Solar Orbiter: μετατρέποντας τις εικόνες σε φυσική

«Δεν θα μπορούσα να είμαι πιο ευχαριστημένος με την απόδοση του Solar Orbiter και των διαφόρων ομάδων που τη διατηρούν και τα όργανα της σε λειτουργία», λέει ο Daniel Müller, ESA Solar Orbiter Project Scientist.

«Ήταν μια πραγματική ομαδική προσπάθεια κάτω από δύσκολες συνθήκες φέτος, και τώρα αρχίζουμε να βλέπουμε αυτές τις προσπάθειες να αποδίδουν πραγματικά».

Τα δέκα επιστημονικά όργανα της Solar Orbiter χωρίζονται σε δύο ομάδες. Υπάρχουν έξι τηλεσκόπια τηλεπισκόπησης και τέσσερα in-situ όργανα. Τα όργανα τηλεπισκόπησης βλέπουν τον Ήλιο και την εκτεταμένη ατμόσφαιρα, την κορώνα. Τα in-situ όργανα μετρούν τα σωματίδια γύρω από το διαστημικό σκάφος, τα οποία έχουν απελευθερωθεί από τον Ήλιο και είναι γνωστά ως ηλιακός άνεμος, μαζί με τα μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία. Ο εντοπισμός της προέλευσης αυτών των σωματιδίων και πεδίων πίσω στην ηλιακή επιφάνεια είναι ένας από τους βασικούς στόχους του Solar Orbiter.

Κατά το πρώτο κοντινό πέρασμα της Sun Orbiter του Ήλιου, που πραγματοποιήθηκε στις 15 Ιουνίου και είδε το διαστημικό σκάφος να προσεγγίζει 77 εκατομμύρια χιλιόμετρα, τόσο τα όργανα τηλεπισκόπησης όσο και τα in-situ όργανα καταγράφουν δεδομένα.

Πατημασιές του ηλιακού ανέμου

Τα δεδομένα της Solar Orbiter έχουν καταστήσει δυνατό τον υπολογισμό της περιοχής προέλευσης του ηλιακού ανέμου που χτυπά το διαστημικό σκάφος και την αναγνώριση αυτού του «αποτυπώματος» στις εικόνες τηλεπισκόπησης. Σε ένα παράδειγμα που μελετήθηκε τον Ιούνιο του 2020, το αποτύπωμα φαίνεται στην άκρη μιας περιοχής που ονομάζεται «στεφανιαία τρύπα», όπου το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου φτάνει στο διάστημα, επιτρέποντας στον ηλιακό άνεμο να ρέει.

Παρόλο που το έργο είναι προκαταρκτικό, εξακολουθεί να είναι πέρα ​​από οτιδήποτε ήταν δυνατό μέχρι τώρα.

«Ποτέ δεν μπορούσαμε να κάνουμε τη χαρτογράφηση με ακρίβεια στο παρελθόν», λέει ο Tim Horbury, Imperial College, Λονδίνο και πρόεδρος της ομάδας εργασίας Solar Orbiter In-Situ.

Φυσική Campfire

Η Solar Orbiter έχει επίσης νέες πληροφορίες σχετικά με τις «πυρκαγιές» του Ήλιου που τράβηξαν την προσοχή του κόσμου στις αρχές του έτους.

Οι πρώτες εικόνες της αποστολής έδειξαν ένα πλήθος από αυτό που φαινόταν να είναι μικροσκοπικές ηλιακές εκρήξεις που εκρήγνυνται σε όλη την επιφάνεια του Ήλιου. Οι επιστήμονες τους ονόμασαν πυρκαγιές επειδή η ακριβής ενέργεια που σχετίζεται με αυτά τα γεγονότα δεν είναι ακόμη γνωστή. Χωρίς την ενέργεια, δεν είναι ακόμη σαφές εάν είναι το ίδιο φαινόμενο με άλλα εκρηκτικά γεγονότα μικρότερης κλίμακας που έχουν δει άλλες αποστολές. Αυτό που το κάνει όλα τόσο μαγευτικό είναι ότι οι μικρές κλίμακες «νανο-φωτοβολίδες» θεωρούνται από καιρό ότι υπάρχουν στον Ήλιο, αλλά δεν είχαμε ποτέ τα μέσα να δούμε γεγονότα τόσο μικρά στο παρελθόν.

«Οι πυρκαγιές θα μπορούσαν να είναι οι νανο-φωτοβολίδες που ακολουθούμε με το Solar Orbiter», λέει ο Frédéric Auchère, Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay, Γαλλία και πρόεδρος της ομάδας εργασίας Remote Sensing της Solar Orbiter.

Αυτό είναι σημαντικό επειδή οι νανο-φωτοβολίδες θεωρούνται υπεύθυνες για τη θέρμανση της κορώνας, της εξωτερικής ατμόσφαιρας του Ήλιου. Το γεγονός ότι η κορώνα είναι περίπου ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου ενώ η επιφάνεια είναι μόνο περίπου 5000 βαθμοί εξακολουθεί να είναι ένα από τα πιο προβληματικά ζητήματα της ηλιακής φυσικής σήμερα. Η διερεύνηση αυτού του μυστηρίου είναι ένας από τους βασικούς επιστημονικούς στόχους του Solar Orbiter.

Για να διερευνήσουν την ιδέα, οι ερευνητές αναλύουν δεδομένα από το όργανο SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) της Solar Orbiter. Το SPICE έχει σχεδιαστεί για να αποκαλύπτει την ταχύτητα του αερίου στην ηλιακή επιφάνεια. Έχει δείξει ότι υπάρχουν πράγματι μικρής κλίμακας γεγονότα στα οποία το αέριο κινείται με σημαντική ταχύτητα, αλλά δεν έχει γίνει ακόμη αναζήτηση για συσχέτιση με τις πυρκαγιές.

«Αυτήν τη στιγμή, έχουμε μόνο δεδομένα ανάθεσης, τα οποία λαμβάνονται όταν οι ομάδες μαθαίνουν ακόμα τις συμπεριφορές των οργάνων τους στο διάστημα και τα αποτελέσματα είναι πολύ προκαταρκτικά. Αλλά σαφώς, βλέπουμε πολύ ενδιαφέροντα πράγματα », λέει ο Frédéric. “Το Solar Orbiter έχει να κάνει με την ανακάλυψη και αυτό είναι πολύ συναρπαστικό.”

Σερφάρετε στην ουρά ενός κομήτη

Εκτός από την πρόοδο προς τους προγραμματισμένους επιστημονικούς στόχους του Solar Orbiter, υπήρξε επίσης συνειδητή επιστήμη από το διαστημικό σκάφος.

Λίγο μετά την εκτόξευση του Solar Orbiter, παρατηρήθηκε ότι θα πετούσε προς τα κάτω του Comet ATLAS, περνώντας από τις δύο ουρές του. Αν και το Solar Orbiter δεν είχε σχεδιαστεί για μια τέτοια συνάντηση, και δεν επρόκειτο να λάβει επιστημονικά δεδομένα αυτή τη στιγμή, οι ειδικοί της αποστολής εργάστηκαν για να διασφαλίσουν ότι όλα τα επιτόπια όργανα κατέγραψαν τη μοναδική συνάντηση.

Αλλά η Φύση είχε ένα ακόμη κόλπο να παίξει: ο κομήτης διαλύθηκε πριν το διαστημικό σκάφος πλησιάσει. Έτσι, αντί των ελπιδοφόρων ισχυρών σημάτων από τις ουρές, ήταν απολύτως πιθανό το διαστημικό σκάφος να μην βλέπει καθόλου.

Αυτό δεν συνέβη. Η Solar Orbiter έβλεπε υπογραφές στα δεδομένα του κομήτη ATLAS, αλλά όχι το είδος των πραγμάτων που οι επιστήμονες θα περίμεναν κανονικά. Αντί για μια ισχυρή, μονή διέλευση ουράς, το διαστημικό σκάφος εντόπισε πολλά επεισόδια κυμάτων στα μαγνητικά δεδομένα. Εντόπισε επίσης σκόνη σε μπαλώματα. Αυτό πιθανότατα απελευθερώθηκε από το εσωτερικό του κομήτη καθώς χωρίστηκε σε πολλά μικρά κομμάτια.

«Είναι η πρώτη φορά που ουσιαστικά ταξιδέψαμε μετά από έναν κομήτη που διαλύεται», λέει ο Tim. “Υπάρχουν πολλά πραγματικά ενδιαφέροντα δεδομένα εκεί, και είναι ένα άλλο παράδειγμα του είδους υψηλής ποιότητας τυχαίας επιστήμης που μπορούμε να κάνουμε με το Solar Orbiter.”

Καιρός στο Stealth Space

Η Solar Orbiter μετρά τον ηλιακό άνεμο για μεγάλο χρονικό διάστημα στο διάστημα, καταγράφοντας μια σειρά από εκτοξεύσεις σωματιδίων από τον Ήλιο. Στη συνέχεια, στις 19 Απριλίου, μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα εκτόξευση μαζικής στεφάνης έπεσε στο Solar Orbiter.

Μια εκτόνωση μάζας στεφανιαίας, ή CME, είναι ένα μεγάλο διαστημικό καιρικό γεγονός, στο οποίο δισεκατομμύρια τόνοι σωματιδίων μπορούν να εξαχθούν από την εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια αυτής της συγκεκριμένης CME, η οποία ξέσπασε από τον Ήλιο στις 14 Απριλίου, η Solar Orbiter ήταν περίπου είκοσι τοις εκατό του δρόμου από τη Γη προς τον Ήλιο.

Το Solar Orbiter δεν ήταν το μοναδικό διαστημικό σκάφος που παρακολούθησε αυτό το γεγονός. Η αποστολή BepiColombo Mercury της ESA τυχαίνει να πετάει από τη Γη εκείνη την εποχή. Υπήρχε επίσης ένα ηλιακό διαστημικό σκάφος της NASA που ονομάζεται STEREO που βρίσκεται περίπου ενενήντα μοίρες μακριά από την άμεση γραμμή Sun-Earth και κοιτάζει κατευθείαν στην περιοχή του διαστήματος από το οποίο διανύθηκε το CME. Παρακολούθησε το CME αντίκτυπο Solar Orbiter και στη συνέχεια BepiColombo και Earth. Ο συνδυασμός των μετρήσεων από όλα τα διαφορετικά διαστημικά σκάφη επέτρεψε στους ερευνητές να μελετήσουν πραγματικά τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκε η εκτόνωση της στεφανιαίας μάζας καθώς ταξιδεύει στο διάστημα.

Αυτό είναι γνωστό ως επιστήμη πολλαπλών σημείων και χάρη στον αριθμό των διαστημικών σκαφών που βρίσκονται τώρα στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, θα γίνει ένα ολοένα και πιο ισχυρό εργαλείο στην προσπάθειά μας να κατανοήσουμε τον ηλιακό άνεμο και τον διαστημικό καιρό.

«Μπορούμε να το δούμε από απόσταση, μπορούμε να το μετρήσουμε in-situ και μπορούμε να δούμε πώς αλλάζει ένα CME καθώς ταξιδεύει προς τη Γη», λέει ο Tim.

Ίσως εξίσου ενδιαφέρουσα με το διαστημικό σκάφος που είδε την εκδήλωση, ήταν αυτά που δεν το έκαναν. Το διαστημικό σκάφος ESA-NASA SOHO, το οποίο βρίσκεται μπροστά από τη Γη και παρακολουθεί συνεχώς τον Ήλιο για εκρήξεις όπως αυτό, μόλις το κατέγραψε. Αυτό τοποθετεί το γεγονός της 19ης Απριλίου σε μια σπάνια κατηγορία διαστημικών καιρικών γεγονότων, που ονομάζεται stealth CME. Η μελέτη αυτών των πιο αόριστων γεγονότων θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πληρέστερα τον διαστημικό καιρό.

Τα επόμενα χρόνια, οι ευκαιρίες για την επιστήμη πολλαπλών σημείων θα αυξηθούν. Στις 27 Δεκεμβρίου, η Solar Orbiter θα ολοκληρώσει την πρώτη της πτήση Venus. Αυτή η εκδήλωση θα χρησιμοποιήσει τη βαρύτητα του πλανήτη για να μετακινήσει το διαστημικό σκάφος πιο κοντά στον Ήλιο, τοποθετώντας το Solar Orbiter σε ακόμη καλύτερη θέση για κοινές μετρήσεις με το Parker Solar Probe της NASA, το οποίο θα ολοκληρώσει επίσης δύο flybys Venus το 2021.

Καθώς ο Parker πραγματοποιεί επιτόπιες μετρήσεις μέσα από την ηλιακή ατμόσφαιρα, το Solar Orbiter θα τραβήξει εικόνες της ίδιας περιοχής. Μαζί, τα δύο διαστημόπλοια θα δώσουν τόσο τις λεπτομέρειες όσο και τη μεγαλύτερη εικόνα.

«Το 2021 θα είναι μια συναρπαστική στιγμή για το Solar Orbiter», λέει η Teresa Nieves-Chinchilla, Επιστήμονας του προγράμματος NASA Solar Orbiter. «Μέχρι το τέλος του έτους, όλα τα όργανα θα λειτουργούν μαζί σε πλήρη επιστημονική λειτουργία και θα ετοιμαζόμαστε να πλησιάσουμε ακόμη περισσότερο στον Ήλιο».

Το 2022, η Solar Orbiter θα πλησιάσει περίπου 48 εκατομμύρια χιλιόμετρα από την επιφάνεια του Ήλιου, περισσότερα από 20 εκατομμύρια χιλιόμετρα πιο κοντά από ό, τι θα φτάσει το 2021.