NASA-missies maken een ongekende kaart van het magnetische veld van de zon

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

NASA-missies maken een ongekende kaart van het magnetische veld van de zon

Bericht door univers » 19 feb 2021, 23:48

Tientallen jaren na zijn ontdekking konden waarnemers de chromosfeer van de zon slechts enkele vluchtige momenten zien: tijdens een totale zonsverduistering, toen een felrode gloed het silhouet van de maan omcirkelde

Afbeelding
De chromosfeer, gefotografeerd tijdens de totale zonsverduistering van 1999. De rode en roze tinten - licht uitgezonden door waterstof - leverden het de naam chromosfeer op, van het Griekse "chrôma" dat kleur betekent.
Credits: Luc Viatour

Meer dan honderd jaar later blijft de chromosfeer de meest mysterieuze atmosferische laag van de zon. Ingeklemd tussen het heldere oppervlak en de etherische zonnecorona, de buitenatmosfeer van de zon, is de chromosfeer een plaats van snelle veranderingen, waar de temperatuur stijgt en magnetische velden het gedrag van de zon beginnen te domineren.

Nu heeft voor het eerst een drietal NASA-missies in de chromosfeer gekeken om metingen op meerdere hoogtes van het magnetische veld te doen. De waarnemingen - vastgelegd door twee satellieten en de Chromospheric Layer Spectropolarimeter 2, of CLASP2-missie, aan boord van een kleine suborbitale raket - helpen onthullen hoe magnetische velden op het oppervlak van de zon aanleiding geven tot de schitterende uitbarstingen in de buitenste atmosfeer. Het artikel is vandaag gepubliceerd in Science Advances .

Een belangrijk doel van heliofysica - de wetenschap van de invloed van de zon op de ruimte, inclusief planetaire atmosferen - is het voorspellen van ruimteweer , dat vaak op de zon begint maar zich snel door de ruimte kan verspreiden om verstoringen nabij de aarde te veroorzaken.

Deze uitbarstingen van de zon worden aangedreven door het magnetische veld van de zon, de onzichtbare krachtlijnen die zich uitstrekken van het oppervlak van de zon naar de ruimte ver voorbij de aarde. Dit magnetische veld is moeilijk te zien - het kan alleen indirect worden waargenomen, door licht van het plasma, of oververhit gas, dat zijn lijnen volgt als autokoplampen die over een verre snelweg rijden. Maar hoe die magnetische lijnen zichzelf rangschikken - of ze nu slap en recht of strak en verward zijn - maakt het verschil tussen een stille zon en een zonne-uitbarsting.

"De zon is zowel mooi als mysterieus, met constante activiteit veroorzaakt door zijn magnetische velden", zegt Ryohko Ishikawa, zonnefysicus bij de National Astronomical Observatory of Japan in Tokio en hoofdauteur van het artikel.

Idealiter zouden onderzoekers de magnetische veldlijnen in de corona kunnen aflezen, waar zonne-uitbarstingen plaatsvinden, maar het plasma is veel te schaars voor nauwkeurige metingen. (De corona is veel minder dan een miljardste zo dicht als lucht op zeeniveau.)

In plaats daarvan meten wetenschappers de dichter opeengepakte fotosfeer - het zichtbare oppervlak van de zon - twee lagen lager. Vervolgens gebruiken ze wiskundige modellen om dat veld naar boven in de corona voort te planten. Deze benadering slaat het meten van de chromosfeer over, die tussen de twee ligt, in de hoop het gedrag ervan te simuleren.

Afbeelding
De chromosfeer ligt tussen de fotosfeer, of het heldere oppervlak van de zon dat zichtbaar licht uitstraalt, en de oververhitte corona of buitenatmosfeer van de zon bij de bron van zonne-uitbarstingen. De chromosfeer is een belangrijke schakel tussen deze twee regio's en een ontbrekende variabele die de magnetische structuur van de zon bepaalt.
Credits: Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Helaas is de chromosfeer een jokerteken gebleken, waar magnetische veldlijnen herschikken op manieren die moeilijk te voorspellen zijn. De modellen worstelen om deze complexiteit vast te leggen.

"De chromosfeer is een hete, hete puinhoop", zei Laurel Rachmeler, voormalig NASA-projectwetenschapper voor CLASP2, nu bij de National Oceanic and Atmospheric Administration of NOAA. “We maken vereenvoudigende aannames van de fysica in de fotosfeer en aparte aannames in de corona. Maar in de chromosfeer mislukken de meeste van die aannames. "

Instellingen in de VS, Japan, Spanje en Frankrijk werkten samen om een ​​nieuwe benadering te ontwikkelen om het magnetische veld van de chromosfeer te meten, ondanks zijn rommeligheid. Door een instrument aan te passen dat in 2015 vloog , monteerden ze hun zonne-observatorium op een peilende raket , zo genoemd naar de nautische term “klinken”, wat betekent dat meten. Klinkende raketten lanceren de ruimte voor korte observaties van een paar minuten voordat ze terugvallen op de aarde. Betaalbaarder en sneller te bouwen en te vliegen dan grotere satellietmissies, ze zijn ook een ideaal podium om nieuwe ideeën en innovatieve technieken uit te testen.

De raket werd gelanceerd vanaf de White Sands Missile Range in New Mexico en schoot naar een hoogte van 274 kilometer voor een zicht op de zon boven de atmosfeer van de aarde, die anders bepaalde golflengten van licht blokkeert. Ze richtten hun zinnen op een plage, de rand van een 'actief gebied' op de zon waar de magnetische veldsterkte sterk was, ideaal voor hun sensoren.

Terwijl CLASP2 naar de zon tuurde, pasten NASA's Interface Region Imaging Spectrograph of IRIS en de JAXA / NASA Hinode-satelliet, die allebei de zon vanuit een baan om de aarde keken, hun telescopen aan om naar dezelfde locatie te kijken. In coördinatie concentreerden de drie missies zich op hetzelfde deel van de zon, maar tuurden ze naar verschillende diepten.

Hinode concentreerde zich op de fotosfeer, op zoek naar spectraallijnen van daar gevormd neutraal ijzer. CLASP2 richtte zich op drie verschillende hoogten in de chromosfeer, waarbij het op spectraallijnen van geïoniseerd magnesium en mangaan viel. Ondertussen heeft IRIS de magnesiumlijnen in hogere resolutie gemeten om de CLASP2-gegevens te kalibreren. Samen volgden de missies vier verschillende lagen binnen en rond de chromosfeer.

Uiteindelijk waren de resultaten binnen: De eerste kaart met meerdere hoogtes van het magnetische veld van de chromosfeer.

"Toen Ryohko me deze resultaten voor het eerst liet zien, kon ik gewoon niet op mijn stoel blijven", zegt David McKenzie, hoofdonderzoeker CLASP2 bij NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. 'Ik weet dat het esoterisch klinkt - maar je hebt zojuist het magnetische veld op vier hoogtes tegelijk laten zien. Niemand doet dat! "

Het meest opvallende aspect van de gegevens was hoe gevarieerd de chromosfeer bleek te zijn. Zowel langs het gedeelte van de zon dat ze bestudeerden als op verschillende hoogtes erin, varieerde het magnetische veld aanzienlijk.

“Aan het oppervlak van de zon zien we magnetische velden veranderen over korte afstanden; hogerop worden die variaties veel meer uitgesmeerd. Op sommige plaatsen reikte het magnetische veld niet helemaal tot aan het hoogste punt dat we hebben gemeten, terwijl het op andere plaatsen nog steeds op volle sterkte was. "

Het team hoopt deze techniek te gebruiken voor magnetische metingen op meerdere hoogtes om het magnetische veld van de hele chromosfeer in kaart te brengen. Dit zou niet alleen helpen bij ons vermogen om ruimteweer te voorspellen, het zal ons ook belangrijke informatie geven over de atmosfeer rond onze ster.

"Ik ben een coronale fysicus - ik ben echt geïnteresseerd in de magnetische velden daarboven," zei Rachmeler. "Als we onze meetgrens naar de top van de chromosfeer zouden kunnen verhogen, zouden we zoveel meer kunnen begrijpen, zoveel meer kunnen voorspellen - het zou een enorme stap voorwaarts zijn in de zonnefysica."

Ze zullen binnenkort de kans krijgen om die stap voorwaarts te zetten: een hervlucht van de missie kreeg zojuist groen licht van NASA. Hoewel de lanceringsdatum nog niet is vastgesteld, is het team van plan om hetzelfde instrument te gebruiken, maar met een nieuwe techniek om een ​​veel bredere strook van de zon te meten.

"In plaats van alleen de magnetische velden langs de zeer smalle strook te meten, willen we deze over het doel scannen en een tweedimensionale kaart maken", zei McKenzie.

MAGNETISCHE VELDEN METEN

Om de magnetische veldsterkte te meten, maakte het team gebruik van het Zeeman-effect, een eeuwenoude techniek. (De eerste toepassing van het Zeeman-effect op de zon, door astronoom George Ellery Hale in 1908, is hoe we leerden dat de zon magnetisch was.) Het Zeeman-effect verwijst naar het feit dat spectraallijnen, in de aanwezigheid van sterke magnetische velden, splinteren in veelvouden. Hoe verder ze uit elkaar splitsen, hoe sterker het magnetische veld.

Afbeelding
Het Zeeman-effect. Deze geanimeerde afbeelding toont een spectrum met verschillende absorptielijnen - spectraallijnen die worden geproduceerd wanneer atomen bij specifieke temperaturen een specifieke golflengte van licht absorberen. Wanneer een magnetisch veld wordt geïntroduceerd (hier weergegeven als blauwe magnetische veldlijnen die afkomstig zijn van een magnetische staaf), worden absorptielijnen opgesplitst in twee of meer. Het aantal splitsingen en de afstand ertussen onthullen de sterkte van het magnetische veld. Merk op dat niet alle spectraallijnen op deze manier splitsen en dat het CLASP2-experiment spectraallijnen in het ultraviolette bereik heeft gemeten, terwijl deze demo lijnen in het zichtbare bereik laat zien.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center / Scott Weissinger

De chaotische chromosfeer heeft echter de neiging om spectraallijnen "uit te smeren", waardoor het moeilijk is om te zeggen hoe ver ze uit elkaar zijn gesplitst - daarom hadden eerdere missies moeite om het te meten. De nieuwigheid van CLASP2 was het omzeilen van deze beperking door "circulaire polarisatie" te meten, een subtiele verschuiving in de oriëntatie van het licht die plaatsvindt als onderdeel van het Zeeman-effect. Door de mate van circulaire polarisatie nauwkeurig te meten, kon het CLASP2-team onderscheiden hoe ver die uitgesmeerde lijnen uit elkaar moesten zijn gespleten, en daarmee hoe sterk het magnetische veld was.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... etic-field
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie