En kunstners skildring af NASAs Parker Solar Probe indsamler data om solen.
(Billede: © Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
Solen begynder at opgive nogle af dets mest beskyttede hemmeligheder.
De første videnskabelige resultater er fra NASAs Parker Solar Probe (PSP), der er fløjet hurtigere og tættere på solen end nogen anden menneskeskabt genstand i historien.
Det oprindelige PSP-afkast, der er rapporteret i fire papirer, der er offentliggjort online i dag (4. december) i tidsskriftet Nature, begynder at løfte sløret på Jordens stjerne, som har forblevet overraskende mystisk på trods af at det altid er det lyseste lys på vores himmel.
"Disse fire artikler viser, at PSP ved at gå ind i et uudforsket område i solsystemet allerede har gjort store opdagelser," skrev Daniel Verscharen, en forsker ved Mullard Space Science Laboratory ved University College London, i et ledsagende "News and Visninger "stykke i samme nummer af naturen. Verscharen var ikke involveret i nogen af de nye undersøgelser.
Kysser solen
Det PSP blev lanceret i august 2018, på en mission på 1,5 milliarder dollars for at hjælpe forskere med bedre at forstå solens indre virkning.
Mission forskere er især interesseret i at løse to langvarige gåder: hvordan strømmen af partikler, der løber kontinuerligt fra solen, kendt som solvinden, accelereres til dens enorme hastigheder; og hvorfor solens ydre atmosfære eller korona er så meget varmere end dens overflade. (Corona temperaturer kan være på top 2 millioner grader Fahrenheit eller 1,1 millioner grader Celsius. Soloverfladen er ligefrem tempereret til sammenligning ved 11.000 F eller 6.000 C.)
PSP håndterer disse spørgsmål ved modbydelig tønning ind i koronaen sig selv. En gang hver femte måned zoomes sonden gennem solens sydende atmosfære og får uhørt nærbillede af vores stjerne.
Disse nærmeste tilgange eller perihel-passager har taget PSP inden for 15 millioner miles (24 millioner kilometer) fra soloverfladen til dags dato. Før denne mission var det nærmeste, som en sonde nogensinde var kommet for solen, 26,55 millioner miles (42,73 millioner km) - en bedrift trukket i 1976 af Helios 2-fartøjet, en fælles indsats fra De Forenede Stater og det tidligere Vesttyskland.
Helios 2 satte også rekorden for den hurtigste hastighed i forhold til solen, ved 153.454 mph (246.960 km / t). Dette mærke blev brudt af NASAs Juno Jupiter-orbiter, der nåede 165.000 km / h (265.000 km / t) under sin ankomst til gasgiganten i juli 2016. Men PSP er nu hastighedskongen: Under rumfartøjets første perihelpass, den nov. 6, 2018, accelererede solens kraftige tyngdekraft PSP til en tophastighed på 213,243 mph (343.181 km / t).
Forholdene i koronaen er naturligvis ekstreme, så PSP er udstyret med nogle kraftige rustninger: en 4,5-tommers (11,4 centimeter) kulstofkompositskærm, der beskytter håndværket og dets fire videnskabsinstrumenter mod intens varme og stråling.
Disse instrumenter er Fields Experiment (Fields), der blandt andet måler elektriske og magnetiske felter og bølger; den integrerede videnskabsundersøgelse af solen (ISoIS), der kendetegner elektroner, protoner og tunge ioner, der er accelereret til høje hastigheder i solens atmosfære og derover; Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR), et sæt teleskoper, der afbilder korona og omgivelser; og undersøgelsen af Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP), der undersøger de mest rigelige bestanddele i solvinden (elektroner, protoner og heliumioner).
De fire nye papirer rapporterer, hvad disse instrumenter observerede under PSP's to første perihelionkort, der fandt sted i november 2018 og april 2019.
Sporing af den "langsomme" solvind til dens kilde
En af undersøgelsernefandt for eksempel, at Fields begynder at få varerne på den "langsomme" solvind, en komponent i strømmen, der aldrig overstiger 1,1 millioner km / h. "Langsomt" er et relativt udtryk her; den "hurtige" solvind glider med ca. dobbelt så høj hastighed.
Forskere vidste allerede, at den hurtige solvind stammer fra store koronale "huller" - pletter, hvor den ydre atmosfære er betydeligt køligere og tyndere end normalt - nær solens poler. Og dataene fra felter antyder, at den langsomme vind også kommer fra koronale huller, men fra mindre i nærheden af solekvator.
Felter observerede også overraskende vendinger i det solmagnetiske felt, der flydede forbi rumfartøjet: Feltet vendte nogle gange sin orientering 180 grader og vendte derefter inden for sekunder eller minutter tilbage igen.
"Disse tilbagekoblinger er sandsynligvis forbundet med en slags plasma-jetfly," siger studielederforfatter og Fields hovedundersøger Stuart Bale, en fysikprofessor ved University of California, Berkeley, i en erklæring. "Min egen følelse er, at disse switchbacks, eller jetfly, er centrale i solopvarmningsproblemet."
Data fra SWEAPindikerer i mellemtiden, at sådanne vendinger er "bevægende S-formede bøjninger i marklinjerne, der kommer fra solen," som Verscharen udtrykte det, og at vipperne øger solvindens hastighed.
Resultater fra ISoIS hjælpe kød med at få dette nye billede. Instrumentets data viser, at det tager energiske solpartikler længere end tidligere forventet at nå PSP, måske fordi de rejser langs de overraskende S-formede feltlinjer.
ISoIS har også opdaget flere partikeludbrud, der ikke er dramatiske nok til at blive bemærket af instrumenter her på Jorden.
"Det er forbløffende - selv ved solforhold, solen producerer mange flere små energiske partikelbegivenheder, end vi nogensinde har troet," sagde David McComas fra Princeton University, ISoIS 'hovedundersøger og hovedforfatter af en af de nye studier, i en erklæring. (Solaktivitet vokser og aftager på en 11-årig cyklus, og vores stjerne er i øjeblikket i en relativt inaktiv fase.)
"Disse målinger vil hjælpe os med at afdække kilder, acceleration og transport af solenergiske partikler og i sidste ende bedre beskytte satellitter og astronauter i fremtiden," tilføjede McComas.
Og WISPR giver forskerne et klarere billede af solen, koronaen og den komplekse, rystende region, der omgående omgiver vores stjerne. WISPRs billeder hjælper med at placere de oplysninger, der er indsamlet af de andre instrumenter, i korrekt kontekst og giver også indsigt i deres egen ret.
F.eks fjerde nye undersøgelse rapporter, WISPR-fotos giver nogle beviser for en støvfri zone i nærheden af solen, som er blevet postuleret, men endnu ikke er direkte fundet. "De detaljerede billeder fra PSP viser også rumlige variationer i solvinden, der er konsistente med variationer i solens magnetiske felt på dens overflade, og afslører små plasker, der udsættes fra solen og udgør en del af den unge solvind, Verscharen skrev.
Det bedste er endnu ikke kommet
Solvindvind-svaret er et delvist svar i øjeblikket, og det er stadig uklart, hvordan nøjagtigt koronaen opvarmes så dramatisk (skønt de nye resultater giver nogle spændende spor). Men PSP-teamet har masser af tid til at udfylde felterne, for disse nyligt offentliggjorte resultater er bare begyndelsen. Rumfartøjet er designet til at fortsætte med at studere solen gennem 2025, og dets perihelpassager bliver ved med at komme tættere og tættere takket være bane-skulpturel fluebys af Venus.
PSP's endelige videnskabelige bane, for eksempel, vil tage den inden for kun 3,83 millioner miles (6,16 millioner km) af soloverfladen og har tophastigheder på ca. 430.000 km / h (690.000 km / t).
Og disse fremtidige tætte tilgange vil blive hyppigere, fordi PSP's vej rundt om solen vil krympe. Sondens omløbstid er i øjeblikket omkring 150 jorddage, men vil være 88 dage efter missionens afslutning.
Længden af denne mission vil give PSP-teamet mulighed for at studere solen i forskellige faser af dets 11-årige aktivitetscyklus. Så det solgysende rumfartøj bør samle rækker af interessante data, der holder forskerne travlt i lang tid fremover.
"Det forventes, at PSP-data vil lede vores forståelse af solen og solvinden i mange år," skrev Verscharen. "Nye modeller og teorier vil være motiveret af rumfartøjets opdagelser, og denne viden kan overføres til andre stjerner og astrofysiske plasmaer i hele universet."
- Her er hvordan Jorden ser ud, når du går mod solen
- Solar Quiz: Hvor godt kender du vores sol?
- Start fotos! NASAs Parker Solar Probe sprænger for at røre ved solen
Denne historie blev opdateret kl. EST medtager en erklæring fra David McComas.
Mike Walls bog om søgning efter fremmed liv, "Der ude"(Grand Central Publishing, 2018; illustreret af Karl Tate), er ude nu. Følg ham på Twitter @michaeldwall. Følg os på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
