Bijna anderhalf jaar na zijn missie, Parker Solar Probe heeft gigabytes aan gegevens over de zon en zijn atmosfeer teruggestuurd. Na de release van de allereerste wetenschap van de missie, vijf onderzoekers presenteerden aanvullende nieuwe bevindingen van Parker Solar Probe tijdens de herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union op 11 december, 2019. Onderzoek van deze teams wijst op de processen achter zowel de voortdurende uitstroom van materiaal van de zon - de zonnewind - als meer zeldzame zonnestormen die de technologie kunnen verstoren en astronauten in gevaar kunnen brengen. samen met nieuw inzicht in ruimtestof dat de Geminiden meteorenregen creëert.

De jonge zonnewind

De zonnewind draagt ​​het magnetische veld van de zon met zich mee, het vormgeven van het ruimteweer door het hele zonnestelsel terwijl het met ongeveer een miljoen mijl per uur van de zon wegstroomt. Enkele van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van Parker Solar Probe zijn het lokaliseren van de mechanismen die de zonnewind met zulke hoge snelheden de ruimte in sturen.

Een aanwijzing ligt in verstoringen in de zonnewind die kunnen wijzen op de processen die de wind verwarmen en versnellen. Deze structuren - zakken van relatief dicht materiaal - zijn opgepikt in gegevens van eerdere missies die decennia overspannen. Ze zijn meerdere keren zo groot als het hele magnetische veld van de aarde, die zich tienduizenden kilometers in de ruimte uitstrekt - wat betekent dat deze structuren het magnetische veld van de aarde op wereldschaal kunnen comprimeren wanneer ze erop botsen.

"Als structuren in de zonnewind de aarde bereiken, ze kunnen de dynamiek in de magnetosfeer van de aarde aansturen, inclusief deeltjesneerslag van de stralingsgordels van de aarde, " zei Nicholas Viall, een ruimtewetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die tijdens de AGU-bijeenkomst nieuwe bevindingen over zonnewindstructuren van Parker Solar Probe presenteerde. Neerslag van deeltjes kan een reeks effecten veroorzaken, zoals het aurora doen ontploffen en satellieten verstoren.

In de buurt van de zon, Parker Solar Probe heeft deze zonnewindstructuren beter dan ooit gemeten, beide camera's gebruiken om van veraf foto's te maken en instrumenten ter plaatse om de structuren te meten terwijl ze over het ruimtevaartuig gaan. Om een ​​completer beeld te krijgen van deze zonnewindstructuren, Viall ging nog een stap verder, observaties van Parker combineren, satellieten in de buurt van de aarde, en NASA's STEREO-A-ruimtevaartuig om deze structuren vanuit meerdere hoeken te onderzoeken.

STEREO-A draagt ​​een instrument dat een coronagraaf wordt genoemd, die een stevige schijf gebruikt om het heldere licht van de zon te blokkeren, de camera beelden laten vastleggen van de relatief zwakke buitenatmosfeer, de corona. Vanaf het uitkijkpunt op ongeveer 90 graden van de aarde, STEREO-A kon de gebieden van de corona zien waar Parker doorheen vloog, waardoor Viall de metingen op een nieuwe manier kon combineren en een beter zicht kreeg op zonnewindstructuren terwijl ze uit de zon stroomden. Naast de afbeeldingen van Parker Solar Probe, wetenschappers hebben nu een beter zicht op magnetische storingen in de zonnewind.

De instrumenten van Parker werpen ook nieuw licht op de onzichtbare processen in de zonnewind, onthullend een verrassend actief systeem in de buurt van de zon.

"We denken aan de zonnewind - zoals we hem in de buurt van de aarde zien - als zeer glad, maar Parker zag verrassend langzame wind, vol kleine uitbarstingen en stralen plasma, " zei Tim Horbury, een hoofdonderzoeker van de FIELDS-instrumenten van Parker Solar Probe aan het Imperial College London.

Horbury gebruikte gegevens van de FIELDS-instrumenten van Parker Solar Probe - die de schaal en vorm van elektrische en magnetische velden in de buurt van het ruimtevaartuig meten - om een ​​bijzonder vreemde gebeurtenis in detail te onderzoeken:magnetische "switchbacks, "plotselinge clusters van gebeurtenissen wanneer het magnetische veld van de zon op zichzelf terugbuigt, voor het eerst beschreven met de eerste resultaten van Parker Solar Probe op 4 december, 2019.

De exacte oorsprong van de haarspeldbochten is niet zeker, maar het kunnen kenmerken zijn van het proces dat de buitenste atmosfeer van de zon verwarmt, de corona, tot miljoenen graden, honderden keren heter dan het zichtbare oppervlak eronder. De oorzaak van deze contra-intuïtieve temperatuurstijging is een al lang bestaande vraag in de zonnewetenschap - het coronale verwarmingsmysterie genoemd - en hangt nauw samen met vragen over hoe de zonnewind wordt geactiveerd en versneld.

"We denken dat de haarspeldbochten waarschijnlijk verband houden met individuele energetische energie-afgiftes op de zon - wat we jets noemen, "zei Horbury. "Als dit straaljagers zijn, er moet een zeer grote populatie van kleine gebeurtenissen op de zon plaatsvinden, dus ze zouden een groot deel van de totale energie van de zonnewind bijdragen."

Een kijkje in zonnestormen

Samen met de zonnewind, de zon zendt ook afzonderlijke wolken van materiaal uit die coronale massa-ejecties worden genoemd, of CME's. Dichter en soms sneller dan de zonnewind, CME's kunnen ook ruimteweereffecten op aarde veroorzaken, of problemen veroorzaken voor satellieten op hun pad.

CME's zijn notoir moeilijk te voorspellen. Sommigen van hen zijn gewoon niet zichtbaar vanaf de aarde of vanaf STEREO-A - de twee posities waar we instrumenten hebben die CME's van ver kunnen zien - omdat ze uit delen van de zon losbarsten buiten het zicht van beide ruimtevaartuigen. Zelfs als ze worden opgemerkt door instrumenten, het is niet altijd mogelijk om te voorspellen welke CME's het magnetisch veld van de aarde zullen verstoren en ruimteweereffecten zullen veroorzaken, aangezien de magnetische structuur binnen de wolk van materiaal een cruciale rol speelt.

Onze beste kans om de magnetische eigenschappen van een bepaalde CME te begrijpen, is gebaseerd op het lokaliseren van het gebied op de zon van waaruit de CME explodeerde - wat betekent dat één type uitbarsting, een stealth CME, een unieke uitdaging vormt voor ruimteweervoorspellers.

Stealth CME's zijn zichtbaar in coronagrafen - instrumenten die alleen naar de buitenste atmosfeer van de zon kijken - maar laten geen duidelijke tekenen van hun uitbarsting achter in afbeeldingen van de zonneschijf, waardoor het moeilijk is om vast te stellen van waar, precies, ze stegen op.

Maar tijdens de eerste zonnevlucht van Parker Solar Probe in november 2018, het ruimtevaartuig werd geraakt door een van deze stealth CME's.

"Vliegend dicht bij de zon, Parker Solar Probe heeft een unieke kans om jonge CME's te zien die niet zijn verwerkt van tientallen miljoenen kilometers reizen, " zei Kelly Korreck, hoofd van de wetenschappelijke operaties voor Parker's SWEAP-instrumenten, gevestigd in het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts. "Dit was de eerste keer dat we onze instrumenten in een van deze coronale massa-ejecties konden steken, zo dicht bij de zon."

Vooral, Korreck gebruikte gegevens van Parker's FIELDS- en SWEAP-instrumenten om een ​​momentopname te krijgen van de interne structuur van de CME. SWEAP, de zonneblaasinstrumenten van de missie, meet kenmerken zoals snelheid, temperatuur, en elektronen- en protondichtheden van de zonnewind. Deze metingen bieden niet alleen een van de eerste blikken in een CME zo dicht bij de zon, maar ze kunnen wetenschappers helpen om stealth-CME's terug te traceren naar hun bronnen.

Een ander type zonnestorm bestaat uit extreem energetische deeltjes die met de snelheid van het licht bewegen. Hoewel vaak gerelateerd aan CME-uitbarstingen, deze deeltjes zijn onderhevig aan hun eigen versnellingsprocessen - en ze bewegen veel sneller dan CME's, het bereiken van de aarde en het ruimtevaartuig in een kwestie van minuten. Deze deeltjes kunnen satellietelektronica beschadigen en astronauten in gevaar brengen, maar hun snelheid maakt ze moeilijker te vermijden dan veel andere soorten ruimteweer.

Deze uitbarstingen van deeltjes, maar niet altijd, begeleiden andere zonne-evenementen zoals uitbarstingen en CME's, maar voorspellen wanneer ze zullen verschijnen is moeilijk. Voordat deeltjes de snelheden van bijna licht bereiken, waardoor ze gevaarlijk zijn voor ruimtevaartuigen, elektronica en astronauten, ze gaan door een meertraps energieproces, maar de eerste stap in dit proces, in de buurt van de zon, niet direct waargenomen.

Toen Parker Solar Probe in april 2019 van de zon wegreed, na zijn tweede zonne-ontmoeting, het ruimtevaartuig observeerde de grootste maar energetische deeltjesgebeurtenis die door de missie werd gezien. Metingen door de energetische deeltjesinstrumentensuite, IS? IS, hebben een ontbrekende schakel ingevuld in de processen van deeltjesactivering.

"De regio's voor coronale massa-ejecties bouwen materiaal op, als sneeuwploegen in de ruimte, en het blijkt dat deze 'sneeuwploegen' ook materiaal opbouwen van eerder vrijgegeven zonnevlammen, " zei Nathan Schwadron, een ruimtewetenschapper aan de Universiteit van New Hampshire in Durham.

Begrijpen hoe zonnevlammen populaties van zaaddeeltjes creëren die energetische deeltjesgebeurtenissen voeden, zal wetenschappers helpen beter te voorspellen wanneer dergelijke gebeurtenissen kunnen plaatsvinden, samen met het verbeteren van modellen van hoe ze door de ruimte bewegen.

Asteroïde vingerafdrukken

De WISPR-instrumenten van Parker Solar Probe zijn ontworpen om gedetailleerde beelden vast te leggen van de zwakke corona en zonnewind, maar ze pakten ook een andere moeilijk te zien structuur op:een 60, 1000 mijl breed stofspoor dat de baan van de asteroïde Phaethon volgt, die de Geminiden meteorenregen creëerde. in 2019, de Geminiden meteorenregen piekt in de nacht van 13-14 december.

Dit spoor van stofkorrels doorkruist de atmosfeer van de aarde wanneer onze planeet in december de baan van Phaethon kruist, opbranden en de spectaculaire show produceren die we de Geminiden noemen. Hoewel wetenschappers al lang weten dat Phaethon de ouder is van de Geminiden, het zien van het werkelijke stofspoor was tot nu toe niet mogelijk. Extreem zwak en heel dicht bij de zon aan de hemel, het is nooit opgepikt door een eerdere telescoop, ondanks verschillende pogingen, maar WISPR is ontworpen om vage structuren in de buurt van de zon te zien. WISPR's allereerste directe zicht op het stofspoor heeft nieuwe informatie gegeven over de kenmerken ervan.

"We berekenen een massa in de orde van een miljard ton voor het hele spoor, wat niet zoveel is als we zouden verwachten voor de Geminiden, maar veel meer dan Phaethon produceert in de buurt van de zon, " zei Karl Battams, een ruimtewetenschapper bij het U.S. Naval Research Lab in Washington, D.C. "Dit houdt in dat WISPR slechts een deel van de Geminid-stroom ziet - niet het hele ding - maar het is een deel dat niemand ooit had gezien of zelfs maar wist dat het er was, dus dat is heel spannend!"

Met drie banen onder zijn riem, Parker Solar Probe zal zijn verkenning van de zon voortzetten in de loop van 21 steeds dichterbij komende zonnevluchten. De volgende baanverandering zal plaatsvinden tijdens de Venus-flyby op 26 december, brengt Parker naar ongeveer 18,6 miljoen mijl van het oppervlak van de zon voor de volgende dichte nadering van de zon op 29 januari, 2020. Met directe metingen van deze nooit eerder gemeten omgeving - dichter bij de zon dan ooit tevoren - kunnen we verwachten nog meer over deze verschijnselen te leren en geheel nieuwe vragen te ontdekken.