Zonne-orbiter ruimtevaartuig pikt een tweede komeet op uit de staart

Voor een ruimtevaartuig dat is ontworpen om unieke studies van de zon uit te voeren, maakt de Solar Orbiter naam als een komeetverkenning. Gedurende meerdere dagen, gecentreerd op 1200-1300 UT op 17 december 2021, vloog het ruimtevaartuig door de staart van komeet C/2021 A1 Leonard.

De ontmoeting legde informatie vast over de deeltjes en het magnetische veld in de staart van de komeet. Hierdoor kunnen astronomen de manier bestuderen waarop een komeet interageert met de zonnewind, een verschuivende wind van deeltjes en een magnetisch veld dat van de zon komt en zich over het zonnestelsel uitstrekt.

Deze oversteek werd voorspeld door Samuel Grant, een afgestudeerde student in het Mullard Space Science Laboratory aan het University College London. Hij paste een bestaand computerprogramma aan dat de banen van ruimtevaartuigen vergelijkt met die van een komeet om de effecten van de zonnewind en zijn vermogen om de staart van een komeet te vormen, erin op te nemen.

Deze plotreeks vertegenwoordigt gegevens die zijn verzameld door de Solar Wind Analyzer Heavy Ion Sensor toen het ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtevaartuig in december 2021 door de staart van komeet Leonard ging. De gegevens beslaan 11-20 december, met de eerste en laatste plot voor en na de staartdoorgang, op Respectievelijk wordt gekenmerkt door de afwezigheid van enkelvoudige geïoniseerde ionen. Terwijl het de staart kruiste, detecteerde het instrument deeltjes die werden toegeschreven aan de komeet in plaats van de zonnewind, bijvoorbeeld ionen van zuurstof, koolstof, moleculaire stikstof en moleculen van koolmonoxide, kooldioxide en water. (Ionen zijn atomen of moleculen die zijn ontdaan van een of meer elektronen en nu een netto positieve elektrische lading dragen.) Credit: ESA / Solar Orbiter / SWA-team

“Ik heb het uitgevoerd met komeet Leonard en Solar Orbiter met wat schattingen van de zonnewindsnelheid. Toen zag ik dat zelfs voor een zeer groot bereik van zonnewindsnelheden, het leek alsof er een crossover zou zijn”, zegt hij.

Op het moment van de doorvoer was de zonne-orbiter relatief dicht bij de aarde nadat hij op 27 november 2021 was gepasseerd voor de door de zwaartekracht ondersteunde manoeuvre die het begin markeerde van de wetenschappelijke fase van de missie, en het ruimtevaartuig op koers zette voor zijn nadering in Maart 2022 om de zon te naderen. De kern van de komeet bevond zich 44,5 miljoen km in de buurt van de planeet Venusmaar zijn gigantische staart strekte zich uit door de ruimte naar de baan van de aarde en verder.

Deze dataplot gebruikt de gegevens van de zonnewindsnelheid en -richting van de gegevens van de Solar Wind Analyzer (SWA-PAS) Alpha Sensor (SWA-PAS) om te schatten hoe dicht het ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtevaartuig het centrum van komeet C zal naderen. /2021 A1 Leonard’s ionenstaart in december 2021. De grafiek laat zien hoe dichtbij elke door SWA-PAS gedetecteerde bundel zonnewind de kern van de komeet heeft bereikt tijdens zijn reis van de zon naar het ruimtevaartuig. De linkeras geeft de schaal weer in astronomische eenheden (au), waarbij 1 au de afstand van de zon tot de aarde is, en dezelfde afstand in kilometers op de rechteras.
Veranderingen in de snelheid en richting van de zonnewindstroom zijn verantwoordelijk voor veranderingen in de uitgezette afstand. Er zijn korte data-acquisitielacunes op 15 en 17 december. Krediet: ESA/Solar Orbiter/SWA-team & S. Grant (UCL)

Tot dusverre is de beste detectie van de staart van een komeet van de Solar Orbiter afkomstig van het instrumentencluster van de Solar Wind Analyzer (SWA). De Heavy Ion Sensor (HIS) heeft atomen, ionen en zelfs moleculen gemeten die worden toegeschreven aan de komeet in plaats van aan de zonnewind.

Ionen zijn atomen of moleculen die zijn ontdaan van een of meer elektronen en nu een netto positieve elektrische lading dragen. SWA-HIS detecteerde ionen van zuurstof, koolstof, moleculaire stikstof, koolmonoxide, kooldioxide en mogelijk watermoleculen. “Vanwege hun kleine lading zijn deze ionen duidelijk van komeetoorsprong”, zegt Stefano Levi, senior onderzoeker van SWA-HIS van het Southwest Research Institute, Texas.

Samengestelde beelden van komeet Leonard van 15-16 december 2021, vastgelegd in ultraviolet licht door het Metis-instrument aan boord van het ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtevaartuig. De komeet doorkruiste het gezichtsveld met zijn ionische staart en stof naar het instrument gericht. Krediet: ESA/Solar Orbiter/Metis Team

Als een komeet door de ruimte beweegt, heeft hij de neiging om het magnetische veld van de zon eromheen te wikkelen. Dit magnetische veld wordt gedragen door de zonnewind en de wikkeling veroorzaakt discontinuïteiten omdat de polariteit van het magnetische veld sterk verandert van noord naar zuid en vice versa.

De gegevens van het magnetometerinstrument (MAG) geven al opgerolde magnetische veldstructuren aan, maar er moet meer worden geanalyseerd om absoluut zeker te zijn. “We zijn bezig met het onderzoeken van enkele van de kleinere magnetische verstoringen die in onze gegevens voorkomen en combineren deze met metingen van de deeltjessensoren van de Solar Orbiter om hun mogelijke kometenoorsprong te begrijpen”, zegt Lorenzo Matini, MAG Research Associate van Imperial College London. .

Naast de deeltjesgegevens heeft de Solar Orbiter ook foto’s gemaakt.

Metis is een coronale wervel van meerdere golflengten in de baan van de zon. Hij kan ultraviolette waarnemingen doen die de alfa-emissie van Lyman uit waterstof zien, en hij kan de polarisatie van zichtbaar licht meten. Tijdens 15 en 16 december ving het de kop van een verre komeet tegelijkertijd in zowel zichtbaar als ultraviolet licht. Deze beelden worden nu geanalyseerd door het apparaatteam. “Afbeeldingen van zichtbaar licht kunnen de snelheid aangeven waarmee een komeet stof uitspuwt, terwijl ultraviolette afbeeldingen de snelheid kunnen geven waarmee water wordt geproduceerd”, zegt Alain Corso, mede-onderzoeker van Metis bij CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Padua. , Italië.

De gegevens zijn ook vastgelegd door de Solar Orbital Heliosphere Imager (SoloHI). Deze afbeeldingen tonen grote delen van de ionische staart van de komeet, genomen terwijl het ruimtevaartuig zelf in de staart zat. Naarmate de beeldreeks vordert, kunnen veranderingen in de staart worden gezien als reactie op veranderingen in de snelheid en richting van de zonnewind.

En het was niet alleen de Solar Orbiter die de oversteek bewaakte. Europees Ruimteagentschap / NASA SOHO De missie en NASA’s STEREO-A-ruimtevaartuig en Parker Solar Probe keken van een afstand toe. Dit betekent dat astronomen nu niet alleen gegevens van binnenuit de staart hebben, maar ook contextuele beelden van deze andere ruimtevaartuigen (zie afbeeldingen hierboven).

Het SOHO-ruimtevaartuig ontdekte komeet Leonard in het Lyman Alpha Solar Wind Variation (SWAN) -instrument. SWAN kijkt niet rechtstreeks naar de zon, maar schildert de hele lucht in ultraviolet licht en ziet interstellaire waterstof in wisselwerking met de zonnewind. De kaarten kunnen worden gebruikt om heldere plekken in ultraviolet licht te detecteren die wijzen op de aanwezigheid van bijvoorbeeld een komeet, zoals hier het geval is. Krediet: SOHO (European Space Agency en NASA); W Bonbloed

Oversteken van kometenstaarten zijn relatief zeldzame gebeurtenissen. Van degenen die werden ontdekt, werden de meeste pas na het evenement opgemerkt. De Ulysses-missie van ESA/NASA kwam drie komeet-ionenstaarten tegen, waaronder C/1996 B2 Hyakutake in mei 1996 en C/2006 P1 McNaught begin 2007. Dezelfde zonne-orbiter kruiste ook de gesegmenteerde komeetstaart C/2019 Y4. ATLAS in mei en Juni 2020, kort na de lancering.

Hoewel de vroege overtochten een verrassing waren, werden de twee ontmoetingen met Solar Orbiter van tevoren voorspeld dankzij computercode ontwikkeld door Geriant Jones, University College London Mullard’s Space Science Laboratory, en uitgebreid door Samuel.

“Het grote voordeel is dat je in principe zonder inspanning van het ruimtevaartuig een komeet op grote afstand kunt bemonsteren. Dat is heel spannend”, zegt Samuel, die nu bezig is met het archiveren van gegevens van andere ruimtevaartuigen die op zoek zijn naar komeetstaartovergangen dat nog niet. Niemand merkt het nog.

Het werk helpt ook om ervaring op te bouwen voor De Comet Interceptor-missie van de European Space Agency, waarvan Gerant de wetenschappelijke teamleider is. De missie zal een nog te ontdekken komeet bezoeken, waarbij een doel van drie ruimtevaartuigen wordt overgevlogen om een ​​3D-profiel te creëren van een “dynamisch nieuw” object met onbewerkt materiaal dat bewaard is gebleven sinds het begin van het zonnestelsel.

Het ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtevaartuig vloog in december 2021 door de staart van komeet C/2021 A1 Leonard en verzamelde ter plaatse beelden, wind- en zonnedeeltjes. Tegelijkertijd hebben SOHO (ESA/NASA), Parker Solar Probe (NASA) en STEREO-A (NASA) de evolutie van de komeet ook vanuit andere hoeken geobserveerd. De afbeelding toont bij benadering de relatieve posities van de planeten, kometen en ruimtevaartuigen op 17 december 2021, geen schaal. Voor de geselecteerde apparaten worden zeer benaderende gezichtsvelden aangegeven: SoloHI op de Solar Orbiter en SECCHI op de STEREO-A. Krediet: G. Jones & S. Grant (UCL)

Ondertussen zijn instrumentteams op de Solar Orbiter bezig met het analyseren van de gegevens van komeet Leonard om niet alleen te zien wat het hen kan vertellen over de komeet, maar ook over de zonnewind.

“Dit soort extra wetenschap is altijd een spannend onderdeel van een ruimtemissie”, zegt Daniel Muller, ESA’s zonnemodule-projectwetenschapper. “Toen de doorgang van komeet Atlas werd voorspeld, waren we het ruimtevaartuig en zijn instrumenten nog aan het kalibreren. Bovendien viel de komeet uiteen voordat we daar aankwamen. Maar met komeet Leonard waren we zo goed als klaar – en de komeet stortte niet in.”

baan om de zon. Krediet: ESA/ATG medialab

In maart maakt de Solar Orbiter zijn dichtstbijzijnde pad naar de zon, maar op een afstand van 0,32 AU (ongeveer een derde van de afstand tussen de aarde en de zon, of ongeveer 50 miljoen km). Het is een van de ongeveer 20 passages dicht bij de zon die de komende tien jaar zullen plaatsvinden. Dit zal resulteren in ongekende beelden en gegevens, niet alleen van dichtbij, maar ook van de nooit eerder vertoonde poolgebieden van de zon.

“Er is zoveel om naar uit te kijken met de Solar Orbiter, we zijn nog maar net begonnen”, zegt Daniel.