Naarmate we steeds krachtiger tools ontwikkelen om verder te kijken dan ons zonnestelsel, we leren meer over de schijnbaar eindeloze zee van verre sterren en hun merkwaardige afgietsels van in een baan om de aarde draaiende planeten. Maar er is maar één ster waar we rechtstreeks naartoe kunnen reizen en van dichtbij kunnen observeren - en dat is de onze:de zon.

Twee komende missies zullen ons binnenkort dichter bij de zon brengen dan ooit tevoren. onze beste kans tot nu toe om de complexiteit van zonneactiviteit in ons eigen zonnestelsel aan het licht te brengen en licht te werpen op de aard van de ruimte en de sterren in het hele universum.

Samen, NASA's Parker Solar Probe en ESA's (de European Space Agency) Solar Orbiter kunnen decennia-oude vragen over de innerlijke werking van onze dichtstbijzijnde ster oplossen. Hun uitgebreide, nauwkeurige studie van de zon heeft belangrijke implicaties voor hoe we leven en ontdekken:energie van de zon drijft het leven op aarde aan, maar het veroorzaakt ook ruimteweergebeurtenissen die een gevaar kunnen vormen voor technologie waarvan we steeds afhankelijker worden. Dergelijk ruimteweer kan radiocommunicatie verstoren, satellieten en menselijke ruimtevluchten beïnvloeden, en - in het ergste geval - interfereren met elektriciteitsnetten. Een beter begrip van de fundamentele processen bij de zon die deze gebeurtenissen aansturen, zou de voorspellingen kunnen verbeteren van wanneer ze zullen plaatsvinden en hoe hun effecten op aarde kunnen worden gevoeld.

"Ons doel is om te begrijpen hoe de zon werkt en hoe deze de ruimteomgeving beïnvloedt tot het punt van voorspelbaarheid, " zei Chris St. Cyr, Solar Orbiter-projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Dit is echt een door nieuwsgierigheid gedreven wetenschap."

Parker Solar Probe wordt in de zomer van 2018 gelanceerd, en Solar Orbiter staat gepland voor 2020. Deze missies zijn onafhankelijk ontwikkeld, maar hun gecoördineerde wetenschappelijke doelstellingen zijn geen toeval:Parker Solar Probe en Solar Orbiter zijn natuurlijke teamgenoten.

De zonnecorona bestuderen

Beide missies zullen de dynamische buitenatmosfeer van de zon nader bekijken, de corona genoemd. Van aarde, de corona is alleen zichtbaar tijdens totale zonsverduisteringen, wanneer de maan het meest intense licht van de zon blokkeert en de piekerige buitenatmosfeer onthult, parelwitte structuur. Maar de corona is niet zo delicaat als het lijkt tijdens een totale zonsverduistering - veel van het gedrag van de corona is onvoorspelbaar en wordt niet goed begrepen.

De geladen gassen van de corona worden aangedreven door een reeks natuurkundige wetten die zelden betrokken zijn bij onze normale ervaring op aarde. Door de details te ontrafelen van wat ervoor zorgt dat de geladen deeltjes en magnetische velden dansen en draaien terwijl ze dat doen, kunnen we twee opmerkelijke mysteries begrijpen:wat maakt de corona zoveel heter dan het zonneoppervlak, en wat de constante uitstorting van zonnemateriaal drijft, de zonnewind, tot zulke hoge snelheden.

Die corona zien we al van ver, en zelfs meten hoe de zonnewind eruitziet als hij langs de aarde gaat - maar dat is als het meten van een kalme rivier mijlen stroomafwaarts van een waterval en proberen de bron van de stroom te begrijpen. Pas sinds kort beschikken we over de technologie die bestand is tegen de hitte en straling in de buurt van de zon, dus voor het eerst we gaan dicht bij de bron.

"Parker Solar Probe en Solar Orbiter maken gebruik van verschillende soorten technologie, maar - als missies - zullen ze complementair zijn, " zei Eric Christiaan, een onderzoekswetenschapper op de Parker Solar Probe-missie bij NASA Goddard. "Ze zullen tegelijkertijd foto's maken van de corona van de zon, en ze zullen enkele van dezelfde structuren zien - wat er aan de polen van de zon gebeurt en hoe diezelfde structuren eruit zien op de evenaar."

Parker Solar Probe zal een geheel nieuw gebied doorkruisen naarmate het dichter bij de zon komt dan enig ruimtevaartuig ooit is geweest - op zo'n 3,8 miljoen mijl van het zonneoppervlak. Als de aarde zou worden verkleind om aan het ene uiteinde van een voetbalveld te zitten, en de zon aan de andere kant, de missie zou de vier meter lange lijn halen. De huidige recordhouder Helios B, een zonnemissie van eind jaren 70, maakte het alleen tot de 29-yard lijn.

Vanaf dat uitkijkpunt, De vier reeksen wetenschappelijke instrumenten van Parker Solar Probe zijn ontworpen om de zonnewind in beeld te brengen en magnetische velden te bestuderen. plasma en energetische deeltjes - die de ware anatomie van de buitenste atmosfeer van de zon verduidelijken. Deze informatie zal licht werpen op het zogenaamde coronale verwarmingsprobleem. Dit verwijst naar de contra-intuïtieve realiteit dat, terwijl de temperaturen in de corona kunnen oplopen tot een paar miljoen graden Fahrenheit, het onderliggende zonneoppervlak, de fotosfeer, schommelt rond de 10, 000 graden. Om de eigenaardigheid van dit temperatuurverschil volledig te waarderen, stel je voor dat je wegloopt van een kampvuur en voelt dat de lucht om je heen veel krijgt, veel heter.

Solar Orbiter zal binnen 26 miljoen mijl van de zon komen - dat zou het binnen de 27-yard lijn op dat metaforische voetbalveld plaatsen. Het zal in een sterk gekantelde baan zijn die onze allereerste directe beelden van de polen van de zon kan opleveren - delen van de zon die we nog niet goed begrijpen, en die de sleutel kan bevatten om te begrijpen wat de constante activiteit en uitbarstingen van onze ster drijft.

Zowel Parker Solar Probe als Solar Orbiter zullen de meest doordringende invloed van de zon op het zonnestelsel bestuderen:de zonnewind. De zon ademt constant een stroom gemagnetiseerd gas uit die het binnenste zonnestelsel vult, zonnewind genoemd. Deze zonnewind interageert met magnetische velden, sferen, of zelfs oppervlakken van werelden in het hele zonnestelsel. Op aarde, deze interactie kan aurora's veroorzaken en soms communicatiesystemen en elektriciteitsnetten verstoren.

Gegevens van eerdere missies hebben wetenschappers doen geloven dat de corona bijdraagt ​​aan de processen die deeltjes versnellen, de ongelooflijke snelheden van de zonnewind aandrijven - die verdrievoudigen als hij de zon verlaat en door de corona gaat. Direct, de zonnewind reist ongeveer 92 miljoen mijl tegen de tijd dat hij het ruimtevaartuig bereikt dat hem meet - genoeg tijd voor deze stroom geladen gassen om zich te vermengen met andere deeltjes die door de ruimte reizen en enkele van zijn bepalende kenmerken te verliezen. Parker Solar Probe vangt de zonnewind op zoals hij zich vormt en verlaat de corona, enkele van de meest ongerepte metingen van zonnewind ooit naar de aarde teruggestuurd. Het perspectief van Solar Orbiter, die een goed beeld geven van de polen van de zon, zal een aanvulling vormen op het onderzoek van Parker Solar Probe naar de zonnewind, omdat het wetenschappers in staat stelt te zien hoe de structuur en het gedrag van de zonnewind op verschillende breedtegraden varieert.

Solar Orbiter zal ook gebruik maken van zijn unieke baan om de magnetische velden van de zon beter te begrijpen; enkele van de meest interessante magnetische activiteit van de zon is geconcentreerd bij de polen. Maar omdat de aarde in een vlak draait dat min of meer in lijn ligt met de zonne-evenaar, we hebben meestal geen goed zicht op de polen van veraf. Het is een beetje alsof je de top van de Mount Everest probeert te zien vanaf de voet van de berg.

Dat beeld van de polen zal ook een heel eind bijdragen aan het begrijpen van de algemene aard van het magnetische veld van de zon, die levendig en uitgebreid is, die zich ver buiten de baan van Neptunus uitstrekt. Het magnetische veld van de zon is zo verreikend, grotendeels vanwege de zonnewind:terwijl de zonnewind naar buiten stroomt, het draagt ​​het magnetische veld van de zon met zich mee, het creëren van een enorme zeepbel, heliosfeer genoemd. Binnen de heliosfeer, de zonnewind bepaalt de aard van planetaire atmosferen. De grenzen van de heliosfeer worden gevormd door de interactie van de zon met de interstellaire ruimte. Sinds de passage van Voyager 1 door de heliopauze in 2012, we weten dat deze grenzen het binnenste zonnestelsel dramatisch beschermen tegen inkomende galactische straling.

Het is nog niet duidelijk hoe het magnetische veld van de zon precies wordt gegenereerd of gestructureerd diep in de zon - hoewel we weten dat intense magnetische velden rond de polen de variabiliteit op de zon veroorzaken, veroorzaakt zonnevlammen en coronale massa-ejecties. Solar Orbiter zal meerdere dagen achter elkaar over ongeveer hetzelfde gebied van de zonneatmosfeer zweven, terwijl wetenschappers kijken hoe de spanning zich opbouwt en loslaat rond de polen. Die waarnemingen kunnen leiden tot een beter bewustzijn van de fysieke processen die uiteindelijk het magnetische veld van de zon genereren.

Samen, Parker Solar Probe en Solar Orbiter zullen onze kennis van de zon en de heliosfeer verfijnen. Onderweg, het is waarschijnlijk dat deze missies nog meer vragen zullen oproepen dan ze beantwoorden - een probleem waar wetenschappers erg naar uitkijken.

"Er zijn vragen die ons al lang dwarszitten, " zei Adam Szabo, missiewetenschapper voor Parker Solar Probe bij NASA Goddard. "We proberen te ontcijferen wat er in de buurt van de zon gebeurt, en de voor de hand liggende oplossing is om er gewoon heen te gaan. We kunnen niet wachten - niet alleen ik, maar de hele gemeenschap."