Nyt syn på solen:To missioner vil gå tættere på vores stjerne end nogensinde før

Efterhånden som vi udvikler flere og mere kraftfulde værktøjer til at kigge forbi vores solsystem, vi lærer mere om det tilsyneladende endeløse hav af fjerne stjerner og deres nysgerrige kast af planeter i kredsløb. Men der er kun én stjerne, vi kan rejse direkte til og observere tæt på - og det er vores egen:Solen.

To kommende missioner vil snart bringe os tættere på Solen, end vi nogensinde har været før, giver vores bedste chance endnu for at afdække kompleksiteten af ​​solaktivitet i vores eget solsystem og kaste lys over selve rummets og stjernernes natur i hele universet.

Sammen, NASAs Parker Solar Probe og ESA's (European Space Agency) Solar Orbiter kan løse årtiers gamle spørgsmål om vores nærmeste stjernes indre funktion. Deres omfattende, nærstudium af Solen har vigtige konsekvenser for, hvordan vi lever og udforsker:Energi fra Solen driver liv på Jorden, men det udløser også rumvejrhændelser, der kan udgøre en fare for teknologi, vi i stigende grad er afhængige af. Sådan rumvejr kan forstyrre radiokommunikation, påvirke satellitter og menneskelig rumfart, og - i værste fald - forstyrre strømnet. En bedre forståelse af de grundlæggende processer ved solen, der driver disse begivenheder, kan forbedre forudsigelser om, hvornår de vil forekomme, og hvordan deres virkninger kan mærkes på Jorden.

"Vores mål er at forstå, hvordan Solen fungerer, og hvordan den påvirker rummiljøet til forudsigelighed, "sagde Chris St. Cyr, Solar Orbiter projektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Dette er virkelig en nysgerrighedsdrevet videnskab."

Parker Solar Probe forventes lanceret i sommeren 2018, og Solar Orbiter er planlagt til at følge i 2020. Disse missioner blev udviklet uafhængigt, men deres koordinerede videnskabelige mål er ikke tilfældige:Parker Solar Probe og Solar Orbiter er naturlige holdkammerater.

Studerer solar corona

Begge missioner vil se nærmere på Solens dynamiske ydre atmosfære, kaldte corona. Fra Jorden, corona er kun synlig under totale solformørkelser, når Månen blokerer Solens mest intense lys og afslører den ydre atmosfæres sprøde, perlehvid struktur. Men coronaen er ikke så sart, som den ser ud under en total solformørkelse - meget af coronaens adfærd er uforudsigelig og ikke godt forstået.

Coronaens ladede gasser er drevet af et sæt fysiske love, der sjældent er involveret i vores normale oplevelse på Jorden. At drille detaljerne om, hvad der får de ladede partikler og magnetfelter til at danse og vride sig, som de gør, kan hjælpe os med at forstå to fremragende mysterier:hvad gør corona så meget varmere end soloverfladen, og hvad der driver den konstante udgydelse af solmateriale, solvinden, til så høje hastigheder.

Vi kan se den corona på lang afstand, og selv måle, hvordan solvinden ser ud, når den passerer Jorden - men det er som at måle en rolig flod kilometer nedstrøms fra et vandfald og forsøge at forstå strømmen. Først for nylig har vi haft teknologien i stand til at modstå varme og stråling nær solen, så for første gang, vi går tæt på kilden.

"Parker Solar Probe og Solar Orbiter anvender forskellige former for teknologi, men - som missioner - vil de være komplementære, sagde Eric Christian, en forsker ved Parker Solar Probe -mission på NASA Goddard. "De tager billeder af solens corona på samme tid, og de vil se nogle af de samme strukturer - hvad der sker ved solens poler, og hvordan de samme strukturer ser ud ved ækvator. "

Parker Solar Probe vil krydse helt nyt territorium, efterhånden som det kommer tættere på solen, end noget rumfartøj er kommet før - så tæt som 3,8 millioner miles fra soloverfladen. Hvis Jorden blev nedskaleret til at sidde i den ene ende af en fodboldbane, og Solen ved den anden, missionen ville nå det til fire-yardlinjen. Den nuværende rekordindehaver, Helios B, en solmission i slutningen af ​​1970'erne, nåede kun til 29-yardlinjen.

Fra dette udsigtspunkt, Parker Solar Probes fire suiter med videnskabelige instrumenter er designet til at forestille solvinden og studere magnetfelter, plasma og energiske partikler - afklaring af den sande anatomi af Solens ydre atmosfære. Disse oplysninger vil kaste lys over det såkaldte koronale opvarmningsproblem. Dette refererer til den kontraintuitive virkelighed, der, mens temperaturerne i corona kan stige opad på et par millioner grader Fahrenheit, den underliggende soloverflade, fotosfæren, svæver omkring kun 10, 000 grader. For fuldt ud at forstå den underlige temperaturforskel, forestil dig at gå væk fra et bål og mærke, at luften omkring dig får meget, meget varmere.

Solar Orbiter kommer inden for 26 millioner miles fra Solen-det ville sætte det inden for 27 yards-linjen på den metaforiske fodboldbane. Det vil være i en stærkt vippet bane, der kan levere vores første direkte billeder af Solens poler-dele af Solen, som vi endnu ikke forstår godt, og som kan indeholde nøglen til at forstå, hvad der driver vores stjernes konstante aktivitet og udbrud.

Både Parker Solar Probe og Solar Orbiter vil undersøge Solens mest gennemgående indflydelse på solsystemet:solvinden. Solen udånder konstant en strøm af magnetiseret gas, der fylder det indre solsystem, kaldet solvind. Denne solvind interagerer med magnetfelter, atmosfærer, eller endda overflader af verdener i hele solsystemet. På jorden, denne interaktion kan udløse auroraer og undertiden forstyrre kommunikationssystemer og elnet.

Data fra tidligere missioner har fået forskere til at tro, at corona bidrager til de processer, der fremskynder partikler, driver solvindens utrolige hastigheder - som tredobles, når den forlader solen og passerer gennem coronaen. Lige nu, solvinden bevæger sig omkring 92 millioner miles, når den når det rumfartøj, der måler den - masser af tid til denne strøm af ladede gasser at blande sig med andre partikler, der rejser gennem rummet og mister nogle af sine definerende træk. Parker Solar Probe vil fange solvinden, lige som den danner og forlader corona, sender nogle af de mest uberørte målinger af solvind tilbage til Jorden, der nogensinde er registreret. Solar Orbiter's perspektiv, hvilket vil give et godt kig på solens poler, vil supplere Parker Solar Probes undersøgelse af solvinden, fordi det giver forskere mulighed for at se, hvordan solvindens struktur og adfærd varierer på forskellige breddegrader.

Solar Orbiter vil også gøre brug af sin unikke bane for bedre at forstå Solens magnetfelter; noget af Solens mest interessante magnetiske aktivitet er koncentreret ved polerne. Men fordi Jorden kredser om et plan mere eller mindre på linje med solekvator, vi får typisk ikke et godt overblik over polerne langvejs fra. Det er lidt som at prøve at se toppen af ​​Mount Everest fra bunden af ​​bjerget.

Denne opfattelse af polerne vil også gå langt i retning af at forstå den overordnede karakter af Solens magnetfelt, som er livlig og omfattende, strækker sig langt ud over Neptuns bane. Solens magnetfelt er så vidtrækkende stort set på grund af solvinden:Når solvinden strømmer udad, den bærer Solens magnetfelt med sig, skaber en stor boble, kaldet heliosfæren. Inden for heliosfæren, solvinden bestemmer selve planetenes atmosfærers natur. Heliosfærens grænser er formet af, hvordan Solen interagerer med det interstellare rum. Siden Voyager 1's passage gennem heliopausen i 2012, vi ved, at disse grænser dramatisk beskytter det indre solsystem mod indkommende galaktisk stråling.

Det er endnu ikke klart, hvordan Solens magnetfelt præcist genereres eller struktureres dybt inde i Solen - selvom vi ved, at intense magnetfelter omkring polerne driver variabilitet på Solen, forårsager solblusser og koronale masseudstødninger. Solar Orbiter vil svæve over nogenlunde det samme område af solatmosfæren i flere dage ad gangen, mens forskere ser spændinger bygge sig op og frigive omkring polerne. Disse observationer kan føre til bedre bevidsthed om de fysiske processer, der i sidste ende genererer Solens magnetfelt.

Sammen, Parker Solar Probe og Solar Orbiter vil forfine vores viden om Solen og heliosfæren. Langs vejen, det er sandsynligt, at disse missioner vil stille endnu flere spørgsmål, end de besvarer - et problem forskerne ser meget frem til.

"Der er spørgsmål, der har generet os i lang tid, "sagde Adam Szabo, missionsforsker for Parker Solar Probe på NASA Goddard. "Vi forsøger at tyde, hvad der sker nær solen, og den oplagte løsning er bare at gå derhen. Vi kan ikke vente - ikke kun mig, men hele samfundet. "