Der Weg der Parker Probe durch die Sonnenexplosion liefert beispiellose Einblicke in das Weltraumwetter

Die Parker Solar Probe der NASA hat in den ersten fünf Betriebsjahren eine beeindruckende Liste von Superlativen vorzuweisen: Sie ist das sonnennächste Raumschiff, das schnellste von Menschenhand geschaffene Objekt und die erste Mission, die jemals „die Sonne berührt“.

Jetzt kann Parker seiner sonnenverwöhnten Kappe noch eine weitere Feder hinzufügen: Es ist die erste Raumsonde überhaupt, die eine gewaltige Sonnenexplosion in der Nähe der Sonne durchfliegt.

Wie in einer neuen Studie beschrieben, die am 5. September veröffentlicht wurde Das Astrophysikalische Journal– Genau ein Jahr nach dem Ereignis durchlief die Parker Solar Probe einen koronalen Massenauswurf (CME).

Diese heftigen Eruptionen können Magnetfelder und manchmal Milliarden Tonnen Plasma mit Geschwindigkeiten von 100 bis 3.000 Kilometern pro Sekunde ausstoßen. Wenn diese Auswürfe auf die Erde gerichtet sind, können sie das Magnetfeld unseres Planeten verbiegen und formen, spektakuläre Polarlichtshows erzeugen und, wenn sie stark genug sind, möglicherweise Satellitenelektronik und Stromnetze am Boden zerstören.

Parker Solar Probe reiste auf der anderen Seite der Sonne, nur 5,7 Millionen Meilen (9,2 Millionen Kilometer) von der Sonnenoberfläche entfernt – 22,9 Millionen Meilen (36,8 Millionen Kilometer) näher als Merkur jemals an die Sonne herankommt – und entdeckte die CME zunächst aus der Ferne, bevor sie entlangflog seine Flanke. Später drang das Raumschiff in die Struktur ein, überquerte die Spur seiner Vorderkante (oder Stoßwelle) und verließ es schließlich auf der anderen Seite.

Insgesamt verbrachte die die Sonne streifende Raumsonde fast zwei Tage mit der Beobachtung des CME und bot den Physikern einen beispiellosen Einblick in diese Sternereignisse und die Möglichkeit, sie in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung zu untersuchen.

„Dies ist der sonnennächste CME, den wir je beobachtet haben“, sagte Nour Raouafi, Projektwissenschaftler der Parker Solar Probe am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, das die Raumsonde innerhalb der Zeitachse der NASA gebaut hat Budget und verwaltet und betreibt derzeit die Mission. „Wir haben noch nie ein Ereignis dieser Größenordnung aus dieser Entfernung gesehen.“

Die CME am 5. September 2022 war extrem. Als Parker hinter der Schockwelle vorbeizog, taktete sein Instrumentensatz Solar Wind Electrons, Alphas and Protons (SWEAP) Teilchen, die auf bis zu 840 Meilen (1.350 Kilometer) pro Sekunde beschleunigten. Wäre er auf die Erde gerichtet gewesen, vermutet Raouafi, hätte er eine ähnliche Stärke wie das Carrington-Ereignis gehabt – ein Sonnensturm im Jahr 1859, der als der stärkste seit Beginn der Aufzeichnungen auf der Erde gilt.

„Der potenzielle Schaden dieser Art von Ereignissen, großen und sehr schnellen CMEs, kann enorm sein“, sagte Raouafi.

Physiker haben vermutet, dass ein solches Ereignis heute, wenn es zu spät erkannt wird, Kommunikationssysteme lahmlegen und zu Stromausfällen auf dem gesamten Kontinent führen könnte.

Trotz der Kraft des Ausbruchs schien Parker unbeeindruckt zu sein. Sein Hitzeschild, seine Kühler und sein Wärmeschutzsystem stellten sicher, dass sich die Temperaturen der Sonde nie änderten, sagte Jim Kinnison, der Missionssystemingenieur von Parker Solar bei APL. Sein Autonomiesystem löste sogar Schadensbegrenzungspläne aus, sodass die Avionik-Suite ohne Unterbrechung funktionierte. Tatsächlich war der einzige Effekt, den das CME auf das Raumschiff hatte, ein leichtes Drehmoment – ​​eine winzige Drehung, die es schnell kompensierte.

„Wir wussten von Anfang an, dass die Parker Solar Probe durch CMEs fliegen würde. Das war Teil der wissenschaftlichen Ziele, als die Mission eingerichtet wurde, also haben wir das Raumschiff von Anfang an mit dem Ziel entworfen, zu überleben und, noch besser, die wissenschaftliche Mission durchzuführen.“ während ich in einem CME war“, sagte Kinnison. „Alles in allem hat sich Parker als robust und ziemlich robust erwiesen, und die ganze harte Arbeit, die in der Designphase geleistet wurde, hat sich ausgezahlt.“

Physiker waren daran interessiert, die Kräfte zu entschlüsseln, die diese Sternexplosionen antreiben und die Teilchen auf solch unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigen. Die einzige Möglichkeit, dies zu tun, bestand darin, durch eines hindurch zur Sonne zu fliegen.

Das Wissenschaftsteam ermittelte den zeitlichen Ablauf der Ereignisse und Parkers Aufenthaltsort während des CME, indem es die innerhalb des CME gesammelten Messungen mit den außerhalb des CME gesammelten Messungen verglich, darunter auch Bilder des Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI)-Instruments auf der NASA-Raumsonde STEREO. Sie erstellten ein einfaches Modell des Ereignisses, doch angesichts der Tatsache, dass zu diesem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung eines CME noch nie jemand Messungen durchgeführt hat, waren einige Teile schwer in Einklang zu bringen.

„Man versucht vereinfachte Modelle, um bestimmte Aspekte des Ereignisses zu erklären, aber wenn man so nah an der Sonne ist, kann keines dieser Modelle alles erklären“, sagte Orlando Romeo, Weltraumphysiker an der University of California in Berkeley und Leiter Autor der neuen Studie.

Das Team hatte während der Veranstaltung drei Hauptintervalle festgelegt, aber diese zusammenzusetzen, sagte Romeo, sei besonders verwirrend. Zwei Abschnitte hatten sie zuvor in CMEs gesehen, als sie auf der Erde ankamen: die Stoßwelle nahe der Ereignisfront, gefolgt von CME-Plasma, und ein weiterer Abschnitt mit Magnet- und Plasmaeigenschaften, die typisch für den Sonnenwind der Sonne sind. Aber der dritte Abschnitt – ein Bereich geringer Dichte mit sich langsam bewegenden Partikeln während des Ereignisses – war neu und seltsam.

„Wir sind uns immer noch nicht ganz sicher, was dort passiert oder wie wir es mit den anderen beiden Abschnitten verbinden können“, sagte Romeo.

Fortgeschrittene Modelle, die mehr Messungen des Raumfahrzeugs einbeziehen, werden wahrscheinlich hilfreich sein, aber der Durchgang durch ein anderes CME wäre noch besser. Da sich die Sonne dem Höhepunkt ihres Aktivitätszyklus nähert, sollten CMEs häufiger auftreten. Das Team hofft, dass die Parker Solar Probe mit etwas Glück mehrere weitere Auswürfe durchfliegen wird, während sie sich immer näher an die Sonne heranbewegt.