Solens aktivitet, känd som ”rymdväder”, har en betydande effekt på jorden och solsystemets andra planeter. Periodiska utbrott, även kända som solfällningar, släpper betydande mängder elektromagnetisk strålning, vilket kan störa allt från satelliter och flygresor till elektriska nät. Av denna anledning försöker astrofysiker att få en bättre titt på solen så att de kan förutsäga dess vädermönster.
Detta är syftet bakom NSF: s 4 meter (13 fot) Daniel K. Inouye solteleskop (DKIST) - tidigare känt som Advanced Technology Solar Telescope - som ligger vid Haleakala Observatory på ön Maui, Hawaii. Nyligen släppte denna anläggning sina första bilder av solens yta, som avslöjar en enastående detaljnivå och erbjuder en förhandsgranskning av vad detta teleskop kommer att avslöja under de kommande åren.
Dessa bilder ger en närbild av solens yta som visar turbulent plasma arrangerat i ett mönster av cellliknande strukturer. Dessa celler är en indikation på våldsamma rörelser som transporterar varm solplasma från solens inre till ytan. Denna process, känd som konvektion, ser denna ljusa plasma öka till ytan i celler, där den sedan svalnar och sjunker under ytan i mörka körfält.
Genom att få sådana exakta och tydliga bilder av solen hoppas astronomer kunna förbättra deras förståelse för denna process så att de kan förutsäga plötsliga förändringar i rymdväder. Som Frankrike Córdova, NSF-direktören, förklarade:
”Sedan NSF började arbeta med det markbaserade teleskopet har vi ivrigt väntat på de första bilderna. Vi kan nu dela dessa bilder och videor, som är de mest detaljerade av vår sol hittills. NSF: s Inouye-solteleskop kan kartlägga magnetfält i solens korona, där solutbrott inträffar som kan påverka livet på jorden. Detta teleskop kommer att förbättra vår förståelse av vad som driver utrymme väder och i slutändan hjälpa prognosmakare bättre förutsäga solstormar. "
Kort sagt är solen en huvudsekvensstjärna av G-typ (gul dvärg) som har funnits i cirka 4,6 miljarder år. Detta sätter det ungefär halvvägs genom sin livscykel, som kommer att pågå i ytterligare 5 miljarder år. Processen med självhållen kärnfusion som driver solen (och ger allt vårt ljus, värme och energi) förbrukar cirka 5 miljoner ton vätebränsle varje sekund.
All energi som skapas genom denna process strålar ut i rymden i alla riktningar och når till kanten av solsystemet. Sedan 1950-talet har forskare förstått att jorden bor i solens atmosfär och att förändringar i dess väder har en djup inverkan på jorden. Även nu, decennier senare, handlar det mycket om solens viktigaste processer som förblir okända.
Matt Mountain är ordförande för Association of Universities for Research in Astronomy, som hanterar Inouye-solteleskopet. När han förklarade målet med solastronomi:
”På jorden kan vi förutsäga om det kommer att regna ganska mycket någonstans i världen mycket exakt och rymdväder är inte där ännu. Våra förutsägelser ligger bakom markväder med 50 år, om inte mer. Vad vi behöver är att förstå den underliggande fysiken bakom rymdväder, och det börjar vid solen, vilket är vad Inouye solteleskop kommer att studera under de kommande decennierna. ”
Astronomer har bestämt att rörelsen i solens plasma är relaterad till solstormar på grund av hur de får solens magnetfältlinjer att vridas och trassla in sig. Att mäta och karakterisera Solens magnetfält är avgörande för att bestämma orsakerna till potentiellt skadlig solaktivitet - något som Inouye solteleskop är unikt kvalificerat för.
Enligt Thomas Rimmele, chef för Inouye-solteleskopet, kommer det allt ner till solens magnetfält. ”För att upptäcka solens största mysterier, måste vi inte bara kunna se dessa små strukturer från 93 miljoner mil bort utan mycket mäta deras magnetfältstyrka och riktning nära ytan och spåra fältet när det sträcker sig ut till miljoner -degree corona, solens yttre atmosfär. ”
En av de största fördelarna med en bättre förståelse av soldynamiken är förmågan att förutsäga stora väderhändelser. För närvarande kan regeringar och rymdbyråer förutse händelser cirka 48 minuter före tiden. Men tack vare den forskning som bedrivs av Inouye-solteleskopet och andra solobservatorier, förväntar sig astronomer att få detta upp till 48 timmar.
Detta skulle ge oss mer tid att se till att dessa händelser inte slår ut elnät, kritisk infrastruktur, satelliter och rymdstationer. Naturligtvis är verksamheten med att övervaka solen ingen enkel uppgift och kommer med sin rimliga andel av faror. Av denna anledning utnyttjar Inouye solteleskop många senaste utvecklingen när det gäller konstruktion, teknik och astronomi.
Detta inkluderar sin 4 m (13 ft) spegel (den största av alla solteleskop), adaptiv optik för att kompensera för den störning som orsakas av jordens atmosfär och de orörda visningsförhållandena på Haleakala över 3000 m (10.000 ft). Teleskopet förlitar sig också på flera skyddsåtgärder för att säkerställa att det inte överhettas genom att fokusera 13 kilowatt solkraft från solen.
Detta görs via en högteknologisk, vätskekyld metall torus (”värmestoppet”) som håller det mesta av solljuset borta från huvudspegeln och kylplattor som täcker kupolen och håller temperaturen stabila runt teleskopet. Observatoriets inre hålls också svalt med 11,25 km (7 mi) kylvätskerör, som delvis kyls av is som samlas under natten, och inre fönsterluckor som ger luftcirkulation och skugga.
"Med den största öppningen i alla solteleskop, dess unika design och modernaste instrument, kommer Inouye solteleskop - för första gången - att kunna utföra de mest utmanande solmätningarna," sade Rimmele . ”Efter mer än 20 års arbete av ett stort team som ägnar sig åt att utforma och bygga ett främsta observatorium för solforskning, är vi nära mållinjen. Jag är oerhört glada över att vara positionerad för att observera de första solfläckarna i den nya solcykeln just nu med det fantastiska teleskopet. "
David Boboltz, programdirektör i NSF: s avdelning för astronomiska vetenskaper, ansvarar också för övervakningen av anläggningens konstruktion och drift. Som han antydde är dessa bilder bara toppen av isberget för Inouye solteleskop:
”Under de kommande sex månaderna kommer Inouye-teleskopets team av forskare, ingenjörer och tekniker att fortsätta testa och driftsätta teleskopet för att göra det klart för användning av det internationella solvetenskapliga samfundet. Inouye-solteleskopet samlar in mer information om vår sol under de första fem åren av sin livstid än alla soluppgifter som samlats in sedan Galileo först riktade ett teleskop mot solen 1612. ”
Inouye solteleskop är en del av en trio av instrument som är redo att revolutionera solastronomi under de kommande åren. Det åtföljs av NASAs Parker Solar Probe (som för närvarande kretsar kring solen) och ESA / NASA Solar Orbiter (som snart kommer att lanseras). Som Valentin Pillet sammanfattade (chef för NSF: s National Solar Observatory) är det en spännande tid att vara solfysiker:
”Inouye-solteleskopet kommer att ge fjärravkänning av solens yttre lager och de magnetiska processerna som sker i dem. Dessa processer sprids till solsystemet där uppdragen Parker Solar Probe och Solar Orbiter kommer att mäta sina konsekvenser. Sammantaget utgör de ett verkligt multimeddelandeföretag för att förstå hur stjärnor och deras planeter är magnetiskt anslutna. ”
