Rumsonde til at kaste sig ind i solens brændende korona

Den 11. august NASA planlægger at opsende Jordens første rumfartøj til at vove sig ind i Venus og Merkurs baner for at røre selve kanten af ​​solens brændende korona.

Udstyret med instrumenter designet og bygget ved University of California, Berkeley, Parker Solar Probe vil nå et mål, som rumforskere har drømt om i årtier:at komme tæt nok på solen til at lære, hvordan den turbulente overflade, vi ser fra Jorden, dumper sin energi ned i koronaen og opvarmer den til næsten 2 millioner grader Fahrenheit, gyder solvinden, der konstant bombarderer vores planet.

"Dette er et stykke heliofysisk videnskab, vi alle virkelig har ønsket os i lang tid, siden 1950'erne, " sagde Stuart Bale, en UC Berkeley professor i fysik, tidligere direktør for campus' Space Sciences Laboratory og en af ​​fire hovedefterforskere for instrumenterne ombord på missionen. "For mig personligt Jeg har arbejdet på sonden siden den blev godkendt i 2010, men jeg brugte virkelig en stor del af min karriere på at blive klar til det."

Solsonden vil rejse hurtigere end noget rumfartøj i historien, på sit højeste nåede 430, 000 miles i timen, og vil kun have fire og en halv soldiametre, eller 3,8 millioner miles, over soloverfladen ved dens skabstilgang til solen omkring 2024. Sonden er udstyret med et varmeskjold for at beskytte sine sensorer mod solens varme, som kunne nå 2, 500 grader Fahrenheit, næsten varmt nok til at smelte stål.

På denne afstand, solsonden vil være inden for et område, hvor elektroner og ioniserede atomer - for det meste hydrogenioner, eller protoner, og heliumioner, kaldet alfapartikler – accelereres og skydes ud mod planeterne med høj hastighed.

Når disse ioner, kaldet solvinden, ramte jorden, de interagerer med Jordens magnetfelter og genererer nord- og sydlys samt storme i den yderste atmosfære, der forstyrrer radiokommunikation og satellitoperationer. Accelereret til højere hastigheder, såkaldte "solenergiske" partikler kan udgøre en fare for astronauter.

Forskere ved stadig ikke, hvordan solvindens ioner accelereres, eller hvorfor ionerne og elektronerne i koronaen er så meget varmere, omkring 1,7 millioner grader Fahrenheit, end solens overflade, hvilket er en relativt cool 10'er, 000 grader Fahrenheit. Parker Solar Probe kunne besvare disse spørgsmål, og hjælpe videnskabsmænd på Jorden med at forudsige de store udbrud fra solen, der udgør den største fare for vores rumfartøjer og kommunikationssystemer.

Følg magnetfelterne

FELTER, en suite af instrumenter bygget på UC Berkeley's Space Sciences Laboratory, er en af ​​fire instrumentpakker ombord på sonden. Ved hjælp af en seks fods bom, der rager i den retning, rumfartøjet bevæger sig, det vil måle de elektriske og magnetiske felter i koronaen, som vil fortælle forskerne den samlede energi, der strømmer ud fra solen.

Disse målinger vil teste en teori om, hvordan solen opvarmer koronaen:ved at rykke de magnetiske feltlinjer. Solens stærke magnetfelt strækker sig langt ud i rummet, men de magnetiske feltlinjer er forankret i overfladeområder, der konstant bevæger sig rundt på grund af konvektion nedenfor, som kogende vand. Den konstante bevægelse af bunden af ​​de magnetiske feltlinjer skaber bølger, der bevæger sig udad langs linjerne, ligesom at jiggle enden af ​​et langt reb sender bølger til den anden ende. På en eller anden måde, disse såkaldte Alfvén-bølger accelererer partikler til høje hastigheder og kaster dem ud i rummet.

"Hvis den bølgedrevne model er korrekt, så tror jeg, at vores målinger vil være de grundlæggende målinger på missionen, " sagde Bale.

Den anden populære teori er, at bittesmå flare kaldet nanoflares over hele solens overflade producerer magnetiske felter, der krydser, gentilslut og slynge afbrudte løkker af magnetfelt ud i rummet, accelererende ioner sammen med det. Dette blev først foreslået i 1987 af Eugene Parker, efter hvem solsonden er opkaldt. Nu 91, Parker forudsagde eksistensen af ​​og navngav solvinden i 1950'erne.

Radioantenner på FIELDS-pakken vil lede efter radiobølger skabt af nanoflares, som endnu ikke er opdaget, mens en anden pakke af instrumenter, SWEAP (solvindelektroner, alfaer og protoner), vil registrere hastigheden af ​​solvindelektroner, protoner og alfapartikler, når de suser af sonden. At korrelere nanoflare eller mikroflare aktivitet med strømmen af ​​partikler, der strømmer fra solen, kunne bekræfte teorien om magnetisk genforbindelse. SWEAP ledes af University of Michigan og Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, selvom meget af instrumentet blev designet og bygget på Space Sciences Laboratory ved UC Berkeley.

To andre instrumentpakker vil være ombord på sonden. WISPR, Wide-Field Imager til Parker Solar Probe, blev bygget ved Naval Research Laboratory og vil fange billeder i synligt lys af solens korona direkte foran den kredsende sonde. ISʘIS (udtales E-sis) – en forkortelse for Integrated Science Investigation of the Sun, og herunder ʘ, symbolet for solen, i dets akronym – ledes af Princeton University og vil måle energien og identiteten af ​​strømførende elektroner og ioner, inklusive ioner tungere end brint og helium, for at finde ud af, hvordan de nogle gange accelereres til næsten lyshastighed tæt på solen.

Sammen, disse instrumenter skulle være i stand til at registrere hastigheden af ​​solvinden fra subsonisk til supersonisk og fødslen af ​​solpartikler med højeste energi.

"Plasmafysik er virkelig svært at studere i laboratoriet, " sagde Bale, der fokuserer på magnetfelternes og ioniserede plasmas rolle i rummet, især omkring stjerner som solen. "At stikke et rumfartøj lige i det varme plasma gør et ideelt laboratorium."

Sløjfe rundt om Venus

Denne sonde er livets chance for Bale. Selvom hans team vil installere bomme og teste instrumentfunktioner en dag efter lanceringen, de fleste af instrumenterne vil derefter blive slukket og vil ikke begynde at tage rigtige målinger af koronaen, før sonden når sin første tætte tilgang til solen i november.

Efter en sløjfe rundt om Venus for at bremse, sonden vil komme det tætteste noget rumfartøj nogensinde har været på solen, en afstand fra solens centrum svarende til 36 gange solens radius (36 solradier). Venus kredser med 155 solradier og Merkur med 83 solradier.

I løbet af de næste seks år, sonden vil gå rundt om Venus seks gange mere, gradvist arbejde sig vej til cirka 9,8 solradier fra solens centrum. der, det vil være godt inden for coronaen, ved den ydre kant af hvilke partikler overstiger lydens hastighed – Alfvén-hastigheden, hvilket er omkring 200 miles i sekundet - og ikke længere kalder solen hjem.

"Målet med missionen er at komme ind i denne overgangsregion, så vi kommer ind i den rigtige corona, hvor strømmen er subalvvenisk, " sagde Bale. "Vi tror, ​​at grænsen er omkring 15 solradier, så vi begynder nok ikke at ramme det før i 2021."

En gang inde i coronaen, sonden kan se de svingende magnetfeltlinjer, eller Alfvén bølger, hopper frem og tilbage mellem solens overflade og kanten af ​​koronaen, en turbulent kaskade, der kan være feedback-sløjfen, der accelererer partikler til de høje hastigheder, der ses i solvinden.

"I begyndelsen af ​​december Jeg regner med at have den første passage af data ved 35 solradier, og jeg er sikker på, at det bliver revolutionerende. Der vil være gode nye ting derinde, fra hvad vi ved om tidligere missioner, " sagde Bale.

I løbet af sin syv-årige missions levetid, sonden vil dykke ned i solens indre atmosfære 24 gange. Som en del af NASA's opsøgende indsats, mere end 1,1 millioner mennesker indsendte deres navne for at blive optaget på et hukommelseskort, der skal ledsage rumfartøjet rundt om solen.

Sonden er planlagt til opsendelse i de tidlige timer lørdag, 11. august, fra Cape Canaveral Air Force Station i Florida, ombord på en United Launch Alliance Delta IV Heavy raket med et øvre trin for at booste den ud af jordens kredsløb mod Venus.