2 ruimtevaartuigen vingen de golven die mogelijk de zonnewind opwarmen en versnellen

Een gelukkige uitlijning van twee zonnebestuderende ruimtevaartuigen heeft mogelijk eindelijk een decennia-oud zonne-mysterie opgelost.

Gegevens van de Parker Solar Probe van NASA en de Solar Orbiter van de Europese Ruimtevaartorganisatie suggereren dat plasma golven, bekend als Alfvén golven, energie in de zonnewind injecteren terwijl deze de buitenste atmosfeer van de zon verlaat, mogelijk verklarend waarom de zonnewind zo veel heter en sneller is dan heliofysici verwachten, melden onderzoekers op 29 augustus in Science.

De bevindingen geven "een zeer sterke indicatie dat Alfvén golven de zonnewind kunnen verwarmen en versnellen," zegt Jean Perez, een plasmafysicus aan het Florida Institute of Technology in Melbourne die niet betrokken was bij de studie.

Sinds het begin van het ruimtevaarttijdperk, toen robotische sondes voor het eerst de atmosfeer verlieten, weten wetenschappers dat de zonnewind - een stroom geladen deeltjes die vrijkomen uit de atmosfeer van de zon - versnelt wanneer het de ruimte in wordt geblazen (SN: 8/18/17). Theoretische berekeningen geven ook aan dat de temperatuur van de zonnewind zou moeten dalen naarmate deze zich in de ruimte uitbreidt. Deze daling vindt inderdaad plaats, maar metingen tonen aan dat dit langzamer gebeurt dan voorspeld.

Waarnemingen vanaf de aarde hebben eerder Alfvén golven waargenomen nabij de zon. Dergelijke golven zijn trillingen in de magnetische velden van de plasma die uit de zon tevoorschijn komen. Soms zijn ze zo groot dat ze terugkeren op zichzelf in wat "switchbacks" zijn genoemd (SN 1/15/21). De waargenomen Alfvén golven hadden precies de juiste hoeveelheid energie om de twee langdurige vraagstukken over de snelheid en temperatuur van de zonnewind te verklaren, maar direct bewijs ontbrak nog.

Treedt Parker Solar Probe en Solar Orbiter op. Eind februari 2022 reisde Parker door een regio op ongeveer een vijfde van de afstand tussen de zon en Mercurius, precies waar deze switchbacking Alfvén golven fladderen. Bij toeval vloog Solar Orbiter een beetje minder dan twee dagen later door dezelfde plasmastroom op ongeveer de baan van Venus.

"Je hebt deze twee ruimtevaartuigen die dezelfde zonnewind onderscheppen, waardoor we de energie van deze golven kunnen kwantificeren," zegt Yeimy Rivera, een heliofysicus aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass.

Parker mat dat de plasmastroom voorbij schoot met ongeveer 1,4 miljoen kilometer per uur, terwijl Solar Orbiter ontdekte dat het met 1,8 miljoen km/u voorbij schoot. Het plasma bij Solar Orbiter was ook een brandende 200.000 graden Celsius, drie keer heter dan het zou moeten zijn op basis van theoretische benaderingen. De Alfvén golven waren in de tussentijd opgelost. Deze dissipatie zou precies de juiste hoeveelheid energie in de zonnewind hebben geïnjecteerd om de verhoogde snelheid en temperatuur gemeten door Solar Orbiter te verklaren, berekenen Rivera en haar collega's.

Het effect lijkt op het flapperen van je hand in een windtunnel, golven producerend waarvan de energie vervolgens vermengt met de omringende lucht, zegt heliofysicus Sam Badman, ook van het Center for Astrophysics.

Maar niet iedereen is volledig overtuigd dat dit mysterie is opgelost. Het is mogelijk dat het team geen rekening heeft gehouden met de complexiteit van de zonnewind, wat betekent dat de twee sondes mogelijk niet dezelfde plasmastroom hebben onderschept, zeggen sommige wetenschappers.

Rivera en Badman zijn het er over eens dat dergelijke metingen moeilijk zijn maar ze voelen dat ze meerdere controles hebben uitgevoerd, zoals het vinden van exact dezelfde hoeveelheid helium in de stromen waar de ruimtevaartuigen doorheen vlogen, om hun waarnemingen te verifiëren. In de toekomst hopen de onderzoekers hun bevindingen verder te bevestigen door de gedetailleerde fysica achter de energieoverdracht tussen de Alfvén golven en de zonnewind te onderzoeken.