När vi utvecklar fler och mer kraftfulla verktyg för att se bortom vårt solsystem, vi lär oss mer om det till synes oändliga havet av avlägsna stjärnor och deras nyfikna kast av kretsande planeter. Men det finns bara en stjärna som vi kan resa till direkt och observera på nära håll - och det är vår egen:Solen.

Två kommande uppdrag tar oss snart närmare solen än vi någonsin varit tidigare, ger vår bästa chans hittills att avslöja komplexiteten av solaktivitet i vårt eget solsystem och kasta ljus över själva naturen hos rymden och stjärnorna i hela universum.

Tillsammans, NASA:s Parker Solar Probe och ESA:s (Europeiska rymdorganisationen) Solar Orbiter kan lösa decennier gamla frågor om hur vår närmaste stjärna fungerar. Deras omfattande, Närstudier av solen har viktiga konsekvenser för hur vi lever och utforskar:Energi från solen driver livet på jorden, men det utlöser också rymdväderhändelser som kan utgöra en fara för teknik som vi blir alltmer beroende av. Sådant rymdväder kan störa radiokommunikation, påverka satelliter och mänsklig rymdfärd, och – när det är som värst – stör elnäten. En bättre förståelse för de grundläggande processerna vid solen som driver dessa händelser kan förbättra förutsägelser om när de kommer att inträffa och hur deras effekter kan märkas på jorden.

"Vårt mål är att förstå hur solen fungerar och hur den påverkar rymdmiljön till den grad av förutsägbarhet, "sa Chris St. Cyr, Solar Orbiter-projektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Detta är verkligen en nyfikenhetsdriven vetenskap."

Parker Solar Probe är tänkt att lanseras sommaren 2018, och Solar Orbiter är planerad att följa 2020. Dessa uppdrag utvecklades oberoende, men deras samordnade vetenskapsmål är ingen slump:Parker Solar Probe och Solar Orbiter är naturliga lagkamrater.

Studerar solcorona

Båda uppdragen kommer att titta närmare på solens dynamiska yttre atmosfär, kallade corona. Från jorden, korona är endast synlig under totala solförmörkelser, när månen blockerar solens mest intensiva ljus och avslöjar den yttre atmosfärens striga, pärlvit struktur. Men koronan är inte så känslig som den ser ut under en total solförmörkelse - mycket av coronas beteende är oförutsägbart och inte väl förstått.

Coronas laddade gaser drivs av en uppsättning fysikaliska lagar som sällan är inblandade i vår normala upplevelse på jorden. Att reta ut detaljerna om vad som får de laddade partiklarna och magnetfälten att dansa och vrida sig som de gör kan hjälpa oss att förstå två enastående mysterier:vad gör corona så mycket hetare än solytan, och vad som driver det ständiga utflödet av solmaterial, solvinden, till så höga hastigheter.

Vi kan se den där corona på långt håll, och till och med mäta hur solvinden ser ut när den passerar jorden – men det är som att mäta en lugn flod mil nedströms från ett vattenfall och försöka förstå strömkällan. Först nyligen har vi haft teknologin som kan motstå värmen och strålningen nära solen, så för första gången, vi går nära källan.

"Parker Solar Probe och Solar Orbiter använder olika typer av teknik, men – som uppdrag – kommer de att komplettera varandra, "sa Eric Christian, en forskare på Parker Solar Probe -uppdraget vid NASA Goddard. "De kommer att ta bilder av solens corona samtidigt, och de kommer att se några av samma strukturer – vad som händer vid solens poler och hur samma strukturer ser ut vid ekvatorn."

Parker Solar Probe kommer att korsa ett helt nytt territorium när den kommer närmare solen än någon annan rymdfarkost har kommit tidigare – så nära som 3,8 miljoner miles från solytan. Om jorden skulle skalas ner för att sitta i ena änden av en fotbollsplan, och solen vid den andra, uppdraget skulle ta sig till fyrayardlinjen. Den nuvarande rekordhållaren, Helios B, ett soluppdrag i slutet av 1970 -talet, gjorde det bara till 29-yardlinjen.

Från den utsiktspunkten, Parker Solar Probes fyra serier av vetenskapliga instrument är designade för att avbilda solvinden och studera magnetfält, plasma och energipartiklar – som klargör den sanna anatomin i solens yttre atmosfär. Denna information kommer att belysa det så kallade koronala uppvärmningsproblemet. Detta avser den kontraintuitiva verkligheten som, medan temperaturen i koronan kan stiga uppåt på några miljoner grader Fahrenheit, den underliggande solytan, fotosfären, svävar runt bara 10, 000 grader. För att till fullo förstå det märkliga med denna temperaturskillnad, tänk dig att gå bort från en lägereld och känna att luften runt dig får mycket, mycket varmare.

Solar Orbiter kommer att komma inom 26 miljoner miles från solen – det skulle placera den inom 27-yardlinjen på den metaforiska fotbollsplanen. Det kommer att vara i en mycket lutad bana som kan ge våra första direktbilder av solens poler-delar av solen som vi ännu inte förstår bra, och som kan vara nyckeln till att förstå vad som driver vår stjärnas konstanta aktivitet och utbrott.

Både Parker Solar Probe och Solar Orbiter kommer att studera solens mest genomgripande inflytande på solsystemet:solvinden. Solen andas ständigt ut en ström av magnetiserad gas som fyller det inre solsystemet, kallas solvind. Denna solvind interagerar med magnetfält, atmosfärer, eller till och med ytor av världar i hela solsystemet. På jorden, denna interaktion kan väcka auroror och ibland störa kommunikationssystem och elnät.

Data från tidigare uppdrag har fått forskare att tro att corona bidrar till processerna som påskyndar partiklar, driver solvindens otroliga hastigheter - som tredubblas när den lämnar solen och passerar genom korona. Just nu, solvinden färdas cirka 92 miljoner mil när den når rymdfarkosten som mäter den - gott om tid för denna ström av laddade gaser att blandas med andra partiklar som reser genom rymden och förlorar några av dess definierande egenskaper. Parker Solar Probe kommer att fånga solvinden precis som den bildar och lämnar korona, skicka tillbaka till jorden några av de mest orörda mätningarna av solvind som någonsin registrerats. Solar Orbiter perspektiv, som ger en bra titt på solens poler, kommer att komplettera Parker Solar Probes studie av solvinden, eftersom det gör det möjligt för forskare att se hur solvindens struktur och beteende varierar på olika breddgrader.

Solar Orbiter kommer också att använda sin unika bana för att bättre förstå solens magnetfält; några av solens mest intressanta magnetiska aktivitet är koncentrerade till polerna. Men eftersom jorden kretsar runt ett plan mer eller mindre i linje med solens ekvator, vi får vanligtvis inte bra koll på polerna på avstånd. Det är lite som att försöka se Mount Everests topp från berget.

Denna syn på polerna kommer också att gå långt mot att förstå den övergripande naturen hos solens magnetfält, som är livlig och omfattande, sträcker sig långt bortom Neptunus omloppsbana. Solens magnetfält är så långtgående till stor del på grund av solvinden:När solvinden strömmar utåt, den bär solens magnetfält med sig, skapa en stor bubbla, kallas heliosfären. Inom heliosfären, solvinden bestämmer själva naturen hos planetariska atmosfärer. Heliosfärens gränser formas av hur solen interagerar med det interstellära rymden. Sedan Voyager 1 passerade genom heliopausen 2012, vi vet att dessa gränser dramatiskt skyddar det inre solsystemet från inkommande galaktisk strålning.

Det är ännu inte klart hur exakt solens magnetfält genereras eller struktureras djupt inne i solen - även om vi vet att intensiva magnetfält runt polerna driver variabiliteten på solen, orsakar solutbrott och koronala massutkastningar. Solar Orbiter kommer att sväva över ungefär samma region i solatmosfären i flera dagar åt gången medan forskare ser spänningen byggas upp och släppa runt polerna. Dessa observationer kan leda till bättre medvetenhet om de fysiska processer som i slutändan genererar solens magnetfält.

Tillsammans, Parker Solar Probe och Solar Orbiter kommer att förfina vår kunskap om solen och heliosfären. Längs vägen, det är troligt att dessa uppdrag kommer att ställa ännu fler frågor än de besvarar – ett problem som forskare ser mycket fram emot.

"Det finns frågor som har stört oss länge, "sa Adam Szabo, missionsvetare för Parker Solar Probe vid NASA Goddard. "Vi försöker dechiffrera vad som händer nära solen, och den självklara lösningen är att bara gå dit. Vi kan inte vänta - inte bara jag, men hela samhället. "