Een afbeelding van een kunstenaar van de Parker Solar Probe van NASA die gegevens over de zon verzamelt.
(Afbeelding: © Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
De zon begint enkele van zijn best bewaarde geheimen prijs te geven.
De eerste wetenschappelijke resultaten zijn afkomstig van NASA's Parker Solar Probe (PSP), die sneller en dichter bij de zon is gevlogen dan enig ander door mensen gemaakt object in de geschiedenis.
De eerste terugkeer van de PSP, die wordt gerapporteerd in vier artikelen die vandaag (4 december) online zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature, begint de sluier op te lichten over de ster van de aarde, die verrassend mysterieus is gebleven, ondanks dat het voor altijd het helderste licht aan onze hemel is.
"Uit deze vier artikelen blijkt dat de PSP, door een onontgonnen gebied van het zonnestelsel binnen te gaan, al grote ontdekkingen heeft gedaan", schreef Daniel Verscharen, onderzoeker aan het Mullard Space Science Laboratory van het University College London, in een begeleidend "Nieuws en Views "stuk in hetzelfde nummer van Nature. Verscharen was bij geen van de nieuwe onderzoeken betrokken.
De zon kussen
De PSP gelanceerd in augustus 2018, op een missie van $ 1,5 miljard om onderzoekers te helpen de innerlijke werking van de zon beter te begrijpen.
Missiewetenschappers zijn vooral geïnteresseerd in het oplossen van twee al lang bestaande puzzels: hoe de stroom van deeltjes die continu uit de zon stromen, bekend als de zonnewind, wordt versneld tot zijn enorme snelheden; en waarom de buitenste atmosfeer van de zon, of corona, is zo veel heter dan het oppervlak. (Corona-temperaturen kunnen de 2 miljoen graden Fahrenheit of 1,1 miljoen graden Celsius overschrijden. Het zonne-oppervlak is ronduit gematigd in vergelijking, bij 11.000 F of 6.000 C.)
De PSP pakt deze vragen aan door brutaal binnen te dringen de corona zelf. Eens in de vijf maanden zoemt de sonde door de zinderende atmosfeer van de zon en krijgt onze ster een ongekende close-up.
Deze meest nabije benaderingen, of periheliumpassages, hebben de PSP tot op heden binnen een afstand van 24 miljoen kilometer (24 miljoen kilometer) van het zonneoppervlak gebracht. Vóór deze missie was een sonde die het dichtst bij de zon was gekomen het dichtst bij 42,5 miljoen kilometer (42,73 miljoen km) - een prestatie die in 1976 werd geleverd door het Helios 2-vaartuig, een gezamenlijke inspanning van de Verenigde Staten en het voormalige West-Duitsland.
Helios 2 vestigde ook het record voor de hoogste snelheid ten opzichte van de zon, op 153,454 mph (246,960 km / h). Dit teken werd verbroken door NASA's Juno Jupiter-orbiter, die 165.000 mph (265.000 km / h) bereikte tijdens zijn aankomst in de gasreus in juli 2016. Maar de PSP is nu de snelheidskoning: tijdens de eerste perihelionpas van het ruimtevaartuig, op november. 6, 2018, versnelde de krachtige zwaartekracht van de zon de PSP tot een topsnelheid van 213.243 mph (343.181 km / u).
De omstandigheden in de corona zijn natuurlijk extreem, dus de PSP is uitgerust met een zwaar pantser: een 4,5-inch dik (11,4 centimeter) koolstof-composiet schild, dat het vaartuig en zijn vier wetenschappelijke instrumenten beschermt tegen intense hitte en straling.
Die instrumenten zijn het Fields Experiment (Fields), dat onder meer elektrische en magnetische velden en golven meet; het Integrated Science Investigation of the Sun (ISoIS), dat de elektronen, protonen en zware ionen kenmerkt die worden versneld tot hoge snelheden in de atmosfeer van de zon en daarbuiten; de Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR), een set telescopen die de corona en omgeving in beeld brengen; en het onderzoek Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP), dat de meest voorkomende bestanddelen in de zonnewind (elektronen, protonen en heliumionen).
De vier nieuwe artikelen vermelden wat deze instrumenten waarnamen tijdens de eerste twee periheliumpassages van de PSP, die plaatsvonden in november 2018 en april 2019.
De 'langzame' zonnewind traceren naar de bron
Een van de onderzoekenontdekte bijvoorbeeld dat Fields de goederen begint te krijgen op de "langzame" zonnewind, een onderdeel van de stroom dat nooit hoger is dan ongeveer 1,1 miljoen mph (1,8 miljoen km / h). 'Langzaam' is hier een relatieve term; de "snelle" zonnewind ritst mee met ongeveer tweemaal die snelheid.
Wetenschappers wisten al dat de snelle zonnewind zijn oorsprong vindt in grote coronale "gaten" - plekken waar de buitenatmosfeer aanzienlijk koeler en dunner is dan normaal - nabij de zonnepolen. En de gegevens van Fields suggereren dat de langzame wind ook uit coronale gaten komt, maar uit kleinere in de buurt van de zonne-evenaar.
Velden merkten ook verrassende omkeringen op in het magnetische zonneveld dat langs het ruimtevaartuig stroomde: het veld draaide soms zijn oriëntatie 180 graden om en draaide vervolgens binnen enkele seconden of minuten weer terug.
"Deze switchbacks worden waarschijnlijk geassocieerd met een soort plasmastralen", zei hoofdauteur en hoofdonderzoeker van Fields, Stuart Bale, een professor in de natuurkunde aan de University of California, Berkeley, in een verklaring. "Mijn eigen gevoel is dat deze switchbacks, of jets, centraal staan in het probleem van zonnewindverwarming."
Gegevens van SWEAPgeef intussen aan dat zulke omkeringen 'reizende S-vormige bochten zijn in de veldlijnen die van de zon komen', zoals Verscharen het uitdrukte, en dat de salto's de snelheid van de zonnewind verhogen.
Bevindingen van ISoIS help dit opkomende beeld uit te werken. Uit de gegevens van het instrument blijkt dat het langer duurt dan eerder werd verwacht dat energetische zonnedeeltjes de PSP bereiken, misschien omdat ze langs de verrassend S-vormige veldlijnen reizen.
ISoIS heeft ook meerdere deeltjesuitbarstingen gedetecteerd die niet dramatisch genoeg zijn om opgemerkt te worden door instrumenten hier op aarde.
"Het is verbazingwekkend - zelfs onder minimale zonnecondities produceert de zon veel meer kleine energetische deeltjesgebeurtenissen dan we ooit hadden gedacht", zei David McComas van Princeton University, hoofdonderzoeker van ISoIS en hoofdauteur van een van de nieuwe onderzoeken, in een verklaring. (De zonneactiviteit neemt toe en neemt af tijdens een cyclus van 11 jaar, en onze ster bevindt zich momenteel in een relatief inactieve fase.)
"Deze metingen zullen ons helpen de bronnen, versnelling en transport van zonne-energetische deeltjes te ontrafelen en uiteindelijk satellieten en astronauten in de toekomst beter te beschermen," voegde McComas eraan toe.
En WISPR geeft wetenschappers een duidelijker beeld van de zon, de corona en het complexe, golvende gebied rond onze ster. De afbeeldingen van WISPR helpen de informatie die door de andere instrumenten wordt verzameld in de juiste context te plaatsen en leveren ook op zichzelf inzichten op.
Bijvoorbeeld de vierde nieuwe studie rapporten, WISPR-foto's leveren enig bewijs voor een stofvrije zone in de buurt van de zon, die is gepostuleerd maar nog niet direct is gedetecteerd. "De gedetailleerde beelden van de PSP laten ook ruimtelijke variaties in de zonnewind zien die consistent zijn met variaties in het magnetische veld van de zon op het oppervlak, en laten kleine klodders plasma zien die door de zon worden uitgestoten en deel uitmaken van de jonge zonnewind, 'Schreef Verscharen.
Het beste moet nog komen
Het antwoord op zonnewind is momenteel gedeeltelijk en het is nog steeds onduidelijk hoe de corona precies zo dramatisch wordt verwarmd (hoewel de nieuwe resultaten enkele intrigerende aanwijzingen geven). Maar het PSP-team heeft alle tijd om de lege plekken in te vullen, want deze nieuw gepubliceerde resultaten zijn nog maar het begin. Het ruimtevaartuig is ontworpen om de zon tot 2025 te blijven bestuderen, en de periheliumpassages zullen steeds dichterbij komen dankzij trajectorie-vormende flybys van Venus.
De laatste wetenschappelijke baan van de PSP, bijvoorbeeld, zal het binnen slechts 6,86 miljoen mijl (6,16 miljoen km) van het zonne-oppervlak brengen en topsnelheden bereiken van ongeveer 430.000 mph (690.000 km / h).
En deze toekomstige nauwe benaderingen zullen vaker voorkomen, omdat het pad van de PSP rond de zon zal krimpen. De orbitale periode van de sonde is momenteel ongeveer 150 aardse dagen, maar zal aan het einde van de missie 88 dagen zijn.
Door de duur van die missie kan het PSP-team de zon bestuderen in verschillende stadia van zijn 11-jarige activiteitencyclus. Het zonovergoten ruimtevaartuig zou dus heel veel interessante gegevens moeten verzamelen die onderzoekers nog lang bezig zullen houden.
"De verwachting is dat PSP-gegevens ons begrip van de zon en de zonnewind jarenlang zullen sturen", schreef Verscharen. "Nieuwe modellen en theorieën zullen worden gemotiveerd door de ontdekkingen van het ruimtevaartuig, en deze kennis kan worden overgedragen op andere sterren en astrofysische plasma's in het hele universum."
- Hier is hoe de aarde eruit ziet als je op weg bent naar de zon
- Solar Quiz: hoe goed ken je onze zon?
- Lanceer foto's! NASA's Parker Solar Probe schiet af om de zon aan te raken
Dit verhaal is om 14.00 uur bijgewerkt. EST met een verklaring van David McComas.
Mike Wall's boek over de zoektocht naar buitenaards leven, "Buiten'(Grand Central Publishing, 2018; geïllustreerd door Karl Tate), is nu uit. Volg hem op Twitter @michaeldwall. Volg ons op Twitter @Spacedotcom of Facebook.
