Proba-3’ün beş uzay gizemi çözülmesine yardımcı olacak

ESA’nın Proba-3’ü, bir çift uyduyu 150 metre aralıklarla uçurarak yapay bir tam güneş tutulması yaratmayı amaçlayan ilk görev olacak. Altı saat boyunca, güneşin kenarı ile yüzeyinden 1,4 milyon kilometre arasındaki gözlemlenmesi zor bölgede, güneşin sönük atmosferini yani koronayı görebilecek. Bu yeni teknoloji, uydu çiftinin Dünya etrafındaki benzersiz genişletilmiş yörüngesiyle birleştiğinde, Proba-3’ün güneşin, uzay havasının ve Dünya’nın radyasyon kuşaklarının sırlarını açığa çıkararak önemli bilimler yapmasına olanak tanıyacak.

“Project for On-Board Autonomy 3″ün kısaltması olan Proba-3, yeni teknolojileri test eden bir dizi yörünge içi gösteri misyonunun dördüncüsüdür. Uydu çiftinin kendilerini uzayda konumlandıracağı milimetrik hassasiyet daha önce hiç yapılmamıştı.

Bu misyonun araştıracağı en önemli beş uzay bilimi gizemine dalalım.

1. Güneş koronası neden güneşin kendisinden bu kadar sıcak?

Hepimiz güneşin sıcak olduğunu biliyoruz, ancak güneşin dış atmosferindeki (güneş koronası) malzemenin milyon derecelik sıcaklıklara nasıl ulaşabildiği hâlâ bir gizem. Altında fotosfer adı verilen görünür yüzey yalnızca 4500–6000 °C’dir.

Fotosfer, gerçek bir yüzey olmaktan çok, güneşin görünür ışığın kaçabileceği katmanıdır. Altında, güneşin sıcak ve yoğun iç kısmındaki atomlardan yayılan ışık, diğer atomlar tarafından neredeyse anında yeniden emiliyor. Işık, yukarıdaki daha az yoğun yüklü gaz (plazma) yoluyla fotosferden kaçmadan önce, güneşin içinde uzun süre sıkışıp kalabilir.

Hem daha az yoğun hem de Güneş’in çekirdeğinden daha uzakta olan koronaya doğru ilerlediğinizde daha düşük sıcaklıklar bulmayı beklersiniz. Bunun yerine yaklaşık iki yüz kat daha sıcak oluyor!

Proba-3, güneş koronasını, güneş yüzeyine daha önceki herhangi bir koronagraftan daha yakın bir yerde inceleyerek bu gizemi çözecek. Bir uzay aracıyla güneşin doğrudan ışığını bloke eden diğer uzay aracı, koronadan güneş yüzeyinin sadece 70.000 km yukarısına kadar gelen zayıf görünür ışığı görebilecek.

Koronagraf Proba-3’ün ana bilim aracıdır. Güneşin Koronasının Polarimetrik ve Görüntüleme Araştırması için Uzay Aracı Derneği anlamına gelen ASPIICS olarak adlandırılır.

ASPIICS’in avlayacağı şeylerden biri koronadaki plazma döngüleri ve bulutları boyunca hareket eden dalgalardır. Bu tür bir hareket, koronanın yüksek sıcaklıklarının muhtemel bir nedenidir. Koronagraf, iç koronayı birkaç saniyede bir hızla görüntüleyerek bu küçük ölçekli, hızlı hareketleri yakalayabilecek.

Ayrıca koronagraf, farklı ışık filtreleri kullanarak bize Güneş’in koronasının hangi kısımlarının diğerlerinden daha sıcak olduğunu gösterebilir. Beyaz ışıkta görüntüleyen cihaz, parlayan plazmanın (tüm sıcaklıklarda) nerede yoğunlaştığını ve nasıl hareket ettiğini görür. Bu görüntüler, koronadaki özellikle sıcak parçacıkların gönderdiği ışığı seçici olarak yakalayan yeşil ışık filtresiyle çekilen görüntülerle karşılaştırılabilir.

2. Güneş rüzgarını ne hızlandırır?

Güneş rüzgarı, çoğunlukla elektronlardan, protonlardan ve alfa parçacıklarından oluşan, güneş tarafından gönderilen sürekli plazma akışıdır. Güneş rüzgarı Dünya’nın manyetik alanıyla çarpıştığında, kuzey ve güney ışıkları olan auroralar üretebilir.

Tıpkı Dünya’daki rüzgar gibi, güneş rüzgarı da hızlı ya da yavaş, yumuşak ya da sert olabilir. Sadece rüzgar hızı açısından değil aynı zamanda bileşim ve kaynak bölgesi açısından da farklılık gösteren iki ana tipte gelir.

Hala Dünya’ya 500 km/s veya 1,8 milyon km/saat’e varan hızlarla ulaşan “yavaş” güneş rüzgarı, güneşin dış atmosferinin veya koronanın yapısına benzeyen parçacıklardan oluşuyor. Ayrıntıları belirsiz kalsa da, bu tür güneş rüzgârının, güneşteki aktif güneş lekesi bölgeleriyle bağlantılı olduğu ve aynı zamanda güneş patlamaları ve patlamaları da ürettiği biliniyor.

Proba-3’ün ASPIICS koronagrafı, güneş lekelerinden gelen bükülmüş ve konsantre manyetik alan çizgilerinin daha uzaktaki manyetik alanla nasıl etkileşime girdiğini araştıracak. Bu alanı doğrudan tespit edemese de, koronada manyetik alan çizgileri boyunca ilerleyen parlayan plazmayı ve buradaki bozuklukları görecektir. Yavaş güneş rüzgârının ‘damlalarını’ arayarak, rüzgârın nasıl ve nereye itildiğini takip edebiliyor.

“Hızlı” güneş rüzgarı saatte iki milyon kilometreden fazla hıza ulaşabilir ve güneş yüzeyine daha çok benzeyen parçacık karışımından oluşur. Bu tür rüzgarların, koronal delikler adı verilen manyetik yapılardan, yani güneşin manyetik alanının güneşe geri dönmediği bölgelerden geldiği biliniyor. Plazma bu ‘açık’ manyetik alan çizgileri boyunca dışarı doğru akarak güneş rüzgarı oluşturabilir.

Ancak soru hala ortada: Hızlı güneş rüzgarı bu kadar yüksek hızlara nasıl ulaşıyor? Bu gizemi çözmek için Proba-3, güneş rüzgarına manyetik bir itme sağladığı düşünülen ‘manyetik geri dönüşler’ de dahil olmak üzere jetleri ve dalgaları arayacak. ASPIICS, plazmanın güneş yüzeyinin hemen yakınından yaklaşık 1,4 milyon km daha uzağa kadar korona boyunca nasıl hareket ettiğini ortaya çıkaracak.

3. Güneş koronal kütle püskürmelerinde maddeyi nasıl fırlatır?

Güneş rüzgarı bir tür uzay havasıdır, ancak asıl dikkat etmemiz gereken şey daha büyük, daha güçlü güneş fırtınalarıdır. Koronal kütle püskürmeleri (CME’ler), manyetik alan çizgileriyle dişli yüklü parçacıkların (plazma) devasa kabarcıklarıdır. CME’ler her zaman olmasa da sıklıkla güneş patlamaları olarak bilinen elektromanyetik radyasyon patlamalarıyla aynı anda fırlatılır.

Dünya’ya bir CME çarptığında bu, Dünya’nın koruyucu manyetik alanını deforme edebilir ve jeomanyetik bir fırtınaya neden olabilir. Bu fırtınalar uyduları etkileyebilir, navigasyon sistemlerini bozabilir, elektrik kesintilerine neden olabilir ve auroraları daha düşük enlemlere getirebilir.

Hızlı hareket eden CME’ler aynı zamanda güneşin etrafındaki protonları veya diğer parçacıkları son derece yüksek hızlara hızlandıran şok dalgaları da yaratabilir. Bu ‘güneş enerjili parçacıklar’ uzay aracına zarar verebilir ve Dünya’nın koruyucu atmosferi dışındaki astronotlar için risk oluşturabilir.

Proba-3, güneş yüzeyine çok yakın olan güneş koronasında neler olduğunu görerek, CME’ye kadar neler olduğunu, nasıl patladıklarını, dışarıya doğru nasıl genişlediklerini ve etrafındaki diğer yapılar ve faaliyetlerle nasıl etkileşime girdiklerini ortaya çıkaracak. güneş. Güneş atmosferinin bu kısmını saatlerce ve kendisinden önceki koronagraflardan daha iyi görecek.

4. Dünyanın radyasyon kuşaklarında hapsolmuş elektronlar nasıl davranır?

Dünya’nın etrafındaki uzayda sürekli olarak güneşten gelen, güneş sisteminin herhangi bir yerinden bize sapanla gönderilen veya yıldızlararası uzaydan bize ulaşan parçacıklar bulunur. Neyse ki, Dünya’nın koruyucu atmosferi ve manyetik alanı tarafından bunlardan korunuyoruz, ancak aynı alan, yüklü parçacıkları Van Allen radyasyon kuşakları olarak bilinen Dünya çevresindeki halkalarda hapseder.

Bu hızlı hareket eden, yüksek enerjili parçacıklar, uzaydaki cihazlar için risk oluşturmaktadır. Astronotlar için potansiyel tehlike oluştururken, gemideki ölçümleri ve hafızaları bozabilir, hatta kalıcı hasara neden olabilirler.

Proba-3’ün uzatılmış, eliptik yörüngesi, Dünya yüzeyinin 600 km yukarısından 60.530 km’ye kadar ulaşıyor. Bu, her 19,7 saatlik yörüngede gezegenimizi çevreleyen hem iç hem de dış radyasyon kuşaklarından iki kez geçtiği anlamına gelir. Her iki kuşağı da geçen Dünya yörüngesindeki başka görevler de var, ancak Proba-3 bunların alışılmadık derecede büyük bir bölümünü geçme konusunda benzersizdir.

Proba-3, sahip olduğu 3D Enerjik Elektron Spektrometresi (3DEES) cihazıyla Dünya’nın radyasyon kuşaklarındaki elektronların sayısını, köken yönlerini ve enerjilerini ölçecek. Bu, yüksek enerjili elektronların enerjisinin ve akışının, 180°’lik bir görüş alanına yayılan altı farklı yönde aynı anda ölçüleceği ilk seferdir.

3DEES, Dünya’nın radyasyon kuşaklarının normal koşullar altındaki davranışını ortaya çıkaracak, ancak aynı zamanda daha önce bahsedilen güneş rüzgarı ve koronal kütle püskürmeleri de dahil olmak üzere uzay hava koşullarından nasıl etkilendiklerini de görecek.

5. Güneşin enerji çıkışı zamanla ne kadar değişiyor?

Güneş her gün parlıyor ama bazı günler diğerlerinden daha fazla parlıyor. Bir yıl içinde Dünya’nın güneşe olan uzaklığına bağlı olarak Dünya’ya ulaşan toplam güneş ışınımı %6’ya kadar değişebilmektedir. Ancak güneşin ne kadar yayıldığı, ne kadar aktif olduğuna bağlı olarak da değişiyor; yaklaşık 11 yıllık güneş döngüsünde yaklaşık %0,1’lik değişiklikler meydana geliyor.

Güneşin enerji üretiminin daha uzun zaman dilimlerinde (100-1000 yıl) ne kadar değiştiği hala bilimsel bir tartışma konusudur. Son zamanlardaki iklim değişikliği kesinlikle insan faaliyetlerinden kaynaklansa da, Küçük Buzul Çağı’ndaki (c. 1300-1850) soğuma gibi geçmiş iklim değişikliklerinde güneşin de rol oynaması mümkündür. Güneş son kayıtların gösterdiğinden daha değişken olabilir mi?

Güneş, Dünya yüzeyinde mevcut olan enerjinin %99,9’undan fazlasından sorumludur ve küçük değişiklikler bile Dünya’nın iklimini şekillendiren süreçler üzerinde büyük etkiye sahip olabilir. Toplam güneş ışınımını bilmek, doğru iklim modellemesi için önemlidir.

Güneş izlememizi geliştirmek ve genişletmek için Proba-3’ün “Occulter” uzay aracı, Dijital Mutlak Radyometre (DARA) cihazını kullanarak güneşin enerji çıkışını sürekli olarak ölçecek. DARA, içine giren istenmeyen dağınık ışığı en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır, kendini kalibre edebilir ve daha hızlı bir kontrol sistemi sayesinde daha sık ölçüm yapabilmelidir.

Başka bir DARA – tamamen aynı cihaz – 2021’de fırlatılan Çin FY-3E hava durumu uydusuyla halihazırda uzayda uçuyor ve Dünya yüzeyinin yaklaşık 800 km üzerinde uçuyor.

Proba-3’ün DARA’sı ile önceki radyometreler arasındaki temel fark, onu Dünya yüzeyinden 60.530 km yüksekliğe taşıyacak çok uzun yörüngesi olacak. Dünya’dan daha uzak mesafe, cihazın uzay ortamının daha temiz ve daha az dağınık ışıkla olduğu anlamına gelir. Bu, Proba-3’ün güneş ışınımındaki değişiklikleri yüksek doğruluk ve hassasiyetle ölçmesine olanak tanıyacak.