En mission til at røre ved solen med det hurtigste rumfartøj i historien

New York til Tokyo på mindre end et minut, det er hvor hurtigt NASAs Parker Solar Probe kan gå.

Parker Solar Probe er designet til at studere solens atmosfære og vil komme tættere på dens overflade end noget rumfartøj før den. Tingene opvarmes virkelig hurtigt.

En kunstners koncept af Parker Solar Probe nærmer sig Solen. Kredit: JHUAPL

For at forstå, hvorfor Parker Solar Probe sendes til solatmosfæren, tager vi først et kig på, hvorfor det er vigtigt at studere solen, og hvordan den påvirker os.

Solvinden

I modsætning til temperaturen på solens overflade, der er ~ 6000 grader celsius, opvarmes dens ydre atmosfære (koronaen) op til millioner af grader. Og vi ved ikke nøjagtigt hvorfor. Sådanne høje temperaturer resulterer i frigivelse af stærkt energiske ladede partikler (elektroner, protoner, alfa-partikler osv.) Fra koronaen, der kaldes for solvind.

Solens korona kan ses under en total solformørkelse. Kredit: Zombiepedia på Wikipedia, CC BY-SA 4.0

De ladede partikler i solvinden fører solens magnetiske felt udad i solsystemet ved høje hastigheder. Når solen roterer, vrider dets magnetiske felt sig ind i en spiral, hvilket påvirker frigørelsen af ​​ladede partikler på en lignende måde. Solens magnetfelt føres således udad i solsystemet i form af en arkimedisk spiral.

Solens magnetiske felt føres udad i et spiralmønster, et resultat af Solens rotation og dens virkninger på solvinden. Kredit: WSO Stanford

Når de ladede partikler i solvinden nærmer sig Jorden, rammer de først Jordens magnetosfære, det område, hvor Jordens magnetfelt er dominerende. Solvinden forstyrrer jordens magnetosfære, når den komprimerer den på jordens dagsside og udvider den på nattsiden. Jordens magnetosfære formes således af solvinden.

En kunstners skildring af solvindpartikler, der interagerer med Jordens magnetosfære. Størrelser for ikke at skalere. Hvide linjer: solvind, lilla linje: bågschok, blå linjer: Jordens magnetosfære. Kredit: NASA på Wikipedia

Solvindens interaktion med Jordens magnetosfære afsætter store mængder energi tilbage til Jorden, hvilket forårsager omfattende ændringer i vores atmosfære. En af de gode effekter af denne interaktion er smukke Auroras.

Solstorme og dens virkninger på Jorden

Solvinden bærer ofte stærkt energimagnetiske storme, der udsættes fra solen, kaldet solfluer, og lejlighedsvis endnu mere energiske versioner af den kaldes koronale masseudsprøjtninger (CME'er). Energien, der frigøres af disse stærkt magnetiserede storme, svarer til millioner af brintbomber.

1) Sammenligning af Jorden med en meget energisk koronal masseudkast (CME) fra Solen. Kredit: NASA SDO. 2) Solar CME i aktion. Kredit: Penyulap på Wikipedia, CC BY-SA 3.0

Når disse storme når Jorden, kan de have nogle alvorlige effekter på trods af vores beskyttende magnetfelt. Solstormene i 1859, 1882 og 1921 fik alle telegraf tjenester til at stoppe med at arbejde, indlede brande og i nogle tilfælde endda levere dødelige chok til telegrafoperatører. Ligeledes forårsagede solstormen i 1960 en udbredt forstyrrelse af radiokommunikationstjenester.

Virkningerne af massive solstorme på Jorden ville være meget mere katastrofale i dagens dag og alder. En 1859-lignende solstorm, der forekommer i dag, kan forårsage mange problemer som:

  • Forstyrr større elektriske systemer på Jorden, der forårsager verdensomspændende strømbrud i uger, måneder eller endda år.
  • Fysisk skade på vores satellitter, der får dem til at fungere eller mislykkes helt.
  • Forstyrrelse af vores kommunikationsinfrastruktur, inklusive GPS-satellitter.
  • Udsæt astronauter for dødelige stråledoser. Dette er en stor bekymring for fremtidige astronauter på Månen eller Mars, hvor der er lidt til ingen afskærmning mod sådanne farlige storme.

Hvorfor vi bedre skulle forstå Solen

I et samfund, der i stigende grad er afhængig af teknologi, ville det være dumt at ikke forstå solens vejrmønstre, dens virkninger på Jorden og opsætte vores infrastruktur i overensstemmelse hermed. Vi ville ikke være en intelligent art, hvis vi ignorerer det vigtigste objekt, der direkte påvirker Jorden og livet på den.

Det ville også være tåbeligt at ikke være nysgerrig efter solens natur og stjerner kan lide den, og ikke kun fordi jordens liv afhænger af det. Nogle af de mangeårige spørgsmål omkring vores sols natur er:

  • Hvorfor er solens ydre atmosfære (corona) meget varmere (millioner af grader Celsius!) End dens overflade (~ 6000 grader)?
  • Hvilke mekanismer genererer stærkt energiske partikler, der transporteres i solvinden med høje hastigheder?
  • Hvad er strukturen i det magnetiske felt i koronaen? Hvordan opfører disse felter sig for at få alle disse dynamikker til at ske?

Det er stræben efter at besvare spørgsmål som disse der gør os til mennesker.

Gå ind i Parker Solar Probe - Det hurtigste rumfartøj i historien

At finde svarene på disse spørgsmål er, hvorfor vi lancerer Parker Solar Probe mod Solen.

Opdatering: Parker Solar Probe blev med succes lanceret den 12. august 2018 ombord på den magtfulde Delta IV Heavy raket og var det hurtigste rumfartøj ved lanceringen og slog New Horizons-rekorden.
Parker Solar Probe lanceres ombord på Delta IV Heavy. Kredit: ULA på Flickr

Parker Solar Probe vil bruge flere tyngdekraftsassister fra Venus til gradvist at reducere sin bane omkring solen. I 2024 vil Parker Solar Probe flyve tættest på Solen, kun ~ 6 millioner km over dens overflade. Det er omkring 9 gange tættere på Solen end Mercury er!

Parker Solar Probe-banen for at nå sin nærmeste pas til Solen. Kredit: JHUAPL

Ved denne nærmeste tilgang til Solen vil Parker Solar Probe være det hurtigste rumfartøj nogensinde, uanset hvordan du måler det. På sit højdepunkt vil sonden gå så hurtigt som 700.000 km / t, hvilket er sindssygt at overveje. New York til Tokyo på under et minut, Jorden til månen på en halv time, det er hvor hurtigt NASAs Parker Solar Probe kan gå.

Overfor solens intense varme og stråling

At være så tæt på solen betyder at stå over for sin intense varme og stråling. Faktisk vil rumfartøjet flyve ind i koronaen, hvor temperaturerne er i størrelsesordenen en million grader celsius. Da corona imidlertid har en meget lav tæthed, vil det meste af den varme, som rumfartøjet vender mod, kun være fra direkte sollys, som ved ~ 1400 grader Celsius stadig brænder varmt.

Tilsyneladende størrelse af solen set fra Parker Solar Probe (til venstre) vs. Solen som set på Jorden (til højre). Kredit: Maringaense på Wikipedia, CC BY-SA 3.0

For at beskytte rumfartøjet mod den intense varme, vil en særlig forstærket kulstof-kulstofkomposit blive brugt som et skjold, ligesom dem på næsen af ​​rumfærgen. Det 4,5 "tykke varmeskjold holder rumfartøjets videnskabelige instrumenter på en behagelig 20 grader celsius, hvorpå de kan fungere normalt. Skjoldet hjælper også rumfartøjsinstrumenterne med at modstå de skøre strålingsniveauer, hvilket er ~ 500 gange mere end her på Jorden.

Stellar Science

Med en så høj kvalitetsteknologi, der gør det muligt for rumfartøjet at operere i solens korona, er videnskabsinstrumenterne ombord på nogle seje opgaver (ordspil helt beregnet).

  1. FIELDS-eksperimentet vil tage de første direkte målinger af de elektriske og magnetiske felter og plasmaegenskaber i solcorona.
  2. IS☉IS-eksperimentet (Integreret videnskabelig undersøgelse af solen) vil måle de meget energiske ladede partikler (10 keV til 100 MeV) i koronaen, hvilket hjælper os med at forstå de koronale strukturer.
  3. For at komplementere disse eksperimenter vil WISPR (videfeltimager til Solar PRobe) tage smukke billeder af solcorona, solvind, chok, indre heliosfære og andre strukturer til ekstra kontekst.
  4. Eksperimentet SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) vil måle de fysiske egenskaber af elektroner, protoner og alfa-partikler i solvinden, såsom deres overflod, hastighed, densitet og temperatur.
1) FIELDS-eksperiment. 2) IS☉IS-eksperiment. Kreditter: JHUAPL3) WISPR optiske teleskoper. 4) En Faraday kop, del af SWEAP-eksperiment. Kreditter: JHUAPL

Når man sætter disse stykke værdifulde data sammen, forventes mange primære mysterier omkring Solen at blive besvaret. Nogle af dem er:

  • Bestem strukturen og dynamikken i magnetfelterne i koronaen, der giver anledning til solvind.
  • Spor strømmen af ​​energi, der varmer koronaen, og svar derfor, hvorfor den er meget varmere end Solens overflade.
  • Da rumfartøjet vil være i det område, hvor det faktisk kan se solvindpartiklerne gå fra subsoniske til supersoniske hastigheder, kan det bestemme de mekanismer, hvormed solvindpartikler får høje energier.

Konklusion

Nogle utrolige videnskaber venter på os, og en, der også vil hjælpe med at forme vores civilisation på en mere informeret måde. Dette er de babytrin, som vi er nødt til at tage for langsomt at blive en type 1-civilisation og mere.

NASAs officielle insignier af Parker Solar Probe. Kredit: NASA / APL
Den bedste del af NASAs mission til at røre ved solen er, at den sandsynligvis vil generere flere spørgsmål end svar. Videnskab.

Hvad venter du på? Gå videre og udforsk missionen!

Oprindeligt offentliggjort på jatan.space