PUNCH-uppdraget kommer att bestå av fyra mikrosatelliter som observerar solen och är optimerade för att se den unga solvinden. Kredit:SwRI
Forskare vet att en solvind strömmar ut ur solen och rusar in i rymdens tomrum, ständigt stöter jorden och de andra planeterna med stormar av laddade partiklar.
De har bara aldrig sett det - åtminstone inte som en sömlös, kopplad process.
Istället, forskare har förlitat sig på en handfull solobserverande teleskop, ingen optimerad för att se vinden, att få ihop pusselbitarna om hur vinden rullar ut från solen, så småningom bryta sig loss från stjärnans magnetfält. Den osammanhängande bild som dessa instrument målar upp – som i bästa fall lämnar gapande döda fläckar vid solens poler – gör det svårt att avgöra hur vinden utvecklas.
En nyligen finansierad konstellation av fyra mikrosatelliter, kallad PUNCH (Polarimeter för att förena Corona och Heliosphere), kommer att ändra på det.
"Med befintliga instrument, vi har alltid varit tvungna att lappa ihop saker med luckor emellan, sa Sarah Gibson, tillfällig chef för High Altitude Observatory vid National Center for Atmospheric Research (NCAR), som samordnar uppdragets vetenskapliga insatser. "PUNCH fyller luckorna och kombinerar data på ett sätt som är helt smidigt och konsekvent. Allt matchas av design."
PUNCH kommer också att hjälpa forskare att bättre förstå strukturen och banan för koronala massutkastningar efter att de bryter ut från solens yta, information som kan vara avgörande för att förbättra prognoserna om hur dessa rymdväderfenomen kan påverka jorden. Coronal mass ejections (CME) har potential att äventyra satelliter och astronauter, och stör radio- och GPS-kommunikation, och när de är som allra värst, sätta igång underjordiska strömmar som kan slå ut elnät – men graden av påverkan beror på deras väg bort från solen och hur deras magnetfält är orienterat i förhållande till jordens eget.
STANSA, som leds av Southwest Research Institute (SwRI), valdes ut i juni av NASA för att finansieras som ett Small Explorers (SMEX) uppdrag. Målet för uppskjutningsdatum för satelliterna, som var och en väger cirka 100 pund när de väl är konstruerade, är 2022.
Förutom NCAR och SwRI, andra uppdragspartner inkluderar Naval Research Laboratory, Rutherford Appleton Laboratory, och ett vetenskapsteam som spänner över flera kontinenter.
PUNCH-satelliterna kommer att kartlägga flödet av solvinden, som kan ses här. För att få den här animationen, forskare körde instrument ombord på en befintlig NASA-rymdfarkost i ett speciellt läge. Observationerna från PUNCH kommer att vara mycket känsligare och täcka ett bredare synfält. Kredit:NASA
Kontinuerligt kartlägga vinden
Forskare har länge varit nyfikna på övergången mellan solens korona (eller yttre atmosfär) och heliosfären (bubblan som omger alla planeter och genomsyras av solvinden). Var börjar det ena och det andra slutar?
När den unga solvinden strömmar genom koronan, dess beteende domineras fortfarande av solens magnetfält. Men när den väl slipper corona, dess beteende förändras. Observationer av solvinden gjorda med lapptäcket av befintliga teleskop tyder på att vinden accelererar och blir mer turbulent när den lämnar koronan, får det att se nästan fluffigt ut. Nu vill forskare veta var gränsen ligger, kallad Alfvén-zonen, och om fluffigheten, kallad flockning, i observationerna beror på en faktisk förändring i vinden eller bara en biprodukt av att sammanföra data från olika teleskop.
PUNCH är utformad för att svara på dessa frågor. Dess fyra, satelliter i en resväska, för första gången, kartlägga kontinuerligt flödet av den unga solvinden från den yttre koronan till den inre heliosfären.
"Eftersom PUNCH har matchade instrument, vi kan titta på den övergången och veta om det vi ser är på grund av instrumentet eller på grund av fundamental fysik, " sa Gibson.
Instrumenten ombord på de fyra mikrosatelliterna är 10 gånger känsligare än något tidigare teleskop och deras bildande – med en satellit nära inpå och tre som arbetar tillsammans för att svepa ett område längre ut – kommer att säkerställa en kontinuerlig vy.
En tredimensionell vy
Instrumenten ombord på PUNCH kommer också att observera både polariserat och opolariserat ljus. Ljus kan bli polariserat när det sprids från partiklar i jordens eller solens atmosfär. Att mäta det polariserade ljuset och kontrastera det med opolariserat ljus kan ge forskare en tredimensionell titt på partiklarnas densitet och struktur.
Detta kan vara särskilt användbart när man försöker fastställa effekterna av en CME. Att kombinera informationen från både polariserade och opolariserade bilder av en CME kan tillåta forskare att bestämma dess bana och bättre förstå dess struktur, vilket i sin tur, kunde avslöja orienteringen av dess magnetfält, sa Gibson.
PUNCH-satelliterna kommer att ha svårt att ta fram denna information om CME:er som slungas direkt mot jorden, eftersom de observerar solen från jordens egen bana. Dock, PUNCH-observationer av CMEs med banor bort från jorden kommer att ge unik information som kan informera framtida rymdväderförutsägelsesmetoder.
"Att fotografera himlen i polariserat ljus är uppdragets hemliga sås, " sa SwRI-forskaren Craig DeForest, PUNCH:s huvudutredare. "När solljus studsar av elektroner, det blir polariserat. Den polarisationseffekten låter oss mäta hur solvindsfunktioner rör sig och utvecklas i tre dimensioner, istället för bara ett 2D-bildplan. PUNCH är det första uppdraget med känslighet och polarisationsförmåga för att rutinmässigt spåra solvindsegenskaper i 3D."
