Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Meerdere ruimtevaartuigen vertellen het verhaal van één gigantische zonnestorm

Dit diagram toont de posities van individuele ruimtevaartuigen, evenals van de aarde en Mars, tijdens de zonne-uitbarsting op 17 april 2021. De zon staat in het midden. De zwarte pijl geeft de richting van de eerste zonnevlam aan. Verschillende ruimtevaartuigen hebben zonne-energetische deeltjes (SEP's) gedetecteerd boven de 210 graden rond de zon (blauw gearceerd gebied). Credit:Solar-MACH

17 april 2021 was een dag als elke andere dag op de zon, totdat er een schitterende flits losbarstte en een enorme wolk van zonnemateriaal van onze ster wegstroomde. Dergelijke uitbarstingen van de zon zijn niet ongebruikelijk, maar deze was ongewoon wijdverspreid, waarbij met hoge snelheid protonen en elektronen met snelheden die de snelheid van het licht benaderden, werden geslingerd en verschillende ruimtevaartuigen door het binnenste zonnestelsel werden getroffen.



In feite was het de eerste keer dat zulke snelle protonen en elektronen – zonne-energetische deeltjes (SEP’s) genoemd – werden waargenomen door ruimtevaartuigen op vijf verschillende, goed gescheiden locaties tussen de zon en de aarde, en ook door ruimtevaartuigen die in een baan om Mars cirkelden. En nu onthullen deze uiteenlopende perspectieven op de zonnestorm dat verschillende soorten potentieel gevaarlijke SEP's de ruimte in kunnen worden geschoten door verschillende zonnefenomenen en in verschillende richtingen, waardoor ze wijdverspreid worden.

"SEP's kunnen onze technologie, zoals satellieten, beschadigen en GPS verstoren", zegt Nina Dresing van de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Turku in Finland. "Ook mensen in de ruimte of zelfs in vliegtuigen op poolroutes kunnen te maken krijgen met schadelijke straling tijdens sterke SEP-gebeurtenissen."

Wetenschappers als Dresing willen graag weten waar deze deeltjes precies vandaan komen – en wat hen tot zulke hoge snelheden drijft – om beter te leren hoe mensen en technologie in gevaar kunnen worden beschermd. Dresing leidde een team van wetenschappers die analyseerden welke soorten deeltjes elk ruimtevaartuig troffen en wanneer. Het team publiceerde zijn resultaten in het tijdschrift Astronomy &Astrophysics .

Het ruimtevaartuig BepiColombo, een gezamenlijke missie van ESA (de European Space Agency) en JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), dat momenteel onderweg was naar Mercurius, bevond zich het dichtst bij de directe vuurlijn van de ontploffing en werd beschoten met de meest intense deeltjes. Tegelijkertijd bevonden NASA's Parker Solar Probe en ESA's Solar Orbiter zich aan weerszijden van de zonnevlam, maar Parker Solar Probe bevond zich dichter bij de zon, waardoor deze een zwaardere klap kreeg dan Solar Orbiter.

De volgende in de rij was een van NASA's twee Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) ruimtevaartuigen, STEREO-A, gevolgd door het NASA/ESA Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) en NASA's Wind ruimtevaartuig, die dichter bij de aarde waren en ver weg van de ontploffing. . In een baan om Mars waren NASA's MAVEN en ESA's Mars Express-ruimtevaartuigen de laatsten die deeltjes van de gebeurtenis waarnamen.

In totaal werden de deeltjes gedetecteerd in een ruimte van 210 graden in de lengterichting (bijna tweederde van de baan rond de zon), wat een veel grotere hoek is dan doorgaans wordt gedekt door zonne-uitbarstingen. Bovendien registreerde elk ruimtevaartuig op zijn locatie een andere stroom elektronen en protonen. De verschillen in de aankomst en kenmerken van de deeltjes die door de verschillende ruimtevaartuigen werden geregistreerd, hielpen de wetenschappers bij het achterhalen wanneer en onder welke omstandigheden de SEP's de ruimte in werden geschoten.

Deze aanwijzingen suggereerden voor het team van Dresing dat de SEP's niet in één keer door één enkele bron werden weggeblazen, maar in verschillende richtingen en op verschillende tijdstippen werden voortgestuwd, mogelijk door verschillende soorten zonne-uitbarstingen.

Op 17 april 2021 legde een van de ruimtevaartuigen van het Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) dit beeld vast van een coronale massa-ejectie die weggolft van de zon (die wordt bedekt door de zwarte schijf in het midden om de kenmerken eromheen beter te kunnen zien). Credit:NASA/STEREO-A/COR2

"Meerdere bronnen dragen waarschijnlijk bij aan deze gebeurtenis, wat de brede verspreiding ervan verklaart", zegt teamlid Georgia de Nolfo, een heliofysica-onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Bovendien lijkt het erop dat voor deze gebeurtenis protonen en elektronen uit verschillende bronnen kunnen komen."

Het team concludeerde dat de elektronen waarschijnlijk snel de ruimte in werden gedreven door de eerste lichtflits – een zonnevlam – terwijl de protonen langzamer werden voortgestuwd, waarschijnlijk door een schokgolf van de wolk van zonnemateriaal of door coronale massa-uitstoot. /P>

"Dit is niet de eerste keer dat mensen vermoeden dat elektronen en protonen verschillende bronnen hebben gehad voor hun versnelling", zei De Nolfo. "Deze meting was uniek omdat de meerdere perspectieven wetenschappers in staat stelden de verschillende processen beter te scheiden, om te bevestigen dat elektronen en protonen afkomstig kunnen zijn van verschillende processen."

Naast de uitbarsting en de coronale massa-uitstoot registreerde het ruimtevaartuig tijdens de gebeurtenis vier groepen radio-uitbarstingen van de zon, die gepaard zouden kunnen gaan met vier verschillende deeltjesexplosies in verschillende richtingen. Deze observatie zou kunnen helpen verklaren hoe de deeltjes zo wijdverspreid raakten.

"We hadden verschillende afzonderlijke deeltjesinjectie-episodes – die in significant verschillende richtingen gingen – die allemaal samen bijdroegen aan het wijdverbreide karakter van de gebeurtenis," zei Dressing.

"Dit evenement kon laten zien hoe belangrijk meerdere perspectieven zijn bij het ontwarren van de complexiteit van het evenement", aldus de Nolfo.

Deze resultaten tonen de belofte aan van toekomstige NASA-heliofysica-missies waarbij meerdere ruimtevaartuigen zullen worden gebruikt om wijdverbreide fenomenen te bestuderen, zoals de Geospace Dynamics Constellation (GDC), SunRISE, PUNCH en HelioSwarm. Hoewel een enkel ruimtevaartuig de omstandigheden lokaal kan onthullen, bieden meerdere ruimtevaartuigen die op verschillende locaties in een baan om de aarde draaien dieper wetenschappelijk inzicht en bieden ze een completer beeld van wat er in de ruimte en rond onze thuisplaneet gebeurt.

Het geeft ook een voorproefje van het werk dat zal worden gedaan door toekomstige missies zoals MUSE, IMAP en ESCAPADE, die explosieve zonnegebeurtenissen en de versnelling van deeltjes in het zonnestelsel zullen bestuderen.

Meer informatie: N. Dresing et al, De wijdverbreide zonne-energetische deeltjesgebeurtenis van 17 april 2021, Astronomie en astrofysica (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202345938

Geleverd door NASA