25 års videnskab i solvinden

I begyndelsen af ​​1980'erne, heliofysikere havde brug for svar. De ønskede at lære, hvordan man beskytter astronauter og aktiver rundt om på Jorden mod det potentielt skadelige rumvejr, der er et resultat af vores tumultariske sol. At gøre det, de havde brug for bedre at forstå de konstant skiftende, dynamisk rumsystem omkring vores planet – inklusive målinger af solvindens egenskaber, den konstante bølgende af ladede partikler, der kommer fra solen. Besvarelsen af ​​dette opkald var den passende navngivne Wind-mission, som blev lanceret for 25 år siden, den 1. nov. 1994. Vinden kredser i øjeblikket ved det første Lagrange-punkt, L1, en plet med gravitationsbalance mellem solen og jorden, hvilket gør det muligt for rumfartøjet at vende mod solen hele tiden.

I de sidste 25 år, Vind har studeret den opvarmede gas af ladede partikler - kendt som plasma - der fylder rummet mellem planeterne. Observationerne har gjort det muligt for forskere at få en forståelse af solvinden og dens interaktioner med det nære Jord-miljø. Vinddata har været medvirkende til at belyse solvindegenskaber, intenst rumvejr, og det interstellare rum, samt at assistere andre rumfartøjer, der er gået videre med at studere solen tæt på.

Indtil nu, Vindens data er blevet brugt i over 5, 000 publikationer, og understøttede næsten 100 kandidatgrader. Det har støt taget data i 25 år, og har nok brændstof i sin nuværende kredsløb til at holde indtil 2074. Vindens videnskabelige resultater er fantastiske – her er nogle af de fedeste resultater fra de sidste 25 år:

1. Solar Radio

Tidligt i sin mission, Vind indstillet på solens radiofrekvenser. Ved at lytte med, Vinden var i stand til at registrere en brummen fra vores stjerne; solen sang. Ved at spore minutændringerne i denne frekvens, videnskabsmænd kan på afstand observere solens overflade og rumvejret, der kommer mod Jorden.

2. Interstellært støv

I de første år af observationer, videnskabsmænd bemærkede, at der skete noget interessant med Winds elektriske feltdetektorer ombord på missionen. Nu og da, en stor stigning ville forekomme i dataene. Til sidst, videnskabsmænd fastslog spidsernes oprindelse:hyperhurtige støvpartikler, der påvirker rumfartøjet. Når disse støvpartikler rammer Vind, de skaber små eksplosioner af plasma ved stød, hvilket resulterede i elektriske feltspidser på instrumenterne. Sådanne partikler kan komme inde fra eller uden for solsystemet, men de fleste interstellare partikler holdes ude på grund af solvindens indflydelse. Vi har ikke mange værktøjer i rummet til at opdage dem. Hidtil har Wind målt langt over 100, 000 støvpartikelpåvirkninger. Forskere kan bruge oplysningerne til at bestemme, hvor dette støv kommer fra, og bedre forstå egenskaberne af rummet uden for vores sols indflydelse.

3. Hit eller Miss?

Vind har været en stor del af at hjælpe videnskabsmænd med at forstå koronale masseudstødninger, eller CME'er. Vind blev designet til at måle magnetfelterne fra CME'er, når de passerede. Koronale masseudslip er gigantiske skyer af solmateriale, der sprænger solen, trækker solmagnetiske felter med på turen. Siden 1980'erne, videnskabsmænd har forbedret deres evne til at bestemme, hvilke CME'er der ville ramme Jorden, og som ville savne Jorden, baseret på, hvad Wind observerer, når en CME passerer. Dette gjorde det muligt for rumvejrsforskere i dag at lave mere nøjagtige modeller, der lader dem bestemme, hvor en CME vil ramme, bare ved at se, hvordan det ser ud, når det kommer tættere på Jorden.

4. Lavet til at holde

Efter 25 år, Vinden er ikke færdig endnu. Vind har nok brændstof til at blive ved med at kredse og tage data indtil 2074 - yderligere 55 års videnskab. Men hvordan bliver den deroppe så længe? For en, det er i et spin-stabiliseret kredsløb. Det betyder, at den snurrer rundt om sig selv som en top, som holder den stabil i sin bane. Dette betyder også, at Wind ikke behøver at bruge meget brændstof for at blive på plads. Det er også meget godt beskyttet - meget ledende, så solvinden og andre partikler, der interagerer med den, er uden bekymring for rumfartøjet.

5. Høj sikkerhed

Ud over rumfartøjsteknik, instrumenterne er designet til tredobbelt redundans, hvilket betyder, at der er tre uafhængige målinger af plasmadensitet. At have disse redundante systemer giver mulighed for meget nøjagtig dataanalyse, og betyder, at Wind kan bruges til at kalibrere instrumenter på andre rumfartøjer. Wind optager disse data på to båndoptagere - meget ligesom et VHS- eller kassettebånd. Satellitten sender data tilbage til Jorden, og kun når disse data er modtaget, vil Wind skrive over disse data.

6. Én fuld solcyklus

Vindens levetid har gjort det muligt for den at observere en hel 22-årig solcyklus, den tilbagevendende cyklus, hvor hele solens magnetfelt vender polariteten. Det er, hver magnetisk pol skifter fra positiv til negativ eller omvendt, skifter derefter tilbage igen. Vindens langsigtede, observationer med høj nøjagtighed har givet videnskabsmænd den eneste enkeltkilde, kontinuerlig observation af solvinden over en hel solcyklus.

7. Magnetisk genforbindelse

Under en omvej gennem Jordens magnetfelt, Vind fløj uden problemer gennem et område, der undergik en proces kaldet magnetisk genforbindelse. Magnetisk genforbindelse sker, når magnetfeltlinjer snoes og til sidst snapper. Nær Jorden, vores planets magnetfelter flyver tilbage mod polerne, bringer højenergipartikelstråler af plasma med på turen og spændende partikler i Jordens øvre atmosfære. Da Wind målte denne proces, videnskabsmænd opdagede noget interessant:Processen så ud til at være kollisionsfri. Det er, i stedet for at blive skubbet frem – sådan som en vanddråbe skubber den næste i en kædehændelse, der skaber en strøm – flyttede partiklerne sig, fordi de blev styret af magnetfeltet. Dette var ikke, hvad der var forventet. Partikler har en tendens til at reagere på hinanden, men i det kollisionsfrie chok, de ignorerede i det væsentlige hinandens eksistens. Opdagelsen hjalp med at forklare, hvorfor den observerede magnetiske genforbindelse var så meget hurtigere end tidligere forudsagt af genforbindelse, der var afhængig af kollisioner.

8. Plasma ustabilitet

Solvind, på trods af navnet, opfører sig ikke som vind på Jorden. Jo længere vinden kommer fra sin kilde, solen, jo hurtigere og varmere bliver det – i modsætning til ethvert fænomen, vi oplever på Jorden. For nylig, Vindens data antydede, at der sker noget i solvinden, der kunne forklare denne mystiske egenskab - ioncyklotronbølger. Det er en mundfuld, men ioncyklotronbølger er bare elektromagnetiske bølger, hvor felterne roterer i bølgelignende rytmer, mens de også forplanter sig ud i solvinden. Vinden viste, at disse ioncyklotronbølger optræder i solvinden nær Jorden. Missioner som Parker Solar Probe har evnen til at teste, om sådanne bølger forklarer problemet med solopvarmning.

9. Helium og Solvinden

Et af instrumenterne på Wind opdagede en interessant kvalitet af solvinden. Solvindeksperimentet bruger en Faraday-kop - en ladningsopsamlende plade - til at måle hastigheden, massefylde, og temperatur af brint og helium i solvinden. Mens man studerer solvinden over 10 år med over 2,5 millioner målinger, Forskere bemærkede, at solvinden aldrig rejste langsommere end 161 miles i sekundet. Noget langsommere, og solvinden kunne ikke undslippe solens overflade. De så også, at jo hurtigere solvinden var, jo mere helium var til stede i det - med næsten ingen helium observeret ved de laveste hastigheder. Dette fortæller forskerne, at helium på en eller anden måde hjælper med at indstille solvindens hastighed, men de leder stadig efter den nøjagtige proces, der forårsager dette. Andre missioner, der flyver tættere på solen - såsom NASA's Parker Solar Probe og ESA's Solar Orbiter, planlagt til lancering i februar 2020 – kan give yderligere ledetråde.

10. Fluxreb

Vindens højopløselige data gav ny indsigt i frekvensen af ​​et solfænomen kaldet fluxreb, tynde tråde af magnetfeltbundter, der kommer fra solen og interagerer med Jordens magnetosfære. I modsætning til de større CME'er, der forekommer oftere under solmaksimum, disse flux reb vises oftere under sol minimum. Forskere fortsætter med at studere dem for at forstå, hvordan de interagerer med vores magnetosfære.

I løbet af de sidste 25 år, Vindens observationer har givet ny indsigt i flere sol- og plasmafænomener, herunder gammastråler og kinetisk fysik. Mens den fortsætter sine observationer af solen og det nære Jord-rum, Vind vil besvare opfordringen til plasma- og solvindobservationer, og muligvis introducere endnu flere mysterier at studere i fremtiden.