen, of hoeveel elektronen er in de corona zitten en waar.

Typische coronagrafen gebruiken een wiel dat door polarisatiefilters fietst - elk gericht op verschillende hoeken - en de afbeeldingen combineren om het gepolariseerde licht te krijgen. BITSE's polarisatiecamera analyseert de waarnemingen pixel voor pixel, het proces betrouwbaarder maken door het aantal bewegende delen te verminderen.

"We hebben het hele vel micropolarisatoren op de cameradetector gelijmd, dus we hebben het polarisatiewiel niet nodig, " zei Qian Gong, BITSE lead optics engineer bij Goddard.

BITSE heeft ook een filterwiel, die al het licht van de corona blokkeert, behalve vier specifieke golflengten. De verhoudingen van deze verschillende golflengten geven wetenschappers de temperatuur en snelheid van elektronen in de corona-metingen die ze niet vanaf de grond kunnen verkrijgen, zelfs tijdens een zonsverduistering. Door te focussen op een voorheen onbestudeerd stukje van de corona dat de sleutel is tot zonnewindvorming, de wetenschappers hopen nieuwe aanwijzingen te verzamelen voor de oorsprong ervan. Op een dag, een versie van BITSE zou deze metingen vanuit de ruimte kunnen doen, verlenging van hun observatietijd van uren tot maanden.

Meer dan 22 mijl boven het oppervlak, BITSE zal hoog boven het rijk van vogels drijven, vliegtuigen, het weer, en de blauwe lucht zelf. De hoogte biedt unieke uitdagingen, zei Gong. Bepaalde ontwerpelementen zijn specifiek voor ballonvluchten, zoals de temperatuurgevoelige optica van BITSE. Een thermisch systeem aan boord zorgt ervoor dat de BITSE tijdens de beklimming niet te koud wordt. Zelfs de lijm die ze op de polarisatiefilters gebruikten, is zorgvuldig geselecteerd, zowel om een ​​goede hechting te bieden als om de verwachte temperaturen te weerstaan. Een verschuiving van slechts een paar micron - een gemiddeld mensenhaar is 75 micron breed - als reactie op de kille bovenste atmosfeer kan hun gegevens beïnvloeden, ze legde uit, aangezien elke pixel 7,5 micron breed is.

Op zulke grote hoogten, de lucht is donkerder; waar de atmosfeer dun is, er zijn weinig luchtdeeltjes om licht te verstrooien. Vergeleken met de grond, dit zijn veel betere voorwaarden voor een coronagraaf. Nog altijd, de rand van de atmosfeer is helderder dan de ruimte.

"De helderheid van de lucht beperkt fundamenteel wat we kunnen zien, en stimuleert onze behoefte om naar de volgende stap te gaan:waarnemingen vanuit de ruimte, " Goddard zonnewetenschapper Jeff Newmark zei. Samen, Gopalswamy en Newmark leiden het team dat BITSE de lucht in stuurt, een stap dichter bij de ruimte, waar geen storend achtergrondlicht is.

Een echte gezamenlijke missie, BITSE bevat uitgebreide bijdragen van zowel NASA als KASI. NASA leverde de belangrijkste optische, mechanisch, wijzend, communicatie, en gondelassemblages, evenals het algemene beheer en de lancering van de missie, terwijl KASI het filterwiel leverde, instrumentencomputer en camerasysteem, onder andere bijdragen.

Verheven doelen

Aan het einde van BITSE's vlucht, technici op het terrein van Fort Sumner zullen beëindigingscommando's sturen, het starten van een reeks die het instrument en de ballon scheidt, zet de parachute van het instrument in, en doorboort de ballon. Een vliegtuig dat boven je hoofd cirkelt, waakt over de laatste momenten van de ballon, en geef de locatie van BITSE door. Uren later, ver van waar het begon, de coronagraaf zal parachutespringen op de grond. Aan het eind van de dag rijdt een bemanning de woestijn in om zowel de ballon als de BITSE te bergen.

Gegevens van de vlucht van BITSE zullen nuttig zijn voor de modellen die wetenschappers gebruiken om ruimteweer te voorspellen. Maar het team zal naar de vlucht kijken om het ontwerp en de prestaties van BITSE in een bijna-ruimteomgeving te valideren. Van hun veldcampagne die de zonsverduistering van augustus 2017 observeerde tot de ballonvlucht van dit jaar en uiteindelijk, ruimte vlucht, het team heeft de lat steeds hoger gelegd.