Bag hyl af solvind, stille kvidren afslører dens oprindelse

Der er en vind, der kommer fra solen, og det blæser ikke som en blød fløjt, men som en orkans skrig.

Lavet af elektroner, protoner, og tungere ioner, solvinden går gennem solsystemet med omkring 1 million miles i timen, tønder over alt på dens vej. Men gennem vindens brusen, NASA's Parker Solar Probe kan høre små kvidren, knirker, og raslen, der antyder oprindelsen af ​​denne mystiske og altid tilstedeværende vind. Nu, holdet på Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, som har designet, bygget, og administrerer Parker Solar Probe for NASA, får deres første chance for at høre disse lyde, også.

"Vi ser på den unge solvind, der fødes omkring solen, " siger Nour Raouafi, missionsprojektforsker for Parker Solar Probe. "Og det er helt anderledes end det, vi ser her i nærheden af ​​Jorden."

Forskere har studeret solvinden i mere end 60 år, men de er stadig forundrede over mange af dens adfærd. For eksempel, mens de ved, at det kommer fra solens millioner graders ydre atmosfære kaldet koronaen, solvinden aftager ikke, når den forlader solen – den accelererer, og den har en slags intern varmelegeme, der forhindrer den i at køle af, når den lynes gennem rummet. Med voksende bekymring over solvindens evne til at forstyrre GPS-satellitter og forstyrre strømnettet på Jorden, det er bydende nødvendigt at forstå det bedre.

Kun 17 måneder siden sondens opsendelse og efter tre kredsløb om solen, Parker Solar Probe har ikke skuffet i sin mission.

"Vi forventede at gøre store opdagelser, fordi vi er på vej ind i ukendt territorium, " siger Raouafi. "Det, vi faktisk ser, er ud over noget, nogen havde forestillet sig."

Forskere havde mistanke om, at plasmabølger i solvinden kunne være ansvarlige for nogle af vindens mærkelige egenskaber. Ligesom udsving i lufttrykket forårsager vinde, der tvinger rullende bølger på havet, udsving i elektriske og magnetiske felter kan forårsage bølger, der ruller gennem skyer af elektroner, protoner, og andre ladede partikler, der udgør plasmaet, der løber væk fra solen. Partikler kan ride på disse plasmabølger på samme måde som en surfer rider på en havbølge, driver dem til højere hastigheder.

"Plasmabølger spiller bestemt en rolle i at opvarme og accelerere partiklerne, " siger Raouafi. Forskere ved bare ikke, hvor meget en del. Det er her, Parker Solar Probe kommer ind i billedet.

Rumfartøjets FIELDS-instrument kan aflytte de elektriske og magnetiske fluktuationer forårsaget af plasmabølger. Det kan også "høre", når bølgerne og partiklerne interagerer med hinanden, optager frekvens- og amplitudeinformation om disse plasmabølger, som videnskabsmænd derefter kan afspille som lydbølger. Og det resulterer i nogle slående lyde.

Tage, for eksempel, whistler-mode bølger. Disse er forårsaget af energiske elektroner, der sprænger ud af solens korona. Disse elektroner følger magnetfeltlinjer, der strækker sig væk fra solen ud i solsystemets fjerneste kant, snurrer rundt om dem, som om de kører på en karrusel. Når en plasmabølges frekvens svarer til, hvor ofte disse elektroner spindes, de forstærker hinanden. Og det lyder som en scene fra "Star Wars".

"Nogle teorier tyder på, at en del af solvindens acceleration skyldes disse undslippende elektroner, " siger David Malaspina, et medlem af FIELDS-teamet og en assisterende professor ved University of Colorado, Kampesten, og Laboratoriet for Atmosfærisk og Rumfysik. Han tilføjer, at elektronerne også kunne være et kritisk fingerpeg for at forstå en proces, der opvarmer solvinden.

"Vi kan bruge observationer af disse bølger til at arbejde os tilbage og undersøge kilden til disse elektroner i koronaen, " siger Malaspina.

Et andet eksempel er dispersive bølger, som hurtigt skifter fra en frekvens til en anden, når de bevæger sig gennem solvinden. Disse skift skaber en slags "kvidren", der lyder som vind, der suser over en mikrofon. De er sjældne i nærheden af ​​Jorden, så forskerne mente, at de var ligegyldige. Men tættere på solen, videnskabsmænd opdagede, disse bølger er overalt.

"Disse bølger er ikke blevet opdaget i solvinden før, i hvert fald ikke i stort antal, " Malaspina forklarer. "Ingen ved, hvad der forårsager disse kvidrende bølger, eller hvad de gør for at opvarme og accelerere solvinden. Det er det, vi skal bestemme. Jeg synes, det er utrolig spændende«.

Raouafi kommenterede, at det at se al denne bølgeaktivitet meget tæt på solen er grunden til, at denne mission er så kritisk. "Vi ser nye, tidlig adfærd af solplasma, vi ikke kunne observere her på Jorden, og vi ser, at energien båret af bølgerne bliver spredt et sted hen ad vejen, at opvarme og accelerere plasmaet."

Men det var ikke kun plasmabølger, Parker Solar Probe hørte. Mens du tønde gennem en sky af mikroskopisk støv, rumfartøjets instrumenter fangede også en lyd, der ligner gammel tv-statik. Den statisk-lignende lyd er faktisk hundredvis af mikroskopiske nedslag, der sker hver dag:Støv fra asteroider revet fra hinanden af ​​solens tyngdekraft og varme og partikler fjernet fra kometer rammer rumfartøjet med hastigheder tæt på en kvart million miles i timen. Mens Parker Solar Probe krydser gennem denne støvsky, rumfartøjet styrter ikke bare ind i disse partikler – det udsletter dem. Hvert korns atomer brister fra hinanden til elektroner, protoner, og andre ioner i et mini-pust af plasma, som FIELDS-instrumentet kan "høre".

Hver kollision, imidlertid, fliser også en lille smule af rumfartøjet væk.

"Det var godt forstået, at dette ville ske, " siger Malaspina. "Det, der ikke blev forstået, var, hvor meget støv der ville være der."

APL-ingeniører brugte modeller og fjernobservationer til at vurdere, hvor slem støvsituationen kunne være længe før rumfartøjet blev opsendt. Men i dette ukendte territorium, tallet var bundet til at have en vis fejlmargin.

James Kinnison, Parker Solar Probe mission systemingeniør hos APL, siger, at denne uoverensstemmelse i støvtæthed blot er endnu en grund til, at sondens nærhed til solen er så nyttig.

"Vi beskyttede næsten alt mod støvet, " siger Kinnison. Og selvom støvet er tættere end forventet, intet peger lige nu på, at støvpåvirkninger er en bekymring for missionen, tilføjer han.

Parker Solar Probe er planlagt til at lave yderligere 21 kredsløb om solen, ved at bruge fem forbiflyvninger af Venus til at drive sig selv tættere på stjernen. Forskere vil få mulighed for bedre at forstå, hvordan disse plasmabølger ændrer deres adfærd og at opbygge et mere komplet evolutionært billede af solvinden.