Ett år sedan, NASA:s Parker Solar Probe flög närmare solen än någon satellit i historien, samla in en spektakulär mängd data från själva kanten av solens miljongraders korona.

Nu, att data har gjort det möjligt för solfysiker att kartlägga källan till en viktig komponent av solvinden som ständigt peppar jordens atmosfär, samtidigt som de avslöjar konstiga magnetfältsvängningar som kan accelerera dessa partiklar mot vår planet.

Dessa accelererade partiklar interagerar med jordens magnetfält, genererar det färgglada norr- och söderskenet. Men de har också potential att skada elnätet och telekommunikationsnäten på jordens yta, hotar kretsande satelliter och kanske äventyrar astronauter i rymden.

Ju mer solfysiker förstår om solens magnetiska miljö och hur den slungar solvindspartiklar mot planeterna, desto bättre kommer de att kunna förutse händelser och förhindra skador.

"Det var en stor rymdväderhändelse 1859 som blåste ut telegrafnät på jorden och en 1972 som startade sjöminor i Nordvietnam, bara från de elektriska strömmarna som genereras av solstormen, sa Stuart Bale, ett University of California, Berkeley, professor i fysik och huvudförfattare till en artikel om nya resultat från sondens FIELDS-experiment. "Vi är mycket mer av ett teknologiskt samhälle än vi var 1972, kommunikationsnäten och elnätet på jorden är utomordentligt komplexa, så stora störningar från solen är potentiellt en mycket allvarlig sak. Om vi ​​kunde förutsäga rymdväder, vi skulle kunna stänga av eller isolera delar av elnätet, eller stänga av satellitsystem som kan vara sårbara."

Journalen Natur kommer att publicera dessa fynd online den 4 december i en av fyra tidningar som beskriver alla nya fynd från sondens nära möte med solen 2018. Alla fyra artiklar kommer att dyka upp i den tryckta upplagan av tidskriften den 12 december.

Koronala hål

Ett av huvudmålen med Parker Solar Probe är att upptäcka källan till den "långsamma" solvinden och hur den accelereras i solens heta atmosfär - solkoronan på 1 miljon grader Celsius (cirka 2 miljoner grader Fahrenheit). . Solvinden består av laddade partiklar, mestadels protoner och heliumkärnor, färdas längs solens magnetfältslinjer. Den så kallade "snabba" solvinden, klockad på mellan 500 och 1, 000 kilometer per sekund, är känt för att komma från stora hål i solkoronan vid solens nord- och sydpol. Men ursprunget till den "långsamma" solvinden, som är tätare men ungefär hälften så snabbt som den "snabba" solvinden, är sämre förstådd.

Data från sondens första nära möte - sonden har sedan dess haft två andra intima möten under den närmaste inflygningen, eller perihelion, av sin bana runt solen – avslöjar en mängd ny fysik.

"De första tre mötena med solsonden som vi har haft hittills har varit spektakulära, sa Bale, huvudutredaren för FIELDS. "Vi kan se den magnetiska strukturen hos koronan, som berättar att solvinden kommer fram ur små koronala hål; vi ser impulsiv aktivitet, stora jetstrålar eller switchbacks som vi tror är relaterade till solvindens ursprung; vi ser instabilitet – själva gasen är instabil och genererar vågor på egen hand. Och vi är också förvånade över grymheten i dammmiljön i den inre heliosfären."

Under varje nära möte, sonden parkerade så länge som en vecka ovanför ett koronalt hål som strömmade solvindspartiklar längs magnetfältslinjer förbi sonden, ger instrument ombord på sonden en aldrig tidigare skådad titt på vad som hände på solytan nedanför.

Tack vare extrem ultraviolett kartläggning av solen av andra rymdfarkoster, som STEREO, Bale och hans kollegor kunde spåra vinden och magnetfälten tillbaka till en källa – koronala hål – som starkt tyder på att dessa hål är källan till den långsamma solvinden. Koronala hål, som är relaterade till solfläckar, är områden som är kallare och mindre täta än den omgivande koronan.

Det som var oväntat var en serie vändningar i magnetfältet när det strömmade förbi rymdfarkosten. Under dessa perioder, magnetfältet vände sig plötsligt 180 grader och sedan, sekunder till timmar senare, vänt tillbaka.

"Dessa switchbacks är förmodligen förknippade med någon form av plasmastrålar, " Sa Bale. "Min egen känsla är att dessa switchbacks, eller jets, är centrala för solvindsuppvärmningsproblemet."

Kometdamm

En annan överraskning var dammet som pepprade rymdfarkosten upprepade gånger under varje förbiflygning vid perihelium - den punkt i omloppsbanan där rymdfarkosten var närmast solen. Förmodligen mindre än en mikron, vilket är en tusendels millimeter, dammpartiklarna är sannolikt skräp från asteroider eller kometer som smälte nära solen och lämnade kvar sitt fångade damm. Det dammet kretsar nu runt solen, och Bale misstänker att mycket av det som träffar rymdfarkosten kastas utåt av lätt tryck och är avsedd att fly solsystemet helt.

Bale sa att att studera solvinden från jorden är som att studera källan till ett vattenfall från nära botten, där turbulensen skymmer vad som händer på toppen.

"Nu, med Parker Solar Probe, vi kommer närmare och närmare toppen av vattenfallet, och vi kan se att det finns en underliggande struktur, " sa han. "Vid källan, vad vi ser är något som är sammanhängande med impulsiva jetstrålar ovanpå den. Du har ett litet hål – ett koronalt hål – och solvinden kommer ut ur det i ett jämnt flöde. Men då, ovanpå det, det finns jetplan. När du kommer hela vägen nedströms från den på jorden, allt är bara blandat."

Bale kommer att diskutera resultaten från det första nära mötet och jämföra dem med de två efterföljande nära mötena i samtal vid det kommande mötet för American Geophysical Union i San Francisco som börjar den 8 december.

"Vi har jobbat nästan dygnet runt i ett decennium med den här saken, så att se data ... det är bara ett nöje, " sa Bale. "Det är ett stort fall av försenad tillfredsställelse, men det är fantastiska saker."