Og klatterne bliver bare ved med at komme

Da Simone Di Matteo første gang så mønstrene i hans data, det virkede for godt til at være sandt. "Det er for perfekt!" Di Matteo, en rumfysisk ph.d. studerende ved universitetet i L'Aquila i Italien, huskede tænkning. "Det kan ikke være rigtigt." Og det var det ikke, han ville snart finde ud af det.

Di Matteo ledte efter lange tog af massive klatter – som en lavalampes overjordiske bobler, men alt fra 50 til 500 gange Jordens størrelse - i solvinden. Solvinden, hvis oprindelse endnu ikke er fuldt ud forstået, er strømmen af ​​ladede partikler, der konstant blæser fra Solen. Jordens magnetfelt, kaldet magnetosfæren, beskytter vores planet mod hovedparten af ​​dens stråling. Men når kæmpe klatter af solvind kolliderer med magnetosfæren, de kan udløse forstyrrelser der, der forstyrrer satellitter og dagligdags kommunikationssignaler.

I sin søgen, Di Matteo genundersøgte arkivdata fra de to tysk-NASA Helios rumfartøjer, som blev lanceret i 1974 og 1976 for at studere Solen. Men dette var 45 år gamle data, han aldrig havde arbejdet med før. Den fejlfrie, bølgelignende mønstre, han oprindeligt fandt, antydede, at noget førte ham på afveje.

Det var ikke før han afslørede og fjernede de falske mønstre, at Di Matteo fandt præcis, hvad han ledte efter:Stiplede spor af klatter, der sivede fra Solen hvert 90. minut eller deromkring. Forskerne offentliggjorde deres resultater i JGR Rumfysik den 21. feb. 2019. De tror, ​​at klatterne kunne kaste lys over solvindens begyndelse. Uanset hvilken proces, der sender solvinden ud fra Solen, skal den efterlade signaturer på klatterne selv.

Baner plads til ny videnskab

Di Matteos forskning var starten på et projekt, NASA-forskere påtog sig i forventning om de første data fra NASAs Parker Solar Probe-mission, som blev lanceret i 2018. I løbet af de næste syv år, Parker vil flyve gennem uudforsket territorium, svævende så tæt som 4 millioner miles fra Solen. Før Parker, Helios 2-satellitten havde rekorden for den nærmeste tilgang til Solen ved 27 millioner miles, og videnskabsmænd mente, at det kunne give dem en idé om, hvad de kunne forvente. "Når en mission som Parker skal se ting, ingen har set før, bare et hint om, hvad der kan observeres, er virkelig nyttigt, " sagde Di Matteo.

Problemet med at studere solvinden fra Jorden er afstand. I den tid det tager solvinden at ræse henover de 93 millioner miles mellem os og Solen, vigtige spor om vindens oprindelse – som temperatur og tæthed – falmer. "Du spørger hele tiden dig selv, 'Hvor meget af det, jeg ser her, er på grund af evolution over fire dage i transit, og hvor meget kom direkte fra Solen?'" sagde solforsker Nicholeen Viall, som rådgav Di Matteo under hans forskning ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Helios-data - hvoraf nogle blev indsamlet på kun en tredjedel af afstanden mellem Solen og Jorden - kunne hjælpe dem med at begynde at besvare disse spørgsmål.

Modellering af klatter

Det første skridt var at spore Helios' målinger af klatterne til deres kilde på Solen. "Du kan se på rumfartøjsdata alt, hvad du vil, men hvis du kan forbinde den tilbage til hvor den kom fra på Solen, det fortæller en mere komplet historie, " sagde Samantha Wallace, en af ​​studiesamarbejdspartnerne og en fysik-ph.d. studerende ved University of New Mexico i Albuquerque.

Wallace brugte en avanceret solvindmodel til at forbinde magnetiske kort over soloverfladen med Helios' observationer, en vanskelig opgave, da computersprog og datakonventioner har ændret sig meget siden Helios' dage. Nu, forskerne kunne se, hvilke slags områder på Solen der sandsynligvis ville spire til klatter af solvind.

Sigtning af beviserne

Derefter, Di Matteo søgte i dataene for specifikke bølgemønstre. De forventede, at forholdene ville veksle - varmt og tæt, derefter koldt og spinkelt – mens individuelle klatter opslugte rumfartøjet og gik videre, i en lang række.

De billedskønne mønstre, Di Matteo først fandt, bekymrede ham. "Det var et rødt flag, " sagde Viall. "Den faktiske solvind har ikke så præcise, rene periodiciteter. Normalt når du får så præcis en frekvens, det betyder, at der er en eller anden instrumenteffekt i gang." Måske var der et element i instrumentdesignet, de ikke overvejede, og det var at bibringe effekter, der skulle adskilles fra sande solvindmønstre.

Di Matteo havde brug for mere information om Helios-instrumenterne. Men de fleste forskere, der arbejdede på missionen, er for længst gået på pension. Han gjorde, hvad enhver anden ville gøre, og henvendte sig til internettet.

Mange Google-søgninger og en weekend med onlineoversættere senere, Di Matteo udgravede en tysk instruktionsmanual, der beskriver instrumenterne dedikeret til missionens solvindeksperiment. For årtier siden, da Helios blot var en plan og før nogen nogensinde lancerede et rumfartøj til Solen, videnskabsmænd vidste ikke, hvordan man bedst kunne måle solvinden. For at forberede sig på forskellige scenarier, Di Matteo lærte, de udstyrede sonderne med to forskellige instrumenter, der hver på deres måde ville måle bestemte solvindegenskaber. Dette var den skyldige ansvarlig for Di Matteos perfekte bølger:selve rumfartøjet, da den vekslede mellem to instrumenter.

Efter at de fjernede segmenter af data taget under rutinemæssigt instrumentskift, forskerne ledte igen efter klatterne. Denne gang, de fandt dem. Holdet beskriver fem tilfælde, hvor Helios tilfældigvis fangede tog af klatter. Mens forskere har set disse klatter fra Jorden før, det er første gang, de har studeret dem så tæt på Solen, og med denne detaljeringsgrad. De skitserer det første afgørende bevis på, at klatterne er varmere og tættere end den typiske solvind.

Klappernes tilbagevenden

Uanset om klattog bobler i 90-minutters intervaller kontinuerligt eller i sprøjt, og hvor meget de varierer indbyrdes, er stadig et mysterium. "Dette er en af ​​de undersøgelser, der bragte flere spørgsmål, end vi besvarede, men det er perfekt til Parker Solar Probe, " sagde Viall.

Parker Solar Probe har til formål at studere solen tæt på, søger svar på grundlæggende spørgsmål om solvinden. "Dette vil være meget nyttigt, " sagde Aleida Higginson, missionens stedfortrædende projektforsker ved Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland. "Hvis du overhovedet vil begynde at forstå ting, du aldrig har set før, du skal vide, hvad vi har målt før og have en solid videnskabelig fortolkning af det."

Parker Solar Probe udfører sin anden solflyvning den 4. april, hvilket bringer den 15 millioner miles fra Solen - og halverer allerede Helios 2's rekorddistance. Forskerne er ivrige efter at se, om der dukker klatter op i Parkers observationer. Til sidst, rumfartøjet kommer så tæt på, at det kan fange klatter lige efter de er dannet, frisk ud af solen.