Eine künstlerische Darstellung der Parker Solar Probe der NASA, die Daten über die Sonne sammelt.
(Bild: © Johns Hopkins University Labor für Angewandte Physik)
Die Sonne beginnt, einige seiner am besten gehüteten Geheimnisse preiszugeben.
Die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse stammen von der NASA Parker Solar Probe (PSP), das schneller und näher an die Sonne geflogen ist als jedes andere von Menschen geschaffene Objekt in der Geschichte.
Die ersten PSP-Rückgaben, über die in vier heute (4. Dezember) online in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikeln berichtet wird, beginnen, den Schleier über dem Erdstern zu lüften, der überraschend mysteriös geblieben ist, obwohl er für immer das hellste Licht in unserem Himmel ist.
"Diese vier Arbeiten zeigen, dass die PSP durch den Eintritt in eine unerforschte Region des Sonnensystems bereits große Entdeckungen gemacht hat", schrieb Daniel Verscharen, Forscher am Mullard Space Science Laboratory am University College London, in einer begleitenden "News and Ansichten "Stück in der gleichen Ausgabe von Nature. Verscharen war an keiner der neuen Studien beteiligt.
Die Sonne küssen
Das PSP wurde im August 2018 gestartetauf einer 1,5-Milliarden-Dollar-Mission, um Forschern zu helfen, das Innenleben der Sonne besser zu verstehen.
Missionswissenschaftler sind besonders daran interessiert, zwei langjährige Rätsel zu lösen: Wie der kontinuierlich von der Sonne fließende Partikelstrom, der als Sonnenwind bekannt ist, auf seine enormen Geschwindigkeiten beschleunigt wird; und warum die äußere Atmosphäre der Sonne oder Korona ist so viel heißer als seine Oberfläche. (Die Corona-Temperaturen können über 2 Millionen Grad Fahrenheit oder 1,1 Millionen Grad Celsius liegen. Die Sonnenoberfläche ist im Vergleich dazu mit 6.000 ° C geradezu gemäßigt.)
Die PSP geht diese Fragen an, indem sie sich dreist darauf einlässt die Korona selbst. Etwa alle fünf Monate zoomt die Sonde durch die brutzelnde Atmosphäre der Sonne und sieht unseren Stern aus nächster Nähe.
Diese engsten Annäherungen oder Perihelpassagen haben die PSP bisher innerhalb von 24 Millionen Kilometern von der Sonnenoberfläche entfernt. Vor dieser Mission war eine Sonde der Sonne am nächsten gekommen (42,73 Millionen km) - eine Leistung, die 1976 vom Helios 2-Fahrzeug, einer gemeinsamen Anstrengung der Vereinigten Staaten und der ehemaligen Bundesrepublik Deutschland, vollbracht wurde.
Helios 2 stellte mit 246.960 km / h den Rekord für die schnellste Geschwindigkeit im Verhältnis zur Sonne auf. Diese Marke wurde vom Juno Jupiter-Orbiter der NASA gebrochen, der bei seiner Ankunft beim Gasriesen im Juli 2016 265.000 km / h erreichte. Aber die PSP ist jetzt der Geschwindigkeitskönig: Während des ersten Perihelpasses des Raumfahrzeugs im November. 6, 2018 beschleunigte die starke Schwerkraft der Sonne die PSP auf a Höchstgeschwindigkeit von 213.243 Meilen pro Stunde (343.181 km / h).
Die Bedingungen in der Korona sind natürlich extrem, daher ist die PSP mit einer Hochleistungsrüstung ausgestattet: einem 11,4 cm dicken Carbon-Verbundschild, das das Fahrzeug und seine vier wissenschaftlichen Instrumente vor starker Hitze und Hitze schützt Strahlung.
Diese Instrumente sind das Fields Experiment (Fields), bei dem unter anderem elektrische und magnetische Felder und Wellen gemessen werden. die Integrierte Wissenschaftsuntersuchung der Sonne (ISoIS), die die Elektronen, Protonen und Schwerionen charakterisiert, die in der Sonnenatmosphäre und darüber hinaus auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden; der Weitfeld-Imager für Sonnensonden (WISPR), eine Reihe von Teleskopen, die die Korona und Umgebung abbilden; und die Untersuchung der Sonnenwindelektronen Alphas und Protonen (SWEAP), bei der die am häufigsten vorkommenden Bestandteile in untersucht werden der Sonnenwind (Elektronen, Protonen und Heliumionen).
Die vier neuen Papiere berichten, was diese Instrumente während der ersten beiden Perihel-Pässe der PSP im November 2018 und April 2019 beobachtet haben.
Den "langsamen" Sonnenwind bis zu seiner Quelle verfolgen
Eine der StudienSo wurde beispielsweise festgestellt, dass Fields beginnt, die Waren auf den "langsamen" Sonnenwind zu bringen, einen Bestandteil des Stroms, der niemals 1,8 Millionen km / h überschreitet. "Langsam" ist hier ein relativer Begriff; Der "schnelle" Sonnenwind bewegt sich mit etwa der doppelten Geschwindigkeit.
Wissenschaftler wussten bereits, dass der schnelle Sonnenwind in großen koronalen "Löchern" - Flecken, in denen die äußere Atmosphäre erheblich kühler und dünner als normal ist - in der Nähe der Sonnenpole entsteht. Und die Daten von Fields deuten darauf hin, dass der langsame Wind auch von koronalen Löchern kommt, aber von kleineren in der Nähe des Sonnenäquators.
Fields beobachtete auch überraschende Umkehrungen im solaren Magnetfeld, das am Raumschiff vorbeifließt: Das Feld drehte manchmal seine Ausrichtung um 180 Grad und kehrte dann innerhalb von Sekunden oder Minuten wieder zurück.
"Diese Serpentinen sind wahrscheinlich mit einer Art Plasmastrahl verbunden", sagte der Studienleiter und Hauptforscher von Fields, Stuart Bale, Physikprofessor an der University of California in Berkeley, in einer Erklärung. "Mein eigenes Gefühl ist, dass diese Serpentinen oder Jets für das Problem der solaren Windheizung von zentraler Bedeutung sind."
Daten von SWEAPdeuten darauf hin, dass solche Umkehrungen "S-förmige Biegungen in den von der Sonne kommenden Feldlinien" sind, wie Verscharen es ausdrückte, und dass die Flips die Geschwindigkeit des Sonnenwinds erhöhen.
Ergebnisse von ISoIS helfen Sie, dieses aufkommende Bild zu konkretisieren. Die Daten des Instruments zeigen, dass energetische Solarteilchen länger als bisher erwartet brauchen, um die PSP zu erreichen, möglicherweise weil sie sich entlang der überraschend S-förmigen Feldlinien bewegen.
ISoIS hat auch mehrere Partikelstöße entdeckt, die nicht dramatisch genug sind, um von Instrumenten hier auf der Erde wahrgenommen zu werden.
"Es ist erstaunlich - selbst bei minimalen Sonnenbedingungen erzeugt die Sonne viel mehr winzige energetische Teilchenereignisse als wir jemals gedacht haben", sagte David McComas von der Princeton University, ISoIS-Hauptforscher und Hauptautor einer der neuen Studien, in einer Erklärung. (Die Sonnenaktivität nimmt im 11-Jahres-Rhythmus zu und ab, und unser Stern befindet sich derzeit in einer relativ inaktiven Phase.)
"Diese Messungen werden uns helfen, die Quellen, die Beschleunigung und den Transport von Sonnenenergieteilchen zu entschlüsseln und letztendlich Satelliten und Astronauten in Zukunft besser zu schützen", fügte McComas hinzu.
Und WISPR gibt Wissenschaftlern ein klareres Bild der Sonne, der Korona und der komplexen, aufgewühlten Region, die unseren Stern unmittelbar umgibt. Die Bilder von WISPR helfen dabei, die von den anderen Instrumenten gesammelten Informationen in den richtigen Kontext zu stellen und liefern auch eigenständige Erkenntnisse.
Zum Beispiel die vierte neue Studie Berichten zufolge liefern WISPR-Fotos einige Hinweise auf eine staubfreie Zone in der Nähe der Sonne, die postuliert, aber noch nicht direkt erkannt wurde. "Die detaillierten Bilder der PSP zeigen auch räumliche Variationen des Sonnenwinds, die mit Variationen des Magnetfelds der Sonne auf ihrer Oberfläche übereinstimmen, und zeigen kleine Plasmaklumpen, die von der Sonne ausgestoßen werden und Teil des jungen Sonnenwinds sind. "Verscharen schrieb.
Das Beste kommt noch
Die Antwort auf Sonnenwind ist derzeit nur teilweise und es ist immer noch unklar, wie genau die Korona so dramatisch erwärmt wird (obwohl die neuen Ergebnisse einige interessante Hinweise liefern). Das PSP-Team hat jedoch genügend Zeit, um die Lücken zu füllen, da diese neu veröffentlichten Ergebnisse nur der Anfang sind. Das Raumschiff soll die Sonne bis 2025 weiter untersuchen, und seine Perihelpassagen werden dank der Flugbahnformung von immer näher und näher kommen Venus.
Die endgültige wissenschaftliche Umlaufbahn der PSP wird beispielsweise innerhalb von nur 6,16 Millionen km (3,83 Millionen Meilen) von der Sonnenoberfläche entfernt sein und Höchstgeschwindigkeiten von 690.000 km / h (430.000 mph) aufweisen.
Und diese zukünftigen engen Ansätze werden häufiger, weil der Weg der PSP um die Sonne schrumpfen wird. Die Umlaufzeit der Sonde beträgt derzeit etwa 150 Erdentage, am Ende der Mission jedoch 88 Tage.
Die Länge dieser Mission ermöglicht es dem PSP-Team, die Sonne in verschiedenen Phasen seines elfjährigen Aktivitätszyklus zu untersuchen. Das sonnenverwöhnte Raumschiff sollte also Unmengen interessanter Daten sammeln, die die Forscher noch lange beschäftigen.
"Es wird erwartet, dass PSP-Daten unser Verständnis der Sonne und des Sonnenwinds für viele Jahre bestimmen werden", schrieb Verscharen. "Neue Modelle und Theorien werden durch die Entdeckungen des Raumfahrzeugs motiviert sein, und dieses Wissen wird auf andere Sterne und astrophysikalische Plasmen im gesamten Universum übertragbar sein."
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Diese Geschichte wurde um 14 Uhr aktualisiert. EST soll eine Erklärung von David McComas enthalten.
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