65 yıllık kozmik gizemi çözün

Kozmik hizalanma ve birkaç uzay aracı egzersizi, Güneş atmosferinin neden ısındığına dair 65 yıllık kozmik gizemin çözülmesine yardımcı olan çığır açıcı bir ölçüm sağladı.

Güneşin atmosferine korona denir. olarak bilinen elektrik yüklü bir gazdan oluşur. plazma Sıcaklığı yaklaşık bir milyon derecedir santigrat.

Sıcaklığı her zaman bir gizemdir çünkü Güneş’in yüzey sıcaklığı yalnızca 6.000 santigrat derecedir. Korona yüzeyden daha soğuk olmalı çünkü Güneş’in enerjisi çekirdeğindeki nükleer fırından geliyor ve doğal olarak ısı kaynağından uzaklaştıkça her şey daha da soğuyor. Ancak korona yüzeyden 150 kat daha sıcaktır.

Enerjiyi plazmaya aktarmanın başka bir yolu olmalı ama ne?

Araştırma teorileri ve zorlukları

Güneş atmosferindeki türbülansın koronadaki plazmanın önemli ölçüde ısınmasına yol açabileceğinden uzun süredir şüpheleniliyordu. Ancak iş bu olguyu araştırmaya geldiğinde güneş fizikçileri pratik bir sorunla karşı karşıya kalıyor: İhtiyaç duydukları tüm verileri tek bir uzay aracıyla toplamak imkansız.

Güneş’i keşfetmenin iki yolu vardır: uzaktan algılama ve yerinde ölçümler. Uzaktan algılamada uzay aracı belli bir mesafeye konumlandırılır ve güneşe ve atmosferine farklı dalga boylarında bakmak için kameralar kullanılır. Yerinde ölçümler için, uzay aracı keşfetmek istediği alan boyunca uçar ve uzayın o bölümündeki parçacıkların ve manyetik alanların ölçümlerini alır.

Her iki yaklaşımın da avantajları vardır. Uzaktan algılama, büyük ölçekli sonuçları gösterir ancak plazmada meydana gelen süreçlerin ayrıntılarını göstermez. Bu arada, yerinde ölçümler plazmadaki küçük ölçekli süreçler hakkında çok spesifik bilgiler sağlıyor ancak bunun büyük ölçeği nasıl etkilediğini göstermiyor.

Uzay aracında ikili soruşturma

Resmin tamamını görmek için iki uzay aracına ihtiyaç var. Ve heliofizikçilerin şu anda Avrupa Uzay Ajansı ve NASA’nın Parker Solar Probe’u tarafından yönetilen Solar Orbiter uzay aracı biçiminde sahip oldukları da tam olarak budur. Solar Orbiter, Güneş’e mümkün olduğunca yaklaşmak ve yine de uzaktan algılama ve yerinde ölçümler gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır. Parker Güneş Sondası, yerinde ölçüm yapmak üzere yaklaşmak için Güneş’in uzaktan algılanmasını büyük ölçüde göz ardı ediyor.

Ancak tamamlayıcı yaklaşımlarından tam olarak yararlanmak için Parker Solar Probe’un, Solar Orbiter’ın araçlarından birinin görüş alanı içinde olması gerekir. Bu sayede Solar Orbiter, Parker Solar Probe’un yerinde ölçtüğü sonuçların büyük ölçekli sonuçlarını kaydetmeyi başardı.

ESA’nın Solar Orbiter’ı, Güneş’i yakın mesafeden inceleyen iki entegre uzay aracından biri: NASA’nın halihazırda görevine dahil olan Parker Solar Probe’una katılıyor. Kaynak: Solar Orbiter: ESA/ATG medialab; Parker Güneş Sondası: NASA/Johns Hopkins APL

Astrofizik koordinasyon

Torino’daki Astrofizik Gözlemevi’ndeki İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nde (INAF) araştırmacı olan Daniele Telloni, Solar Orbiter’ın Metis enstrümanının arkasındaki ekibin bir parçası. Metis, Güneş yüzeyinden gelen ışığı engelleyen ve korona fotoğraflarını çeken bir koronagraftır. Büyük ölçekli ölçümler için kullanılabilecek mükemmel bir araç olduğundan Daniele, Parker Güneş Probu’nun sıraya gireceği zamanları aramaya başladı.

1 Haziran 2022’de iki uzay aracının yaklaşık olarak doğru yörünge konfigürasyonunda olacağı tespit edildi. Temel olarak, Solar Orbiter Güneş’e bakacak ve Parker Solar Probe hemen yan tarafta olacak, önemli ölçüde yakın olacak ancak METS cihazının görüş alanının dışında olacak.

Daniele soruna baktığında, Parker Solar Orbiter’a ışık tutmak için gereken tek şeyin Solar Orbiter ile küçük bir egzersiz yapmak olduğunu fark etti: 45 derecelik bir dönüş ve ardından onu Güneş’ten biraz uzağa doğrultmak.

Ancak her uzay görevi manevrası önceden dikkatli bir şekilde planlandığında ve uzay aracının kendisi yalnızca çok belirli yönleri işaret edecek şekilde tasarlandığında, özellikle de Güneş’in korkutucu sıcaklığıyla uğraşırken, uzay aracı operasyon ekibinin böyle bir manevraya izin vereceği açık değildi. . sapma. Ancak herkes potansiyel bilimsel getiri konusunda netleştiğinde karar net bir “evet” oldu.

ESA’nın Solar Orbiter misyonu, Merkür’ün yörüngesi içerisinden Güneş’e en yakın mesafeden karşılaşacak. Kaynak: ESA/ATG medialab

Notları hacklemek

Yuvarlanma ve ofset direksiyonu ilerledi; Parker Güneş Sondası görüş alanına girdi ve uzay aracı birlikte güneş koronasının büyük ölçekli bileşiminin ve plazmanın mikrofiziksel özelliklerinin ilk eşzamanlı ölçümlerini üretti.

Veri setlerinin analizini yöneten Daniele, “Bu çalışma birçok kişinin katkısının sonucudur” diyor. Birlikte çalışarak koronal ısınma hızının ilk ortak gözlemsel ve yerinde tahminini yapmayı başardılar.

Huntsville, ABD’deki Alabama Üniversitesi’nden Gary Zank ve sonuçta ortaya çıkan makalenin yazarlarından Gary Zank, “Hem Solar Orbiter’ı hem de Parker Solar Probe’u kullanabilmek, bu araştırmada yepyeni bir boyut açtı” diyor.

Yeni ölçülen hızı, güneş fizikçileri tarafından yıllar içinde yapılan teorik tahminlerle karşılaştıran Daniele, güneş fizikçilerinin enerji aktarımının bir yolu olarak türbülansı tanımlamalarında kabaca haklı olduklarını gösterdi.

Sanatçının Güneş’e yaklaşan Parker Solar Probe uzay aracı konsepti. Resim kredisi: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Bozukluğun bunu gerçekleştirme şekli, sabah kahvenizi karıştırdığınızda olandan farklı değildir. İster gaz ister sıvı olsun, bir akışkanın rastgele hareketlerini uyararak enerji daha küçük ölçeklere aktarılır ve bu da enerjinin ısıya dönüşmesiyle sonuçlanır. Güneş koronası durumunda, sıvı da mıknatıslanır ve böylece depolanan manyetik enerjinin de ısıya dönüştürülmesi sağlanır.

Manyetik enerjinin ve kinetik enerjinin büyük ölçeklerden küçük ölçeklere böyle bir aktarımı türbülansın özüdür. En küçük ölçeklerde, dalgalanmaların en sonunda tekil parçacıklarla (çoğunlukla protonlarla) etkileşime girmesine ve onları ısıtmasına olanak tanır.

Sonuçlar ve çıkarımlar

Güneş enerjisiyle ısıtma probleminin çözüldüğünü söyleyebilmek için çok daha fazla çalışmaya ihtiyaç var ancak artık Daniel’in çalışması sayesinde güneş fizikçileri bu sürecin ilk ölçümünü yapabildiler.

Proje bilimcisi Daniel Müller, “Bu bilimsel bir ilk. Bu çalışma koronal ısınma probleminin çözümünde ileriye doğru atılmış önemli bir adımı temsil ediyor” diyor.

Solar Orbiter, ESA ve ESA arasındaki uluslararası işbirliğinin bir uzay görevidir NASAAvrupa Uzay Ajansı tarafından yönetilmektedir.