Ett imperialistiskt instrument kommer att studera solens magnetfält ombord på rymdfarkosten Solar Orbiter efter uppskjutningen i början av 2020.

Solar Orbiter, ett uppdrag från Europeiska rymdorganisationen (ESA), kommer att studera solen i oöverträffad detalj på bara 50 miljoner kilometers avstånd, inne i Merkurius omloppsbana. Rymdfarkosten ska lanseras i februari 2020 med en svit på tio instrument, varav en är byggd och ledd av kejserliga vetenskapsmän.

Professor Tim Horbury är huvudutredare för magnetometerinstrumentet (MAG) och Helen O"Brien är huvudingenjör. Båda är från Institutionen för fysik vid Imperial, som är värd för flera medlemmar av MAG-teamet, som också har medlemmar från hela Europa och USA.

Efter månader av omfattande tester för att säkerställa att rymdfarkosten och instrumenten är redo för flygning, teamet väntar nu på uppskjutning från NASA:s Cape Canaveral i Florida.

Professor Horbury sa:"Efter alla dessa år som arbetat med Solar Orbiter, det är så spännande att det bara är fem månader kvar till lanseringen. Vi bör börja få tillbaka mätningar riktigt snabbt från instrumentet; Jag kommer inte att sluta oroa mig förrän vi får en titt på de verkliga uppgifterna under flygningen, men det här är ett riktigt viktigt steg på vägen.

"Solar Orbiter kommer att göra så mycket stor vetenskap för att hjälpa oss förstå hur solen fungerar och hur den påverkar alla våra liv, och det finns en gemenskap av forskare, på Imperial, någon annanstans i Storbritannien, och runt om i världen, som längtar efter att få tag på våra mått."

Mäter solen

MAG-instrumentet kommer att mäta solens magnetfält i det interplanetära rymden. Detta fält genereras under stjärnans yta när det roterar på ett liknande sätt som jordens, men det är mycket mer föränderligt.

Solens magnetfält förs ut i det interplanetära rymden av ett flöde av partiklar som kallas solvinden. När detta magnetfält kommer nära jorden, den kan interagera med vår egen för att producera rymdväder, som kan störa elnäten och påverka satelliter. Solar Orbiter kommer att studera vetenskapen bakom dessa viktiga händelser.

På dess yta, solens magnetfält är ungefär dubbelt så stort som jordens, men i rymden är den tiotusentals gånger mindre, så MAG måste vara otroligt känsligt. Detta betyder också rymdfarkosten själv, och alla dess andra instrument, får inte producera signifikanta magnetfält själva för att inte störa det interplanetära magnetfältet.

Stränga tester

Hela rymdfarkosten Solar Orbiter, med alla dess instrument ombord, genomgick en sträng uppsättning magnetfälttester i somras, bevisar att den är tillräckligt magnetiskt "ren" för att MAG ska kunna göra sitt jobb en gång i omloppsbana.

Rymdskeppet placerades i en unik anläggning i en skog söder om München för att undvika störningar av mänskligt genererade magnetfält.

Anläggningen består helt av icke-magnetiska material som trä och innehåller tolv 15-metersspolar – nästan lika stora som byggnaden – som skapar en konsekvent magnetisk miljö som tar bort jordens eget magnetfält, simulera yttre rymden.

Testet karakteriserade först det magnetiska beteendet hos den omotoriserade rymdfarkosten, för att se till att magnetfältet hos Solar Orbiter är tillräckligt lågt för att MAG-instrumentet ska kunna arbeta inom sitt mest känsliga område.

Senare tester använde elektrisk ström för att driva rymdfarkosten och mäta möjliga variationer i rymdfarkostens magnetfält under specifika operationer, till exempel med extra strömmar som genereras av motorerna eller av mobila element inklusive de utbytbara optiska filtren som används av kamerorna ombord för att ta bilder av solen.

Enormt mycket arbete

Analysen av de magnetiska testerna indikerar att uppdragskraven i stort sett låg inom testanläggningens gränser. Efter lanseringen, i den ännu tystare miljön i rymden, ytterligare mätningar kommer att komplettera resultaten av dessa tester för att helt karakterisera rymdfarkostens magnetiska egenskaper.

Professor Horbury tillade:"Det är viktigt att vårt instrument kan mäta de små magnetfälten i rymden, så det var en enorm lättnad att äntligen kunna se mätningarna som bekräftar att rymdfarkostens magnetfält är fint och litet.

"Vi är tacksamma för den enorma mängd arbete som har lagts ner av alla på European Space Agency, Flygbuss, och alla instrumentteam för att göra detta möjligt."