De zonnewind is een stroom van deeltjes die met ongeveer een miljoen mijl per uur van de zon komt en door het hele zonnestelsel reist. Voor het eerst voorgesteld in de jaren 1950 door de natuurkundige Eugene Parker van de Universiteit van Chicago, de zonnewind is zichtbaar in de halo rond de zon tijdens een zonsverduistering en soms wanneer de deeltjes de atmosfeer van de aarde raken - zoals de aurora borealis, of noorderlicht.

Terwijl de zonnewind de aarde beschermt tegen andere schadelijke deeltjes die uit de ruimte komen, stormen kunnen ook onze satelliet- en communicatienetwerken bedreigen.

Wat is de zonnewind?

Het oppervlak van de zon is bloedheet om 6 uur, 000 graden Fahrenheit, maar de atmosfeer, de corona genoemd, is meer dan duizend keer heter. Het is ook ongelooflijk actief; die fakkels en lussen zijn de halo die je rond de zon ziet als er een zonsverduistering is.

De corona is zo heet dat de zwaartekracht van de zon hem niet kan vasthouden, dus deeltjes worden de ruimte in geslingerd en reizen door het zonnestelsel in alle richtingen. Terwijl de zon draait, brandwonden en boeren, het creëert complexe wervelingen en wervelingen van deeltjes. Deze deeltjes, meestal protonen en elektronen, reizen ongeveer een miljoen mijl per uur als ze de aarde passeren.

Deze stroom van deeltjes, genaamd de "zonnewind, " heeft een enorme impact op ons leven. Het beschermt ons tegen verdwaalde kosmische straling die van elders in de melkweg komt, maar de effecten van stormen op het oppervlak van de zon kunnen ook onze telecommunicatienetwerken aantasten. De wind zou ook een bedreiging vormen voor astronauten die door ruimte, daarom wil NASA de eigenschappen ervan beter begrijpen.

Hoe is de zonnewind ontdekt?

In 1957, Eugene Parker was een assistent-professor aan de Universiteit van Chicago toen hij een open vraag in de astrofysica begon te onderzoeken:komen deeltjes van de zon? Een dergelijk fenomeen leek onwaarschijnlijk; De atmosfeer van de aarde stroomt niet de ruimte in, en veel experts gingen ervan uit dat hetzelfde zou gelden voor de zon. Maar wetenschappers hadden een vreemd fenomeen opgemerkt:de staarten van kometen, in welke richting ze ook reisden, wees altijd weg van de zon - bijna alsof iets hen wegblies.

Parker begon te rekenen. Hij berekende dat als de corona van de zon een miljoen graden was, er moest een stroom deeltjes zijn die uitbreidde van het oppervlak, uiteindelijk extreem snel worden - sneller dan de snelheid van het geluid. Hij zou het fenomeen later de 'zonnewind' noemen.

"En dat is het einde van het verhaal, behalve dat het niet zo is, omdat mensen meteen zeiden:"Ik geloof het niet, ' zei Parker.

Hij schreef een paper en diende het in bij de Astrofysisch tijdschrift ; de reactie van wetenschappelijke reviewers was snel en vernietigend.

"Je moet begrijpen hoe ongelooflijk dit klonk toen hij het voorstelde, " zei Fausto Cattaneo, een UChicago hoogleraar astronomie en astrofysica. "Dat deze wind niet alleen bestaat, maar reist met supersonische snelheid! Het is buitengewoon moeilijk om iets te versnellen tot supersonische snelheden in het laboratorium, en er is geen voortstuwing."

Gelukkig, de toenmalige redacteur van het tijdschrift was de eminente astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar, Parker's collega aan de Universiteit van Chicago. Chandrasekhar hield ook niet van het idee, maar de toekomstige Nobelprijswinnaar kon niets verkeerds vinden met Parker's wiskunde, dus verwierp hij de recensenten en publiceerde de krant.

Pas drie jaar later, toen een NASA-ruimtevaartuig genaamd Mariner II metingen deed op zijn reis naar Venus in 1962, de resultaten waren eenduidig. "Er was de zonnewind, 24/7 blazen, ' zei Parker.

Hoe beïnvloedt de zonnewind ons?

De baanbrekende ontdekking heeft ons beeld van de ruimte en het zonnestelsel hervormd. Wetenschappers kwamen tot het inzicht dat de zonnewind niet alleen langs de aarde stroomt, maar door het hele zonnestelsel en daarbuiten. Het beschermt en bedreigt ons ook.

"De zonnewind bedekt het zonnestelsel magnetisch, het leven op aarde beschermen tegen nog hogere energiedeeltjes die van elders in de melkweg komen, " verklaarde UChicago-astrofysicus Angela Olinto. "Maar het heeft ook invloed op de geavanceerde satellietcommunicatie die we vandaag hebben. Dus het begrijpen van de precieze structuur en dynamiek en evolutie van de zonnewind is cruciaal voor de beschaving als geheel."

Normaal gesproken, Het magnetische veld van de aarde beschermt ons tegen de meeste van deze deeltjes. Maar soms, de zon "boert, " een miljard ton materiaal in de ruimte gooien met een snelheid van enkele duizenden kilometers per seconde. Dit worden coronale massa-ejecties genoemd - en als er een grote de aarde zou raken, de schokgolf kan chaos en schade aan onze communicatiesystemen veroorzaken. "Het kan ervoor zorgen dat het magnetische veld dat de aarde omringt, gaat rinkelen als een klok die wordt geslagen, " zei prof. Justin Kasper, een UChicago-aluin nu een natuurkundige aan de Universiteit van Michigan. Een dergelijk scenario zou allerlei soorten storingen veroorzaken:vliegtuigen zouden de radiocommunicatie verliezen, GPS zou tot mijlen ver worden weggegooid, en bankieren, communicatie- en elektronische systemen kunnen worden uitgeschakeld.

Dit is eigenlijk al eerder gebeurd:in 1859, een gigantische zonne-uitbarsting, bekend als het Carrington-evenement, legde de telegraaf- en elektrische systemen dagenlang stil. De aurora borealis was zo sterk dat mensen meldden dat ze zelfs om één uur 's nachts een krant konden lezen bij het licht ervan. "Er was een afschuwelijke pracht aan de horizon van het noorden, waaruit fantastische lichtspitsen omhoogschoten, en een roze gloed uitgebreid, als een damp getint met vuur, naar het zenit, " schreef de Cincinnati Daily Commercial.

Maar in 1859, we waren niet zo afhankelijk van elektronica als nu. Een onderzoek uit 2013 door Lloyd's of London schatte dat een soortgelijke storm die vandaag de aarde treft alleen al in de Verenigde Staten tot $ 2,6 biljoen aan schade kan veroorzaken. en zou leiden tot wijdverbreide stroomuitval en schade aan elektriciteitsnetten.

Er zijn enkele voorzorgsmaatregelen die we zouden kunnen nemen als we van tevoren op de hoogte waren, daarom willen ingenieurs weten wanneer er een zonnestorm aankomt. Gelukkig, verschillende ruimtevaartuigen die rond de zon draaien, maken foto's en sturen ze terug naar de aarde, zodat NASA kan controleren op uitbarstingen. (Je kunt hier de huidige weersomstandigheden in de ruimte zien.) Maar het analyseren van deze beelden vereist nog steeds een uitbarsting om eerst op het oppervlak van de zon te verschijnen, die slechts minuten of uren waarschuwing geeft. Vanaf nu, er is nog steeds geen manier om dergelijke uitbarstingen te voorspellen voordat ze plaatsvinden.

Een beter begrip van de zonnewind speelt ook een rol bij een andere menselijke onderneming:ruimtevaart. Sommige zonnewinddeeltjes zijn extreem energiek, en kon kleine gaatjes prikken door belangrijke apparatuur van ruimtevaartuigen - om nog maar te zwijgen van menselijke lichamen. Om astronauten te beschermen, NASA moet de componenten begrijpen, kenmerken, en frequenties van dergelijke deeltjes, en hoe u het ruimteweer van tevoren kunt voorspellen voor veilige reizen.

Welke mysteries blijven er over de zonnewind?

Een van de grootste problemen waarmee ruimteweervoorspellers worden geconfronteerd, is dat we nog steeds niet weten waarom de atmosfeer van de zon zoveel heter is dan het oppervlak.

In het dagelijkse leven, je zou verwachten dat de temperatuur gestaag daalt naarmate je verder weg komt van een warmtebron, alsof je je hand weghaalt van een vuur. Maar dat gebeurt niet op de zon. In dit geval, de warmte komt van fusie die plaatsvindt in de kern van de zon, die geleidelijk afkoelt tot 6, 000 graden Fahrenheit aan de oppervlakte - schiet dan weer omhoog tot miljoenen graden in de corona.

Er zijn veel theorieën voorgesteld. Wetenschappers weten dat het hele oppervlak van de zon constant aan het karnen en uitbarsten is; misschien zijn er kleinere "nanoflares" (elk nog steeds met de energie van een 10 megaton waterstofbom) die constant over het oppervlak van de zon uitbarsten en warmte naar de atmosfeer transporteren. Er zijn ook magnetische velden die op elkaar inwerken op het oppervlak van de zon; het is mogelijk dat deze magnetische velden elkaar miljarden keren per seconde met explosieve kracht raken - elkaar 'opheffen', maar het verwarmen van de atmosfeer in het proces.

Vragen die wetenschappers graag willen beantwoorden, zijn onder meer:

• Waarom is de corona zoveel heter dan het oppervlak van de zon? Hoe versnelt de zonnewind weg van de zon?
• Hoe snel bewegen de deeltjes, en hoe warm worden ze?
• Verwarmen magnetische velden de deeltjes, of komen er mechanische golven van het oppervlak van de zon? (of allebei?)

Een beter begrip van deze processen kan helpen bij het voorspellen van ruimteweer dat het leven op aarde beïnvloedt, meer onthullen over de omstandigheden waarmee astronauten in een baan boven onze wereld en reizen voor lange afstanden te maken zouden krijgen, en zelfs aanwijzingen geven over wat voor soort steractiviteit de bewoonbaarheid op verre planeten zou kunnen bevorderen.

Maar om antwoorden te krijgen, we moeten dicht bij de zon zelf komen.

Wat is de Parker-sonde van NASA?

Wetenschappers zijn enthousiast geweest over een missie naar de zon sinds ruimtereizen voor het eerst mogelijk werden. Niet alleen is de zon van vitaal belang voor het leven op aarde, het is ook verreweg de dichtstbijzijnde ster die we kunnen bestuderen. Maar door de extreme temperaturen moesten wetenschappers wachten op de ontwikkeling van technologie die het ruimtevaartuig kon beschermen tegen de intense hitte en straling van de zon.

in 2018, deze droom is eindelijk uitgekomen. NASA's Parker Solar Probe - genoemd naar Eugene Parker ter ere van zijn baanbrekende onderzoek - begon op 12 augustus aan een zeven jaar durende reis naar de zinderend hete corona van de zon. 2018. De sonde is het snelst bewegende object dat door mensen is gebouwd, reizen met meer dan 150, 000 mijl per uur. Het is zo snel dat het al verschillende reizen rond de zon heeft gemaakt.

Het hitteschild van de sonde, gemaakt van iets minder dan vijf centimeter van een hypermodern koolstofcomposiet, houdt de delicate instrumenten van het vaartuig op een koele 85 graden Fahrenheit, zelfs als de corona om 3 uur woedt, 000, 000 graden buiten. (Behalve één bijzonder zwaar instrument, gebouwd door UChicago aluin Justin Kasper, die langs de rand van het vaartuig gluurt om deeltjes van de zonnewind op te scheppen).

De sonde heeft al enorme hoeveelheden gegevens naar de aarde gestuurd, wat leidde tot ontdekkingen zoals bizarre "switchbacks" in de zonnewind.

Parker, dan 91, vloog met zijn gezin naar Cape Canaveral om de lancering van het NASA-ruimtevaartuig te zien.

"Er is zoveel in deze lancering gestoken, en dan om het allemaal langzaam te zien verdwijnen - vervagen in de nachtelijke hemel, wetende dat het nooit meer terug zal komen - het was een ontroerende ervaring, "Zei Parker. "Je hebt zelden een ruimtemissie die niet met het onverwachte komt, en het wordt eigenlijk nog spannender naarmate de missie vordert en gebieden passeert waar ruimtevaartuigen nog nooit eerder zijn geweest. Het is gewoon fascinerend bij elke stap."