Es ist 124 Tage her, seit die Parker Solar Probe gestartet wurde, und einige Wochen, seit sie sich einem Stern am nächsten kam, den ein Raumschiff jemals gemacht hat. Jetzt erhalten Wissenschaftler die Daten aus der Nähe. Vier Forscher teilten auf dem jüngsten Treffen der American Geophysical Union in Washington, DC, mit, was sie hoffen, von der Sonde lernen zu können. Sie hoffen, dass Daten von der Parker Solar Probe ihnen helfen werden, jahrzehntealte Fragen über die Sonne, ihre Korona und den Sonnenwind zu beantworten.
Wissenschaftler, die die Sonne studieren, haben dies schon lange vorweggenommen, und das Warten hat sich gelohnt.
„Heliophysiker haben mehr als 60 Jahre darauf gewartet, dass eine solche Mission möglich wird. Die solaren Rätsel, die wir lösen wollen, warten in der Korona. “ - Nicola Fox, Direktor der Abteilung für Heliophysik am NASA-Hauptsitz.
Die Aufregung dreht sich um die erste solare Begegnungsphase der PSP. Vom 31. Oktober bis 11. November 2018 beendete Parker Solar Probe die erste Phase der Sonnenbegegnung, raste durch die äußere Atmosphäre der Sonne - die Korona - und sammelte beispiellose Daten mit vier Reihen modernster Instrumente. Die PSP umkreist die Sonne 24 Mal für 24 Phasen der Sonnenbegegnung. Während der Mission verwendet die Sonde 7 Venus-Vorbeiflüge mit Schwerkraftunterstützung, um ihre Umlaufbahn um die Sonne schrittweise zu verkleinern.
Jede solare Begegnungsphase tritt auf, wenn sich die Sonde innerhalb von 0,25 AE der Sonne befindet und während dieser Zeit die wissenschaftlichen Instrumente Daten sammeln. Die Sonde ist während dieser Zeit extremer Hitze und Strahlung ausgesetzt und kann nicht kommunizieren. Nur wenn es jede Phase verlässt, kann es seine Daten zur Erde zurücksenden, damit Heliophysiker darüber nachdenken können.
"Parker Solar Probe liefert uns die Messungen, die für das Verständnis von Sonnenphänomenen unerlässlich sind, die uns seit Jahrzehnten verwirren." - Nour Raouafi, PSP-Projektwissenschaftler, JHU / APL.
Die erste Phase der solaren Begegnung ist abgeschlossen, und obwohl die Mission noch viel zu tun hat, teilten die Parker-Wissenschaftler einige ihrer Hoffnungen mit, die sie aus der Mission bei der American Geophysical Union in Washington DC lernen möchten.
Bei der Konzeption der PSP-Mission wollten die Wissenschaftler drei wichtige Fragen zur Heliophysik beantworten:
- Wie erwärmt sich die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, auf Temperaturen, die etwa 300-mal höher sind als die sichtbare Oberfläche darunter?
- Wie wird der Sonnenwind so schnell auf die hohen Geschwindigkeiten beschleunigt, die wir beobachten?
- Wie schießen einige der energiereichsten Teilchen der Sonne mit mehr als der halben Lichtgeschwindigkeit von der Sonne weg?
"Parker Solar Probe liefert uns die Messungen, die für das Verständnis von Sonnenphänomenen erforderlich sind, die uns seit Jahrzehnten verwirren", sagte Nour Raouafi, Projektwissenschaftler für Parker Solar Probe am Applied Physics Lab der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland. "Um die Verbindung zu schließen, ist eine lokale Probenahme der Sonnenkorona und des jungen Sonnenwinds erforderlich, und Parker Solar Probe tut genau das."
Kein Raumschiff war jemals so nah an der Sonne wie die PSP, daher wissen Wissenschaftler nicht genau, was sie von den Daten erwarten sollen. Sie wissen, was sie lernen möchten, können sich aber nicht sicher sein.
"Wir wissen nicht, was uns so nah an der Sonne erwartet, bis wir die Daten erhalten, und wir werden wahrscheinlich einige neue Phänomene sehen", sagte Raouafi. "Parker ist eine Erkundungsmission - das Potenzial für neue Entdeckungen ist riesig."
Berichte der PSP legen nahe, dass in der ersten wissenschaftlichen Phase Qualitätsdaten erfasst wurden. Dies ist teilweise auf den Vorbeiflug der Venus zurückzuführen, als die Sonde einige Messungen des Planeten durchführen konnte, um zu überprüfen, ob die Instrumente funktionierten. Einige Daten aus der ersten wissenschaftlichen Phase wurden heruntergeladen, aber Heliophysiker müssen warten, bis sie alles in die Hände bekommen. Aufgrund der Herausforderungen im Missionsprofil werden einige der wissenschaftlichen Daten dieser Begegnung erst nach der zweiten solaren Begegnung der Mission im April 2019 abwärts verlinkt.
Die Parker Solar Probe ist nicht das einzige Raumschiff, das die Sonne untersucht. Andere Fahrzeuge sind das SOHO (Solar Heliospheric Observatory), das SDO (Solar Dynamics Observatory) und das Raumschiff STEREO-A (Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead). Aber keiner dieser drei ist der Sonne so nahe gekommen wie die PSP, obwohl sie selbst wichtige Wissenschaft betreiben.
"Parker Solar Probe geht in eine Region, die wir noch nie zuvor besucht haben", sagte Terry Kucera, Solarphysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. "In der Zwischenzeit können wir aus der Ferne die Sonnenkorona beobachten, die die komplexe Umgebung um Parker Solar Probe antreibt."
Das folgende GIF zeigt die tatsächlichen Daten des Raumfahrzeugs STEREO-A (Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead) der NASA sowie den Standort der Parker Solar Probe, die während ihrer ersten Sonnenbegegnungsphase im November 2018 durch die äußere Atmosphäre der Sonne fliegt. Diese Bilder liefern Schlüsselkontext zum Verständnis der Beobachtungen von Parker Solar Probe. (Bildnachweis: NASA / STEREO)
Jedes der Raumfahrzeuge, die die Sonne studieren, bietet einen anderen Kontext und Blickwinkel für das, was die anderen sehen. Die PSP bewegt sich auf 0,25 AU, während STEREO die Sonne mit etwa 1 AU umkreist. Das SDO befindet sich in einer geosynchronen Erdumlaufbahn, und SOHO befindet sich in einer Halo-Umlaufbahn um den Punkt Sonne-Erde LaGrange 1.
"Bei der STEREO-Mission geht es darum, die Heliosphäre von verschiedenen Orten aus zu beobachten, und Parker ist ein Teil davon - Messungen aus einer Perspektive durchzuführen, die wir noch nie zuvor hatten", sagte Kucera.
Die Wissenschaft ist inkrementell, und Wissenschaftler mit der PSP möchten darauf hinweisen, dass die schrittweise Verbesserung der Modelle für die Funktionsweise der Sonne Teil der Aufgabe der PSP ist, auch wenn wir keine eindeutigen Antworten auf unsere Fragen erhalten.
Modelle sind eine gute Möglichkeit, Theorien über die zugrunde liegende Physik der Sonne zu testen. Durch die Erstellung einer Simulation, die sich auf einen bestimmten Mechanismus zur Erklärung der koronalen Erwärmung stützt - beispielsweise eine bestimmte Art von Plasmawelle, die als Alfvén-Welle bezeichnet wird - können Wissenschaftler die Vorhersage des Modells anhand der tatsächlichen Daten von Parker Solar Probe überprüfen, um festzustellen, ob sie in einer Linie liegen. Wenn dies der Fall ist, bedeutet dies, dass die zugrunde liegende Theorie möglicherweise das ist, was tatsächlich passiert. Wenn dies nicht der Fall ist, geht es zurück zum Zeichenbrett.
"Wir haben viel Erfolg damit gehabt, die Struktur der Sonnenkorona während der totalen Sonnenfinsternisse vorherzusagen", sagte Riley. "Parker Solar Probe wird beispiellose Messungen liefern, die die Modelle und die darin eingebettete Theorie weiter einschränken."
Die Rekordgeschwindigkeit der PSP ist entscheidend für ihre Arbeit.
Die Sonne dreht sich ungefähr alle 27 Tage, wenn wir sie von der Erde aus sehen, und die Sonnenstrukturen, die einen Großteil ihrer Aktivität antreiben, bewegen sich mit. Dies stellt Wissenschaftler vor ein Problem, da sie nicht sicher sein können, ob die Variabilität, die sie sehen, durch tatsächliche Änderungen der Region, die die Aktivität erzeugt - zeitliche Variation - oder durch den einfachen Empfang von Sonnenmaterial aus einer neuen Quellregion - räumliche Variation - verursacht wird . Die Geschwindigkeit von PSP bedeutet, dass dieses Problem behoben werden kann.
Das folgende GIF zeigt ein Modell, das zeigt, wie der Sonnenwind von der Sonne ausgeht, wobei die Perspektive des WISPR-Instruments von Parker Solar Probe überlagert ist.
Credits: Predictive Science Inc.
An bestimmten Punkten bewegt sich die Parker Solar Probe schnell genug, um fast genau der Drehzahl der Sonne zu entsprechen, was bedeutet, dass Parker für kurze Zeit über einem Bereich der Sonne „schwebt“. Wissenschaftler können sicher sein, dass Änderungen der Daten während dieses Zeitraums eher durch tatsächliche Änderungen an der Sonne als durch die Rotation der Sonne verursacht werden.
Die Parker Solar Probe ist Teil des Living with a Star-Programms der NASA zur Erforschung von Aspekten des Sun-Earth-Systems, die sich direkt auf Leben und Gesellschaft auswirken.
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