Oldj meg egy 65 éves kozmikus rejtélyt

A kozmikus igazodás és néhány űrszondagyakorlat olyan úttörő mérést eredményezett, amely segít megoldani azt a 65 éves kozmikus rejtélyt, hogy miért melegszik fel a Nap légköre.

A nap légkörét koronának nevezik. Ez egy elektromosan töltött gázból áll, amely ún vérplazma Hőmérséklete körülbelül egymillió fok Celsius.

Hőmérséklete mindig rejtély, mert a Nap felszíni hőmérséklete csak körülbelül 6000 Celsius-fok. A koronának hűvösebbnek kell lennie a felszínnél, mert a Nap energiája a magjában lévő nukleáris kemencéből származik, és a dolgok természetesen annál hűvösebbek lesznek, minél távolabb kerül a hőforrástól. A korona azonban több mint 150-szer melegebb, mint a felszíne.

Biztos van más mód is az energia plazmába való átvitelére, de mi?

A vizsgálat elméletei és kihívásai

Régóta gyanították, hogy a szoláris légkör turbulenciája a plazma jelentős felmelegedéséhez vezethet a koronában. Ám amikor ennek a jelenségnek a vizsgálatáról van szó, a napfizikusok gyakorlati problémával szembesülnek: lehetetlen egyetlen űrhajóval összegyűjteni az összes szükséges adatot.

A Nap felfedezésének két módja van: távérzékelés és in situ mérés. A távérzékelés során az űrszondát egy bizonyos távolságra helyezik el, és kamerákat használnak arra, hogy különböző hullámhosszokon nézzék a napot és annak légkörét. Az in situ mérésekhez az űrszonda átrepül azon a területen, amelyet fel akar tárni, és méri a részecskéket és a mágneses mezőket a tér azon részén.

Mindkét megközelítésnek megvannak a maga előnyei. A távérzékelés nagy léptékű eredményeket mutat, de nem részletezi a plazmában lezajló folyamatokat. Eközben az in situ mérések nagyon specifikus információkat szolgáltatnak a plazmában zajló kis léptékű folyamatokról, de nem mutatják meg, hogy ez hogyan befolyásolja a nagy léptéket.

Kettős vizsgálat űrhajókban

A teljes képhez két űrhajóra van szükség. A heliofizikusok jelenleg pontosan ezt birtokolják az Európai Űrügynökség és a NASA Parker Solar Probe által irányított Solar Orbiter űrszonda formájában. A Solar Orbitert úgy tervezték, hogy a lehető legközelebb kerüljön a Naphoz, és továbbra is végezzen távérzékelést, valamint in situ méréseket. A Parker Solar Probe nagyrészt figyelmen kívül hagyja magát a Nap távérzékelését, hogy közelebb kerüljön ahhoz, hogy in situ méréseket végezhessen.

De ahhoz, hogy teljes mértékben kihasználják egymást kiegészítő megközelítésüket, a Parker Solar Probe-nak a Solar Orbiter egyik műszerének látóterében kell lennie. Ily módon a Solar Orbiter rögzíteni tudta a Parker Solar Probe in situ mérésének nagyszabású következményeit.

Az ESA Solar Orbiter egyike annak a két integrált űrszondának, amelyek közelről vizsgálják a Napot: csatlakozik a NASA Parker Solar Probe-jához, amely már részt vett küldetésében. Forrás: Solar Orbiter: ESA/ATG medialab; Parker napszonda: NASA/Johns Hopkins APL

Asztrofizikai koordináció

Daniele Telloni, a torinói Asztrofizikai Obszervatórium Olasz Nemzeti Asztrofizikai Intézetének (INAF) kutatója a Solar Orbiter Metis műszere mögött álló csapat tagja. A Metis egy koronagráf, amely blokkolja a fényt a Nap felszínéről, és képeket készít a koronáról. Tökéletes eszköz nagy léptékű mérésekhez, ezért Daniele elkezdte keresni azokat az időpontokat, amikor a Parker Solar Probe beáll a sorba.

Megállapítást nyert, hogy 2022. június 1-jén a két űrszonda a megfelelő keringési konfigurációban lesz – kb. Lényegében a Solar Orbiter a Napot nézi majd, a Parker Solar Probe pedig közvetlenül az oldalán lesz, drámaian közel, de kívül esik a METS műszer látóterén.

Amikor Daniele ránézett a problémára, rájött, hogy a Parker Solar Orbiter megvilágításához csak egy kis gyakorlatra van szükség a Solar Orbiterrel: egy 45 fokos szögben elgurulva, majd kissé elfordítva a Naptól.

Ám amikor minden űrmissziós manővert gondosan előre megterveznek, és magukat az űrhajókat úgy tervezték, hogy csak nagyon meghatározott irányokba mutassanak, különösen, ha a Nap ijesztő hőjével foglalkoznak, nem volt nyilvánvaló, hogy az űrhajó műveleti csapata engedélyezi-e az ilyen manővert. . eltérés. Amikor azonban mindenki tisztában volt a lehetséges tudományos hozadékkal, a döntés egyértelmű „igen” volt.

Az ESA Solar Orbiter küldetése a Merkúr pályáján belüli Nappal a legközelebbi megközelítésben találkozik majd. Forrás: ESA/ATG medialab

Hack jegyzetek

A gurulás és az offset kormányzás folytatódott; A Parker Solar Probe belépett a látómezőbe, és az űrszonda közösen végezte el a napkorona nagyméretű összetételének és a plazma mikrofizikai tulajdonságainak első egyidejű mérését.

„Ez a munka sok ember közreműködésének eredménye” – mondja Daniele, az adatkészletek elemzésének vezetője. Együtt dolgozva meg tudták készíteni az első közös megfigyelési és in situ becslést a korona felmelegedésének sebességéről.

„A Solar Orbiter és a Parker Solar Probe használatának lehetősége egy teljesen új dimenziót nyitott meg ebben a kutatásban” – mondja Gary Zank, a Huntsville-i Alabamai Egyetem munkatársa, és az így elkészült tanulmány társszerzője.

Az újonnan mért sebesség és a napfizikusok által az évek során megfogalmazott elméleti előrejelzések összehasonlításával Daniel megmutatta, hogy a napfizikusok nagyjából helyesen azonosították a turbulenciát az energiaátvitel egyik eszközeként.

Művészi koncepció a Parker Solar Probe űrszonda közeledt a Naphoz. A kép jóváírása: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

A betegség sajátos módja nem különbözik attól, ami akkor történik, amikor megkevered a reggeli csésze kávét. Egy folyadék – legyen az gáz vagy folyadék – véletlenszerű mozgásának serkentésével az energia egyre kisebb léptékekbe kerül, ami az energia hővé történő átalakulásában tetőzik. A napkorona esetében a folyadék is mágnesezett, így a tárolt mágneses energia is rendelkezésre áll hővé alakítható.

A mágneses energia és a kinetikus energia ilyen jellegű átvitele nagyobb léptékről kisebbre a turbulencia lényege. A legkisebb léptékeken lehetővé teszi, hogy a fluktuációk végül kölcsönhatásba lépjenek az egyes részecskékkel, többnyire protonokkal, és felmelegítsék azokat.

Következtetések és következmények

Sokkal több munkára van szükség ahhoz, hogy kijelenthessük, hogy a szoláris fűtés problémája megoldódott, de most Daniel munkájának köszönhetően a napfizikusok elvégezhették ennek a folyamatnak az első mérését.

„Ez az első tudományos kutatás. Ez a munka fontos előrelépést jelent a koronafűtés problémájának megoldásában” – mondja Daniel Müller, a projekt tudósa.

A Solar Orbiter az ESA és az ESA közötti nemzetközi együttműködés űrmissziója NASAamelyet az Európai Űrügynökség kezel.