Kraftfulla bloss, hisnande vyer över solpolerna och en nyfiken sol "igelkott" är bland de spektakulära bilder, filmer och data som Solar Orbiter returnerar från sin första närgång till solen. Även om analysen av den nya datamängden bara har börjat, är det redan klart att det ESA-ledda uppdraget ger de mest extraordinära insikterna om solens magnetiska beteende och hur detta formar rymdvädret.

Solar Orbiters närmaste närmande till solen, känd som perihelion, ägde rum den 26 mars. Rymdfarkosten befann sig i Merkurius omloppsbana, på ungefär en tredjedel av avståndet från solen till jorden, och dess värmesköld nådde runt 500°C. Men den skingrade värmen med sin innovativa teknik för att hålla rymdfarkosten säker och fungerande.

Solar Orbiter har tio vetenskapliga instrument – ​​nio leds av ESA:s medlemsstater och ett av NASA – alla arbetar tillsammans i nära samarbete för att ge oöverträffad inblick i hur vår lokala stjärna "fungerar". Vissa är fjärravkänningsinstrument som tittar på solen, medan andra är instrument på plats som övervakar förhållandena runt rymdfarkosten, vilket gör det möjligt för forskare att "förena sig med prickarna" från vad de ser hända vid solen, till vad Solar Orbiter "känner" " på sin plats i solvinden miljontals kilometer bort.

När det gäller perihelion är det klart att ju närmare rymdfarkosten kommer solen, desto finare detaljer kan fjärravkänningsinstrumentet se. Och som tur är sög rymdfarkosten också upp flera solflammor och till och med ett jordriktat koronal massutkast, vilket gav en smak av rymdväderprognoser i realtid, en strävan som blir allt viktigare på grund av hotet som rymdvädret utgör till teknik och astronauter.

Vi presenterar soligelkotten

"Bilderna är verkligen hisnande", säger David Berghmans, Royal Observatory of Belgium, och huvudutredaren (PI) för instrumentet Extreme Ultraviolet Imager (EUI), som tar högupplösta bilder av de lägre lagren av solens atmosfär, känt som solkoronan. Denna region är där det mesta av solaktiviteten som driver rymdvädret äger rum.

Uppgiften för EUI-teamet nu är att förstå vad de ser. Detta är ingen lätt uppgift eftersom Solar Orbiter avslöjar så mycket aktivitet på solen i liten skala. Efter att ha upptäckt en funktion eller en händelse som de inte omedelbart kan känna igen måste de sedan gräva igenom tidigare solobservationer från andra rymduppdrag för att se om något liknande har setts tidigare.

"Även om Solar Obiter slutade ta data i morgon skulle jag vara upptagen i flera år med att försöka reda ut allt det här", säger David Berghmans.

En särskilt iögonfallande funktion sågs under denna perihelion. Tills vidare har den fått smeknamnet "igelkotten". Den sträcker sig 25 000 kilometer över solen och har en mängd toppar av varm och kallare gas som når ut i alla riktningar.

Sammanfogar prickarna

Solar Orbiters huvudsakliga vetenskapsmål är att utforska sambandet mellan solen och heliosfären. Heliosfären är den stora "bubblan" av rymden som sträcker sig bortom planeterna i vårt solsystem. Den är fylld med elektriskt laddade partiklar, varav de flesta har drivits ut av solen för att bilda solvinden. Det är rörelsen av dessa partiklar och de tillhörande solmagnetiska fälten som skapar rymdväder.

För att kartlägga solens effekter på heliosfären måste resultaten från in-situ-instrumenten, som registrerar partiklarna och magnetfälten som sveper över rymdfarkosten, spåras tillbaka till händelser på eller nära solens synliga yta, som registreras. av fjärravkänningsinstrumenten.

Detta är ingen lätt uppgift eftersom den magnetiska miljön runt solen är mycket komplex, men ju närmare rymdfarkosten kan komma solen, desto mindre komplicerat är det att spåra partikelhändelser tillbaka till solen längs magnetfältlinjernas "motorvägar". . Den första perihelionen var ett nyckeltest av detta, och resultaten hittills ser mycket lovande ut.

Den 21 mars, några dagar före perihelium, svepte ett moln av energiska partiklar över rymdfarkosten. Det upptäcktes av energetisk partikeldetektor (EPD). Talande nog kom de mest energiska av dem först, följt av de med lägre och lägre energier.

"Detta tyder på att partiklarna inte produceras nära rymdfarkosten", säger Javier Rodríguez-Pacheco, University of Alcalá, Spanien, och EPD:s PI. Istället producerades de i solatmosfären, närmare solens yta. När de korsade rymden drog de snabbare partiklarna före de långsammare, som löpare i en spurt.

Samma dag såg experimentet med radio- och plasmavågor (RPW) dem komma, och plockade upp det starka karakteristiska svep av radiofrekvenser som produceras när accelererade partiklar – mestadels elektroner – spiralerar utåt längs solens magnetfältslinjer. RPW upptäckte sedan svängningar som kallas Langmuir-vågor. "Dessa är ett tecken på att de energiska elektronerna har anlänt till rymdfarkosten", säger Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, Frankrike och RPW PI.

Av fjärravkänningsinstrumenten såg både EUI och röntgenspektrometern/teleskopet (STIX) händelser på solen som kunde ha varit ansvariga för frigörandet av partiklarna. Även om partiklarna som strömmar ut i rymden är de som EPD och RPW upptäckte, är det viktigt att komma ihåg att andra partiklar kan färdas nedåt från händelsen och träffa de lägre nivåerna av solens atmosfär. Det är här STIX kommer in.

Medan EUI ser det ultravioletta ljuset som frigörs från platsen för utblossningen i solens atmosfär, ser STIX de röntgenstrålar som produceras när elektroner som accelereras av utblossningen interagerar med atomkärnor i de lägre nivåerna av solens atmosfär.

Exakt hur dessa observationer är kopplade är nu en fråga för teamen att undersöka. Det finns en viss indikation från sammansättningen av partiklarna som detekteras av EPD att de sannolikt accelererades av en koronal chock i en mer gradvis händelse snarare än impulsivt från en flare.

"Det kan vara så att du har flera accelerationsplatser", säger Samuel Krucker, FHNW, Schweiz och PI för STIX.

En annan twist till denna situation är att magnetometerinstrumentet (MAG) inte registrerade något väsentligt vid den tiden. Detta är dock inte ovanligt. Det initiala utbrottet av partiklar, känt som en Coronal Mass Ejection (CME), bär ett starkt magnetfält som MAG enkelt kan registrera, men energiska partiklar från händelsen färdas mycket snabbare än CME och kan snabbt fylla stora volymer av rymden, och därför upptäckas av Solar Orbiter. "Men om CME missar rymdfarkosten kommer MAG inte att se en signatur", säger Tim Horbury, Imperial College, U.K., och MAG PI.

När det gäller magnetfältet börjar allt på solens synliga yta, känd som fotosfären. Det är här det internt genererade magnetfältet bryter ut i rymden. För att veta hur detta ser ut, bär Solar Orbiter instrumentet Polarimetric och Helioseismic Imager (PHI). Detta kan se den nordliga och södra magnetiska polariteten på fotosfären, såväl som krusningen av solens yta på grund av seismiska vågor som färdas genom dess inre.

"Vi tillhandahåller magnetfältsmätningarna vid solens yta. Detta fält expanderar sedan, går in i koronan och driver i princip all gnistra och action du ser där uppe", säger Sami Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen , Tyskland, och PI för PHI.

Ett annat instrument, Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), registrerar koronans sammansättning. Dessa "överflödskartor" kan jämföras med innehållet i solvinden som ses av instrumentet Solar Wind Analyzer (SWA).

"Detta kommer att spåra utvecklingen av sammansättningen av solvinden från solen till rymdfarkosten, och det berättar för oss om de mekanismer som är ansvariga för solvindens acceleration", säger SPICE PI Frédéric Auchère, Institut d'Astrophysique Spatiale, Frankrike .

Prognoser rymdväder

Genom att kombinera data från alla instrument kommer forskarteamet att kunna berätta historien om solaktivitet från solens yta, ut till Solar Orbiter och bortom. Och den kunskapen är precis vad som kommer att bana väg för ett framtida system utformat för att förutsäga rymdväderförhållandena på jorden i realtid. I upptakten till perihelion fick Solar Orbiter till och med en smak av hur ett sådant system kan fungera.

Rymdfarkosten flög uppströms jorden. Detta unika perspektiv innebar att den övervakade förhållandena för solvinden som skulle träffa jorden flera timmar senare. Eftersom rymdfarkosten var i direkt kontakt med jorden, med dess signaler som färdades med ljusets hastighet, anlände data till marken inom några minuter, redo för analys. Som tur var upptäcktes det flera koronala massutstötningar (CME) vid denna tidpunkt, några av dem på väg direkt mot jorden.

Den 10 mars svepte en CME över rymdfarkosten. Med hjälp av data från MAG kunde teamet förutsäga när det senare skulle träffa jorden. Tillkännagivandet av dessa nyheter på sociala medier gjorde det möjligt för skywatchers att vara redo för norrskenet, som vederbörligen anlände cirka 18 timmar senare vid den förutsedda tiden.

Denna upplevelse gav Solar Orbiter en smak av hur det är att förutsäga rymdvädret på jorden i realtid. En sådan strävan blir allt viktigare på grund av det hot rymdvädret utgör för teknik och astronauter.

ESA planerar för närvarande ett uppdrag kallat ESA Vigil som kommer att placeras på ena sidan av solen och titta in i det område av rymden som leder upp till jorden. Dess uppgift kommer att vara att avbilda CME:er som reser genom denna region, särskilt de som är på väg mot vår planet. Under själva perihelionen placerades Solar Orbiter så att dess instrument Metis och SoloHI kunde tillhandahålla exakt dessa typer av bilder och data.

Metis tar bilder av koronan från 1,7–3 solradier. Genom att utplåna solens ljusa skiva ser den den svagare koronan. "Det ger samma detaljer som markbaserade observationer av total förmörkelse, men istället för några minuter kan Metis observera kontinuerligt", säger Marco Romoli, University of Florence, Italien, och PI för Metis.

SoloHI registrerar bilder gjorda av solljus spritt av elektronerna i solvinden. En speciell flamma, den 31 mars, tog sig in i X-klassen, de mest energiska solflammorna som är kända. Ännu har uppgifterna inte analyserats eftersom mycket av dem finns kvar på rymdfarkosten som väntar på att laddas ner. Nu när Solar Orbiter är längre bort från jorden har dataöverföringshastigheten minskat och forskarna måste ha tålamod – men de är mer än redo att påbörja sin analys när den väl kommer fram.

"Vi är alltid intresserade av de stora händelserna eftersom de ger de största svaren och den mest intressanta fysiken eftersom du tittar på extremerna", säger Robin Colaninno, U.S. Naval Research Laboratory, Washington DC, och SoloHI PI.

Kommer snart

Det råder ingen tvekan om att instrumentteamen nu har sitt jobb löst. Perihelionen var en stor framgång och har genererat en enorm kvalitet av extraordinära data. Och det är bara ett smakprov på vad som komma skall. Redan rymdfarkosten tävlar genom rymden för att ställa upp för nästa – och något närmare – perihelionpassage den 13 oktober på 0,29 gånger avståndet från jorden till solen. Innan dess, den 4 september, kommer den att flyga förbi Venus för tredje gången.

Solar Orbiter har redan tagit sina första bilder av solens i stort sett outforskade polarområden men mycket mer väntar fortfarande.

Den 18 februari 2025 kommer Solar Orbiter att möta Venus för fjärde gången. Detta är att öka lutningen av rymdfarkostens bana till cirka 17 grader. Den femte Venus förbiflygningen den 24 december 2026 kommer att öka detta ytterligare till 24 grader, och kommer att markera starten på uppdraget "hög latitud".

I denna fas kommer Solar Orbiter att se solens polarområden mer direkt än någonsin tidigare. Sådana synfältsobservationer är nyckeln till att reda ut den komplexa magnetiska miljön vid polerna, som i sin tur kan hålla hemligheten bakom solens 11-åriga cykel av växande och avtagande aktivitet.

"Vi är så glada över kvaliteten på data från vår första perihelion", säger Daniel Müller, ESA Project Scientist för Solar Orbiter. "Det är nästan svårt att tro att detta bara är början på uppdraget. Vi kommer verkligen att vara väldigt upptagna." + Utforska vidare

Solar Orbiter korsar linjen jord-sol när den är på väg mot solen