science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Parker Solar Probe traceert zonnewind naar de bron op het oppervlak van de zon:coronale gaten

NASA's Parker Solar Probe-missie is dichter bij de zon gereisd dan enig ander door mensen gemaakt object ervoor. Krediet:NASA/Johns Hopkins APL

Een jaar geleden, NASA's Parker Solar Probe vloog dichter bij de zon dan welke satelliet dan ook in de geschiedenis, het verzamelen van een spectaculaire schat aan gegevens vanaf de uiterste rand van de corona van een miljoen graden van de zon.

Nutsvoorzieningen, die gegevens hebben zonnefysici in staat gesteld om de bron in kaart te brengen van een belangrijk onderdeel van de zonnewind die voortdurend de atmosfeer van de aarde doorkruist, terwijl vreemde magnetische veldomkeringen worden onthuld die deze deeltjes naar onze planeet zouden kunnen versnellen.

Deze versnelde deeltjes interageren met het aardmagnetisch veld, het kleurrijke noorder- en zuiderlicht genereren. Maar ze kunnen ook het elektriciteitsnet en de telecommunicatienetwerken op het aardoppervlak beschadigen, in een baan om de aarde draaiende satellieten bedreigen en misschien astronauten in de ruimte in gevaar brengen.

Hoe meer zonnefysici begrijpen over de magnetische omgeving van de zon en hoe deze zonnewinddeeltjes naar de planeten werpt, hoe beter ze gebeurtenissen kunnen voorspellen en schade kunnen voorkomen.

"Er was een grote ruimteweergebeurtenis in 1859 die telegraafnetwerken op aarde uitblies en één in 1972 die zeemijnen in Noord-Vietnam deed ontploffen, alleen van de elektrische stromen die worden gegenereerd door de zonnestorm, " zei Stuart Bale, een universiteit van Californië, Berkeley, hoogleraar natuurkunde en hoofdauteur van een artikel over nieuwe resultaten van het FIELDS-experiment van de sonde. "We zijn veel meer een technologische samenleving dan in 1972, de communicatienetwerken en het elektriciteitsnet op aarde zijn buitengewoon complex, dus grote verstoringen van de zon zijn potentieel een zeer ernstige zaak. Als we ruimteweer zouden kunnen voorspellen, we kunnen delen van het elektriciteitsnet afsluiten of isoleren, of sluit satellietsystemen af ​​die mogelijk kwetsbaar zijn."

Het journaal Natuur zal deze bevindingen op 4 december online plaatsen in een van de vier artikelen waarin alle nieuwe bevindingen van de nauwe ontmoeting van de sonde met de zon in 2018 worden beschreven. Alle vier de artikelen verschijnen in de gedrukte editie van 12 december van het tijdschrift.

coronale gaten

Een van de belangrijkste doelen van de Parker Solar Probe is het ontdekken van de bron van de "trage" zonnewind en hoe deze wordt versneld in de hete atmosfeer van de zon - de zonnecorona van 1 miljoen graden Celsius (ongeveer 2 miljoen graden Fahrenheit). . De zonnewind bestaat uit geladen deeltjes, meestal protonen en heliumkernen, reizen langs de magnetische veldlijnen van de zon. De zogenaamde "snelle" zonnewind, geklokt tussen 500 en 1, 000 kilometer per seconde, bekend is dat het afkomstig is van grote gaten in de zonnecorona aan de noord- en zuidpool van de zon. Maar de oorsprong van de "trage" zonnewind, die dichter is maar ongeveer de helft van de snelheid van de "snelle" zonnewind, wordt slechter begrepen.

De gegevens van de eerste nauwe ontmoeting van de sonde - de sonde heeft sindsdien twee andere intieme ontmoetingen gehad tijdens de dichtste nadering, of perihelium, van zijn baan rond de zon - onthult een schat aan nieuwe fysica.

"De eerste drie ontmoetingen van de zonnesonde die we tot nu toe hebben gehad, waren spectaculair, " zei Bale, de hoofdonderzoeker voor FIELDS. "We kunnen de magnetische structuur van de corona zien, wat ons vertelt dat de zonnewind uit kleine coronale gaten komt; we zien impulsieve activiteit, grote jets of haarspeldbochten waarvan we denken dat ze verband houden met de oorsprong van de zonnewind; we zien instabiliteit - het gas zelf is onstabiel en genereert zelf golven. En we zijn ook verrast door de wreedheid van de stofomgeving in de binnenste heliosfeer."

Tijdens de eerste ontmoeting van de Parker Solar Probe met de zon in de herfst van 2018, het was magnetisch verbonden met een kleine, negatieve polariteit equatoriale coronale gat. Dit schema toont een extrapolatie van het potentiële veld van het magnetische veld van de zon op het moment van de eerste periheliumpassage van de sonde. Het zonneoppervlak is gekleurd om extreme ultraviolette emissie te tonen. Coronale gaten verschijnen als een lichtere tint. Over elkaar heen zijn verschillende veldlijnen geïnitialiseerd op de zonneschijf. Zwarte lijnen geven gesloten lussen aan; blauwe en rode lijnen illustreren open veldlijnen met negatieve en positieve polariteiten, respectievelijk. De switchbacks of jets die door PSP worden waargenomen, worden geïllustreerd als knikken in de open veldlijnen die uit dit coronale gat komen en aansluiten op PSP. Krediet:Grafisch door UC Berkeley; ruimtevaartuigafbeelding met dank aan NASA/Johns Hopkins APL

Tijdens elke ontmoeting van dichtbij, de sonde parkeerde een week lang boven een coronaal gat dat zonnewinddeeltjes langs magnetische veldlijnen langs de sonde stroomde, instrumenten aan boord van de sonde een ongekende kijk geven op wat er op het zonneoppervlak beneden gebeurde.

Dankzij extreem ultraviolet in kaart brengen van de zon door andere ruimtevaartuigen, zoals STEREO, Bale en zijn collega's waren in staat om de wind en de magnetische velden terug te traceren naar een bron - coronale gaten - die sterk suggereert dat deze gaten de bron zijn van de langzame zonnewind. coronale gaten, die verband houden met zonnevlekken, zijn gebieden die koeler en minder dicht zijn dan de omringende corona.

Wat onverwacht was, was een reeks flips in het magnetische veld toen het langs het ruimtevaartuig stroomde. Tijdens deze periodes, het magnetische veld keerde zichzelf plotseling 180 graden om en toen, seconden tot uren later, teruggeslagen.

"Deze haarspeldbochten worden waarschijnlijk geassocieerd met een soort plasmajets, "Zei Bale. "Mijn eigen gevoel is dat deze haarspeldbochten, of jets, staan ​​centraal in het probleem van zonnewindverwarming."

komeetstof

Een andere verrassing was het stof dat het ruimtevaartuig herhaaldelijk doorspekte tijdens elke vlucht in het perihelium - het punt in de baan waar het ruimtevaartuig zich het dichtst bij de zon bevond. Waarschijnlijk kleiner dan een micron, dat is een duizendste van een millimeter, de stofdeeltjes zijn waarschijnlijk puin van asteroïden of kometen die in de buurt van de zon smolten en hun ingesloten stof achterlieten. Dat stof draait nu om de zon, en Bale vermoedt dat veel ervan dat het raken van het ruimtevaartuig naar buiten wordt uitgeworpen door lichte druk en voorbestemd is om volledig aan het zonnestelsel te ontsnappen.

Parker Solar Probe vloog door verschillende 'switchbacks' - buizen van snelle zonnewind die uit coronale gaten in de bovenste atmosfeer van de zon kwamen. Krediet:NASA

Bale zei dat het bestuderen van de zonnewind van de aarde hetzelfde is als het bestuderen van de bron van een waterval van dichtbij de bodem, waar de turbulentie verduistert wat er aan de top gebeurt.

"Nutsvoorzieningen, met de Parker Solar Probe, we komen steeds dichter bij de top van de waterval, en we kunnen zien dat er een onderliggende structuur is, "zei hij. "Bij de bron, wat we zien is iets dat coherent is met impulsieve jets erop. Je hebt een klein gaatje - een coronaal gat - en de zonnewind komt daar in een vloeiende stroom uit. Maar dan, daar bovenop, er zijn straaljagers. Tegen de tijd dat je helemaal stroomafwaarts bij de aarde bent, het is allemaal gewoon door elkaar gegooid."

Bale zal de resultaten van de eerste close encounter bespreken en deze vergelijken met die van de twee daaropvolgende close encounters tijdens de komende bijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco die op 8 december begint.

"We werken al tien jaar bijna de klok rond aan dit ding, dus om de gegevens te zien ... het is gewoon een plezier, "Zei Bale. "Het is een groot geval van uitgestelde bevrediging, maar het is geweldig spul."