En observationsteknik som föreslogs för mer än fyra decennier sedan för att mäta de fysiska parametrarna för koronan som bestämmer solvindens bildning - källan till störningar i jordens övre atmosfär - kommer att demonstreras för första gången nästa år. Dessa parametrar är densiteten, temperatur, och elektronernas hastighet i korona.

Nat Gopalswamy och Jeff Newmark, heliofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, planerar att demonstrera BITSE-kort för den ballongburna undersökningen av temperaturer och elektroners hastighet i korona-ombord på en vetenskaplig ballong på hög höjd från Ft. Sumner, New Mexico, nästa höst.

En ny typ av Coronagraph

Det vetenskapliga instrumentet för BITSE -uppdraget, som också involverar Korea Astronomy and Space Science Institute, är en koronagraf. Dessa enheter blockerar solens ljusa yta för att avslöja dess svaga, men mycket het övre atmosfär kallas corona.

Dock, BITSE coronagraph har lagt till funktioner som kan mäta några mycket viktiga egenskaper hos solvinden, som kan färdas så snabbt som en miljon miles i timmen när den rinner av solen och bär laddade partiklar eller plasma och inbäddade magnetfält utåt över solsystemet. Även om forskare vet att solvinden har sitt ursprung i korona, de vet inte exakt hur det bildas eller accelererar.

"Denna flygning kommer att markera första gången vi har flugit en koronagraf för att upptäcka densiteten, temperatur och hastighet för elektroner i korona. Ingen coronagraph har någonsin gjort detta tidigare, "sa Gopalswamy, som använde Goddards program för intern forskning och utveckling för att främja BITSE. Enligt honom, tidigare flöga koronagrafer mätte endast elektronernas densitet i solens korona. "Vi behöver alla tre fysiska egenskaper för att förstå hur solvind bildas, " han sa.

Denna fråga är särskilt viktig för forskare. Förstå källan till solvinden, som avgör hur rymdväderframkallande koronala massutstötningar, eller CME, sprida sig mellan solen och jorden, kan hjälpa till att förbättra rymdväderprognoser, särskilt i närheten av jorden där förändringar ibland kan störa radiokommunikation eller GPS. Under särskilt starka geomagnetiska stormar, utlöst av utsläpp av massor av laddade partiklar under en CME, partiklar som utgör solvinden kan flöda längs magnetfält genom jordens skyddande magnetosfär till ytan där de kan störa nät och elektronik.

Under sin vistelse 25 mil över jordens yta, BITSE kommer att spendera upp till 10 timmar på att avbilda solens korona. Förutom ett ockulter som blockerar ljus från solens yta - ungefär som hur månen blockerar det starka ljuset under en solförmörkelse - bär BITSE två andra viktiga tekniker.

Filterhjulet blockerar alla våglängder för synligt ljus förutom de i fyra specifika band i det violetta området - 3850, 3987, 4100, och 4233 ångström. Och kameran, som fungerar som BITSE:s detektor, kan direkt samla polariserat ljus - det vill säga ljus där de elektriska och magnetiska fälten svänger i specifika riktningar. Forskare behöver det polariserade ljuset för att härleda elektronegenskaperna. Eftersom kameran kan samla polariserat ljus, BITSE kräver inte en extra mekanism för att utföra samma uppgift som mer traditionella detektorer.

Tillsammans, dessa nyttolastkomponenter gör det möjligt för laget att utföra en observationsteknik som kallas passband -förhållandeavbildning - en metod som ursprungligen föreslogs 1976. Denna teknik bestämmer elektronens temperatur och hastighet, tillsammans med den densitetsinformation som koronagrafer traditionellt samlar in.

Det fungerar så här:"Det synliga ljuset vi ser är faktiskt ljus från solens skiva som sprider sig från elektronerna i solvinden, "Newmark förklarade." Denna spridning smetar ut ljuset från disken, vilket faktiskt är massor av enskilda spektrallinjer eller våglängder. Om vi ​​väljer rätt våglängder att titta på, sedan säger mängden utstrykning temperaturen och hastigheten elektronerna måste uppvisa för att smeta ut ljuset på det sättet. "

"Vem som helst kan göra ett filterhjul anpassat till fyra individuella synliga våglängder, men vi sätter ihop denna teknik för att få vårt instrument att göra vad vi vill att det ska göra. Det är lugnt. Det är första gången vi gör det här, "Newmark tillagd.

Teamet planerar att testa det fullständiga BITSE-systemet vid vakuumtankanläggningen vid National Center for Atmospheric Research i Boulder, Colorado, under våren 2019. Dock Gopalswamy monterade polarisationskameran på ett teleskop och fick 50 bilder i alla fyra filtren under den totala solförmörkelsen som inträffade i augusti 2017.

ISS -instrument sökte

Fältkampanjen som avbildade solförmörkelsen bevisade att BITSE -kameran och filtertekniken fungerade, men ballongflyget är avgörande för att validera systemet i en nära rymdmiljö där Gopalswamy och Newmark hoppas kunna samla minst åtta timmars data, som Gopalswamy liknar att observera 150 solförmörkelser.

Dock, laget hoppas att ballonguppdraget inte kommer att bli det sista hurra för coronagrafen. "Vi vill verkligen lägga en version av detta instrument på den internationella rymdstationen, "Sa Newmark. Teamets metodiska tillvägagångssätt, från den första fältkampanjen som observerade solförmörkelsen 2017 till ballongkampen 2019, banar väg för ett långsiktigt uppdrag i jordbana med låg jord, Sa Newmark.

"Vi kan flyga instrumentet i sex månader på stationen, "Gopalswamy tillagd." Bokstavligen, vi går från minuter, till timmar, till månader att samla dessa välbehövliga solvindparametrar som kommer att matas in i våra rymdvädermodeller. "