En konstnärs skildring av NASAs Parker Solar Probe som samlar in data om solen.
(Bild: © Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
Solen börjar ge upp några av sina mest bevakade hemligheter.
De första vetenskapliga resultaten kommer från NASA: s Parker Solar Probe (PSP), som har flytt snabbare och närmare solen än något annat mänskligt skapat objekt i historien.
Den ursprungliga PSP-avkastningen, som rapporteras i fyra artiklar publicerade online idag (4 december) i tidskriften Nature, börjar lyfta slöjan på jordens stjärna, som har förblivit förvånansvärt mystisk trots att det alltid är det ljusaste ljuset på vår himmel.
"Dessa fyra artiklar visar att PSP, genom att gå in i en outforskad region i solsystemet, redan har gjort stora upptäckter," skrev Daniel Verscharen, en forskare vid Mullard Space Science Laboratory vid University College London, i en medföljande "News och Visningar "-bit i samma nummer av naturen. Verscharen deltog inte i någon av de nya studierna.
Kyssar solen
De PSP lanserades i augusti 2018, på ett uppdrag på 1,5 miljarder dollar för att hjälpa forskare att bättre förstå solens inre funktioner.
Uppdragsforskare är särskilt intresserade av att lösa två långvariga pussel: hur strömmen av partiklar som kontinuerligt flyter från solen, känd som solvinden, accelereras till dess enorma hastigheter; och varför solens yttre atmosfär, eller korona, är så mycket varmare än ytan. (Coronatemperaturer kan toppa 2 miljoner grader Fahrenheit, eller 1,1 miljoner grader Celsius. Solytan är rent tempererat i jämförelse vid 11 000 F eller 6 000 C.)
PSP hanterar dessa frågor genom att vara modig att fatta in i korona sig. En gång var femte månad zoomar sonden genom solens snubla atmosfär och får en aldrig tidigare skådad titt på vår stjärna.
Dessa närmaste tillvägagångssätt, eller perihelpassager, har tagit PSP inom 15 miljoner miles (24 miljoner kilometer) från solytan hittills. Före detta uppdrag var den närmaste en sond någonsin nått solen 26,55 miljoner mil (42,73 miljoner km) - en prestation som drogs av 1976 av Helios 2-fartyget, en gemensam ansträngning från USA och fd Västtyskland.
Helios 2 satte också rekordet för den snabbaste hastigheten i förhållande till solen, vid 153 454 mph (246 960 km / h). Detta märke bröts av NASA: s Juno Jupiter-omloppsbana, som nådde 165 000 km / h (265 000 km / h) under sin ankomst till gasjätten i juli 2016. Men PSP är nu hastighetskungen: Under rymdskeppets första perihelion pass, på nov. 6, 2018, accelererade solens kraftfulla gravitation PSP till en toppfart på 213,243 mph (343 181 km / h).
Förhållandena i koronaen är naturligtvis extrema, så PSP är utrustad med en del kraftig rustning: en 4,5 tum tjock (11,4 centimeter) kolkompositsköld, som skyddar farkosten och dess fyra vetenskapliga instrument från intensiv värme och strålning.
Dessa instrument är Fields Experiment (Fields), som bland annat mäter elektriska och magnetiska fält och vågor; the Integrated Science Investigation of the Sun (ISoIS), som karaktäriserar elektroner, protoner och tunga joner som accelereras till höga hastigheter i solens atmosfär och därefter; Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR), en uppsättning teleskoper som avbildar korona och omgivningar; och utforskningen av Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP), som studerar de vanligaste beståndsdelarna i solvinden (elektroner, protoner och heliumjoner).
De fyra nya artiklarna rapporterar vad dessa instrument observerade under PSP: s två första perihelion-pass, som inträffade i november 2018 och april 2019.
Spåra den "långsamma" solvinden till dess källa
En av studiernafann till exempel att Fields börjar få varorna på den "långsamma" solvinden, en del av strömmen som aldrig överstiger 1,8 miljoner km / h. "Slow" är en relativ term här; den "snabba" solvinden glider med ungefär dubbelt så hög hastighet.
Forskare visste redan att den snabba solvinden har sitt ursprung i stora koronala "hål" - fläckar där den yttre atmosfären är betydligt svalare och tunnare än normalt - nära solens poler. Och data från Fields antyder att den långsamma vinden kommer från koronala hål också, men från mindre nära solekvatorn.
Fält observerade också överraskande reverseringar i det solmagnetiska fältet som flödade förbi rymdskeppet: Fältet vippade ibland sin orientering 180 grader och sedan, inom sekunder eller minuter, vändes tillbaka igen.
"Dessa omkopplingar är förmodligen förknippade med någon form av plasmastråler", säger studieförfattaren och Fields huvudutredare Stuart Bale, en fysikprofessor vid University of California, Berkeley, i ett uttalande. "Min egen känsla är att dessa omkopplingar, eller jetstrålar, är centrala för solvindproblemen."
Data från SWEAPindikerar under tiden att sådana reverseringar är "resande S-formade krökningar i fältlinjerna som kommer från solen", som Verscharen uttryckte det, och att vipporna ökar hastigheten på solvinden.
Resultat från ISoIS hjälpa kött ut denna nya bild. Instrumentets data visar att det tar energiska solpartiklar längre än tidigare förväntats för att nå PSP, kanske för att de reser längs de överraskande S-formade fältlinjerna.
ISoIS har också upptäckt flera partikelskurar som inte är tillräckligt dramatiska för att märkas av instrument här på jorden.
"Det är fantastiskt - även vid solkraftsförhållanden producerar solen många fler små energiska partikelhändelser än vi någonsin trodde," sade David McComas från Princeton University, ISoIS huvudutredare och huvudförfattare till en av de nya studierna, i ett uttalande. (Solaktivitet växer och avtar på en 11-årig cykel, och vår stjärna är för närvarande i en relativt inaktiv fas.)
"Dessa mätningar hjälper oss att ta upp källorna, accelerationen och transporten av solenergiska partiklar och i slutändan bättre skydda satelliter och astronauter i framtiden", tillade McComas.
Och WISPR ger forskare en tydligare bild av solen, koronan och den komplexa, rolande regionen som omedelbart omger vår stjärna. WISPRs bilder hjälper till att sätta den information som samlas in av de andra instrumenten i rätt sammanhang och ger också insikter i sin egen rätt.
Till exempel fjärde ny studie rapporter, WISPR-bilder ger några bevis för en dammfri zon nära solen, som har postulerats men ännu inte direkt upptäckts. "De detaljerade bilderna från PSP visar också rumsliga variationer i solvinden som överensstämmer med variationer i solens magnetfält på dess yta, och avslöjar små plaskar som kastas ut från solen och utgör en del av den unga solvinden, "Verscharen skrev.
Det bästa är kvar
Solvind-svaret är delvis ett ögonblick, och det är fortfarande oklart hur exakt koronan värms så dramatiskt (även om de nya resultaten ger några spännande ledtrådar). Men PSP-teamet har gott om tid att fylla i blankorna, för dessa nyligen publicerade resultat är bara början. Rymdskeppet är utformat för att fortsätta studera solen fram till 2025, och dess perihelpassager kommer att fortsätta att närma sig närmare, tack vare banbanan med skulpturer Venus.
PSP: s slutliga vetenskapliga bana, till exempel, tar den inom bara 3,83 miljoner miles (6,16 miljoner km) från solytan och har topphastigheter på cirka 430 000 km / h (690 000 km / h).
Och dessa framtida nära tillvägagångssätt kommer att bli mer frekventa, eftersom PSP: s väg runt solen kommer att krympa. Sondens omloppsperiod är för närvarande cirka 150 jorddagar men kommer att vara 88 dagar efter uppdragets slut.
Längden på uppdraget gör att PSP-teamet kan studera solen i olika stadier av sin 11-åriga aktivitetscykel. Så det solkyssande rymdskeppet bör samla mängder av intressant data som håller forskarna upptagen under en lång tid framöver.
"Det förväntas att PSP-data kommer att leda vår förståelse av solen och solvinden under många år," skrev Verscharen. "Nya modeller och teorier kommer att motiveras av rymdskeppets upptäckter, och denna kunskap kommer att överföras till andra stjärnor och astrofysiska plasmor i hela universum."
- Så här ser jorden ut när du är på väg mot solen
- Solar Quiz: Hur väl känner du till vår sol?
- Starta foton! NASAs Parker Solar Probe spränger av för att röra vid solen
Denna berättelse uppdaterades kl. EST inkluderar ett uttalande från David McComas.
Mike Walls bok om sökandet efter främmande liv, "Där ute"(Grand Central Publishing, 2018; illustrerad av Karl Tate), är ute nu. Följ honom på Twitter @michaeldwall. Följ oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
