Mikrosatellitter til at tage et aldrig før set kig på den unge solvind

Forskere ved, at en solvind strømmer ud af Solen og skynder sig ind i rummets tomrum, konstant støder Jorden og de andre planeter med storme af ladede partikler.

De har bare aldrig set det - i hvert fald ikke som en sømløs, forbundet proces.

I stedet, videnskabsmænd har stolet på en håndfuld solobservatorteleskoper, ingen er optimeret til at se vinden, at sætte puslespilsbrikkerne sammen om, hvordan vinden udfolder sig fra Solen, til sidst at bryde fri af stjernens magnetiske felter. Det usammenhængende billede, som disse instrumenter tegner - som i bedste fald efterlader gabende blinde pletter ved Solens poler - gør det svært at afgøre, hvordan vinden udvikler sig.

En nyligt finansieret konstellation af fire mikrosatellitter, døbt PUNCH (Polarimeter til at forene Corona og Heliosphere), vil ændre det.

"Med eksisterende instrumenter, vi har altid været nødt til at lappe tingene sammen med huller imellem, sagde Sarah Gibson, midlertidig direktør for High Altitude Observatory ved National Center for Atmospheric Research (NCAR), som koordinerer missionens videnskabelige indsats. "PUNCH udfylder hullerne og kombinerer data på en måde, der er fuldstændig jævn og konsistent. Alt matches af design."

PUNCH vil også hjælpe forskere med bedre at forstå strukturen og banen af ​​koronale masseudstødninger, efter at de bryder ud fra Solens overflade, oplysninger, der kan være afgørende for at forbedre prognoserne for, hvordan disse rumvejrfænomener kan påvirke Jorden. Koronale masseudstødninger (CME'er) har potentiale til at bringe satellitter og astronauter i fare, og forstyrre radio- og GPS-kommunikation, og når de er allerværste, sætte gang i underjordiske strømme, der kan slå strømnet ud – men graden af ​​påvirkning afhænger af deres vej væk fra Solen, og hvordan deres magnetfelt er orienteret i forhold til Jordens eget.

PUNCH, som ledes af Southwest Research Institute (SwRI), blev udvalgt i juni af NASA til at blive finansieret som en Small Explorers (SMEX) mission. Målstartdatoen for satellitterne, hver af dem vil veje omkring 100 pund, når de er bygget, er i 2022.

Bortset fra NCAR og SwRI, andre missionspartnere omfatter Naval Research Laboratory, Rutherford Appleton Laboratory, og et videnskabshold, der spænder over flere kontinenter.

Løbende kortlægning af vinden

Forskere har længe været nysgerrige efter overgangen mellem Solens korona (eller ydre atmosfære) og heliosfæren (boblen, der omgiver alle planeterne og er gennemsyret af solvinden). Hvor starter den ene og den anden ender?

Mens den unge solvind strømmer gennem koronaen, dens adfærd er stadig domineret af Solens magnetiske felter. Men når den først undslipper coronaen, dens adfærd ændrer sig. Observationer af solvinden lavet med patchwork af eksisterende teleskoper tyder på, at vinden accelererer og bliver mere turbulent, når den forlader koronaen, får det til at se næsten luftigt ud. Nu vil forskere vide, hvor grænsen ligger, kaldet Alfvén Zone, og hvis luftigheden, kaldet flokkulering, i observationerne skyldes en faktisk ændring i vinden eller blot et biprodukt af at sammensætte data fra forskellige teleskoper.

PUNCH er designet til at besvare disse spørgsmål. Dens fire, satellitter i kuffertstørrelse vil, for første gang, løbende kortlægge strømmen af ​​den unge solvind fra den ydre korona til den indre heliosfære.

"Fordi PUNCH har matchede instrumenter, vi kan se på den overgang og vide, om det, vi ser, er på grund af instrumentet eller på grund af fundamental fysik, " sagde Gibson.

Instrumenterne ombord på de fire mikrosatellitter er 10 gange mere følsomme end nogen tidligere teleskoper, og deres dannelse - med en satellit tæt på og tre arbejder sammen for at feje et område længere ud - vil sikre et kontinuerligt udsyn.

Et tredimensionelt billede

Instrumenterne ombord på PUNCH vil også observere både polariseret og upolariseret lys. Lys kan blive polariseret, når det spredes fra partikler i Jordens eller Solens atmosfære. At måle det polariserede lys og kontrastere det med upolariseret lys kan give forskerne et 3-dimensionelt blik på partiklernes tæthed og struktur.

Dette kan især være nyttigt, når man forsøger at bestemme virkningerne af en CME. Kombination af informationen indsamlet fra både polariserede og upolariserede billeder af en CME kunne give videnskabsmænd mulighed for at bestemme dens bane og bedre forstå dens struktur, hvilket igen kunne afsløre orienteringen af ​​dets magnetfelt, sagde Gibson.

PUNCH-satellitterne vil have svært ved at opsamle denne information om CME'er slynget direkte mod Jorden, da de observerer Solen fra Jordens egen bane. Imidlertid, PUNCH-observationer af CME'er med baner væk fra Jorden vil give unik information, der kan informere fremtidige rumvejrsforudsigelsesmetoder.

"At fotografere himlen i polariseret lys er missionens hemmelige sauce, " sagde SwRI-forsker Craig DeForest, PUNCH's hovedefterforsker. "Når sollys preller af elektroner, det bliver polariseret. Denne polarisationseffekt lader os måle, hvordan solvindelementer bevæger sig og udvikler sig i tre dimensioner, i stedet for blot et 2-D billedplan. PUNCH er den første mission med følsomhed og polariseringsevne til rutinemæssigt at spore solvindfunktioner i 3D."