Deze zomer, de mensheid begint aan haar eerste missie om de zon aan te raken:een ruimtevaartuig zal in de buitenste atmosfeer van de zon worden gelanceerd.

Geconfronteerd met temperaturen van enkele miljoenen graden Fahrenheit, NASA's Parker Solar Probe - vernoemd naar Eugene Parker, de natuurkundige van de Universiteit van Chicago, die voor het eerst het bestaan ​​van de zonnewind voorspelde, zal direct zonnedeeltjes en magnetische velden bemonsteren in een poging enkele van de belangrijkste vragen op te lossen waarmee de zonnewetenschap tegenwoordig wordt geconfronteerd. Onder die vragen:wat is de oorsprong van de zonnewind en hoe wordt deze versneld tot snelheden tot 1,8 miljoen mijl per uur?

De zonnewind vult ons hele zonnestelsel. Wanneer windstoten van zonnewind de aarde bereiken, ze kunnen oogverblindende aurora veroorzaken, maar astronauten ook blootstellen aan straling, interfereren met satellietelektronica, en verstoren communicatiesignalen zoals GPS en radiogolven. Hoe meer we de fundamentele processen begrijpen die de zonnewind aandrijven, hoe meer we sommige van deze effecten kunnen verzachten.

1958, Parker ontwikkelde een theorie die laat zien hoe de hete corona van de zon - die toen bekend stond als miljoenen graden Fahrenheit - zo heet is dat hij de zwaartekracht van de zon overwint. Volgens de theorie, het materiaal in de corona zet continu naar buiten uit in alle richtingen, een zonnewind vormen. Een jaar later, het Sovjet-ruimtevaartuig Luna 1 ontdekte zonnewinddeeltjes in de ruimte, en drie jaar daarna, de waarnemingen werden bevestigd door NASA's Mariner 2-ruimtevaartuig.

Al die jaren geleden, Mariner 2 ontdekte twee verschillende stromen zonnewind:een langzame stroom met een snelheid van ongeveer 215 mijl per seconde en een snelle stroom die met tweemaal die snelheid door de ruimte raast. Vervolgens, in 1973, de oorsprong van de snelle zonnewind werden geïdentificeerd. Röntgenfoto's van de corona genomen vanuit Skylab - het eerste bemande ruimtestation van de VS - onthulden dat de snelle wind uit coronale gaten spuwt, die donker zijn, relatief koele gebieden op de zon.

"De langzame zonnewind is, in veel opzichten, een groter mysterie, " zei Jim Klimchuk, zonnefysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Het biedt een grote belofte voor het onthullen van fundamenteel nieuw begrip."

De oorsprong en versnellingsmechanismen van de langzame zonnewind blijven mysterieus. Het is een kwestie van decennia lang fel debat tussen wetenschappers.

Maar we zijn niet zonder aanwijzingen. NASA's Ulysses-missie, gelanceerd in 1990 om rond de polen van de zon te vliegen, merkte op dat tijdens perioden van minimale zonneactiviteit, de langzame zonnewind is beperkt tot de evenaar van de zon - precies waar Parker Solar Probe zal vliegen. Naarmate de zonnecyclus naar zijn maximum vordert, de structuur van de zonnewind verandert van twee verschillende regimes - snel aan de polen en langzaam aan de evenaar - naar een gemengd, inhomogene stroom.

Het debat over de oorsprong van de langzame zonnewind draait om een ​​onderscheid tussen wat bekend staat als de gesloten en open corona. De gesloten corona verwijst naar gebieden van de zon waar de magnetische veldlijnen gesloten zijn, dat wil zeggen, aan beide uiteinden verbonden met het zonneoppervlak. Heldere helmstreamers - grote lussen die zich vormen over magnetisch actieve gebieden, in de vorm van de puntige helm van een ridder - zijn zo'n voorbeeld. het plasma, of geïoniseerd gas, reizen langs de gesloten lussen van een helmwimpel is voor het grootste deel beperkt tot het gebied nabij de zon.

De open corona, anderzijds, verwijst naar gebieden waar de magnetische veldlijnen slechts aan één uiteinde aan de zon verankeren, zich aan de andere kant uitstrekken in de ruimte, waardoor een snelweg ontstaat waar zonnemateriaal de ruimte in kan ontsnappen. Coronale gaten - de koelere gebieden bij de bron van de snelle zonnewind - zijn het leefgebied van open veldlijnen.

Tegen de tijd dat de langzame zonnewind de zonnecorona verlaat, het stroomt ook op open magnetische veldlijnen, want dat is de enige manier om zo ver van de zon te komen. Maar theorieën verschillen of het daar begon, of werd in plaats daarvan geboren op gesloten veldlijnen om ergens onderweg over te schakelen naar open veldlijnen.

De expansiefactortheorie, bijvoorbeeld, beweert dat de langzame zonnewind afkomstig is van open veldlijnen, net als de snelle wind. Zijn (relatief) lage snelheid is het gevolg van het uitdijende pad dat het aflegt op zijn weg uit de corona, terwijl magnetische veldlijnen langs de randen van helmwimpels lopen. Net zoals water dat door een pijp stroomt, vertraagt ​​tot een straaltje als de pijp uitzet, plasma dat langs deze steeds groter wordende magnetische paden reist, vertraagt, de langzame wind vormen.

Andere theorieën beweren dat de langzame zonnewind afkomstig is van gesloten veldlijnen en later overschakelt naar open veldlijnen. Overeenkomstig, de langzame wind ontstaat wanneer de open veldlijnen van coronale gaten tegen de gesloten veldlijnen aan de randen van helmwimpels botsen, zichzelf explosief opnieuw bedraden in een gebeurtenis die magnetische herverbinding wordt genoemd. Zoals een trein van spoor verandert nadat de machinist een schakelaar omdraait, het plasma dat voorheen op de gesloten veldlijnen van de streamer lag, bevindt zich plotseling op een open veldlijn, waar het kan ontsnappen naar de ruimte.

Het idee dat langzame zonnewindplasma ooit op gesloten veldlijnen was, wordt ondersteund door bewijs dat het ooit te maken had met het soort extreme hitte waarvan we weten dat het daar gebeurt.

"Het gaat niet om de temperatuur van het plasma wanneer we het meten; het gaat om de temperatuurgeschiedenis van dat plasma, " zei Aleida Higginson, een onderzoeker aan de Universiteit van Michigan die bij Goddard werkt. "We kunnen zien dat de langzame zonnewind in het verleden veel heter was." In aanvulling, de specifieke mix van elementen waaruit de langzame zonnewind bestaat, komt goed overeen met die in de gesloten corona, maar niet met plasma waarvan we weten dat het altijd op open veldlijnen heeft gestaan.

De huidige pogingen om deze theorieën te testen door ruimtevaartuigen in de buurt van de aarde worden gedwarsboomd door de grote afstand tussen hun metingen en de oorsprong van de zonnewind (er kan veel gebeuren in 93 miljoen mijl). De sleutel is om dichtbij te komen, het traceren van de zonnewind naar zijn bron - en Parker Solar Probe zal precies dat doen.

"Als we de langzame zonnewind kunnen meten, en ontdek dat het afkomstig is van de grens tussen open en gesloten magnetische velden, dan ondersteunt dat het idee dat magnetische herverbinding aanleiding geeft tot de langzame zonnewind, ' zei Klimchuk.

De instrumenten van Parker Solar Probe zullen stroomafwaarts bewijs van magnetische herverbinding verzamelen - een veelbetekenend teken dat de gesloten-veld-naar-open-veld-theorie in het spel is. Specifieke soorten heraansluiting verdraaien het resulterende magnetische veld op verschillende manieren, en de instrumenten van Parker zullen de wendingen in deze velden al vroeg meten, voordat ze veel tijd hebben gehad om vervormd te worden. In aanvulling, close-upbeelden van de ontluikende zonnewind zullen ons vertellen hoe coronale structuren evolueren terwijl ze zich naar buiten voortplanten. Dit zal ons helpen een al lang bestaande vraag te beantwoorden of de zonnewind een continue of intermitterende stroom is.

Voor wetenschappers die hunkeren naar gegevens om hun theorieën te testen, nauwkeurige metingen van de magnetische velden van de zonnecorona zullen van onschatbare waarde zijn. "Daarom is de missie van Parker zo belangrijk, "Zei Higginson. "Het gaat allemaal terug op het begrijpen van de gedetailleerde magnetische structuur op de zon."