Det har gått 124 dagar sedan Parker Solar Probe lanserades, och flera veckor sedan det gjorde det närmaste tillvägagångssätt som något rymdskepp någonsin har gjort mot en stjärna. Nu har forskare tagit hand om uppgifterna från det nära tillvägagångssättet. Fyra forskare vid det senaste mötet i American Geophysical Union i Washington, D.C., delade vad de hoppas att de kan lära av sonden. De hoppas att data från Parker Solar Probe kommer att hjälpa dem att besvara årtionden gammal fråga om solen, dess korona och solvinden.
Forskare som studerar solen har förväntat sig detta länge och väntan har varit värt det.
”Heliofysiker har väntat mer än 60 år på ett sådant uppdrag som möjligt. Solmystierna som vi vill lösa väntar i koronaen. ” - Nicola Fox, chef för Heliophysics Division vid NASA: s huvudkontor.
Spänningen är runt PSP: s första solmötesfas. Från 31 oktober till 11 november 2018 slutförde Parker Solar Probe den första solmötesfasen, med en hastighet genom solens yttre atmosfär - koronaen - och samlade in aldrig tidigare skådad data med fyra sviter med spetsrika instrument. PSP kommer att kretsa runt solen 24 gånger i 24 solfasfaser. Under uppdraget kommer sonden att använda 7 Venus gravitation-assist flybys för stegvis att krympa sin bana runt solen.
Varje solmötesfas inträffar när sonden är inom 0,25 AU för solen, och under dessa tider kommer vetenskapliga instrument att samla in data. Sonden kommer att utsättas för extrem värme och strålning under den tiden och kan inte kommunicera. Först när den har lämnat varje fas kan den skicka sina data tillbaka till jorden för heliofysiker att fundera över.
"Parker Solar Probe ger oss de mätningar som är viktiga för att förstå solfenomen som har förundrat oss i årtionden." - Nour Raouafi, PSP-projektforskare, JHU / APL.
Den första solenergifasen är klar, och även om uppdraget har mycket arbete att göra ännu, delade Parker-forskare något av vad de hoppas kunna lära sig från uppdraget vid American Geophysical Union i Washington DC.
När PSP-uppdraget utformades ville forskarna ta upp tre viktiga frågor angående heliofysik:
- Hur är solens yttre atmosfär, koronaen, uppvärmd till temperaturer som är cirka 300 gånger högre än den synliga ytan under?
- Hur accelereras solvinden så snabbt till de höga hastigheterna vi observerar?
- Hur rakar några av solens mest energiska partiklar bort från solen med mer än hälften av ljusets hastighet?
"Parker Solar Probe ger oss de mätningar som är viktiga för att förstå solfenomen som har förundrat oss i årtionden," säger Nour Raouafi, projektforskare från Parker Solar Probe vid Johns Hopkins University Applied Physics Lab i Laurel, Maryland. "För att stänga länken behövs lokal provtagning av solkorona och den unga solvinden och Parker Solar Probe gör just det."
Inget rymdskepp har någonsin varit så nära solen som PSP har gjort, så forskare vet inte exakt vad de kan förvänta sig av uppgifterna. De vet vad de hoppas kunna lära sig, men kan inte vara säkra.
"Vi vet inte vad vi kan förvänta oss så nära solen förrän vi får informationen, och vi kommer förmodligen att se några nya fenomen," sade Raouafi. "Parker är ett utforskningsuppdrag - potentialen för nya upptäckter är enorm."
Rapporter från PSP antyder att den första vetenskapliga fasen fångade kvalitetsdata. Det beror delvis på att Venus flydes, när sonden kunde ta några mätningar av planeten och verifiera att instrument fungerade. Vissa data från vetenskapsfas ett har laddats ner, men heliofysiker måste vänta på att få tag på allt. På grund av utmaningarna i uppdragsprofilen kommer en del av vetenskapliga data från detta möte inte att länkas förrän efter uppdragets andra solmöte i april 2019.
Parker Solar Probe är inte det enda rymdskeppet som studerar solen. Andra farkoster inkluderar SOHO (Solar Heliospheric Observatory), SDO (Solar Dynamics Observatory) och STEREO-A (Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead) rymdskepp. Men ingen av dessa tre har kommit så nära solen som PSP, även om de gör sin egen vetenskap.
"Parker Solar Probe åker till en region som vi aldrig har besökt tidigare," sade Terry Kucera, en solfysiker vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Samtidigt kan vi på avstånd observera solens korona, som driver den komplexa miljön runt Parker Solar Probe."
Gifen nedan visar faktiska data från NASA: s Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead (STEREO-A) rymdskepp, tillsammans med platsen för Parker Solar Probe när den flyger genom solens yttre atmosfär under sin första solmötesfas i november 2018. Dessa bilder ger nyckelkontext för att förstå Parker Solar Probes observationer. (Bildkredit: NASA / STEREO)
Varje rymdskepp som studerar solen ger ett annat sammanhang och synvinkel för vad de andra ser. PSP kommer att resa till inom 0,25 AU, medan STEREO kretsar kring solen omkring 1 AU. SDO är i en geosynkron jordbana och SOHO befinner sig i en halobana runt Sun-Earth LaGrange 1-punkten.
"STEREO-uppdraget handlar om att observera heliosfären från olika platser och Parker är en del av det - göra mätningar ur ett perspektiv som vi aldrig har haft förut," sade Kucera.
Vetenskap är inkrementell, och forskare med PSP vill påpeka att stegvisa förbättringar i modeller för hur solen fungerar är en del av PSP: s jobb, även om vi inte får svar på våra frågor.
Modeller är ett bra sätt att testa teorier om solens underliggande fysik. Genom att skapa en simulering som förlitar sig på en viss mekanism för att förklara koronaluppvärmning - till exempel en viss typ av plasmavåg som kallas en Alfvén-våg - kan forskare kontrollera modellens förutsägelse mot faktiska data från Parker Solar Probe för att se om de står i linje. Om de gör det, betyder det att den underliggande teorin kan vara vad som faktiskt händer. Om de inte gör det, är det tillbaka till tavlan.
"Vi har haft mycket framgång med att förutse strukturen för solkorona under totala solförmörkelserna," sade Riley. "Parker Solar Probe kommer att ge enastående mätningar som ytterligare kommer att begränsa modellerna och teorin som är inbäddade i dem."
PSP: s rekordhastighet är avgörande för dess arbete.
Solen roterar ungefär var 27: e dag när vi ser den från jorden, och solkonstruktionerna som driver mycket av dess aktivitet rör sig tillsammans med den. Det skapar ett problem för forskare, eftersom de inte kan vara säkra på om variationen de ser drivs av faktiska förändringar i regionen som producerar aktiviteten - tidsmässig variation - eller orsakas av att helt enkelt ta emot solmaterial från en ny källregion - rumslig variation . PSP: s hastighet innebär att det kan överskrida problemet.
Gifen nedan är från en modell som visar hur solvinden strömmar ut från solen, med perspektivet av Parker Solar Probes WISPR-instrument överlagda.
Krediter: Predictive Science Inc.
Vid vissa punkter reser Parker Solar Probe tillräckligt snabbt för att nästan exakt matcha solens rotationshastighet, vilket innebär att Parker "svävar" över ett område av solen under en kort tid. Forskare kan vara säkra på att förändringar i data under denna period orsakas av faktiska förändringar på solen, snarare än solens rotation.
Parker Solar Probe är en del av NASA: s Living with a Star-program för att utforska aspekter av Sun-Earth-systemet som direkt påverkar livet och samhället.
- NASA: s pressmeddelande: Förberedelser för upptäckt med NASA: s Parker Solar Probe
- NASA: AGU 2018 - Förväntad data och vetenskaplig upptäckt från NASAs Parker Solar Probe
- NASA-pressmeddelande: Parker Solar Probe rapporterar god status efter nära solstrategi
- NASA-pressmeddelande: Parker Solar Probe Breaks Record, blir närmaste rymdfarkoster för Sun
- NASA: Parker Solar Probe
- NASA Living With a Star-programmet
