Opdag bonusvidenskab med NASAs Magnetospheric Multiscale Spacecraft

De fire Magnetospheric Multiscale rumfartøjer flyver ud af deres element. Rumfartøjet har netop afsluttet en kort omvej fra deres rutinevidenskab – ser på processer i Jordens magnetiske miljø – og i stedet vovet sig udenfor det, studere noget, de ikke oprindeligt var designet til.

I tre uger, MMS studerede solvinden - strømmen af ​​supersonisk ladede partikler slynget rundt i solsystemet af Solen - for bedre at forstå, hvad der er kendt som turbulens i plasmaer, det opvarmede, elektrificerede gasser, der udgør 99 procent af almindeligt stof i universet. Turbulens er en væskes kaotiske bevægelse. Det dukker op i dagligdagen overalt fra hvirvler i en flod til røg fra en skorsten, men det er utroligt svært at studere, fordi det er så uforudsigeligt, og det forbliver en af ​​de mindst velforståede discipliner i hele fysikken. Mini-kampagnen vil give forskerne en tæt og in-situ udsigt til at skubbe feltets grænser.

Men for at tage disse banebrydende målinger, MMS skulle fungere på en helt ny måde - og MMS-videnskabsmænd og -ingeniører designede en smart måde at tillade rumfartøjet at studere solvinden med hidtil uset nøjagtighed, at teste grænserne og alsidigheden af ​​MMS's muligheder.

Åbning af nye døre

The Magnetospheric Multiscale mission, MMS, blev lanceret i 2015 for at studere magnetisk genforbindelse - den eksplosive snapping og smedning af magnetiske feltlinjer, som kaster højenergipartikler rundt om Jorden. MMS blev bygget med state-of-the-art instrumenter, der tager målinger med næsten 100 gange bedre opløsning end tidligere instrumenter. Efter to år med at studere magnetisk genforbindelse i Jordens magnetiske miljø - magnetosfæren - på dagen, MMS forlængede sin bane for at begynde at se på genforbindelse bag Jorden, væk fra solen, hvor det menes at udløse nordlyset.

Siden MMS har fuldført sine oprindelige missionsmål, det tager nu tid i sin udvidede mission at tackle nogle nye videnskabelige mål. Forstå turbulens, som er et af NASAs vigtigste videnskabelige mål, er den første mini-kampagne, MMS planlægger at gennemføre.

"Vi vil gerne lave en masse af disse mini-kampagner i fremtiden, hvis denne bliver en succes, som det allerede er ved at blive, " sagde Bob Ergun, forsker ved Laboratoriet for Atmosfærisk og Rumfysik i Boulder, Colorado, hvem leder den nye kampagne. "MMS er en meget, meget kraftfuldt observatorium med utroligt følsomme instrumenter på det, og vi forsøger at maksimere deres brug til at studere disse andre prioriterede videnskaber."

Tænker uden for magnetosfæren

At studere solvinden udføres bedst fra i solvinden, men det meste af tiden, de fire MMS-rumfartøjer kredser inden for eller på kanten af ​​Jordens magnetosfære – hvor magnetfeltet skaber en buffer, der beskytter rumfartøjet mod solvinden. Lejlighedsvis, imidlertid, rutinemæssige orbitaljusteringer, bruges til at opretholde MMS' aflange kredsløb, tag det godt udenfor. Dette år, et boost til rumfartøjets kredsløb tager MMS helt ud af Jordens magnetiske miljø og forbi buestødet - et område, hvor den supersoniske solvind slår ind i Jordens magnetosfære. På sådan en afstand, MMS passerer gennem selve solvinden, som giver et tidsvindue til at studere regionens turbulens.

At studere solvinden er intet som at studere magnetisk genforbindelse, men kan gøres med de samme instrumenter, der måler magnetiske og elektriske felter. MMS er udstyret med nogle af de mest præcise instrumenter, der nogensinde er fløjet i rummet, men for at bruge dem til at studere solvinden, der skal først foretages nogle justeringer.

Normalt flyver MMS i en pyramideformet formation kaldet et tetraeder, som gør det muligt at adskille alle fire rumfartøjer lige meget. Da de fløj gennem solvinden, rumskibene blev i stedet arrangeret i, hvad forskerne kalder en "perlerække". Flyver vinkelret på vinden, rumfartøjet fulgte efter hinanden, hver forskudt i afstande på 25 til 100 kilometer (ca. 15,5 til 62 miles) fra deres nabo. Dette giver forskerne mulighed for at se, hvor meget solvinden varierer over forskellige afstande.

Imidlertid, når rumfartøjet rejser gennem den supersoniske solvind, skaber de et kølvand bag sig, ligesom en båd. Dette kølvand er ikke et naturligt træk i solvinden, så MMS-forskerne ønsker at undgå at have deres instrumenter, som drejer for enden af ​​lange bomme, trukket igennem det. For at foretage præcise målinger uden at være behæftet med kølvandet, rumskibene var hver vippet 15 grader op. Vippen løfter de roterende bomme op fra at rejse bag rumfartøjet gennem kølvandet.

Denne vinkel gør det muligt for forskere at få bedre data, men det kommer med en omkostning. Som et resultat af hældningen, solpanelet får ikke så meget lys, hvilket betyder, at rumskibets effekt reduceres med et par watt hver. Tilt lægger også termisk stress på rumfartøjet, da toppen af ​​hver bliver varmere end bunden. For en kort kampagne dog disse effekter vil ikke permanent påvirke rumfartøjet.

Gamle rumfartøjer, Nye tricks

De data MMS indsamlet i denne kampagne vil være nogle af de mest nøjagtige målinger af turbulens i solvinden nogensinde. Forskningen vil også supplere det arbejde, der udføres af NASAs Parker Solar Probe, som flyver gennem solens atmosfære og studerer solvindens oprindelse. Mens Parker Solar Probe måler den indledende turbulens i solvinden, MMS målte eftervirkningerne, når den når Jorden.

"Næsten alle de astrofysiske plasmaer, vi ser på omkring Solen, stjerner, sorte huller, accretion diske, jetfly, er alle ekstremt turbulente, så ved at forstå det omkring Jorden forstår vi det andre steder, " sagde Ergun.

I sidste ende vil denne mini-kampagne også tjene som en testcase for, hvad MMS er i stand til at gøre i fremtiden. At lære nuancerne i MMS' formationer og hældningsvinkler vil give forskerne mulighed for bedre at forstå MMS's række af evner, hvilket kan åbne døren for andre typer videnskabelige kampagner også.