Nästan ett och ett halvt år in i sitt uppdrag, Parker Solar Probe har returnerat gigabyte med data om solen och dess atmosfär. Efter lanseringen av den allra första vetenskapen från uppdraget, fem forskare presenterade ytterligare nya rön från Parker Solar Probe vid höstmötet för American Geophysical Union den 11 december, 2019. Forskning från dessa team antyder processerna bakom både solens ständiga utflöde av material – solvinden – och mer sällsynta solstormar som kan störa tekniken och äventyra astronauter, tillsammans med ny insikt om rymddamm som skapar Geminidernas meteorregn.

Den unga solvinden

Solvinden bär med sig solens magnetfält, formar rymdvädret i hela solsystemet när det strömmar ut från solen med cirka en miljon miles per timme. Några av Parker Solar Probes primära vetenskapsmål är att lokalisera mekanismerna som skickar solvinden att strömma ut i rymden med så höga hastigheter.

En ledtråd ligger i störningar i solvinden som kan peka på de processer som värmer upp och accelererar vinden. Dessa strukturer - fickor av relativt tätt material - har skymtats i data från tidigare uppdrag som sträcker sig över decennier. De är flera gånger så stora som hela jordens magnetfält, som sträcker sig tiotusentals miles ut i rymden – vilket betyder att dessa strukturer kan komprimera jordens magnetfält på global skala när de kraschar in i det.

"När strukturer i solvinden når jorden, de kan driva dynamiken i jordens magnetosfär, inklusive partikelutfällning från jordens strålningsbälten, " sa Nicholeen Viall, en rymdforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som presenterade nya rön om solvindsstrukturer från Parker Solar Probe vid AGU-mötet. Partikelutfällning kan orsaka en rad effekter, som att sätta igång norrsken och störa satelliter.

Nära solen, Parker Solar Probe gjorde bättre än någonsin mätningar av dessa solvindstrukturer, använda både bildapparater för att ta bilder på avstånd och instrument på plats för att mäta strukturerna när de passerar över rymdfarkosten. För att få en mer komplett bild av dessa solvindsstrukturer, Viall gick ett steg längre, kombinerar observationer från Parker, satelliter nära jorden, och NASAs rymdfarkost STEREO-A för att undersöka dessa strukturer från flera vinklar.

STEREO-A bär ett instrument som kallas coronagraph, som använder en solid skiva för att blockera solens starka ljus, låter kameran ta bilder av den relativt svaga yttre atmosfären, koronan. Från dess utsiktspunkt cirka 90 grader bort från jorden, STEREO-A kunde se regionerna i koronan som Parker flög genom - vilket gjorde att Viall kunde kombinera mätningarna på ett nytt sätt och få en bättre överblick över solvindsstrukturer när de strömmade ut från solen. Vid sidan av Parker Solar Probes bilder, forskare har nu bättre koll på magnetiska störningar i solvinden.

Parkers instrument kastar också nytt ljus över de osynliga processerna i solvinden, avslöjar ett överraskande aktivt system nära solen.

"Vi tänker på solvinden - som vi ser den nära jorden - som väldigt mjuk, men Parker såg förvånansvärt långsam vind, full av små skurar och strålar av plasma, sa Tim Horbury, en ledande forskare på Parker Solar Probes FIELDS-instrument baserat på Imperial College London.

Horbury använde data från Parker Solar Probes FIELDS-instrument – ​​som mäter skalan och formen av elektriska och magnetiska fält nära rymdfarkosten – för att i detalj undersöka en särskilt udda händelse:magnetiska "switchbacks", "plötsliga kluster av händelser när solens magnetfält böjer sig tillbaka på sig själv, beskrevs först med Parker Solar Probes första resultat den 4 december, 2019.

Det exakta ursprunget för återkopplingarna är inte säkert, men de kan vara signaturer för processen som värmer solens yttre atmosfär, corona, till miljontals grader, hundratals gånger varmare än den synliga ytan nedanför. Orsaken till detta kontraintuitiva temperaturhopp är en långvarig fråga inom solvetenskapen – kallad koronaluppvärmningsmysteriet – och är nära relaterad till frågor om hur solvinden får energi och accelereras.

"Vi tror att återkopplingarna troligen är relaterade till individuella energiutsläpp på solen - det vi kallar jetstrålar, " sa Horbury. "Om det här är jetplan, det måste en mycket stor population av små händelser som händer på solen, så de skulle bidra med en stor del av solvindens totala energi."

En titt inuti solstormar

Tillsammans med solvinden, solen släpper också ut diskreta moln av material som kallas koronala massutstötningar, eller CME. Tätare och ibland snabbare än solvinden, CME kan också utlösa rymdvädereffekter på jorden, eller orsaka problem för satelliter i deras väg.

CME är notoriskt svåra att förutsäga. Vissa av dem är helt enkelt inte synliga från jorden eller från STEREO-A – de två positionerna där vi har instrument som kan se CME på långt håll – eftersom de bryter ut från delar av solen utom synhåll för båda rymdfarkosterna. Även när de upptäcks av instrument, det är inte alltid möjligt att förutsäga vilka CME som kommer att störa jordens magnetfält och utlösa rymdvädereffekter, eftersom den magnetiska strukturen inom molnet av material spelar en avgörande roll.

Vårt bästa skott för att förstå de magnetiska egenskaperna hos en given CME bygger på att lokalisera regionen på solen från vilken CME exploderade – vilket betyder att en typ av utbrott som kallas en stealth CME utgör en unik utmaning för rymdväderprognosmakare.

Stealth CMEs är synliga i koronagrafer – instrument som bara tittar på solens yttre atmosfär – men lämnar inga tydliga signaturer av deras utbrott i bilder av solens skiva, gör det svårt att avgöra varifrån, exakt, de lyfte.

Men under Parker Solar Probes första solflyg i november 2018, rymdfarkosten träffades av en av dessa smyg-CME.

"Att flyga nära solen, Parker Solar Probe har en unik chans att se unga CME:er som inte har bearbetats från att ha rest tiotals miljoner mil, " sa Kelly Korreck, chef för vetenskapsverksamheten för Parkers SWEAP-instrument, baserad vid Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts. "Detta var första gången vi kunde sticka in våra instrument inuti en av dessa koronala massutkastningar nära solen."

Särskilt, Korreck använde data från Parkers FIELDS- och SWEAP-instrument för att få en ögonblicksbild av CME:s interna struktur. SVEP, uppdragets solblåsinstrument, mäter egenskaper som hastighet, temperatur, och elektron- och protondensiteter i solvinden. Dessa mätningar ger inte bara en av de första titten inuti en CME så nära solen, men de kan hjälpa forskare att lära sig spåra smyg-CMEs tillbaka till sina källor.

En annan typ av solstorm består av extremt energirika partiklar som rör sig nära ljusets hastighet. Även om det ofta är relaterat till CME-utbrott, dessa partiklar är föremål för sina egna accelerationsprocesser – och de rör sig mycket snabbare än CME, nå jorden och rymdskepp på några minuter. Dessa partiklar kan skada satellitelektronik och utsätta astronauter för fara, men deras hastighet gör dem svårare att undvika än många andra typer av rymdväder.

Dessa skurar av partiklar, men inte alltid, åtfölja andra solhändelser som flammor och CME, men att förutsäga när de dyker upp är svårt. Innan partiklar når de nära ljushastigheter som gör dem farliga för rymdfarkoster, elektronik och astronauter, de går igenom en energisättningsprocess i flera steg – men det första steget i denna process, nära solen, inte direkt observerats.

När Parker Solar Probe reste bort från solen i april 2019, efter sitt andra solmöte, rymdfarkosten observerade den största hittills energiska partikelhändelsen som uppdraget sett. Mätningar med instrumentsviten för energetiska partiklar, ÄR?IS, har fyllt i en saknad länk i processerna för partikelenergisering.

"Regionerna framför koronala massutkastningar bygger upp material, som snöplogar i rymden, och det visar sig att dessa "snöplogar" också bygger upp material från tidigare släppta solflammor, sa Nathan Schwadron, en rymdforskare vid University of New Hampshire i Durham.

Att förstå hur solutbrott skapar populationer av fröpartiklar som matar energiska partikelhändelser kommer att hjälpa forskare att bättre förutsäga när sådana händelser kan inträffa, tillsammans med förbättrade modeller av hur de rör sig i rymden.

Asteroid fingeravtryck

Parker Solar Probes WISPR-instrument är designade för att fånga detaljerade bilder av den svaga koronan och solvinden, men de plockade också upp en annan svår att se struktur:en 60, 000 mil bred stoftspår efter asteroiden Phaethons omloppsbana, som skapade Geminidernas meteorregn. Under 2019, Geminidernas meteorregn toppar natten 13-14 december.

Detta spår av dammkorn peppar jordens atmosfär när vår planet korsar Phaethons omloppsbana varje december, bränna upp och producera den spektakulära show vi kallar Geminiderna. Även om forskare länge har vetat att Phaethon är föräldern till geminiderna, att se själva dammspåret har inte varit möjligt förrän nu. Extremt svagt och mycket nära solen på himlen, det har aldrig plockats upp av något tidigare teleskop, trots flera försök – men WISPR är designad för att se svaga strukturer nära solen. WISPR:s första direkta syn på dammstigen har gett ny information om dess egenskaper.

"Vi beräknar en massa i storleksordningen en miljard ton för hela leden, vilket inte är så mycket som vi kan förvänta oss för Geminiderna, men mycket mer än vad Phaethon producerar nära solen, sa Karl Battams, en rymdforskare vid U.S. Naval Research Lab i Washington, D.C. "Detta antyder att WISPR bara ser en del av Geminidströmmen - inte hela grejen - men det är en del som ingen någonsin hade sett eller ens visste var där, så det är väldigt spännande!"

Med tre banor under bältet, Parker Solar Probe kommer att fortsätta sin utforskning av solen under loppet av 21 successivt närmare solflygningar. Nästa omloppsbana kommer att ske under Venus-förbiflygningen den 26 december, för Parker till cirka 11,6 miljoner miles från solens yta för nästa närgång till solen den 29 januari, 2020. Med direkta mätningar av denna aldrig tidigare uppmätta miljö – närmare solen än någonsin tidigare – kan vi förvänta oss att lära oss ännu mer om dessa fenomen och avslöja helt nya frågor.