NASA przygotowuje się do startu sondy Parker Solar Probe

Wczesną porą któregoś sierpniowego poranka Przylądek Canaveral na Florydzie rozświetli się wraz ze startem sondy Parker Solar Probe. Nie wcześniej niż 6 sierpnia 2018 roku rakieta Delta IV Heavy wystartuje w przestrzeń kosmiczną wynosząc sondę wielkości samochodu osobowego, która zbada Słońce z najmniejszej jak dotąd odległości.



20 lipca 2018 roku Nicky Fox, naukowiec projektu Parker Solar Probe z Johns Hopkins University APL w Laurel w stanie Maryland oraz Alex Young, zastępca dyrektora ds. naukowych w Heliophysics Science Division w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, omówili cele naukowe oraz technologie stojące za Parker Solar Probe.

“Od dziesięcioleci badamy Słońce, a teraz w końcu zmierzamy tam gdzie dzieje się prawdziwa akcja” mówił Young.

Nasze Słońce jest dużo bardziej złożone niż mogłoby się to wydawać na pierwszy rzut oka. Zamiast stałego, niezmiennego dysku widocznego gołym okiem, Słońce jest dynamiczną i magnetycznie aktywną gwiazdą. Atmosfera Słońca bezustannie emituje namagnetyzowaną materię, która wypełnia nasz układ słoneczny znacznie poza orbitą Plutona wpływając na każdy glob, który napotka na swojej drodze. Zwoje energii magnetycznej mogą prowadzić do rozbłysków promieniowania oraz strumieni cząstek, które przemierzają przestrzeń kosmiczną powodując zakłócenia w naszej atmosferze, czasami wpływając na sygnały radiowe i telekomunikacyjne w pobliżu Ziemi. Wpływ aktywności słonecznej na Ziemię oraz inne planety nazywa się pogodą kosmiczną, a kluczem do jej zrozumienia jest poznanie samego Słońca.

“Energia słoneczna bezustannie przepływa przez nasz świat” mówi Fox. “I choć wiatr słoneczny jest niewidoczny, możemy obserwować jak otacza nasze bieguny powodując powstawanie zorzy polarnych, które choć piękne – ukazują nam ogromne ilości energii i cząstek przedostających się przez naszą atmosferę. Słabo rozumiemy mechanizmy, które kierują w naszą stronę wiatr słoneczny, i właśnie w celu ich zrozumienia wybieramy się w kierunku słońca”.

Credits: NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

I tu właśnie pojawia się sonda Parker Solar Probe. Na pokładzie znajduje się cała paleta instrumentów do badania Słońca z daleka oraz na miejscu, bezpośrednio. Łącznie, dane z tych najnowocześniejszych instrumentów powinny pomóc naukowcom odpowiedzieć na trzy podstawowe pytania dotyczące naszej gwiazdy dziennej.

Jedno z tych pytań dotyczy przyspieszenia wiatru słonecznego, ciągłego wypływu materii ze Słońca. Choć w dużej mierze rozumiemy pochodzenie wiatru słonecznego na Słońcu, wiemy że jest pewien punkt – jak dotąd niezaobserwowany – w którym wiatr słoneczny przyspieszany jest do prędkości naddźwiękowych. Dane wskazują, że te zmiany zachodzą w koronie, regionie atmosfery Słońca, przez który sonda Parker Solar Probe przeleci bezpośrednio.

Po drugie, naukowcy mają nadzieję poznać sekrety potężnych temperatur korony. Widoczna powierzchnia Słońca ma temperaturę około 6000 stopni Celsjusza – jednak z jakiegoś, jeszcze nie znanego, powodu, korona jest setki razy gorętsza i temperatura tam dochodzi do milionów stopni. To sprzeczne z intuicją, skoro energia Słońca wytwarzana jest w jego jądrze.

Korona Słońca widoczna podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Credits: NASA/Gopalswamy

“To zupełnie tak jakbyśmy odchodząc od ogniska nagle poczuli intensywny wzrost temperatury” mówi Fox.

W końcu, instrumenty sondy Parker Solar Probe powinny odsłonić przed nami mechanizmy stojące za przyspieszaniem energetycznych cząstek, które osiągają prędkości rzędu połowy prędkości światła, uciekając ze słońca. Takie cząstki mogą zakłócać pracę elektroniki satelitów, szczególnie tych znajdujących się poza polem magnetycznym Ziemi.

Aby znaleźć odpowiedzi na te pytania sonda parker Solar Probe wyposażona została w cztery zestawy instrumentów:

  • FIELDS mierzy pola elektryczne i magnetyczne wokół sondy, rejestruje  z dużą rozdzielczością fale i turbulencje w wewnętrznej heliosferze pozwalając nam zrozumieć pola związane z falami, falami uderzeniowymi i rekoneksją magnetyczną,
  • WISPR (Wide-Field Imager for Parker Solar Probe) – to jedyna kamera zainstalowana na pokładzie sondy. WISPR będzie miał za zadanie wykonywanie zdjęć struktur takich jak CME (koronalne wyrzuty masy), dżety oraz inne formy materii emitowanej ze Słońca,
  • SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons Investigation) będzie zliczał najczęściej występujące cząstki wiatru słonecznego – elektrony, protony i jony helu, mierząc ich prędkość, gęstość i temperaturę, dzięki czemu lepiej poznamy wiatr słoneczny oraz plazmę koronalną.
  • ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun, ʘ jest tutaj symbolem Słońca) będzie mierzył cząstki w szerokim zakresie energii. Mierząc elektrony, protony i jony, ISʘIS lepiej pozna cykl życia cząstek – ich źródło, źródło ich przyspieszenia oraz ucieczkę w przestrzeń międzyplanetarną.

Sonda Parker Solar Probe czeka na swój czas od ponad sześćdziesięciu lat. Od początku Ery Kosmicznej, ludzkość poznaje pełen zakres silnego wpływu Słońca na Układ Słoneczny. W 1958 roku, fizyk Eugene Parker opublikował przełomowy artykuł naukowy opisując w nim wiatr słoneczny. Obecnie przygotowywana sonda nosi jego imię – to pierwsza sonda nazwana na cześć żyjącego człowieka.

Dopiero w ostatnich kilku dekadach technologia umożliwiła nam urzeczywistnienie wizji sondy Parker Solar Probe. Kluczem do stworzenia sondy były trzy przełomy: najnowocześniejsza osłona termiczna, system chłodzenia paneli słonecznych oraz zaawansowany system zarządzania usterkami.

“Osłona termiczna jest jednym z tych elementów, które umożliwiły realizację tej misji” mówi Andy Driesman, menedżer projektu PSP w Johns Hopkins APL. “To ona pozwala instrumentom sondy pracować w temperaturze pokojowej”.

Pozostałe kluczowe innowacje to system chłodzenia paneli słonecznych oraz pokładowe systemy zarządzania usterkami. System chłodzenia paneli słonecznych umożliwia panelom wytwarzanie energii przy intensywnym ładunku termicznym, a system zarządzania usterkami chroni sondę podczas długich okresów czasu, w których nie będzie ona mogła komunikować się z Ziemią.

Choć rakieta Delta IV Heavy jest jedną z najpotężniejszych rakiet na Ziemi, to Parker Solar Probe jest stosunkowo niewielkim obiektem. Jednak PSP potrzebuje ogromnych ilości energii – start i osiągnięcie właściwej orbity  w kierunku Słońca wymaga dużych ilości energii . Dzieje się tak ponieważ jakikolwiek obiekt wysyłany z Ziemi zaczyna podróż z prędkością zbliżoną do prędkości Ziemi wokół Słońca, a zatem obiekt musi osiągnąć potężną prędkość aby przeciwdziałać temu pędowi, zmienić kierunek i zbliżyć się do Słońca. Pierwszym celem misji będzie Wenus. Aby dotrzeć do Słońca, energia podczas startu sondy jest 55 razy większa od tej potrzebnej do dotarcia do Marsa i dwukrotnie większa od energii niezbędnej do wysłania sondy do Plutona.

Źródło: NASA