En kunstners skildring av NASAs Parker Solar Probe som samler inn data om solen.
(Bilde: © Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
Solen begynner å gi fra seg noen av de mest beskyttede hemmelighetene.
De første vitenskapsresultatene er fra NASAs Parker Solar Probe (PSP), som har flydd raskere og nærmere solen enn noen annen menneskeskapt gjenstand i historien.
Den første PSP-avkastningen, som rapporteres i fire artikler publisert på nettet i dag (4. desember) i tidsskriftet Nature, begynner å løfte sløret på jordas stjerne, som har forblitt overraskende mystisk til tross for at han alltid er det lyseste lyset på himmelen.
"Disse fire papirene viser at PSP allerede ved å gå inn i en uutforsket region i solsystemet har gjort store oppdagelser," skrev Daniel Verscharen, forsker ved Mullard Space Science Laboratory ved University College London, i et medfølgende "News and Visninger "-stykke i samme utgave av Nature. Verscharen var ikke involvert i noen av de nye studiene.
Kyssende solen
De PSP ble lansert i august 2018, på et oppdrag på 1,5 milliarder dollar for å hjelpe forskere å bedre forstå solens indre virkning.
Oppdragsforskere er spesielt interessert i å løse to langvarige gåter: hvordan strømmen av partikler som kontinuerlig strømmer fra solen, kjent som solvinden, akselereres til sin enorme hastighet; og hvorfor solens ytre atmosfære, eller korona, er så mye varmere enn overflaten. (Corona temperaturer kan være på to millioner grader Fahrenheit, eller 1,1 millioner grader Celsius. Soloverflaten er liggende temperert til sammenligning, ved 11.000 F eller 6.000 C.)
PSP tar tak i disse spørsmålene ved å gå modig i å tomme inn koronaen seg selv. En gang hver femte måned zoomer sonen gjennom solens sydende atmosfære og får enestående blikk på stjernen vår.
Disse nærmeste tilnærmingene, eller perihelion-passasjer, har ført PSP til 24 millioner kilometer fra soloverflaten til dags dato. Før dette oppdraget var den nærmeste en sonde noen gang har kommet solen på 26,55 millioner miles (42,73 millioner km) - en prestasjon som ble trukket av i 1976 av Helios 2-fartøyet, en felles innsats fra USA og det tidligere Vest-Tyskland.
Helios 2 satte også rekorden for den raskeste hastigheten i forhold til solen, med 243 960 km / t på 153 454 km / t. Dette merket ble brutt av NASAs Juno Jupiter orbiter, som nådde 265 000 km / t under NASAs ankomst i juli 2016. Men PSP er nå fartskongen: Under romfartøyets første perihelion pass, på november. 6, 2018, akselererte solens kraftige tyngdekraft PSP til a toppfart på 213,243 mph (343 181 km / t).
Forholdene i koronaen er selvfølgelig ekstreme, så PSP er utstyrt med noe kraftig rustning: et 4,5-tommers tykt (11,4 centimeter) karbonkomposittskjold, som beskytter håndverket og dets fire vitenskapelige instrumenter mot intens varme og stråling.
Disse instrumentene er Fields Experiment (Fields), som blant annet måler elektriske og magnetiske felt og bølger; the Integrated Science Investigation of the Sun (ISoIS), som kjennetegner elektronene, protonene og tunge ioner som akselereres til høye hastigheter i solens atmosfære og utover; Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR), et sett med teleskoper som avbilder koronaen og omgivelsene; og undersøkelsen av Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP), som studerer de mest tallrike bestanddelene i solvinden (elektron, protoner og heliumioner).
De fire nye papirene rapporterer hva disse instrumentene observerte under PSPs to første perihelion-passeringer, som skjedde i november 2018 og april 2019.
Spore den "sakte" solvinden til kilden
En av studienefant for eksempel at Fields begynner å få varene på den "sakte" solvinden, en komponent av strømmen som aldri overstiger 1,8 millioner km / t. "Sakte" er et relativt begrep her; den "raske" solvinden glider med omtrent det dobbelte av hastigheten.
Forskere visste allerede at den raske solvinden har sitt utspring i store koronale "hull" - lapper der den ytre atmosfæren er betydelig kjøligere og tynnere enn normalt - i nærheten av solens poler. Og dataene fra Fields antyder at den langsomme vinden også kommer fra koronale hull, men fra mindre nær solekvator.
Felt observerte også overraskende tilbakeføringer i det solmagnetiske feltet som strømmet forbi romskipet: Feltet snudde noen ganger sin orientering 180 grader og deretter, i løpet av sekunder eller minutter, vendte det tilbake igjen.
"Disse tilbakeførslene er sannsynligvis forbundet med en slags plasma-jetfly," sa studiens hovedforfatter og Fields hovedetterforsker Stuart Bale, en fysikkprofessor ved University of California, Berkeley, i en uttalelse. "Min egen følelse er at disse tilbakekoblinger, eller jetfly, er sentrale i solvindproblemet."
Data fra SWEAPindikerer i mellomtiden at slike reverseringer er "vandrende S-formede svinger i feltlinjene som kommer fra solen," slik Verscharen uttrykte det, og at vippene øker hastigheten på solvinden.
Funn fra ISoIS hjelpe kjøttet ut dette nye bildet. Instrumentets data viser at det tar energiske solpartikler lenger enn tidligere forventet å nå PSP, kanskje fordi de ferdes langs de overraskende S-formede feltlinjene.
ISoIS har også oppdaget flere partikkelutbrudd som ikke er dramatiske nok til å bli lagt merke til av instrumenter her på jorden.
"Det er utrolig - selv ved solforhold, produserer solen mange flere bittesmå energiske partikkelhendelser enn vi noen gang trodde," sa David McComas fra Princeton University, ISoIS hovedetterforsker og hovedforfatter av en av de nye studiene, i en uttalelse. (Solaktivitet vokser og avtar på en 11-årig syklus, og stjernen vår er for tiden i en relativt inaktiv fase.)
"Disse målingene vil hjelpe oss å avdekke kildene, akselerasjonen og transporten av solenergi-partikler og til slutt bedre beskytte satellitter og astronauter i fremtiden," la McComas til.
Og WISPR gir forskere et tydeligere bilde av solen, koronaen og det komplekse, roilerende området umiddelbart rundt stjernen vår. WISPRs bilder er med på å sette informasjonen som samles inn av de andre instrumentene i riktig kontekst, og gir også innsikt i sin egen rett.
For eksempel fjerde nye studie rapporter, WISPR-bilder gir noen bevis for en støvfri sone i nærheten av solen, som er blitt postulert, men ennå ikke direkte oppdaget. "De detaljerte bildene fra PSP viser også romlige variasjoner i solvinden som er konsistente med variasjoner i solens magnetiske felt på overflaten, og avslører små klumper av plasma som kastes ut fra solen og utgjør en del av den unge solvinden, "Skrev Verscharen.
Det beste er enda ikke kommet
Solvindvind-svaret er et delvis svar for øyeblikket, og det er fremdeles uklart hvordan nøyaktig koronaen blir oppvarmet så dramatisk (selv om de nye resultatene gir noen spennende ledetråder). Men PSP-teamet har god tid til å fylle ut feltene, for disse nylig publiserte resultatene er bare begynnelsen. Romfartøyet er designet for å fortsette å studere solen gjennom 2025, og passasjene i perihelion vil fortsette å komme nærmere og nærmere, takket være bane-skulpterende fluebys av Venus.
PSPs endelige vitenskapelige bane, for eksempel, vil ta den innen bare 3,83 millioner miles (6,66 millioner km) fra soloverflaten og har topphastigheter på rundt 430 000 km / t (690 000 km / t).
Og disse fremtidige nære tilnærmingene vil bli hyppigere, fordi PSPs vei rundt solen vil krympe. Sondens omløpsperiode er for tiden omtrent 150 jorddager, men vil være 88 dager etter oppdragets slutt.
Lengden på oppdraget vil la PSP-teamet studere solen i forskjellige stadier av sin 11-årige aktivitetssyklus. Så det solkysende romskipet bør samle mange interessante data som holder forskerne opptatt i lang tid fremover.
"Det forventes at PSP-data vil lede vår forståelse av solen og solvinden i mange år," skrev Verscharen. "Nye modeller og teorier vil motiveres av romfartøyets oppdagelser, og denne kunnskapen kan overføres til andre stjerner og astrofysiske plasmaer i hele universet."
- Slik ser jorden ut når du drar mot solen
- Solar Quiz: Hvor godt kjenner du solen vår?
- Start bilder! NASAs Parker Solar Probe sprenger av for å berøre solen
Denne historien ble oppdatert kl. EST for å inkludere en uttalelse fra David McComas.
Mike Walls bok om leting etter fremmedliv, "Der ute"(Grand Central Publishing, 2018; illustrert av Karl Tate), er ute nå. Følg ham på Twitter @michaeldwall. Følg oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
