Toen Simone Di Matteo voor het eerst de patronen in zijn gegevens zag, het leek te mooi om waar te zijn. "Het is te perfect!" Di Matteo, een ruimtefysica Ph.D. student aan de Universiteit van L'Aquila in Italië, herinnerde aan het denken. "Het kan niet echt zijn." En het was niet, hij zou er snel achter komen.

Di Matteo was op zoek naar lange treinen met enorme klodders, zoals de buitenaardse bellen van een lavalamp, maar overal 50 tot 500 keer zo groot als de aarde - in de zonnewind. De zonnewind, waarvan de oorsprong nog niet volledig wordt begrepen, is de stroom van geladen deeltjes die constant van de zon waait. Het magnetische veld van de aarde, de magnetosfeer genoemd, beschermt onze planeet tegen de gevolgen van haar straling. Maar wanneer gigantische klodders zonnewind in botsing komen met de magnetosfeer, ze kunnen daar storingen veroorzaken die interfereren met satellieten en alledaagse communicatiesignalen.

In zijn zoektocht, Di Matteo bekeek de archiefgegevens van de twee Duitse NASA Helios-ruimtevaartuigen opnieuw, die in 1974 en 1976 werd gelanceerd om de zon te bestuderen. Maar dit waren 45 jaar oude gegevens waar hij nog nooit mee had gewerkt. de onberispelijke, golfachtige patronen die hij aanvankelijk vond, lieten doorschemeren dat iets hem op een dwaalspoor bracht.

Pas toen hij die valse patronen ontdekte en verwijderde, vond Di Matteo precies wat hij zocht:gestippelde sporen van klodders die elke 90 minuten uit de zon sijpelden. De wetenschappers publiceerden hun bevindingen in JGR Ruimtefysica op 21 februari 2019. Ze denken dat de klodders licht kunnen werpen op het begin van de zonnewind. Welk proces de zonnewind ook uit de zon stuurt, het moet handtekeningen achterlaten op de klodders zelf.

De weg vrijmaken voor nieuwe wetenschap

Di Matteo's onderzoek was het begin van een project dat NASA-wetenschappers ondernamen in afwachting van de eerste gegevens van NASA's Parker Solar Probe-missie, die in 2018 werd gelanceerd. In de komende zeven jaar Parker zal door onontgonnen gebied vliegen, zo dicht als 4 miljoen mijl van de zon stijgen. Voordat Parker, de Helios 2-satelliet hield het record voor de dichtste nadering van de zon op 27 miljoen mijl, en wetenschappers dachten dat het hen een idee zou geven van wat ze konden verwachten. "Als een missie als Parker dingen gaat zien die niemand eerder heeft gezien, slechts een hint van wat kan worden waargenomen is echt nuttig, ' zei Di Matteo.

Het probleem met het bestuderen van de zonnewind vanaf de aarde is de afstand. In de tijd die de zonnewind nodig heeft om over de 93 miljoen mijl tussen ons en de zon te racen, belangrijke aanwijzingen voor de oorsprong van de wind, zoals temperatuur en dichtheid, vervagen. "Je vraagt ​​je constant af, 'Hoeveel van wat ik hier zie, komt door evolutie gedurende vier dagen onderweg, en hoeveel kwam er rechtstreeks van de zon?'" zei zonnewetenschapper Nicholeen Viall, die Di Matteo adviseerde tijdens zijn onderzoek bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Helios-gegevens - waarvan sommige werden verzameld op slechts een derde van de afstand tussen de zon en de aarde - zouden hen kunnen helpen deze vragen te beantwoorden.

Blobs modelleren

De eerste stap was het traceren van Helios' metingen van de klodders naar hun bron op de zon. "Je kunt naar ruimtevaartuiggegevens kijken zoveel je wilt, maar als je het kunt verbinden met waar het vandaan kwam op de zon, het vertelt een completer verhaal, " zei Samantha Wallace, een van de studiemedewerkers en een Ph.D. student aan de Universiteit van New Mexico in Albuquerque.

Wallace gebruikte een geavanceerd zonnewindmodel om magnetische kaarten van het zonneoppervlak te koppelen aan de waarnemingen van Helios. een lastige taak aangezien computertalen en dataconventies enorm zijn veranderd sinds Helios' dagen. Nutsvoorzieningen, de onderzoekers konden zien wat voor soort regio's op de zon waarschijnlijk zouden uitgroeien tot klodders zonnewind.

Het bewijs zeven

Vervolgens, Di Matteo zocht in de gegevens naar specifieke golfpatronen. Ze verwachtten dat de omstandigheden zouden afwisselen - heet en dicht, toen koud en zwak - terwijl individuele klodders het ruimtevaartuig overspoelden en verder gingen, in een lange rij.

De beeldschone patronen die Di Matteo voor het eerst vond, baarden hem zorgen. "Dat was een rode vlag, "Zei Viall. "De werkelijke zonnewind heeft niet zo'n nauwkeurig, schone perioden. Meestal als je zo'n nauwkeurige frequentie krijgt, het betekent dat er een instrumenteffect aan de gang is." Misschien was er een element van het instrumentontwerp dat ze niet overwogen, en het gaf effecten die gescheiden moesten worden van echte zonnewindpatronen.

Di Matteo had meer informatie nodig over de Helios-instrumenten. Maar de meeste onderzoekers die aan de missie hebben gewerkt, zijn al lang met pensioen. Hij deed wat iedereen zou doen, en wendde zich tot internet.

Veel Google-zoekopdrachten en een weekend online vertalers later, Di Matteo heeft een Duitse handleiding opgegraven die de instrumenten beschrijft die zijn gewijd aan het zonnewindexperiment van de missie. Decennia geleden, toen Helios slechts een blauwdruk was en voordat iemand ooit een ruimtevaartuig naar de zon lanceerde, wetenschappers wisten niet hoe ze de zonnewind het beste konden meten. Om zich voor te bereiden op verschillende scenario's, Di Matteo leerde, ze rustten de sondes uit met twee verschillende instrumenten die elk op hun eigen manier bepaalde eigenschappen van zonnewind zouden meten. Dit was de boosdoener die verantwoordelijk was voor de perfecte golven van Di Matteo:het ruimtevaartuig zelf, omdat het wisselde tussen twee instrumenten.

Nadat ze gegevenssegmenten hadden verwijderd die waren genomen tijdens routinematige instrumentwisselingen, de onderzoekers zochten opnieuw naar de blobs. Deze keer, ze hebben ze gevonden. Het team beschrijft vijf gevallen waarin Helios toevallig treinen met klodders ving. Terwijl wetenschappers deze klodders eerder vanaf de aarde hebben gezien, dit is de eerste keer dat ze ze zo dicht bij de zon hebben bestudeerd, en met dit detailniveau. Ze schetsen het eerste overtuigende bewijs dat de klodders heter en dichter zijn dan de typische zonnewind.

De terugkeer van de blobs

Of blob-treinen nu continu bubbelen met intervallen van 90 minuten of in spurts, en hoeveel ze onderling verschillen, is nog steeds een mysterie. "Dit is een van die onderzoeken die meer vragen opriepen dan we beantwoordden, maar dat is perfect voor Parker Solar Probe, ' zei Viall.

Parker Solar Probe wil de zon van dichtbij bestuderen, op zoek naar antwoorden op fundamentele vragen over de zonnewind. "Dit zal heel nuttig zijn, " zei Aleida Higginson, de plaatsvervangend projectwetenschapper van de missie aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. "Als je dingen wilt gaan begrijpen die je nog nooit eerder hebt gezien, je moet weten wat we eerder hebben gemeten en er een solide wetenschappelijke interpretatie voor hebben."

Parker Solar Probe voert zijn tweede zonnevlucht uit op 4 april, wat hem 25 miljoen mijl van de zon brengt - waarmee de recordafstand van Helios 2 al gehalveerd is. De onderzoekers zijn benieuwd of er klodders verschijnen in de observaties van Parker. Eventueel, het ruimtevaartuig zal zo dichtbij komen dat het klodders kan vangen direct nadat ze zijn gevormd, vers uit de zon.