Solar Orbiter, 65 yıllık güneş gizeminin çözümüne yaklaşıyor

Kozmik hizalanma ve biraz uzay aracı jimnastiği, güneş atmosferinin neden bu kadar sıcak olduğuna dair 65 yıllık kozmik gizemin çözülmesine yardımcı olan çığır açıcı bir ölçüm sağladı.

Güneşin atmosferine korona denir. Plazma olarak bilinen elektrik yüklü bir gazdan oluşur ve sıcaklığı yaklaşık bir milyon santigrat derecedir.

Güneş’in yüzeyi yalnızca 6000 derece civarında olduğundan sıcaklığı kalıcı bir gizemdir. Korona yüzeyden daha soğuk olmalı çünkü güneş enerjisi çekirdeğindeki nükleer fırından geliyor ve nesneler bir ısı kaynağından uzaklaştıkça doğal olarak soğuyor. Ancak korona yüzeyden 150 kat daha sıcak.

Enerjiyi plazmaya aktarmanın başka bir yöntemi iş başında olmalı ama ne?

Güneş atmosferindeki türbülansın koronadaki plazmanın önemli ölçüde ısınmasına neden olabileceğinden uzun süredir şüpheleniliyordu. Ancak konu bu fenomeni araştırmaya geldiğinde, güneş fizikçileri pratik bir sorunla karşı karşıya kalıyor: ihtiyaç duydukları tüm verileri tek bir uzay aracıyla toplamak imkansız.

Güneşi araştırmanın iki yolu vardır: uzaktan algılama ve yerinde ölçümler. Uzaktan algılamada uzay aracı belirli bir mesafe uzağa konumlandırılarak kameralar kullanılarak güneşe ve atmosferine farklı dalga boylarında bakılır. Yerinde ölçümler için uzay aracı araştırmak istediği bölgede uçarak uzayın o kısmındaki parçacıkların ve manyetik alanların ölçümlerini alıyor.

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 oldukça spesifik bilgiler veriyor ancak bunun büyük ölçeği nasıl etkilediğini göstermiyor.

Resmin tamamını görmek için iki uzay aracına ihtiyaç var. Güneş fizikçilerinin şu anda ESA liderliğindeki Solar Orbiter uzay aracı ve NASA’nın Parker Solar Probe’u biçiminde sahip oldukları şey tam olarak budur. Solar Orbiter, güneşe olabildiğince yaklaşmak ve yerinde ölçümlerin yanı sıra uzaktan algılama işlemlerini gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır. Parker Solar Probe, yerinde ölçümler için daha da yakınlaşmak amacıyla güneşin uzaktan algılanmasından büyük ölçüde vazgeçiyor.

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

Torino Astrofizik Gözlemevi’ndeki İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nde (INAF) araştırmacı olan Daniele Telloni, Solar Orbiter’ın Metis cihazının arkasındaki ekibin bir parçası. Metis, güneş yüzeyinden gelen ışığı engelleyen ve koronanın fotoğraflarını çeken bir koronagraftır. Bu, büyük ölçekli ölçümler için mükemmel bir cihazdır ve bu nedenle Daniele, Parker Solar Probe’un sıraya gireceği zamanları aramaya başladı.

D. Telloni ve diğerleri tarafından “Yavaş güneş rüzgarında koronal ısınma hızı”, şu adreste yayınlanmıştır: Astrofizik Dergisi Mektupları.

1 Haziran 2022’de iki uzay aracının neredeyse doğru yörünge konfigürasyonunda olacağını buldu. Esasen Solar Orbiter güneşe bakıyor olacak ve Parker Solar Probe hemen kenarda, merak uyandıracak kadar yakın ama Metis aygıtının görüş alanının hemen dışında olacaktı.

Daniele sorunu incelerken, Parker Solar Probe’u görünür hale getirmek için gereken tek şeyin Solar Orbiter ile biraz jimnastik yapmak olduğunu fark etti: 45 derecelik bir dönüş ve ardından onu güneşten biraz uzağa doğrultmak.

Ancak bir uzay görevinin her manevrası önceden dikkatli bir şekilde planlandığında ve uzay araçları, özellikle güneşin korkutucu sıcaklığıyla başa çıkarken yalnızca çok spesifik yönleri işaret edecek şekilde tasarlandıklarında, uzay aracı operasyon ekibinin böyle bir şeye izin verip vermeyeceği açık değildi. bir sapma. Ancak herkes potansiyel bilimsel getiri konusunda netleştiğinde karar net bir “evet” oldu.

Yuvarlanma ve ofset işaretleme ileri gitti; Parker Solar Probe görüş alanına girdi ve uzay aracı birlikte güneş koronasının büyük ölçekli konfigürasyonu ve plazmanın mikrofiziksel özelliklerine ilişkin ilk eşzamanlı ölçümleri üretti.

Veri setlerinin analizini yöneten Daniele, “Bu çalışma çok sayıda insanın katkısının sonucudur” diyor. Birlikte çalışarak koronal ısınma hızının ilk kombine gözlemsel ve yerinde tahminini yapmayı başardılar.

Ortaya çıkan makalenin ortak yazarı ve Huntsville, ABD’deki Alabama Üniversitesi’nden Gary Zank, “Hem Solar Orbiter hem de Parker Solar Probe’u kullanma yeteneği, bu araştırmada gerçekten tamamen yeni bir boyut açtı” diyor.

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

Türbülansın bunu yapma şekli, sabah kahvenizi karıştırdığınızda olanlardan 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 enerji de ısıya dönüştürülmeye hazır olur.

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

Güneş enerjisiyle ısıtma sorununun çözüldüğünü söyleyebilmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var ama şimdi Daniele’nin çalışması sayesinde güneş fizikçileri bu sürece ilişkin ilk ölçümlerini yapmış oldu.

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