Missioon puudutada Päikest koos ajaloo kiireima kosmoselaevaga

New Yorki Tokyosse vähem kui minutiga, nii kiiresti saab NASA Parker Solar Probe minna.

Päikese atmosfääri uurimiseks kavandatud Parker Solar Probe läheb oma pinnale lähemale kui ükski kosmoselaev enne seda. Asjad soojenevad kiiresti.

Kunstniku kontseptsioon Parkeri Päikesesondist, mis läheneb Päikesele. Krediit: JHUAPL

Et mõista, miks Parkeri päikesesond Päikese atmosfääri saadetakse, vaatleme kõigepealt, miks on oluline uurida Päikest ja kuidas see meid mõjutab.

Päikesetuul

Vastupidiselt päikese pinna temperatuurile, mis on ~ 6000 kraadi Celsiuse järgi, kuumutatakse selle välimist atmosfääri (koroona) miljonite kraadideni. Ja me ei tea täpselt, miks. Selliste kõrgete temperatuuride tagajärjel vabanevad koroonast väga energeetiliselt laetud osakesed (elektronid, prootonid, alfaosakesed jne), mida ühiselt nimetatakse päikesetuuleks.

Päikese korooni saab näha täieliku päikesevarjutuse ajal. Autor: Zombiepedia Wikipedias, CC BY-SA 4.0

Päikesetuule laetud osakesed kannavad Päikese magnetvälja suurel kiirusel Päikesesüsteemi väljapoole. Päikese pöörlemisel keerdub tema magnetväli spiraaliks, mõjutades laetud osakeste vabanemist sarnasel viisil. Päikese magnetväli viiakse seega Päikesesüsteemi Archimedeo spiraali kujul.

Päikese magnetväli toimub spiraalselt, Päikese pöörlemise ja selle mõju tõttu päikesetuulele. Autor: WSO Stanford

Kui päikesetuule laetud osakesed lähenevad Maale, tabavad nad kõigepealt Maa magnetosfääri, piirkonda, kus domineerib Maa magnetväli. Päikesetuul häirib Maa magnetosfääri, kuna surub selle Maa päevaküljele ja pikendab seda ööküljel. Maa magnetosfääri kujundab seega päikesetuul.

Kunstniku kujutis päikese tuule osakestest, mis mõjutavad Maa magnetosfääri. Suurused mitte skaleerida. Valged jooned: päikesetuul, lilla joon: vibu šokk, sinised jooned: Maa magnetosfäär. Autor: NASA Wikipedias

Päikesetuule interaktsioon Maa magnetosfääriga ladestab Maale suures koguses energiat, põhjustades meie atmosfääris ulatuslikke muutusi. Selle interaktsiooni üks headest mõjudest on kaunid Aurorad.

Päikesetormid ja selle mõju Maale

Päikesetuul kannab sageli Päikesest väljutatud tugevaid energiatorme, mida nimetatakse päikesekiirteks, ja mõnikord nimetatakse selle veelgi energeetilisemaid versioone koronaalseteks ejektsioonideks (CME). Nende tugevalt magnetiseeritud tormide vabastatud energia võrdub miljonite vesinikupommidega.

1) Maa võrdlus Päikesest tuleneva väga energeetilise koronaalse massi väljutamisega (CME). Autor: NASA SDO. 2) Solar CME töös. Krediit: Penyulap Wikipedias, CC BY-SA 3.0

Kui need tormid Maale jõuavad, võivad need hoolimata meie kaitsvast magnetväljast avaldada tõsiseid tagajärgi. 1859., 1882. ja 1921. aasta päikesetormid põhjustasid kõik telegraafiteenuste töö katkemise, põhjustades tulekahjusid ja mõnel juhul isegi telegraafioperaatoritele saatuslikke lööke. Samamoodi põhjustas raadiosideteenuste laialdase katkemise 1960. aasta päikesetorm.

Massiivsete päikesetormide mõju Maale oleks tänapäeval palju katastroofilisem. 1859. aasta päikesetorm võib tänapäeval põhjustada palju probleeme, näiteks:

  • Katkestab Maa peamised elektrisüsteemid, põhjustades nädalate, kuude või isegi aastate jooksul kogu maailmas elektrikatkestusi.
  • Meie satelliitide füüsiline kahjustus, mis põhjustab nende talitlushäireid või täielikke rikkeid.
  • Meie sideinfrastruktuuri, sealhulgas GPS-satelliitide häired.
  • Astronaudid alluvad surmavatele kiirgusdoosidele. See valmistab suurt muret tulevastele astronautidele Kuul või Marsil, kus selliste ohtlike tormide eest pole piisavalt kaitset.

Miks me peaksime Päikest paremini mõistma

Üha enam tehnoloogiast sõltuvas ühiskonnas oleks rumal mitte mõista Päikese ilmastikumustreid, selle mõju Maale ja meie infrastruktuuri vastavalt seadistada. Me ei oleks tegelikult intelligentsed liigid, kui ignoreeriksime kõige olulisemat objekti, mis mõjutab otseselt Maad ja sellel asuvat elu.

Samuti oleks rumal mitte olla uudishimulik Päikese olemuse ja tähtede järgi, mis talle meeldivad, ja mitte ainult seetõttu, et sellest sõltub Maa elu. Mõned meie päikese olemust ümbritsevad pikaajalised küsimused on järgmised:

  • Miks on Päikese väliskeskkond (koroona) palju kuumem (miljonid Celsiuse kraadid!) Kui selle pind (~ 6000 kraadi)?
  • Millised mehhanismid genereerivad ülienergilisi osakesi, mida päikesekiirguse tuul kannab suure kiirusega?
  • Milline on korona magnetvälja struktuur? Kuidas need väljad käituvad, et kõik need dünaamikad toimuksid?

Inimesteks teeb meid sellistele küsimustele vastamise otsimine.

Enter Parker Solar Probe - kiireim kosmoselaev ajaloos

Nendele küsimustele vastuste otsimine on põhjus, miks me käivitame Parkeri päikesevarjuri Päikese poole.

Uuendus: Parkeri päikesesond käivitati edukalt 12. augustil 2018 võimsa raketi Delta IV pardal ning see oli käivitamisel kiireim kosmoselaev, edestades New Horizoni rekordit.
Parkeri päikesesond käivitub Delta IV Heavy pardal. Krediit: ULA Flickril

Parkeri päikesesond kasutab Veenusest pärit mitmeid gravitatsiooniabi, et järk-järgult vähendada oma orbiiti Päikese ümber. Aastal 2024 lendab Parkeri päikesesond Päikesele kõige lähemal, kõigest ~ 6 miljonit km kõrgusel selle pinnast. See on Päikesele umbes 9 korda lähemal kui Merkuur!

Parkeri proovivõtturi trajektoor Päikesele lähima läbimise saavutamiseks. Krediit: JHUAPL

Päikese lähedasema lähenemise korral on Parkeri päikesesond kõigi aegade kiireim kosmoseaparaat, ükskõik kuidas te seda mõõdate. Maksimaalsel kiirusel läheb andur nii kiiresti kui 700 000 km / h, mis on meeletu isegi mõelda. New Yorgis Tokyosse vähem kui minut, Maa Kuule poole tunni pärast, nii kiiresti saab NASA Parkeri päikesesond minna.

Vastamisi Päikese intensiivsele kuumusele ja kiirgusele

Päikesele nii lähedal olemine tähendab silmitsi päikese intensiivse kuumuse ja kiirgusega. Tegelikult lendab kosmoselaev koroona, kus temperatuur on suurusjärgus miljon kraadi Celsiuse järgi. Kuna koroona tihedus on väga madal, tuleb suurem osa soojusest, mida kosmoseaparaat silmitsi seisab, ainult otsese päikesevalguse käes, mis temperatuuril ~ 1400 kraadi Celsiuse järgi on endiselt kuum.

Päikese nähtav suurus Parkeri päikesesondil (vasakul) ja Päike Maa peal (paremal). Autor: Maringaense Wikipedias, CC BY-SA 3.0

Kosmoselaeva kaitsmiseks intensiivse kuumuse eest kasutatakse kilbina spetsiaalset tugevdatud süsinik-süsinik-komposiiti, nagu need, mis asuvad kosmosesüstiku ninal. 4,5-tolline paks kaitsekilp hoiab kosmoselaeva teadusinstrumente mugavas 20-kraadises temperatuuris, kus need saavad normaalselt töötada. Samuti aitab kilp kosmoselaevade instrumentide vastu pidada hullumeelsele kiirgustasemele, mida on ~ 500 korda rohkem kui siin Maa peal.

Täheteadus

Sellise kvaliteetse tehnika abil, mis võimaldab kosmoselaeval töötada Päikese koroonas, on pardal olevad teadusinstrumendid mõne laheda ülesande jaoks (pun on täiesti ette nähtud).

  1. Katsega FIELDS tehakse esimesed otsesed mõõtmised päikesekorooni elektriliste ja magnetväljade ning plasmaomaduste osas.
  2. IS☉IS-eksperiment (integreeritud teaduslik uurimine päikesest) mõõdab väga energeetiliselt laetud osakesi (10 keV kuni 100 MeV) koroonas, aidates meil mõista koronaalseid struktuure.
  3. Nende katsete täiendamiseks teeb WISPR (laineväljaga pildistaja Solar PRobe jaoks) ilusaid pilte päikesekoroonast, päikesetuulest, löökidest, sisemisest heliosfäärist ja muudest struktuuridest, et lisada konteksti.
  4. SWEAP (päikesetuule elektronide alfad ja prootonid) eksperiment mõõdab päikesetuules leiduvate elektronide, prootonite ja alfaosakeste füüsikalisi omadusi, näiteks nende arvukust, kiirust, tihedust ja temperatuuri.
1) FELDS katse. 2) IS☉IS-i eksperiment. Autorid: JHUAPL3) WISPR optilised teleskoobid. 4) Faraday karikas, SWEAP eksperimendi osa. Autorid: JHUAPL

Kui need väärtuslikud andmed kokku panna, loodetakse vastata paljudele Päikesega seotud peamistele saladustele. Mõned neist on:

  • Määrake päikesetuule tekitavate koroona magnetväljade struktuur ja dünaamika.
  • Jälgige energiavoolu, mis soojendab korooni, ja vastake sellele, miks see on Päikese pinnast palju kuumem.
  • Kuna kosmoselaev asub piirkonnas, kus ta tegelikult näeb, kuidas päikesetuule osakesed lähevad alahelikiirusest ülehelikiirusele, saab see kindlaks määrata mehhanismid, mille abil päiksetuule osakesed saavad suuri energiaid.

Järeldus

Meid ootab mõni uskumatu teadus ja see, mis aitab ka meie tsivilisatsiooni teadlikumalt kujundada. Need on beebisammud, mida peame tegema, et aeglaselt saada 1. tüüpi tsivilisatsiooniks ja muuks.

NASA Parker Solar Probe ametlik sümboolika. Autor: NASA / APL
Parim osa NASA missioonist Päikest puudutada on see, et see tekitab tõenäoliselt rohkem küsimusi kui vastuseid. Teadus.

Mida sa ootad? Minge edasi ja uurige missiooni!

Algselt avaldati saidil jatan.space