Daniel K. Inouye solteleskop (DKIST), världens största solteleskop, fångade sin första bild av solen - den högsta upplösningen av vår stjärna hittills - förra månaden.
Bilden börjar vad forskare hoppas kommer att bli en nästan 50-årig studie av jordens viktigaste stjärna. De nya bilderna avslöjar små magnetiska strukturer i otrolig detalj. När konstruktionen på det 4-meters teleskopet slocknar på toppen av Haleakala på den hawaiiska ön Mauikommer fler av teleskopets instrument att börja komma online, vilket ökar dess förmåga att belysa den aktiva solen.
Inouyes unika upplösning och känslighet gör att den kan undersöka solens magnetfält för första gången när den studerar aktiviteterna som driver rymdväder i jordens grannskap. Laddade partiklar som skjutas från solen kan störa jordens mekaniska satelliter, elnät och kommunikationsinfrastruktur. Det nya teleskopet kommer också att fördjupa sig i ett av de mest motintuitiva sol mysterierna: varför solens korona, eller ytterlagret, är varmare än dess synliga yta.
"Det här är de högsta upplösningsbilderna och filmerna från solytan som någonsin tagits", sa Inouye-direktören Thomas Rimmele under en nyhetskonferens på fredag (24 januari). "Hittills har vi bara sett toppen av isberget."
"En schweizisk armékniv"
Byggandet påbörjades Inouye-solteleskopet 2012. Sedan dess har teleskopet varit kvar på budget och enligt schema, enligt Dave Boboltz, programdirektören för National Science Foundation Astronomy Division.
Teleskopet fångade den nyligen släppta bilden, som är dess första tekniska bild, den 10 december 2019, men observatoriet är ännu inte komplett. Endast ett enda instrument, Visible Broadband Imager (VBI), var i drift vid den tiden. VBI tar extremt högupplösta bilder av solytan och lägre atmosfär.
Observatoriets andra instrument, Visible Spectro-polarimeter (VISP), började arbeta på torsdag (23 januari). Liksom ett prisma delar VISP ljus i sina komponentfärger för att ge exakta mätningar av dess egenskaper längs flera våglängder. De återstående instrumenten kommer att slås på när byggandet fortsätter i den 13 våningar byggnaden, med full drift planerad att börja i juli 2020.
"Vi är nu i den slutliga sprinten i ett mycket långt maraton," sade Rimmele.
De första ljusbilderna som tagits är en falsk färgbild av solen. Eftersom byggnaden fortfarande är under uppbyggnad bearbetades bilderna endast men analyserades inte för vetenskapliga resultat. Rimmele sa dock att magnetiska strukturer som tidigare visades i solbilder som enstaka ljuspunkter är nu synliga som flera mindre strukturer, vilket ger en antydning om det nya solteleskopets kapacitet.
Nästa instrument som kommer att levereras till toppen är Cryogenic Near Infrared Spectra-Polarimeter, som kommer att studera solatmosfären vid infraröda våglängder för att undersöka magnetfält i solens korona över ett stort synfält. Strax efter kommer Diffraktionen begränsad nära infraröd spektrom-polarimeter, så småningom med optiska fibrer för att samla spektraldata vid varje punkt i en tvådimensionell solbild, vilket gör att den samtidigt kan mäta rumslig och spektral information. Det sista instrumentet, det synliga inställbara filtret, kommer att fånga mycket högupplösta bilder av solen samtidigt som det utför snabba skanningar av ljuset som kan identifiera atomer och molekyler.
Inouye är tänkt att fungera i 44 år, vilket skulle täcka två av solens hela 22-år solcykler. Dess svit med instrument kommer troligen att förändras över tid.
"Den verkliga kraften i Inouye-solteleskopet är dess flexibilitet, dess uppgraderbarhet," sade Boboltz. "Det är som att ha en schweizisk armkniv för att studera solen."
Sollösare
Solen kastar ständigt material ut i rymden i alla riktningar. Den pågående solvinden interagerar med jordens magnetfält och orsakar aurororna.
Andra utbrott är mer dramatiska. Ibland kommer solen att spjuta ut stora bitar av plasma och partiklar som kallas koronalmassautkast (CME); om dessa når jorden, kan de påverka satelliter och elnät, med de mest kraftfulla orsakar blackouts. En av de mest kända moderna katastroferna inträffade 1989 när en geomagnetisk storm träffade Quebec, vilket ledde till en nio timmars blackout över det kanadensiska territoriet. Studier har fastställt kostnaden för en utbredd blackout från tiotals miljarder till biljoner beroende på omständigheterna.
Sådana effekter kan bli allvarligare. "Vårt växande beroende av teknik ökar avsevärt vår sårbarhet för rymdväder," sade Boboltz.
Effekterna kan vara små men förödande. I september 2017, som en trio av orkaner framåt över Karibien, orsakade solbrännor flera radioavbrott på den solbelysta sidan av jorden. Flera radioavbrott stoppade kommunikationen under den farliga tiden, ibland så länge som 8 timmar.
"En naturligt förekommande händelse på jorden och en naturlig händelse på solen, när de kombineras, utgör ett mycket större hot mot vårt samhälle," sade National Science Foundation-direktör Valentin Pillet under nyhetskonferensen.
Inouye-teleskopet bör tillåta astronomer att lära sig mer om vad som driver utrymme väder. Denna förståelse kan hjälpa till att snabba förutsägelser för de mest extrema händelserna, vilket möjliggör ett snabbare svar under farliga situationer.
Inouye kommer inte att agera ensam för att uppnå detta. "För att verkligen förstå förarna och effekterna av rymdväder måste vi använda två kompletterande metoder," sade Pillet. Inouye hanterar den första och gör djupare observationer av solens magnetiska yta.
Det andra tillvägagångssättet kräver att man skickar rymdfarkoster nära solen.
NASA: s Parker Solar Probe lanserades 2018 och kommer inom 6 miljoner mil (6 miljoner kilometer) när det är närmast stjärnan. I februari lanserar NASA och Europeiska rymdorganisationen Solar Orbiter, ett uppdrag som ägnas åt att studera solens heliosfär, bubblan med laddade partiklar som blåses ut i rymden av solvinden.
Trioen är "mycket kompletterande på olika sätt", sade Pillet. Medan Inouye ger en detaljerad titt på solens magnetfält, kommer rymdsuppdragen att placera sina observationer i samband med solaktivitet och solväder.
Tillsammans "kommer de att vara i framkant av upptäckten under nästa halva sekel," sade Pillet. "Det är verkligen en bra tid att vara solastronom," sade han.
"Solens hus"
Haleakala, Hawaiian för "House of the Sun", verkar som den perfekta miljön för ett solteleskop. Världsberömd för sina spektakulära soluppgångar får den vilande vulkan ungefär 15 minuter mer dagsljus än havsnivån på ön Maui.
Enligt Hawaiian tradition tog vulkanen sitt namn från ett trick som spelades på solen av demi-guden Maui. Mauis mamma klagade över att solen gick över himlen så snabbt att hennes trasa inte kunde torka. Tricksterna klättrade upp på toppen av berget och släppte solen och vägrade släppa den tills solen gick med på att sakta ner. För att säkra hans frisläppande gick solen med på att resa långsammare för sex månader på året.
Den andliga betydelsen av Hawaiian toppar har skapat förödelse för andra teleskop. protester om den växande astronomiska närvaron på Mauna Kea har stoppade konstruktionen av trettio meter teleskopet. Inouye undkom inte oppositionen. Under 2015 och 2017 samlades hundratals demonstranter för att hindra konstruktionsfordon från att resa till toppen av toppen.
Sedan dess har teleskopets tjänstemän träffats två gånger per år med en arbetsgrupp av infödda Hawaiians, som de tänker ta med för att se det färdiga teleskopet. Ett nytt Science Support Center byggdes också vid berget av berget för att ge off-support, och toppen är fortfarande öppen för infödda Hawaiians som vill utöva sin religion i dess sluttningar.
National Solar Observatory har också satt upp en uppsättning lektionsplaner för lärare i medelstora skolor som belyser Hawaiis långa astronomihistoria som var presenteras för lokala lärare under 2019.
"Vi har kunnat jämna ut mycket av den striden," sade Boboltz.
- En miljon gejsrar med plasmatut från solen, och forskare kanske äntligen vet varför
- NASA ögonuppdrag för att spåra rymdväderhot med små satelliter
- Se solen vända ut i vild ny satellitvy
