De eerste resultaten van de Parker Solar Probe

Zonnewind en corona - Parker Solar Probe
De lijnen stellen bundels van zonnewind voor die uit een gat in de corona komen. Credit: Ronan Laker/GONG/NASA/HelioPy/PFSSPy

 

Astronomen hebben de eerste verrassende resultaten van de Parker Solar Probe gepresenteerd. Het zijn de resultaten van de eerste twee scheervluchten van de ruimtesonde langs de Zon.

Op een afstand van 36 * de straal van de Zon is het al duidelijk dat onze Zon een chaotische bol vol verrassingen is. Zonnewind waait veel sneller dan verwacht, magneetvelden wisselen heel erg snel van pool en de corona stoot plukken plasma uit. De eerste vier gepubliceerde wetenschappelijke artikelen zorgen voor veel nieuwe raadsels en laten zien dat er met de Parker Solar Probe nog veel meer wetenschap bedreven gaat worden.

De Parker Solar Probe werd onder enorm veel media aandacht in augustus 2018 gelanceerd. De onderzoekers hopen meer te leren over de corona, het buitenste deel van de atmosfeer van onze Zon. Deze corona heeft een temperatuur van meer dan een miljoen graden Celsius terwijl het oppervlak van de Zon slechts enkele duizenden graden heet is. Ze willen ook weten hoe het proces werkt waarbij de corona hoogenergetische deeltjes uitzendt. Deze deeltjes noemen we de zonnewind. De ruimtesonde is uitgerust met een breed scala aan wetenschappelijke instrumenten die worden beschermd door een zeer geavanceerd schild van koolstofschuim en keramiek.

De ruimtesonde heeft de aantrekkingskracht van Venus gebruikt om sneller en dichter in een sterk excentrische baan om de Zon te komen dan ooit eerder een andere ruimtesonde is geweest. Afgelopen week werd de eerste dataset vrijgegeven voor het grote publiek en nu presenteren wetenschappers de resultaten van de eerste twee scheervluchten langs de Zon. Deze scheervluchten vonden plaats in november 2018 en april 2019 en brachten de ruimtesonde tot een afstand van 36 maal de straal van de Zon. Hun bevindingen zijn deze week in vier artikelen in het tijdschrift Nature gepubliceerd.

Misschien wel de belangrijkste ontdekking was over de ingewikkelde structuren in de zonnewind die minder complex wordt als die de Aarde nadert. Het FIELDS-instrument dat het elektrische veld meet zag, vanuit een gat in de corona, plasmabundels door de rustigere zonnewind pieken waardoor er gebieden ontstonden waar het magneetveld snel op en neer springt. Als je in deze gebieden zou kunnen zijn dan zou je kompasnaald snel van noord naar zuid op en neer springen. Zelfs tijdens het huidige minimum van de Zon, als de Zon minder actief is, ontstaan deze structuren in de zonnewind.

Het SWEAP-instrument kijkt naar het gedrag van de deeltjes zelf. SWEAP zag pieken in de snelheid van de deeltjes die samenvielen met het wisselen van de magneetvelden. Deze wisselingen vinden gedurende een 11-daagse waarneemperiode duizenden keren plaats. Daarnaast zag SWEAP dat de snelheid waarmee de deeltjes om de Zon draaien pieken had van 35 tot 50 kilometer per seconde. Dit is ongeveer 10 * sneller dan men verwachtte op basis van de rotatiesnelheid van de Zon. Stel je voor dat je bij een draaimolen aankomt en ziet dat het buitenste beest onverklaarbaar snel ronddraait.

Omdat de zonnewind energie afvoert van de Zon suggereren deze hoge-snelheidsdeeltjes dat de rotatie van onze Zon ook sneller afneemt dan verwacht. Ook dit is voor astronomen nog een raadsel dat ze willen oplossen.

Het WISPR-instrument neemt de verstrooiing van het zonlicht door elektronen en stofdeeltjes waar. Deze waarnemingen bevestigen voornamelijk de aardse waarnemingen, met minder verstrooiing verder weg van de Zon. Echter een dip in de verstrooiing dichter bij de Zon wijst mogelijk op bewijs voor een theoretische, nog nooit waargenomen, “stofvrije” zone. Deze waarnemingen laten ook de complexe structuur van de corona zelf zien waarbij er klonters plasma voor de corona worden uitgestoten. Ook is er bewijs gevonden voor gedraaide bundels magneetveld en voor het eerst werd ook bewijs gezien voor ellipsen van magneetvelden die worden gegenereerd door de energetische gevolgen van magnetische veldlijnen die zich kruizen en herschikken.

Het ISOIS-instrument (Integrated Science Investigation of the Sun) analyseert deeltjes boven de corona. Deze waarnemingen suggereren dat er veel meer kleinere uitbarstingen van deeltjes zijn dan we vanaf de Aarde kunnen zien. Deze kleinere gebeurtenissen leiden mogelijk uiteindelijk tot een grotere of hoogenergetische gebeurtenis die we wel vanaf de Aarde kunnen waarnemen. Het team dat zich met dit instrument bezighoudt ziet dat deeltjes op verschillende manieren versnellen, zowel direct vanuit de magnetische veldlijnen die in de corona herschikken, als uit schokgolven en zelfs uit kleinere samengedrukte golven. Versnellingen uit samengedrukte golven zijn nog eerder waargenomen.

Deze resultaten helpen astronomen om de zonnewind en het weer in de ruimte beter te begrijpen. Ook krijgt men meer inzicht hoe deeltjes versnellen en zich in de omgeving van de Zon bewegen.

En dit alles van slechts twee scheervluchten!

De resultaten van de eerste twee scheervluchten zeggen astronomen dat er de komende 6 jaar (de verwachte levensduur van de Parker Solar Probe) nog veel meer hoogkwalitatieve waarnemen zijn te verwachten. Een van de grootste hindernissen in het begrijpen van de processen in en op de Zon is een gebrek aan gegevens uit de omgeving van de Zon. De Parker Solar Probe zal de komende jaren die leegte opvullen.

Binnen afzienbare tijd zal ook de Europese Solar Orbiter gelanceerd worden. Deze ruimtesonde heeft instrumenten aan boord die complementair zijn aan die van de Parker Solar Probe.

De activiteit van de Zon zal de komende jaren weer toenemen. Komende vanuit een minimum in de 11-jarige cyclus zal de Zon weer naar een maximum toegaan. Astronomen verwachten daarom de komende jaren nog wel meer verrassingen van de beide ruimtesondes. Zeker als de Parker Solar Probe straks nog een factor drie dichter bij de Zon komt dan nu het geval is.

Artikelen:

  1. Highly structured slow solar wind emerging from an equatorial coronal hole
  2. Alfvénic velocity spikes and rotational flows in the near-Sun solar wind
  3. Near-Sun observations of an F-corona decrease and K-corona fine structure
  4. Probing the energetic particle environment near the Sun

 

 

 

Eerste publicatie: 5 december 2019
Bron: NASA, Gizmodo en anderen