Het is 124 dagen geleden dat de Parker Solar Probe werd gelanceerd, en enkele weken geleden kwam hij het dichtst in de buurt van een ruimtevaartuig dat ooit tot een ster is gekomen. Nu krijgen wetenschappers de gegevens van dichtbij te pakken. Vier onderzoekers op de recente bijeenkomst van de American Geophysical Union in Washington, D.C. vertelden wat ze hopen dat ze van de sonde kunnen leren. Ze hopen dat de gegevens van de Parker Solar Probe hen zullen helpen om een decennia oude vraag over de zon, de corona en de zonnewind te beantwoorden.
Wetenschappers die de zon bestuderen, anticiperen hier al lang op en het wachten was het waard.
'Heliofysici wachten al meer dan 60 jaar op een mogelijke missie als deze. De zonne-mysteries die we willen oplossen, wachten in de corona. ' - Nicola Fox, directeur van de afdeling heliofysica op het NASA-hoofdkantoor.
De opwinding is overal rond de eerste fase van zonne-ontmoeting van de PSP. Van 31 oktober tot 11 november 2018 voltooide Parker Solar Probe de eerste fase van zonne-ontmoeting, snelde door de buitenatmosfeer van de zon - de corona - en verzamelde ongekende gegevens met vier suites van geavanceerde instrumenten. De PSP zal 24 keer in een baan om de zon draaien, gedurende 24 fasen van zonne-ontmoeting. Tijdens de missie gebruikt de sonde 7 Venus gravity-assist flybys om de baan rond de zon stapsgewijs te verkleinen.
Elke fase van zonne-ontmoeting vindt plaats wanneer de sonde zich binnen 0,25 AU van de zon bevindt en gedurende die tijd zullen de wetenschappelijke instrumenten gegevens verzamelen. De sonde wordt gedurende die tijd blootgesteld aan extreme hitte en straling en kan niet communiceren. Pas als het elke fase verlaat, kan het zijn gegevens terugsturen naar de aarde zodat heliofysici kunnen nadenken.
"Parker Solar Probe biedt ons de metingen die essentieel zijn voor het begrijpen van zonnefenomenen die ons al tientallen jaren in verwarring brengen." - Nour Raouafi, PSP-projectwetenschapper, JHU / APL.
De eerste fase van ontmoeting met zonne-energie is voltooid en hoewel de missie nog veel werk te doen heeft, deelden de wetenschappers van Parker een deel van wat ze hopen te leren van de missie bij de American Geophysical Union in Washington DC.
Bij het ontwerp van de PSP-missie wilden wetenschappers drie belangrijke vragen over heliofysica beantwoorden:
- Hoe wordt de buitenatmosfeer van de zon, de corona, verwarmd tot temperaturen die ongeveer 300 keer hoger zijn dan het zichtbare oppervlak eronder?
- Hoe wordt de zonnewind zo snel versneld tot de hoge snelheden die we waarnemen?
- Hoe schieten sommige van de meest energetische deeltjes van de zon weg van de zon met meer dan de helft van de lichtsnelheid?
"Parker Solar Probe biedt ons de metingen die essentieel zijn voor het begrijpen van zonnefenomenen die ons al tientallen jaren in verwarring brengen", zegt Nour Raouafi, Parker Solar Probe-projectwetenschapper aan het Johns Hopkins University Applied Physics Lab in Laurel, Maryland. "Om de link te sluiten, is lokale bemonstering van de zonnecorona en de jonge zonnewind nodig en Parker Solar Probe doet precies dat."
Geen enkel ruimtevaartuig is ooit zo dicht bij de zon geweest als de PSP, dus wetenschappers weten niet precies wat ze van de gegevens kunnen verwachten. Ze weten wat ze hopen te leren, maar weten het niet zeker.
"We weten niet wat we zo dicht bij de zon kunnen verwachten totdat we de gegevens hebben, en we zullen waarschijnlijk een aantal nieuwe fenomenen zien", zei Raouafi. "Parker is een verkenningsmissie - het potentieel voor nieuwe ontdekkingen is enorm."
Rapporten van de PSP suggereren dat de eerste wetenschappelijke fase kwaliteitsgegevens heeft vastgelegd. Dat komt gedeeltelijk door de fly-by van Venus, toen de sonde enkele metingen van de planeet kon doen, om te verifiëren dat de instrumenten werkten. Sommige gegevens uit de eerste fase van de wetenschap zijn gedownload, maar heliofysici zullen moeten wachten om alles in handen te krijgen. Vanwege de uitdagingen in het missieprofiel zullen sommige wetenschappelijke gegevens van deze ontmoeting pas na de tweede zonne-ontmoeting van de missie in april 2019 downlinken.
De Parker Solar Probe is niet het enige ruimtevaartuig dat de zon bestudeert. Andere vaartuigen zijn het SOHO (Solar Heliospheric Observatory), de SDO (Solar Dynamics Observatory) en het STEREO-A (Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead) ruimtevaartuig. Maar geen van deze drie is zo dicht bij de zon gekomen als de PSP, ook al doen ze zelf belangrijke wetenschap.
"Parker Solar Probe gaat naar een regio die we nog nooit eerder hebben bezocht", zegt Terry Kucera, een zonnefysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Ondertussen kunnen we op afstand de corona van de zon observeren, die de complexe omgeving rond Parker Solar Probe aandrijft."
De onderstaande gif toont de werkelijke gegevens van NASA's Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead (STEREO-A) ruimtevaartuig, samen met de locatie van Parker Solar Probe terwijl deze door de buitenatmosfeer van de zon vliegt tijdens de eerste fase van zonne-ontmoeting in november 2018. Deze afbeeldingen bieden belangrijke context voor het begrijpen van de waarnemingen van Parker Solar Probe. (Afbeelding tegoed: NASA / STEREO)
Elk ruimtevaartuig dat de zon bestudeert, biedt een andere context en gezichtspunt voor wat de anderen zien. De PSP zal reizen tot binnen .25 AU, terwijl STEREO rond de zon draait op ongeveer 1 AU. De SDO bevindt zich in een geosynchrone baan om de aarde en SOHO bevindt zich in een halo-baan rond het Sun-Earth LaGrange 1-punt.
"De STEREO-missie heeft alles te maken met het observeren van de heliosfeer vanaf verschillende locaties en Parker maakt daar deel van uit - metingen uitvoeren vanuit een perspectief dat we nog nooit eerder hebben gehad", zei Kucera.
De wetenschap is incrementeel en wetenschappers met de PSP wijzen er graag op dat incrementele verbetering in modellen van hoe de zon werkt een onderdeel is van het werk van de PSP, zelfs als we geen hands-down antwoorden op onze vragen krijgen.
Modellen zijn een goede manier om theorieën over de onderliggende fysica van de zon te testen. Door een simulatie te maken die berust op een bepaald mechanisme om coronale verwarming uit te leggen - bijvoorbeeld een bepaald soort plasmagolf die een Alfvén-golf wordt genoemd - kunnen wetenschappers de voorspelling van het model controleren aan de hand van werkelijke gegevens van Parker Solar Probe om te zien of ze op één lijn liggen. Als ze dat doen, betekent dat dat de onderliggende theorie mogelijk is wat er werkelijk gebeurt. Als ze dat niet doen, gaat het terug naar de tekentafel.
"We hebben veel succes gehad met het voorspellen van de structuur van de zonnecorona tijdens totale zonsverduisteringen", zei Riley. "Parker Solar Probe zal ongekende metingen leveren die de modellen en de theorie die erin is ingebed verder zullen beperken."
De recordbrekende snelheid van de PSP is cruciaal voor zijn werk.
De zon roteert ongeveer eens in de 27 dagen zoals we hem vanaf de aarde zien, en de zonnestructuren die een groot deel van zijn activiteit aandrijven, bewegen mee. Dat schept een probleem voor wetenschappers, omdat ze niet zeker kunnen zijn of de variabiliteit die ze zien wordt veroorzaakt door daadwerkelijke veranderingen in het gebied dat de activiteit produceert - temporele variatie - of wordt veroorzaakt door simpelweg zonnepaneel te ontvangen uit een nieuw brongebied - ruimtelijke variatie . De snelheid van PSP betekent dat het dat probleem kan overtreffen.
Het onderstaande gif is van een model dat laat zien hoe de zonnewind uit de zon stroomt, met het perspectief van het WISPR-instrument van Parker Solar Probe erop.
Dankbetuigingen: Predictive Science Inc.
Op bepaalde punten reist de Parker Solar Probe snel genoeg om bijna exact overeen te komen met de rotatiesnelheid van de zon, wat betekent dat Parker gedurende een korte tijd over een gebied van de zon zweeft. Wetenschappers kunnen er zeker van zijn dat veranderingen in gegevens tijdens deze periode worden veroorzaakt door daadwerkelijke veranderingen op de zon, in plaats van door de rotatie van de zon.
De Parker Solar Probe maakt deel uit van NASA's Living with a Star-programma om aspecten van het Sun-Earth-systeem te verkennen die rechtstreeks van invloed zijn op het leven en de samenleving.
- Persbericht van NASA: voorbereiding op ontdekking met NASA's Parker Solar Probe
- NASA: AGU 2018 - Verwachte gegevens en wetenschappelijke ontdekkingen van NASA's Parker Solar Probe
- Persbericht van NASA: Parker Solar Probe meldt goede status na sluiten van zonne-aanpak
- NASA-persbericht: Parker Solar Probe breekt record, wordt het dichtstbijzijnde ruimtevaartuig van de zon
- NASA: Parker Solar Probe
- NASA Living With a Star Program
