De laatste resultaten van Solar Orbiter laten zien dat de missie de eerste directe verbindingen legt tussen gebeurtenissen op het zonneoppervlak en wat er gebeurt in de interplanetaire ruimte rond het ruimtevaartuig. Het geeft ons ook nieuwe inzichten in zonne-kampvuren, " ruimteweer en uiteenvallende kometen.

"Ik zou niet blijer kunnen zijn met de prestaties van Solar Orbiter en de verschillende teams die het en zijn instrumenten in werking houden, " zegt Daniël Müller, ESA Solar Orbiter Projectwetenschapper.

"Het was dit jaar een echte teamprestatie onder moeilijke omstandigheden. en nu beginnen we te zien dat die inspanningen echt vruchten afwerpen."

De 10 wetenschappelijke instrumenten van Solar Orbiter zijn verdeeld in twee groepen. Er zijn zes teledetectietelescopen, en vier in-situ instrumenten. De teledetectie-instrumenten kijken naar de zon en zijn uitgestrekte atmosfeer, de corona. De in-situ instrumenten meten de deeltjes rond het ruimtevaartuig, die door de zon zijn vrijgegeven en bekend staan ​​als de zonnewind, samen met zijn magnetische en elektrische velden. Het traceren van de oorsprong van die deeltjes en velden naar het zonneoppervlak is een van de belangrijkste doelstellingen van Solar Orbiter.

Tijdens Solar Orbiter's eerste close-pass van de zon, die plaatsvond op 15 juni en het ruimtevaartuig naderde tot 77 miljoen kilometer, zowel teledetectie- als in-situ-instrumenten registreerden gegevens.

Voetafdrukken van de zonnewind

Solar Orbiter-gegevens hebben het mogelijk gemaakt om het brongebied van de zonnewind te berekenen die het ruimtevaartuig raakt, en identificeer deze 'voetafdruk' in de remote sensing-beelden. In een voorbeeld dat in juni 2020 werd bestudeerd, de voetafdruk wordt gezien aan de rand van een gebied dat een 'coronaal gat' wordt genoemd, " waar het magnetische veld van de zon de ruimte in reikt, waardoor de zonnewind kan stromen.

Ook al is het werk voorlopig, het gaat nog steeds verder dan alles wat tot nu toe mogelijk is geweest.

"We hebben nog nooit zo nauwkeurig in kaart gebracht, " zegt Tim Horbury, keizerlijke universiteit, Londen, en voorzitter van de Solar Orbiter In-Situ Working Group.

Natuurkunde kampvuur

Solar Orbiter heeft ook nieuwe informatie over de 'kampvuren' van de zon die eerder dit jaar de aandacht van de wereld trokken.

De eerste beelden van de missie toonden een veelvoud van wat leek op kleine zonne-uitbarstingen die over het oppervlak van de zon barsten. De wetenschappers noemden ze kampvuren omdat de exacte energie die bij deze gebeurtenissen hoort, nog niet bekend is. Zonder de energie, het is nog niet duidelijk of ze hetzelfde fenomeen zijn als andere kleinere uitbarstingen die door andere missies zijn gezien. Wat het allemaal zo verleidelijk maakt, is dat er lang werd gedacht dat kleinschalige 'nano-uitbarstingen' op de zon bestonden, maar dat we nooit eerder de middelen hadden om gebeurtenissen zo klein te zien.

"De kampvuren kunnen de nanovlammen zijn waar we met Solar Orbiter naar op zoek zijn, " zegt Frédéric Auchère, Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay, Frankrijk, en voorzitter van de Solar Orbiter Remote-Sensing Working Group.

Dit is belangrijk omdat wordt aangenomen dat de nanovlammen verantwoordelijk zijn voor het verwarmen van de corona, de buitenste atmosfeer van de zon. Het feit dat de corona een temperatuur van ongeveer een miljoen graden Celsius heeft, terwijl het oppervlak slechts ongeveer 5000 graden is, is nog steeds een van de meest raadselachtige kwesties in de zonnefysica van vandaag. Het onderzoeken van dit mysterie is een van de belangrijkste wetenschappelijke doelstellingen van Solar Orbiter.

Om het idee te verkennen, onderzoekers hebben gegevens geanalyseerd met het SPICE-instrument (Spectral Imaging of the Coronal Environment) van Solar Orbiter. SPICE is ontworpen om de snelheid van het gas aan het zonneoppervlak te onthullen. Het heeft aangetoond dat er inderdaad kleinschalige gebeurtenissen zijn waarbij het gas zich met een aanzienlijke snelheid voortbeweegt, maar het zoeken naar een correlatie met de kampvuren is nog niet gedaan.

"Direct, we hebben alleen inbedrijfstellingsgegevens, genomen toen de teams nog het gedrag van hun instrumenten in de ruimte aan het leren waren, en de resultaten zijn zeer voorlopig. Maar duidelijk, we zien wel heel interessante dingen, " zegt Frédéric. "Solar Orbiter draait om ontdekking, en dat is heel spannend."

Surfen in de staart van een komeet

Naast vooruitgang in de richting van de geplande wetenschappelijke doelstellingen van Solar Orbiter, er is ook toevallige wetenschap van het ruimtevaartuig geweest.

Kort na de lancering van Solar Orbiter, het werd opgemerkt dat het stroomafwaarts van komeet ATLAS zou vliegen, door zijn twee staarten. Hoewel Solar Orbiter niet is ontworpen voor een dergelijke ontmoeting, en op dit moment geen wetenschappelijke gegevens zou verzamelen, missie-experts hebben ervoor gezorgd dat alle in-situ-instrumenten de unieke ontmoeting hebben vastgelegd.

Maar de natuur moest nog een trucje uithalen:de komeet desintegreerde voordat het ruimtevaartuig dichtbij kwam. Dus, in plaats van de gehoopte sterke signalen van de staarten, het was heel goed mogelijk dat het ruimtevaartuig helemaal niets zou zien.

Dat was niet het geval. Solar Orbiter zag wel handtekeningen in de gegevens van komeet ATLAS, maar niet het soort dingen dat wetenschappers normaal zouden verwachten. In plaats van een sterke, enkele staartkruising, het ruimtevaartuig ontdekte talrijke afleveringen van golven in de magnetische gegevens. Het detecteerde ook stof in patches. Dit kwam waarschijnlijk vrij uit de binnenkant van de komeet toen deze in vele kleine stukjes spleet.

"Dit is de eerste keer dat we in wezen door het kielzog van een uiteengevallen komeet zijn gereisd, ", zegt Tim. "Er zijn veel echt interessante gegevens, en het is weer een voorbeeld van het soort toevallige wetenschap van hoge kwaliteit dat we kunnen doen met Solar Orbiter."

Stealth ruimteweer

Solar Orbiter meet de zonnewind al een groot deel van zijn tijd in de ruimte, het registreren van een aantal deeltjesuitstoot van de zon. Vervolgens, op 19 april, een bijzonder interessante coronale massa-ejectie vloog over Solar Orbiter.

Een coronale massa-ejectie, of CME, is een grote ruimteweergebeurtenis, waarin miljarden tonnen deeltjes uit de buitenste atmosfeer van de zon kunnen worden uitgestoten. Tijdens deze bijzondere CME, die op 14 april uit de zon barstte, Solar Orbiter was ongeveer twintig procent van de weg van de aarde naar de zon.

Solar Orbiter was niet het enige ruimtevaartuig dat deze gebeurtenis observeerde. ESA's BepiColombo Mercury-missie vloog op dat moment toevallig langs de aarde. Er was ook een NASA-zonne-ruimtevaartuig genaamd STEREO, ongeveer negentig graden verwijderd van de directe lijn zon-aarde, en direct over het gebied van de ruimte kijken waar de CME doorheen reisde. Het zag hoe de CME de Solar Orbiter insloeg en vervolgens BepiColombo en de aarde. Door de metingen van alle verschillende ruimtevaartuigen te combineren, konden onderzoekers echt bestuderen hoe de coronale massa-ejectie evolueerde terwijl deze door de ruimte reisde.

Dit staat bekend als multipoint-wetenschap en dankzij het aantal ruimtevaartuigen dat zich nu in het binnenste zonnestelsel bevindt, het zal een steeds krachtiger hulpmiddel worden in onze zoektocht om de zonnewind en het ruimteweer te begrijpen.

"We kunnen er op afstand naar kijken, we kunnen het in-situ meten en we kunnen zien hoe een CME verandert terwijl het naar de aarde reist, " zegt Tijm.

Misschien net zo intrigerend als het ruimtevaartuig dat de gebeurtenis zag, waren degenen die dat niet deden. Het ESA-NASA SOHO-ruimtevaartuig, die zich voor de aarde bevindt en constant naar de zon kijkt voor uitbarstingen zoals deze, nauwelijks geregistreerd. Dit plaatst het evenement van 19 april in een zeldzame klasse van ruimteweergebeurtenissen, een stealth-CME genoemd. Het bestuderen van deze meer ongrijpbare gebeurtenissen zal ons helpen het ruimteweer vollediger te begrijpen.

In de komende jaren, de kansen voor multipoint wetenschap zullen toenemen. Op 27 dec., Solar Orbiter zal zijn eerste Venus-flyby voltooien. Deze gebeurtenis zal de zwaartekracht van de planeet gebruiken om het ruimtevaartuig dichter bij de zon te brengen, Solar Orbiter in een nog betere positie brengen voor gezamenlijke metingen met NASA's Parker Solar Probe, die in 2021 ook twee Venus-flyby's zal voltooien.

Terwijl Parker in-situ metingen doet vanuit de zonneatmosfeer, Solar Orbiter zal beelden van dezelfde regio maken. Samen, de twee ruimtevaartuigen zullen zowel de details als het grotere geheel geven.

"2021 wordt een spannende tijd voor Solar Orbiter, " zegt Teresa Nieves-Chinchilla, NASA Solar Orbiter Projectwetenschapper. "Aan het eind van het jaar, alle instrumenten zullen samenwerken in een volwaardige wetenschappelijke modus, en we zullen ons voorbereiden om nog dichter bij de zon te komen."

in 2022, Solar Orbiter zal tot op 48 miljoen kilometer van het oppervlak van de zon komen, meer dan 20 miljoen kilometer dichterbij dan in 2021.