Solar Orbiter:Forvandler billeder til fysik

Solar Orbiters seneste resultater viser, at missionen laver de første direkte forbindelser mellem begivenheder på soloverfladen og det, der sker i det interplanetariske rum omkring rumfartøjet. Det giver os også ny indsigt i solbål, "rumvejr og desintegrerende kometer.

"Jeg kunne ikke være mere tilfreds med ydeevnen af ​​Solar Orbiter og de forskellige teams, der holder den og dens instrumenter i drift, siger Daniel Müller, ESA Solar Orbiter-projektforsker.

"Det har været en rigtig holdindsats under vanskelige omstændigheder i år, og nu begynder vi at se, at de anstrengelser virkelig giver pote."

Solar Orbiters 10 videnskabelige instrumenter er opdelt i to grupper. Der er seks teleskoper til fjernmåling, og fire in-situ instrumenter. Fjernmålingsinstrumenterne ser på solen og dens udvidede atmosfære, coronaen. In-situ-instrumenterne måler partiklerne omkring rumfartøjet, som er blevet frigivet af solen og er kendt som solvinden, sammen med dets magnetiske og elektriske felter. At spore oprindelsen af ​​disse partikler og felter tilbage til soloverfladen er et af hovedformålene med Solar Orbiter.

Under Solar Orbiters første tætte passage af solen, som fandt sted den 15. juni og så rumfartøjet nærme sig 77 millioner kilometer, både fjernmåling og in-situ instrumenter optog data.

Fodspor af solvinden

Solar Orbiter-data har gjort det muligt at beregne kildeområdet for den solvind, der rammer rumfartøjet, og identificere dette 'fodaftryk' i fjernmålingsbillederne. I et eksempel studeret i juni 2020, fodsporet ses ved kanten af ​​et område kaldet et 'koronalt hul,' "hvor solens magnetfelt når ud i rummet, lader solvinden flyde.

Selvom arbejdet er foreløbigt, det er stadig ud over alt, hvad der hidtil har været muligt.

"Vi har aldrig været i stand til at kortlægge så nøjagtigt før, " siger Tim Horbury, Imperial College, London, og formand for Solar Orbiter In-Situ Working Group.

Bålfysik

Solar Orbiter har også nye oplysninger om solens 'lejrbål', der fangede verdens opmærksomhed tidligere i år.

Missionens første billeder viste et væld af, hvad der så ud til at være små soludbrud, der bragede hen over solens overflade. Forskerne kaldte dem lejrbål, fordi den nøjagtige energi forbundet med disse begivenheder endnu ikke er kendt. Uden energi, det er endnu ikke klart, om de er det samme fænomen som andre mindre udbrudsbegivenheder, der er blevet set af andre missioner. Det, der gør det hele så fristende, er, at småskala 'nano-blus' længe har været antaget at eksistere på solen, men vi har aldrig haft midlerne til at se begivenheder så små før.

"Lejrbålene kunne være de nano-blus, som vi er ude efter med Solar Orbiter, siger Frédéric Auchère, Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay, Frankrig, og formand for Solar Orbiter Remote-Sensing Working Group.

Dette er vigtigt, fordi nano-flammerne er teoretiseret til at være ansvarlige for at opvarme koronaen, solens ydre atmosfære. Det faktum, at koronaen er på omkring en million grader Celsius, mens overfladen kun er omkring 5000 grader, er stadig et af de mest forvirrende spørgsmål i solfysikken i dag. At undersøge dette mysterium er et af de vigtigste videnskabelige mål for Solar Orbiter.

For at udforske ideen, forskere har analyseret data ved hjælp af Solar Orbiters SPICE-instrument (Spectral Imaging of the Coronal Environment). SPICE er designet til at afsløre gassens hastighed ved soloverfladen. Det har vist, at der faktisk er småskalabegivenheder, hvor gassen bevæger sig med betydelig hastighed, men at man endnu ikke leder efter en sammenhæng med lejrbålene.

"Lige nu, vi har kun idriftsættelsesdata, taget, da holdene stadig lærte deres instrumenters adfærd i rummet, og resultaterne er meget foreløbige. Men klart, vi ser meget interessante ting, " siger Frédéric. "Solar Orbiter handler om opdagelse, og det er meget spændende."

Surfer på en komets hale

Samt fremskridt hen imod de planlagte videnskabelige mål for Solar Orbiter, der har også været serendipital videnskab fra rumfartøjet.

Kort efter at Solar Orbiter blev opsendt, det blev bemærket, at det ville flyve nedstrøms for kometen ATLAS, passerer gennem dens to haler. Selvom Solar Orbiter ikke var designet til et sådant møde, og skulle ikke tage videnskabelige data på dette tidspunkt, missionseksperter arbejdede for at sikre, at alle in-situ-instrumenterne registrerede det unikke møde.

Men naturen havde endnu et trick at spille:kometen gik i opløsning, før rumfartøjet kom tæt på. Så, i stedet for de håbede stærke signaler fra halerne, det var fuldt ud muligt, at rumfartøjet slet intet ville se.

Det var ikke tilfældet. Solar Orbiter så signaturer i dataene fra kometen ATLAS, men ikke den slags ting, som videnskabsmænd normalt ville forvente. I stedet for en stærk, enkelt halekrydsning, rumfartøjet opdagede adskillige episoder af bølger i de magnetiske data. Det registrerede også støv i pletter også. Dette blev sandsynligvis frigivet fra indersiden af ​​kometen, da den delte sig i mange små stykker.

"Det er første gang, vi i det væsentlige har rejst gennem kølvandet på en komet, der er gået i opløsning, " siger Tim. "Der er mange virkelig interessante data der, og det er endnu et eksempel på den slags tilfældige videnskab af høj kvalitet, vi kan lave med Solar Orbiter."

Stealth rumvejr

Solar Orbiter har målt solvinden i meget af sin tid i rummet, registrerer en række partikeludslip fra solen. Derefter, den 19 april, en særlig interessant koronal masseudkastning fejede hen over Solar Orbiter.

En koronal masseudstødning, eller CME, er en stor rumvejr begivenhed, hvor milliarder af tons partikler kan udstødes fra solens ydre atmosfære. Under denne særlige CME, som brast fra solen den 14. april, Solar Orbiter var omkring tyve procent af vejen fra Jorden til solen.

Solar Orbiter var ikke det eneste rumfartøj, der observerede denne begivenhed. ESA's BepiColombo Mercury-mission fløj tilfældigvis forbi Jorden på det tidspunkt. Der var også et NASA-solrumfartøj kaldet STEREO beliggende omkring halvfems grader væk fra den direkte sol-Jord-linje, og ser direkte på tværs af det rumområde, som CME rejste igennem. Den så CME'en påvirke Solar Orbiter og derefter BepiColombo og Jorden. Kombinationen af ​​målingerne fra alle de forskellige rumfartøjer gjorde det muligt for forskere virkelig at studere den måde, hvorpå den koronale masseudkastning udviklede sig, mens den rejste gennem rummet.

Dette er kendt som multipoint videnskab og takket være antallet af rumfartøjer nu i det indre solsystem, det vil blive et stadig stærkere værktøj i vores søgen efter at forstå solvinden og rumvejret.

"Vi kan se på det på afstand, vi kan måle det in-situ, og vi kan se, hvordan en CME ændrer sig, når den rejser mod Jorden, " siger Tim.

Måske lige så spændende som rumfartøjet, der så begivenheden, var dem, der ikke gjorde. ESA-NASA SOHO rumfartøjet, som er placeret foran Jorden og konstant holder øje med solen for udbrud som dette, næppe registreret det. Dette placerer begivenheden den 19. april i en sjælden klasse af rumvejrbegivenheder, kaldet en stealth CME. At studere disse mere undvigende begivenheder vil hjælpe os med at forstå rumvejr mere fuldstændigt.

I de kommende år, mulighederne for flerpunktsvidenskab vil øges. Den 27. december, Solar Orbiter vil fuldføre sin første Venus forbiflyvning. Denne begivenhed vil bruge planetens tyngdekraft til at svinge rumfartøjet tættere på solen, sætter Solar Orbiter i en endnu bedre position til fælles målinger med NASA's Parker Solar Probe, som også vil gennemføre to Venus-byflugter i 2021.

Da Parker foretager in-situ målinger inde fra solatmosfæren, Solar Orbiter vil tage billeder af den samme region. Sammen, de to rumfartøjer vil give både detaljerne og det større billede.

"2021 bliver en spændende tid for Solar Orbiter, " siger Teresa Nieves-Chinchilla, NASA Solar Orbiter-projektforsker. "I slutningen af ​​året alle instrumenterne vil arbejde sammen i fuldgyldig videnskabstilstand, og vi vil forberede os på at komme endnu tættere på solen."

I 2022, Solar Orbiter vil tæt på inden for 48 millioner kilometer fra solens overflade, mere end 20 millioner kilometer tættere på, end det vil gå i 2021.