De vier Magnetospheric Multiscale-ruimtevaartuigen vliegen uit hun element. Het ruimtevaartuig heeft zojuist een korte omweg gemaakt van hun routinewetenschap - kijkend naar processen in de magnetische omgeving van de aarde - en waagde zich in plaats daarvan daarbuiten, iets bestuderen waarvoor ze oorspronkelijk niet zijn ontworpen.

Voor drie weken, MMS bestudeerde de zonnewind - de stroom supersonische geladen deeltjes die door de zon rond het zonnestelsel wordt geslingerd - om beter te begrijpen wat bekend staat als turbulentie in plasma's. de verwarmde, geëlektrificeerde gassen die 99 procent uitmaken van de gewone materie in het universum. Turbulentie is de chaotische beweging van een vloeistof. Het duikt overal in het dagelijks leven op, van kolken in een rivier tot rook uit een schoorsteen, maar het is ongelooflijk moeilijk om te studeren omdat het zo onvoorspelbaar is en het blijft een van de minst goed begrepen disciplines in de hele natuurkunde. De mini-campagne zal wetenschappers van dichtbij en in-situ bekijken om de grenzen van het veld te verleggen.

Maar om deze baanbrekende metingen te doen, MMS moest op een geheel nieuwe manier werken - en MMS-wetenschappers en ingenieurs ontwierpen een slimme manier om het ruimtevaartuig in staat te stellen de zonnewind met ongekende nauwkeurigheid te bestuderen, het testen van de grenzen en veelzijdigheid van de mogelijkheden van MMS.

Nieuwe deuren openen

De Magnetospheric Multiscale-missie, mms, werd in 2015 gelanceerd om magnetische herverbinding te bestuderen - het explosief breken en smeden van magnetische veldlijnen, die hoogenergetische deeltjes rond de aarde slingert. MMS is gebouwd met ultramoderne instrumenten die metingen uitvoeren met een bijna 100 keer betere resolutie dan eerdere instrumenten. Na twee jaar magnetische herverbinding te hebben bestudeerd in de magnetische omgeving van de aarde - de magnetosfeer - aan de dagzijde, MMS verlengde zijn baan om te gaan kijken naar herverbinding achter de aarde, weg van de zon, waar men denkt dat het de aurora's doet ontbranden.

Aangezien MMS zijn oorspronkelijke missiedoelen heeft voltooid, het kost nu tijd in zijn uitgebreide missie om enkele nieuwe wetenschappelijke doelstellingen aan te pakken. Turbulentie begrijpen, wat een van de belangrijkste wetenschappelijke doelstellingen van NASA is, is de eerste mini-campagne MMS plannen om te ondernemen.

"We zouden in de toekomst veel van deze mini-campagnes willen maken als deze succesvol is, wat het al aan het worden is, " zei Bob Ergun, onderzoeker bij het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica in Boulder, Colorado, die de nieuwe campagne leidt. "MMS is een zeer, zeer krachtig observatorium met ongelooflijk gevoelige instrumenten erop en we proberen het gebruik ervan te maximaliseren om deze andere prioritaire wetenschappen te bestuderen."

Buiten de magnetosfeer denken

Het bestuderen van de zonnewind doe je het beste vanuit de zonnewind, maar meestal, de vier MMS-ruimtevaartuigen draaien in of aan de rand van de magnetosfeer van de aarde - waar het magnetische veld een buffer creëert die het ruimtevaartuig beschermt tegen de zonnewind. Zo nu en dan, echter, routinematige orbitale aanpassingen, gebruikt om de langgerekte baan van MMS te behouden, neem het goed mee naar buiten. Dit jaar, een boost voor de baan van het ruimtevaartuig is dat MMS volledig uit de magnetische omgeving van de aarde wordt gehaald en voorbij de boegschok - een gebied waar de supersonische zonnewind in de magnetosfeer van de aarde slaat. Op zo'n afstand, MMS gaat door de zonnewind zelf, wat een tijdsbestek geeft om de turbulentie in de regio te bestuderen.

Het bestuderen van de zonnewind is niets als het bestuderen van magnetische herverbinding, maar kan worden gedaan met dezelfde instrumenten die magnetische en elektrische velden meten. MMS is uitgerust met enkele van de meest nauwkeurige instrumenten die ooit in de ruimte zijn gevlogen, maar om ze te gebruiken om de zonnewind te bestuderen, eerst moeten er wat aanpassingen worden gedaan.

Normaal gesproken vliegt MMS in een piramidevormige formatie die een tetraëder wordt genoemd, waardoor alle vier de ruimtevaartuigen gelijkelijk van elkaar kunnen worden gescheiden. Terwijl ze door de zonnewind vlogen, het ruimtevaartuig was in plaats daarvan gerangschikt in wat wetenschappers een 'parelsnoer' noemen. Vliegen loodrecht op de wind, het ruimtevaartuig volgde de een na de ander, elk verschoven op afstanden van 25 tot 100 kilometer (ongeveer 15,5 tot 62 mijl) van hun buurman. Hierdoor kunnen wetenschappers zien hoeveel de zonnewind over verschillende afstanden varieert.

Echter, terwijl het ruimtevaartuig door de supersonische zonnewind reist, creëren ze een kielzog achter hen, net als een boot. Dit kielzog is geen natuurlijk kenmerk van de zonnewind, dus de MMS-wetenschappers willen voorkomen dat ze hun instrumenten hebben, die draaien aan het einde van lange gieken, er doorheen gesleept. Om nauwkeurige metingen te doen zonder last te hebben van het kielzog, de ruimtevaartuigen waren elk 15 graden omhoog gekanteld. De kanteling tilt de draaiende gieken omhoog van het reizen achter het ruimtevaartuig door het kielzog.

Deze hoek stelt wetenschappers in staat om betere gegevens te krijgen, maar het komt met een prijs. Als gevolg van de kanteling, het zonnepaneel krijgt niet zoveel licht, wat betekent dat het vermogen van het ruimtevaartuig wordt verminderd met elk een paar watt. De kanteling legt ook thermische spanning op het ruimtevaartuig, omdat de bovenkant van elk heter wordt dan de onderkant. Voor een korte campagne echter, deze effecten hebben geen blijvende invloed op het ruimtevaartuig.

oud ruimtevaartuig, Nieuwe trucjes

De MMS-gegevens die in deze campagne worden verzameld, zullen enkele van de meest nauwkeurige metingen van turbulentie in de zonnewind zijn die ooit zijn gemaakt. Het onderzoek zal ook een aanvulling zijn op het werk van NASA's Parker Solar Probe, die door de atmosfeer van de zon vliegt en de oorsprong van de zonnewind bestudeert. Terwijl Parker Solar Probe de initiële turbulentie in de zonnewind meet, MMS heeft de nasleep gemeten toen het de aarde bereikte.

"Bijna alle astrofysische plasma's waar we naar kijken rond de zon, sterren, zwarte gaten, accretieschijven, jets, zijn allemaal extreem turbulent, dus door het op aarde te begrijpen, begrijpen we het elders, ' zei Ergun.

Uiteindelijk zal deze minicampagne ook dienen als testcase voor wat MMS in de toekomst kan. Door de nuances van de formaties en kantelhoeken van MMS te leren, kunnen de wetenschappers het scala aan mogelijkheden van MMS beter begrijpen, die ook de deur kan openen voor andere soorten wetenschappelijke campagnes.