De activiteit van de zon, bekend als 'ruimteweer', heeft een aanzienlijk effect op de aarde en de andere planeten van het zonnestelsel. Periodieke uitbarstingen, ook wel zonnevlammen genoemd, geven aanzienlijke hoeveelheden elektromagnetische straling af, die van alles kan verstoren, van satellieten en vliegreizen tot elektrische netwerken. Om deze reden proberen astrofysici de zon beter te bekijken, zodat ze haar weerspatronen kunnen voorspellen.
Dit is het doel achter de NSF's 4 meter (13 ft) Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) - voorheen bekend als de Advanced Technology Solar Telescope - die zich bevindt op de Haleakala Observatory op het eiland Maui, Hawaii. Onlangs heeft deze faciliteit haar eerste afbeeldingen van het oppervlak van de zon vrijgegeven, die een ongekend detailniveau onthullen en een voorbeeld bieden van wat deze telescoop de komende jaren zal onthullen.
Deze afbeeldingen bieden een close-up van het oppervlak van de zon met turbulent plasma dat is gerangschikt in een patroon van celachtige structuren. Deze cellen zijn een indicatie van gewelddadige bewegingen die heet zonneplasma van het binnenste van de zon naar het oppervlak transporteren. Bij dit proces, bekend als convectie, stijgt dit heldere plasma in cellen naar het oppervlak, waar het vervolgens afkoelt en in donkere banen onder het oppervlak zakt.
Door dit soort nauwkeurige en duidelijke beelden van de zon te verkrijgen, hopen astronomen hun begrip van dit proces te kunnen verbeteren, zodat ze plotselinge veranderingen in het ruimteweer kunnen voorspellen. Zoals France Córdova, de NSF-directeur, uitlegde:
“Sinds NSF aan deze grondtelescoop begon te werken, hebben we reikhalzend uitgekeken naar de eerste beelden. We kunnen nu deze afbeeldingen en video's delen, die de meest gedetailleerde van onze zon tot nu toe zijn. De Inouye-zonnetelescoop van NSF kan de magnetische velden in de corona van de zon in kaart brengen, waar uitbarstingen van de zon optreden die het leven op aarde kunnen beïnvloeden. Deze telescoop zal ons begrip van wat het ruimteweer aandrijft verbeteren en uiteindelijk voorspellers helpen zonnestormen beter te voorspellen. ”
Om het duidelijk te zeggen, de zon is een G-type (gele dwerg) hoofdreeksster die al ongeveer 4,6 miljard jaar bestaat. Dit betekent dat het halverwege zijn levenscyclus is, die nog ongeveer 5 miljard jaar zal duren. Het proces van zelfonderhoudende kernfusie die de zon aandrijft (en al ons licht, warmte en energie levert) verbruikt elke seconde ongeveer 5 miljoen ton waterstofbrandstof.
Alle energie die door dit proces wordt gecreëerd, straalt in alle richtingen de ruimte in en reikt tot de uiterste rand van het zonnestelsel. Sinds de jaren vijftig hebben wetenschappers begrepen dat de aarde zich in de atmosfeer van de zon bevindt en dat veranderingen in het weer een grote impact hebben op de aarde. Zelfs nu, decennia later, is er nog veel over de meest vitale processen van de zon die onbekend blijven.
Matt Mountain is de voorzitter van de Association of Universities for Research in Astronomy, die de Inouye Solar Telescope beheert. Zoals hij het doel van zonne-astronomie uitlegde:
"Op aarde kunnen we voorspellen of het vrijwel overal ter wereld heel nauwkeurig gaat regenen, en ruimteweer is er nog niet. Onze voorspellingen blijven 50 jaar achter op het land, zo niet meer. Wat we nodig hebben, is de onderliggende fysica achter het ruimteweer te begrijpen, en dit begint bij de zon, en dat is wat de Inouye Solar Telescope de komende decennia zal bestuderen. ”
Astronomen hebben vastgesteld dat de beweging van het plasma van de zon verband houdt met zonnestormen vanwege de manier waarop ze ervoor zorgen dat de magnetische veldlijnen van de zon verdraaid en verward raken. Het meten en karakteriseren van het magnetische veld van de zon is cruciaal voor het bepalen van de oorzaken van mogelijk schadelijke zonneactiviteit - iets waarvoor de Inouye Solar Telescope uniek gekwalificeerd is.
Volgens Thomas Rimmele, directeur van de Inouye Solar Telescope, komt het allemaal neer op het magnetische veld van de zon. “Om de grootste mysteries van de zon te ontrafelen, moeten we niet alleen deze kleine structuren van 150 miljoen mijl afstand duidelijk kunnen zien, maar ook heel nauwkeurig hun magnetische veldsterkte en richting nabij het oppervlak meten en het veld volgen terwijl het zich uitstrekt tot in het miljoen -graden corona, de buitenste atmosfeer van de zon. ”
Een van de grootste voordelen van een beter begrip van de zonnedynamica is het vermogen om grote weersomstandigheden te voorspellen. Momenteel kunnen overheden en ruimtevaartorganisaties ongeveer 48 minuten van tevoren anticiperen op gebeurtenissen. Maar dankzij het onderzoek dat wordt uitgevoerd door de Inouye Solar Telescope en andere zonnewaarnemingscentra, verwachten astronomen dit tot 48 uur te halen.
Dit zou ons meer tijd geven om ervoor te zorgen dat deze evenementen de elektriciteitsnetten, kritieke infrastructuur, satellieten en ruimtestations niet uitschakelen. Natuurlijk is het monitoren van de zon geen gemakkelijke taak en brengt het een groot aantal gevaren met zich mee. Om deze reden maakt de Inouye-zonnetelescoop gebruik van veel recente ontwikkelingen op het gebied van constructie, techniek en astronomie.
Dit omvat de 4 m (13 ft) spiegel (de grootste van alle zonnetelescopen), adaptieve optica om de vervorming veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde te compenseren, en de ongerepte kijkomstandigheden bovenop de top van Haleakala op meer dan 3000 m (10.000 ft) top. De telescoop vertrouwt ook op verschillende beveiligingen om ervoor te zorgen dat hij niet oververhit raakt door 13 kilowatt zonne-energie van de zon te concentreren.
Dit wordt gedaan via een hightech, vloeistofgekoelde metalen torus (de 'warmtestop') die het meeste zonlicht weghoudt van de hoofdspiegel en koelplaten die de koepel bedekken en de temperatuur rond de telescoop stabiel houdt. Het interieur van het observatorium wordt ook koel gehouden met 11,25 km (7 mi) koelmiddelpijpen, die gedeeltelijk worden gekoeld door ijs dat zich 's nachts ophoopt, en binnenluiken die zorgen voor luchtcirculatie en schaduw.
"Met het grootste diafragma van elke zonnetelescoop, het unieke ontwerp en de modernste instrumenten, zal de Inouye Solar Telescope - voor het eerst - de meest uitdagende metingen van de zon kunnen uitvoeren", aldus Rimmele . “Na meer dan 20 jaar werk van een groot team dat zich toelegt op het ontwerpen en bouwen van een vooraanstaand observatorium voor zonne-energie, zijn we dicht bij de finish. Ik ben enorm opgewonden om in de positie te zijn om de eerste zonnevlekken van de nieuwe zonnecyclus te observeren die nu net aan het stijgen zijn met deze ongelooflijke telescoop. "
David Boboltz, programmadirecteur bij de afdeling Astronomische Wetenschappen van NSF, is ook verantwoordelijk voor het toezicht op de bouw en activiteiten van de faciliteit. Zoals hij aangaf, zijn deze afbeeldingen slechts het topje van de ijsberg voor de Inouye Solar Telescope:
"In de komende zes maanden zal het team van wetenschappers, ingenieurs en technici van de Inouye-telescoop doorgaan met het testen en in bedrijf stellen van de telescoop om deze klaar te maken voor gebruik door de internationale zonne-wetenschappelijke gemeenschap. De Inouye Solar Telescope zal gedurende de eerste 5 jaar van zijn leven meer informatie over onze zon verzamelen dan alle zonnegegevens die zijn verzameld sinds Galileo in 1612 voor het eerst een telescoop op de zon richtte. ”
De Inouye Solar Telescope maakt deel uit van een drietal instrumenten die de komende jaren een revolutie teweeg zullen brengen in de zonne-astronomie. Het wordt vergezeld door NASA's Parker Solar Probe (die momenteel in een baan om de zon draait) en de ESA / NASA Solar Orbiter (die binnenkort wordt gelanceerd). Zoals Valentin Pillet samenvat (de directeur van de National Solar Observatory van de NSF), is het een opwindende tijd om zonnefysicus te zijn:
“De Inouye-zonnetelescoop zorgt voor teledetectie van de buitenste lagen van de zon en de magnetische processen die daarin plaatsvinden. Deze processen verspreiden zich naar het zonnestelsel, waar de Parker Solar Probe- en Solar Orbiter-missies de gevolgen ervan zullen meten. Al met al vormen ze een echte multi-messenger-onderneming om te begrijpen hoe sterren en hun planeten magnetisch met elkaar zijn verbonden. ”
