Es ist 124 Tage her, dass die Parker Solar Probe gestartet wurde, und mehrere Wochen, seit sie sich einem Stern am nächsten genähert hat, den ein Raumfahrzeug je gemacht hat. Jetzt bekommen Wissenschaftler die Daten aus dem engen Ansatz in die Hände. Vier Forscher teilten beim jüngsten Treffen der American Geophysical Union in Washington, D.C., was sie hoffen, von der Sonde lernen zu können. Sie hoffen, dass die Daten der Parker Solar Probe ihnen helfen werden, jahrzehntealte Fragen zur Sonne, ihrer Korona und dem Sonnenwind zu beantworten.
Wissenschaftler, die die Sonne erforschen, haben dies schon lange erwartet, und das Warten hat sich gelohnt.
„Heliophysiker haben mehr als 60 Jahre darauf gewartet, dass eine Mission wie diese möglich ist. Die Sonnenrätsel, die wir lösen wollen, warten in der Korona.“ – Nicola Fox, Direktorin der Heliophysics Division im NASA-Hauptquartier.
Die Aufregung dreht sich um das erste der PSP solare Begegnungsphase . Vom 31. Oktober bis 11. November 2018 absolvierte die Parker Solar Probe die erste Phase der Sonnenbegegnung und raste durch die äußere Atmosphäre der Sonne — die Korona — und das Sammeln beispielloser Daten mit vier Suiten modernster Instrumente. Die PSP umkreist die Sonne 24 Mal für 24 Sonnenbegegnungsphasen. Während der Mission wird die Sonde 7 durch die Schwerkraft unterstützte Vorbeiflüge der Venus nutzen, um ihre Umlaufbahn um die Sonne schrittweise zu verkleinern.
Jede Phase der Sonnenbegegnung tritt auf, wenn sich die Sonde innerhalb von 0,25 AE von der Sonne befindet, und während dieser Zeit sammeln die wissenschaftlichen Instrumente Daten. Die Sonde wird während dieser Zeit extremer Hitze und Strahlung ausgesetzt und kann nicht kommunizieren. Erst 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 rätseln.“ – Nour Raouafi, PSP-Projektwissenschaftler, JHU/APL.
Die erste Phase der Sonnenbegegnung ist abgeschlossen, und obwohl die Mission noch viel zu tun hat, teilten Parker-Wissenschaftler einige ihrer Hoffnungen von der Mission bei der American Geophysical Union in Washington DC mit.
Das WISPR-Instrument (Wide-field Imager for Solar Probe) der Parker Solar Probe hat dieses Bild eines koronalen Streamers am 8. November 2018 aufgenommen. Koronale Streamer sind Strukturen aus Sonnenmaterial in der Sonnenatmosphäre, der Korona, die normalerweise über Regionen mit erhöhtem Sonnenaktivität. Die feine Struktur des Streamers ist sehr deutlich, mit mindestens zwei sichtbaren Strahlen. Das helle Objekt nahe der Bildmitte ist Merkur, und die dunklen Flecken sind das Ergebnis der Hintergrundkorrektur.
Credits: NASA/Naval Research Laboratory/Parker Solar Probe
Bei der Konzeption der PSP-Mission wollten die Wissenschaftler drei wichtige Fragen zur Heliophysik ansprechen:
- Wie wird die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, auf Temperaturen erhitzt, die etwa 300 Mal höher sind als die der darunter liegenden sichtbaren Oberfläche?
- Wie ist die Sonnenwind so schnell auf die hohen Geschwindigkeiten beschleunigt, die wir beobachten?
- Wie rasen 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 unerlässlich sind, die uns seit Jahrzehnten rätseln“, sagte Nour Raouafi, Projektwissenschaftlerin bei 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.“
Keine Raumsonde war der Sonne jemals so nah wie die PSP, daher wissen Wissenschaftler nicht genau, was sie von den Daten erwarten sollen. Sie wissen, was sie zu lernen hoffen, können sich aber nicht sicher sein.
„Wir wissen nicht, was wir so nah an der Sonne erwarten können, bis wir die Daten erhalten, und wir werden wahrscheinlich einige neue Phänomene sehen“, sagte Raouafi. „Parker ist eine Explorationsmission – das Potenzial für neue Entdeckungen ist riesig.“
Berichte der PSP deuten darauf hin, dass in der ersten wissenschaftlichen Phase Qualitätsdaten erfasst wurden. Das liegt zum Teil am Vorbeiflug der Venus, als die Sonde einige Messungen des Planeten durchführen konnte, um zu überprüfen, ob die Instrumente funktionierten. Einige Daten aus der ersten Phase der Wissenschaft wurden heruntergeladen, aber Heliophysiker müssen warten, bis sie alle in die Hände bekommen. Aufgrund der Herausforderungen im Missionsprofil werden einige der wissenschaftlichen Daten dieser Begegnung erst nach der zweiten Sonnenbegegnung der Mission im April 2019 heruntergeladen.
Die Parker Solar Probe ist nicht die einzige Sonde, die die Sonne untersucht. Andere Handwerk sind die SOHO (Sonnen-Heliosphären-Observatorium), das SDO (Sonnendynamik-Observatorium) und die STEREO-A (Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead) Raumsonde. Aber keiner dieser drei ist der Sonne so nahe gekommen wie die PSP, obwohl sie selbst wichtige Wissenschaft betreiben.
„Parker Solar Probe wird in eine Region reisen, die wir noch nie zuvor besucht haben“, sagte Terry Kucera, Sonnenphysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „In der Zwischenzeit können wir aus der Ferne die Korona der Sonne beobachten, die die komplexe Umgebung um die Parker Solar Probe antreibt.“
Das folgende Gif zeigt aktuelle Daten der NASA-Raumsonde Solar and Terrestrial Relations Observatory Ahead (STEREO-A) sowie die Position der Parker Solar Probe, die während ihrer ersten Sonnenbegegnungsphase im November 2018 durch die äußere Atmosphäre der Sonne fliegt Schlüsselkontext für das Verständnis der Beobachtungen von Parker Solar Probe. (Bildquelle: NASA/STEREO)
Jedes der Raumschiffe, die die Sonne untersuchen, bietet einen anderen Kontext und einen anderen Blickwinkel für das, was die anderen sehen. Die PSP bewegt sich bis auf 0,25 AE, während STEREO die Sonne mit etwa 1 AE umkreist. Das SDO befindet sich in einer geosynchronen Erdumlaufbahn und SOHO befindet sich in einer Halo-Umlaufbahn um den Sonne-Erde-LaGrange-1-Punkt.
„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 vorzunehmen, die wir noch nie zuvor hatten“, sagte Kucera.
Die Parker Solar Probe baut oder zerstört unsere Modelle
Wissenschaft ist inkrementell, und Wissenschaftler der PSP weisen gerne darauf hin, dass die schrittweise Verbesserung der Modelle der Funktionsweise der Sonne Teil der Arbeit 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 auf einem bestimmten Mechanismus beruht, um die koronale Erwärmung zu erklären – zum Beispiel eine bestimmte Art von Plasmawelle, die als Alfvén-Welle bezeichnet wird – können Wissenschaftler die Vorhersage des Modells mit tatsächlichen Daten von Parker Solar Probe vergleichen, um zu sehen, ob sie übereinstimmen. 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 ans Reißbrett.
Von Parker Solar Probe durchgeführte Messungen können über Modelle mit ihren Quellen an der Sonne verbunden werden. Kredit: Predictive Science Inc.
„Wir hatten viel Erfolg bei der Vorhersage der Struktur der Sonnenkorona während totaler Sonnenfinsternisse“, 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 etwa alle 27 Tage, wie wir sie von der Erde aus sehen, und die Sonnenstrukturen, die einen Großteil ihrer Aktivität antreiben, bewegen sich mit. Das stellt Wissenschaftler vor ein Problem, da sie nicht sicher sein können, ob die beobachtete Variabilität durch tatsächliche Veränderungen der Region, die die Aktivität erzeugt, verursacht wird – zeitliche Variation – oder einfach durch den Erhalt von Sonnenmaterial aus einer neuen Quellregion verursacht wird – räumliche Variation . Die Geschwindigkeit der PSP bedeutet, dass sie dieses Problem überwinden kann.
Das folgende Gif zeigt ein Modell, das zeigt, wie der Sonnenwind von der Sonne ausströmt, 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 die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne fast genau zu erreichen, was bedeutet, dass Parker für kurze Zeit über einem Bereich der Sonne „schwebt“. Wissenschaftler können sicher sein, dass Änderungen der Daten während dieses Zeitraums durch tatsächliche Veränderungen auf der Sonne und nicht durch die Rotation der Sonne verursacht werden.
Die Parker Solar Probe ist Teil der NASA Leben mit einem Stern Programm zur Erforschung von Aspekten des Sonne-Erde-Systems, die das Leben und die Gesellschaft direkt beeinflussen.
Quellen:
- Pressemitteilung der NASA: Vorbereitung der Entdeckung mit der Parker Solar Probe der NASA
- NASA: AGU 2018 – Erwartete Daten und wissenschaftliche Erkenntnisse von der Parker Solar Probe der NASA
- Pressemitteilung der NASA: Parker Solar Probe meldet guten Zustand nach engem Solaranflug
- Pressemitteilung der NASA: Parker Solar Probe bricht Rekord und kommt der Sonne am nächsten
- NASA: Parker Solarsonde
- NASA-Leben mit einem Star-Programm