De komende jaren zullen er een aantal naar de ruimte worden gestuurd om enkele van de blijvende vragen over de kosmos te beantwoorden. Een van de meest dringende is het effect van zonneactiviteit en 'ruimteweer'-gebeurtenissen op de planeet Aarde. Door deze beter te kunnen voorspellen, zullen wetenschappers betere systemen voor vroegtijdige waarschuwing kunnen creëren die schade aan de elektrische infrastructuur van de aarde kunnen voorkomen.
Dit is het doel van de Solar Orbiter (SolO), een door ESA geleide missie met sterke deelname van NASA die vanochtend (maandag 10 februari) is gelanceerd vanuit Cape Canaveral, Florida. Dit is de eerste 'middenklasse'-missie die wordt uitgevoerd als onderdeel van ESA's Cosmic Vision 2015-25-programma en zal de komende vijf jaar besteden aan het onderzoeken van de niet in kaart gebrachte poolgebieden van de zon om meer te leren over hoe de zon werkt.
Hier op aarde kunnen gebeurtenissen zoals zonnevlammen ernstige schade aanrichten aan elektrische infrastructuur, waaronder het uitschakelen van elektriciteitsnetten, het verstoren van het luchtverkeer en de telecommunicatie, en het in gevaar brengen van astronauten en het internationale ruimtestation (ISS). Momenteel kunnen regeringen en ruimtevaartorganisaties slechts 48 minuten van tevoren op dergelijke gebeurtenissen anticiperen.
Vandaar de behoefte aan zonne-missies, zodat wetenschappers zonneweergebeurtenissen veel eerder kunnen voorspellen. Wanneer SolO rond de zon arriveert, zal het zijn missie zijn om nauwkeurige observaties uit te voeren van de poolgebieden van de zon, de innerlijke heliosfeer en de energetische deeltjes die worden uitgestraald en door zonnewind door het zonnestelsel worden gedragen. Zoals Günther Hasinger, de ESA-directeur van wetenschap, uitlegde in een recent ESA-persbericht:
“Als mens zijn we altijd bekend geweest met het belang van de zon voor het leven op aarde, door hem te observeren en te onderzoeken hoe hij in detail werkt, maar we weten ook al lang dat hij de potentie heeft om het dagelijks leven te verstoren als we ons in de vuurlinie bevinden van een krachtige zonnestorm. Aan het einde van onze Solar Orbiter-missie zullen we meer dan ooit tevoren meer weten over de verborgen kracht die verantwoordelijk is voor het veranderende gedrag van de zon en haar invloed op onze thuisplaneet.”
De komende twee jaar zal de SolO zwaartekrachthulpvliegjes uitvoeren met de aarde en Venus, die hem in een zeer elliptische baan rond de zon zullen brengen. De laatste flyby zal de orbiter uit het ecliptische vlak van het zonnestelsel (waar de planeten draaien) slingeren en de neiging van het ruimtevaartuig verhogen om nieuwe uitzichten te bieden op de niet in kaart gebrachte poolgebieden van de zon.
Tijdens zijn vijfjarige missie zal de SolO om de zon draaien met een helling van 17 ° boven en onder de zonne-evenaar, en zich vervolgens aanpassen aan een helling van 33 ° tijdens zijn uitgebreide missie. Met deze banen kan het ruimtevaartuig een glimp opvangen van wat er gebeurt rond de noordelijke en zuidelijke poolgebieden en beelden maken van het oppervlak met behulp van een reeks van 10 in-situ en teledetectie-instrumenten.
Dit omvat de Heliospheric Imager (SoloHi), Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) en de Polarithmic and Helioseismic Imager (PHI), die het oppervlak en de corona van de zon in beeld zullen brengen. Ondertussen zullen instrumenten zoals de Energetic Particle Detector (EPD), Solar Wind plasma Analyzer (SWA), X-ray Spectrometer / Telescope (STIX) en Extreme Ultraviolet Imager (EUI) zonnewind en het magnetische veld van de zon meten.
Zoals Daniel Müller, de wetenschapper van het Solar Orbiter-project van ESA, zei over het instrumentenpakket van de SolO:
“De combinatie van teledetectie-instrumenten, die naar de zon kijken, en metingen in situ, die de kracht ervan voelen, zullen ons in staat stellen om de punten te verbinden tussen wat we bij de zon zien en wat we ervaren terwijl we genieten van de zonnewind. Dit zal een ongekend inzicht geven in hoe onze moederster werkt in termen van zijn 11-jarige zonneactiviteitscyclus, en hoe de zon de magnetische bel - de heliosfeer - creëert en bestuurt waarin onze planeet verblijft.”
Deze missie is het resultaat van twintig jaar planning, zes jaar bouwen en ontwikkelen en een jaar testen, alles wat nodig was om de betrokken hogetemperatuurtechnologie te valideren. De SolO-missie was ook het resultaat van samenwerking tussen instanties tussen de ESA en NASA, evenals tussen de ESA en industriepartners zoals Airbus Defense en Space Ltd.
Tijdens zijn missie zal SolO de zon bestuderen vanaf een afstand van ongeveer 42 miljoen km (26 miljoen mijl) van het oppervlak - waardoor deze in de baan van Mercurius zal komen. Op deze afstand ervaart de orbiter temperaturen tot 500 ° C (932 ° F) - ongeveer dertien keer wat satellieten in een baan rond de aarde ervaren. Dit brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee, zoals Sylvain Lodiot - ESA's Solar Orbiter ruimtevaartuig operations manager - uitlegde:
“Het besturen van een ruimtevaartuig in de buurt van de zon is een enorme uitdaging… Ons team zal ervoor moeten zorgen dat het hitteschild continu en nauwkeurig wordt gericht om mogelijke schade door de straling van de zon en de thermische flux te voorkomen. Tegelijkertijd zullen we moeten zorgen voor een snelle en flexibele reactie op de verzoeken van de wetenschappers om de werking van hun instrumenten aan te passen aan de meest recente waarnemingen van het oppervlak van de zon.”
De Solar Orbiter voegt zich bij de Parker Solar Probe (PSP) van NASA, die in augustus 2018 werd gelanceerd en die de zon ook in de buurt bestudeert. Hoewel hun doelstellingen complementair zijn, verschillen de twee missies op enkele belangrijke punten. Simpel gezegd, de Parker Solar Probe zal de zon van een veel kortere afstand bestuderen (in feite de zon 'aanraken') om te bestuderen hoe zonnewind ontstaat.
Door op grotere afstand te vliegen, kan de SolO-missie directe waarnemingen van de zon uitvoeren en een alomvattend perspectief bereiken. Zoals eerder opgemerkt, omvat dit voor het eerst in de geschiedenis ook uitzichten op de poolgebieden van de zon. Deze informatie zal ook context bieden voor de metingen die door de PSP worden uitgevoerd, waarbij aanvullende gegevenssets worden geproduceerd die meer bedragen dan de twee missies afzonderlijk zouden kunnen leveren.
"Solar Orbiter is de nieuwste toevoeging aan het NASA Heliophysics System Observatory en voegt zich bij Parker Solar Probe in een buitengewoon avontuur om de grootste mysteries van de zon en zijn uitgebreide atmosfeer te ontrafelen", zegt Holly Gilbert, de projectwetenschapper van de missie. "De krachtige combinatie van deze twee missies en hun ontzagwekkende technologische vooruitgang zal ons begrip naar nieuwe hoogten brengen."
Deze missie bouwt voort op de erfenis van missies zoals de Ulysses ruimtevaartuig en de Observatorium voor zonne- en heliofysica (SOHO), die beide gezamenlijke NASA-ESA-missies zijn. Deze en andere missies, een combinatie van ruimtevaartuigen en telescopen op de grond, zullen ons de meest geavanceerde blik op onze zon tot nu toe geven en de mysteries over zijn invloed op de aarde onthullen.
