NJIT har ett sedan länge etablerat rykte som en ledare inom forskning om fenomen som har sitt ursprung på stjärnan närmast jorden – solen. NJIT:s optiska teleskop vid Big Bear Solar Observatory och radioteleskoparray i Owens Valley, både i Kalifornien, har avsevärt utökat vår förståelse av solhändelser som periodvis påverkar vår hemplanet, händelser som solutbrott och coronal mass ejections (CME) som kan störa markbunden kommunikation och kraftinfrastruktur förutom andra effekter.

Under ledning av universitetets Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR), NJIT-utredare samarbetar med kollegor i USA och andra länder för att få ännu mer kritisk kunskap om solfysik. Det är nödvändig kunskap inte bara för bättre grundläggande förståelse av solen utan också för att förbättra förutsägelsen av solexplosioner som hotar vår teknologi och för att utarbeta bättre motåtgärder.

Vad mer, NJIT-forskare är engagerade i att fullt ut engagera studenter i sökandet efter denna kunskap - forskare som biträdande professor i fysik Bin Chen, som började på NJIT-fakulteten 2016. Chen tilldelades nyligen ett femårigt KARRIÄR-stipendium på totalt mer än $700, 000 av National Science Foundation (NSF). NSF:s fakultetsprogram för tidig karriärutveckling (CAREER) erbjuder stiftelsens mest prestigefyllda utmärkelser till stöd för yngre fakulteter som, i att bygga sin akademiska karriär, har visat enastående potential som både utbildare och forskare.

Chen avslutade sin Ph.D. vid University of Virginia 2013 med fokus på solradioastronomi. Hans Ph.D. rådgivare presenterade honom för en annan solastronom, och nu NJIT-kollega, Erkänd professor i fysik Dale Gary. Genom sin bekantskap med Gary, och möjligheten att samarbeta i ett forskningsprojekt med hjälp av observationsdata från NJIT:s Owens Valley Solar Array, Chen lärde sig om universitetets ledande insatser inom solradiofysik. Men innan han gick med i NJIT efter att ha tagit sin doktorsexamen, Chen utökade sin forskningserfarenhet genom ett postdoktoralt stipendium under NASA:s Living With a Star-program och som astrofysiker vid Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, där han arbetade med rymduppdrag främst tillägnade solvetenskap.

Chockerande insikter

Även om de ännu inte är fakultetskollegor vid NJIT, Chen och Gary samarbetade med forskare från National Radio Astronomy Observatory, University of California, University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland och University of Minnesota om en artikel för tidskriften Science publicerad 2015, "Partikelacceleration genom en chock för avslutning av solfloss." Artikeln presenterade radioavbildningsdata som ger nya insikter om hur ett fenomen som kallas avslutningschock associerat med solflammor, de kraftigaste explosionerna i solsystemet, hjälper till att accelerera energiska elektroner i flammorna till relativistiska hastigheter - driver dessa partiklar ut i rymden med nästan ljusets hastighet.

Chen fortsätter nu denna utredning vid NJIT. "Det finns mycket vi inte vet om "insidan" av dessa solexplosioner och hur de frigör så mycket energi så snabbt och så katastrofalt, " säger han. "T.ex. hur lagras energin och frigörs plötsligt, ofta på några sekunder?

"Den relativistiska partikelaccelerationen som vi också studerar som en del av denna forskning är en process som äger rum över hela universum och är ett fenomen associerat med, till exempel, de massiva stjärnexplosioner som kallas supernovor. Solen är ett bra ställe att undersöka detta fenomen eftersom dess närhet i astronomiska termer gör det möjligt för oss att skaffa en volym av högupplösta data som är omöjliga att erhålla genom att observera mycket avlägsna stjärnor."

För sin forskning, Chen använder strömmar av radiodata från ett antal källor. Förutom NJIT:s radioobservatorium i Owens Valley, dessa inkluderar Karl G. Jansky Very Large Array i New Mexico som drivs av National Radio Astronomy Observatory och Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array i Chile. De senaste uppgraderingarna i Owens Valley satte den i spetsen för denna forskning som ett "nygenerations" radioteleskop. En annan mycket viktig fördel som Owens Valley erbjuder, som Chen betonar, är att det är en anläggning dedikerad på heltid till solforskning.

Chen är en av få forskare som söker ny kunskap om solen genom att dra fördel av en observationsteknik som kallas dynamisk spektroskopi. Denna teknik gör det möjligt att ta en bild av solen var 50:e millisekund med mer än tusen frekvenser, och vid två olika polarisationer. Detta ger upp till 40, 000 bilder per sekund och terabyte med rådata på en dag som kan omvandlas till 3D-bilder med mycket högre upplösning än vad som tidigare erhållits. "Detta ger oss potential att lära oss så mycket mer om vad som händer i hjärtat av solexplosioner, " säger Chen.

Utöver större förståelse för den grundläggande fysiken involverad, Chen tillägger att hans forskning i hög grad stöder målen i USA:s nationella rymdväderstrategi och handlingsplan, som återspeglar kritisk medvetenhet om hur rymdväder som genereras av solfenomen påverkar många aspekter av jordlevande liv och infrastruktur. Han säger, "Solfacklor och CME är de främsta drivkrafterna bakom rymdvädret. Bättre förståelse för dessa drivkrafter är avgörande för bättre förutsägelse av sådana händelser och implementering av skyddsåtgärder."

Ta med solen till campus

Enligt Chens uppskattning, NJIT har unik erfarenhet av att bygga, drift och underhåll av anläggningar avsedda för radioobservation av solen. Potentiellt, för studenter, detta ger exceptionella möjligheter att lära sig vid gränsen för de många discipliner som är relevanta för att undersöka solen i radiospektrumet – inklusive praktisk förtrogenhet med den inblandade utrustningen. Medan ett begränsat antal studenter har en chans att arbeta på Owens Valley, såväl som på Big Bear, avstånd och brist på lämpliga boenden hindrar många fler från att delta i solforskning på plats. Det är därför Chen också planerar att använda en del av sin KARRIÄR-finansiering för att skapa ett Solar Radio Laboratory på campus i Newark.

"Idén bakom Solar Radio Laboratory är att ha en anläggning på campus med samma toppmoderna teknik som finns i Owens Valley, bara utan antenner, " Chen förklarar. "Vi kommer att ha all elektronik, radiotekniken, den datavetenskapliga förmågan för att bearbeta dataströmmande från Kalifornien. Detta kommer att ge eleverna samma praktiska möjligheter att arbeta och experimentera med instrumenteringen som NJIT har i Owens Valley, instrumentering som verkligen är unik i USA. Ett annat mål är att använda detta som en testbädd för framtida förbättringar i Owens Valley, och att engagera eleverna i att utveckla dessa förbättringar."

För Chen, ett kompletterande utbildningsmål är att också främja Hale COLLAborative Graduate Education (COLLAGE)-programmet i solfysik, som firar namnet på den banbrytande amerikanske solastronomen George Ellery Hale. Det finns väldigt få forskarutbildningar inom detta område i USA och de nödvändiga fakulteterna och de fysiska resurserna är brett fördelade över utbildningsinstitutioner såväl som geografi. För att lösa denna situation, Philip Goode, NJIT framstående forskningsprofessor i fysik och tidigare CSTR-direktör, föreslog att NJIT skulle gå ihop med University of Colorado-Boulder och flera andra institutioner som hade solfysikprogram i det som nu är känt som COLLAGE-programmet.

"COLLAGE ger fler studenter i olika delar av landet tillgång till den undervisning och resurser som gör att de kan avlägga magister- och doktorsexamen i solfysik, " säger Chen. "Jag arbetar redan med ett 20-tal elever, och det är faktiskt ett ganska stort antal för vårt område. Men vi ökar inte bara möjligheterna att studera solfysik på forskarnivå, vi lär oss mer om att samordna resurser mellan skolor och att undervisa effektivt online, vilket kommer att gynna studenter som vill studera många olika komplexa ämnen."