De sonde heeft een onzichtbare grens overschreden die al tientallen jaren wordt voorspeld maar nooit is waargenomen
NASA’s Parker Solar Probe (rechtsboven in deze afbeelding) is gezonken onder de cruciale laag die de atmosfeer van de zon scheidt van de rest van de ruimte. De zonneatmosfeer, of corona, wordt hier afgebeeld als een golvend rood raster.
Voor het eerst heeft een ruimtevaartuig contact gemaakt met de zon. Tijdens een recente flyby ging NASA’s Parker Solar Probe de atmosfeer van de zon binnen.
“Eindelijk zijn we er”, zei Nicola Fox, directeur van de Heliophysics Science Division van NASA in Washington, DC, op 14 december tijdens een persconferentie tijdens de herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union. “De mensheid heeft de zon aangeraakt.”
Parker verliet de interplanetaire ruimte en stak op 28 april 2021 het zonnegebied over tijdens een van zijn nauwe ontmoetingen met de zon. Terwijl hij daar was, nam de sonde de eerste metingen van precies waar deze grens, het kritische oppervlak van Alfvén genoemd, ligt. Het was over 13 miljoen kilometer boven het oppervlak van de zon, meldden natuurkundigen tijdens de bijeenkomst, die online en in New Orleans werd gehouden, en in Fysieke beoordelingsbrieven op 14 dec.
“We wisten dat het kritische oppervlak van Alfvén moest bestaan”, zei zonnefysicus Justin Kasper van de Universiteit van Michigan in Ann Arbor tijdens de persconferentie. “We wisten gewoon niet waar het was.”
Het vinden van deze cruciale laag was een van de belangrijkste doelen van Parker toen het in 2018 werd gelanceerd (SN: 7/5/18). Het kritische oppervlak van Alfvén is belangrijk omdat het aangeeft waar pakketjes plasma zich kunnen scheiden van de zon en deel gaan uitmaken van de zonnewind, de snelle stroom van geladen deeltjes die constant uit de zon komt (SN: 18/8/17). De zonnewind en andere, meer dramatische vormen van ruimteweer kunnen grote schade aanrichten aan de satellieten van de aarde en zelfs aan het leven (SN: 26-2-21). Wetenschappers willen precies bepalen hoe de wind begint om beter te begrijpen hoe deze de aarde kan beïnvloeden.
Het kritieke oppervlak van Alfvén kan ook de sleutel zijn tot een van de grootste zonnemysteries: waarom de corona van de zon, zijn piekerige buitenste atmosfeer, zo veel heter is dan het oppervlak van de zon (SN: 20-8-17). Bij de meeste warmtebronnen daalt de temperatuur naarmate je verder weg gaat. Maar de corona van de zon sist bij meer dan een miljoen graden Celsius, terwijl het oppervlak slechts een paar duizend graden is.
In 1942 stelde natuurkundige Hannes Alfvén een oplossing voor het mysterie voor: een type magnetische golf zou energie van het zonneoppervlak kunnen transporteren en de corona kunnen opwarmen. Het duurde tot 2009 om dergelijke golven direct waar te nemen, in de onderste corona, maar ze droegen daar niet genoeg energie om alle hitte te verklaren (SN: 19-3-09). Zonnefysici hebben vermoed dat wat er gebeurt als die golven hoger klimmen en het kritieke oppervlak van Alfvén ontmoeten, een rol zou kunnen spelen bij het opwarmen van de corona. Maar tot nu toe wisten wetenschappers niet waar deze grens begon.
Met de grens geïdentificeerd, “zullen we nu direct kunnen zien hoe coronale verwarming plaatsvindt”, zei Kasper.
Toen Parker de onzichtbare grens overschreed, registreerden zijn instrumenten een duidelijke toename in de sterkte van het lokale magnetische veld en een afname in de dichtheid van geladen materiaal. In de zonnewind gutsen golven van geladen deeltjes weg van de zon. Maar onder het kritische oppervlak van Alfvén buigen sommige van die golven terug naar het oppervlak van de zon.
Verrassend genoeg toonden de metingen van Parker aan dat het kritische oppervlak van Alfvén gerimpeld is. “Dat was een van de grote openstaande vragen”, zegt zonnefysicus Craig DeForest van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, die lid is van het Parker-sondeteam maar geen deel uitmaakte van deze meting.
“Er was enige discussie in de gemeenschap over de vraag of het oppervlak van Alfvén überhaupt als een oppervlak zou bestaan”, zegt hij. Tientallen jaren geleden stelden wetenschappers zich de grens voor als een gladde bol die de zon omgeeft als een sneeuwbol. Meer recentelijk dachten sommigen dat het zo rafelig zou zijn dat het niet duidelijk zou zijn wanneer het ruimtevaartuig het zou passeren.
Geen van beide afbeeldingen bleek te kloppen. Het oppervlak is zo glad dat het moment van oversteken merkbaar was, zei Kasper. Maar tijdens de dichte nadering van het ruimtevaartuig tot de zon in april, ging het drie keer de grens in en uit. De eerste duik duurde ongeveer vijf uur, de laatste slechts een half uur.
“Het oppervlak heeft duidelijk enige structuur en kromming”, zei Kasper.
Die structuur kan alles beïnvloeden, van de manier waarop zonne-uitbarstingen de zon verlaten tot de manier waarop de zonnewind met zichzelf interageert verder van de zon af, zegt DeForest. “Dat heeft gevolgen die we nog niet kennen, maar die waarschijnlijk ingrijpend zijn”, zegt hij. “Dit is heel spannend. Het is terra incognita.”
Parker draait nog steeds om de zon en is van plan om de komende jaren nog een aantal dichte naderingen te maken, om uiteindelijk binnen 6 miljoen kilometer van het zonneoppervlak te komen. Dat zou Parker keer op keer in de zonnecorona moeten brengen, zei zonnefysicus Nour Raouafi van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, in de persconferentie. Het ruimtevaartuig heeft mogelijk in augustus nog een reis langs het kritieke oppervlak van Alfvén gemaakt en krijgt in januari een nieuwe kans.
“De verwachting is dat naarmate we dichter en dichter bij de zon vliegen, we deze grens zullen blijven overschrijden,” zei Raouafi. Maar de grens ligt misschien niet elke keer op dezelfde plaats. Naarmate de activiteit van de zon verandert, zal het niveau van het kritische oppervlak van Alfvén naar verwachting stijgen en dalen alsof de corona in- en uitademt, zei hij.
Dat is nog iets dat wetenschappers voor het eerst hopen waar te nemen.
