Nava spațială Solar Orbiter prinde o a doua cometă de coadă

Pentru o navă spațială concepută pentru a efectua studii unice ale Soarelui, Solar Orbiter își face, de asemenea, un nume explorând cometele. Timp de câteva zile centrate pe 1200-1300 UT pe 17 decembrie 2021, nava spațială s-a trezit zburând prin coada cometei C/2021 A1 Leonard.

Întâlnirea a captat informații despre particulele și câmpul magnetic prezent în coada cometei. Acest lucru va permite astronomilor să studieze modul în care cometa interacționează cu vântul solar, un vânt variabil de particule și câmp magnetic care emană de la Soare și mătură prin sistemul solar.

Traversarea fusese prezisă de Samuel Grant, un student postuniversitar la University College London, Mullard Space Science Laboratory. El a adaptat un program de calculator existent care a comparat orbitele navelor spațiale cu orbitele cometei pentru a include efectele vântului solar și capacitatea acestuia de a modela coada unei comete.

Această serie de diagrame reprezintă datele colectate de senzorul de ioni grei al analizorului de vânt solar, pe măsură ce nava spațială ESA/NASA Solar Orbiter a trecut prin coada cometei Leonard în decembrie 2021. Datele acoperă perioada 11-20 decembrie, cu primul și ultimul grafic înainte și după coadă. încrucişarea, respectiv, marcată de o absenţă a ionilor ionizaţi singular. În timpul traversării cozii, instrumentul a detectat particule care sunt atribuite cometei mai degrabă decât vântului solar, de exemplu ioni de oxigen, carbon și azot molecular și molecule de monoxid de carbon, dioxid de carbon și apă. (Ionii sunt atomi sau molecule care au fost îndepărtați de unul sau mai mulți electroni și acum poartă o sarcină electrică pozitivă netă.) Credit: ESA/Solar Orbiter/Swa echipa

„Am rulat-o cu cometa Leonard și Solar Orbiter cu câteva presupuneri despre viteza vântului solar. Și atunci am văzut că, chiar și pentru o gamă destul de largă de viteze ale vântului solar, părea că va exista o traversare”, spune el.

La momentul traversării, Solar Orbiter era relativ aproape de Pământ, trecând pe 27 noiembrie 2021, pentru o asistență la manevra gravitațională care a marcat începutul fazei științifice a misiunii și a plasat nava spațială pe drum pentru aproape de martie 2022. apropiere de Soare. Nucleul cometei se afla la 44,5 milioane de kilometri distanță, aproape de planetă Venus, dar coada sa gigantică s-a întins în spațiu până pe orbita Pământului și mai departe.

Acest grafic de date folosește datele despre viteza și direcția vântului solar de la senzorul de protoni și alfa al Analizorului de vânt solar (SWA-PAS) pentru a estima cât de aproape s-a apropiat nava spațială ESA/NASA Solar Orbiter de centrul cozii ionice a cometei C/2021 A1 Leonard în luna decembrie. 2021. Graficul înregistrează cât de aproape se crede că fiecare pachet de vânt solar detectat de SWA-PAS a ajuns de nucleul cometei în timpul călătoriei sale de la Soare la navă spațială. Axa din stânga oferă scara în unități astronomice (au), unde 1 au este distanța de la Soare la Pământ, iar aceeași distanță este afișată în kilometri pe axa dreaptă.
Modificările în viteza și direcția fluxului vântului solar sunt responsabile pentru variațiile distanței trasate. Există scurte lacune în achiziția de date pe 15 și 17 decembrie. Credit: echipa ESA/Solar Orbiter/SWA și S. Grant (UCL)

Până acum, cea mai bună detectare a cozii cometei de la Solar Orbiter a venit din suita de instrumente Solar Wind Analyzer (SWA). Senzorul său de ioni grei (HIS) a măsurat în mod clar atomi, ioni și chiar molecule care pot fi atribuite cometei mai degrabă decât vântului solar.

Ionii sunt atomi sau molecule care au fost îndepărtați de unul sau mai mulți electroni și acum poartă o sarcină electrică pozitivă netă. SWA-HIS a detectat ioni de oxigen, carbon, azot molecular și molecule de monoxid de carbon, dioxid de carbon și posibil apă. „Din cauza încărcăturii lor mici, acești ioni sunt cu toții de origine cometă”, spune Stefano Livi, cercetător principal al SWA-HIS de la Southwest Research Institute, Texas.

Un compozit de imagini ale cometei Leonard surprinse în perioada 15-16 decembrie 2021, în lumină ultravioletă de instrumentul Metis de la bordul navei spațiale ESA/NASA Solar Orbiter. Cometa a tranzitat prin câmpul vizual cu praful și cozile de ioni îndreptate spre instrument. Credit: ESA/Solar Orbiter/Metis Team

Pe măsură ce o cometă se mișcă prin spațiu, ea are tendința de a acoperi câmpul magnetic al Soarelui în jurul ei. Acest câmp magnetic este purtat de vântul solar, iar draperiile creează discontinuități în care polaritatea câmpului magnetic se schimbă brusc de la nord la sud și invers.

Datele instrumentului magnetometru (MAG) sugerează într-adevăr prezența unor astfel de structuri de câmp magnetic drapate, dar există mai multe analize de făcut pentru a fi absolut sigur. „Suntem în proces de investigare a unor perturbații magnetice la scară mai mică observate în datele noastre și de a le combina cu măsurătorile de la senzorii de particule ai Solar Orbiter pentru a înțelege posibila lor origine cometă”, spune Lorenzo Matteini, co-investigator la MAG de la Imperial College, Londra. .

Pe lângă datele despre particule, Solar Orbiter a obținut și imagini.

Metis este coronagraful cu mai multe lungimi de undă al Solar Orbiter. Poate efectua observații ultraviolete care văd emisia Lyman alfa emisă de hidrogen și poate măsura polarizarea luminii vizibile. În perioada 15 și 16 decembrie, a capturat capul îndepărtat al cometei simultan în lumină vizibilă și ultravioletă. Aceste imagini sunt acum analizate de echipa instrumentului. „Imaginile cu lumină vizibilă pot sugera viteza cu care cometa ejectează praf, în timp ce imaginile ultraviolete pot da rata producției de apă”, spune Alain Corso, co-investigator Metis la CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Padova. , Italia.

Solar Orbiter Heliospheric Imager (SoloHI) a capturat și date. Aceste imagini arată părți mari din coada ionică a cometei luate în timp ce nava spațială în sine se afla în interiorul cozii. Pe măsură ce secvența imaginii progresează, pot fi observate modificări ale cozii ca răspuns la variațiile vitezei și direcției vântului solar.

Și nu doar Solar Orbiter urmărea traversarea. ESA/NASA SOHO misiunea și navele spațiale STEREO-A și Parker Solar Probe de la NASA observau de la distanță. Aceasta înseamnă că nu numai că astronomii au acum date din interiorul cozii, ci au și imagini contextuale de la aceste alte nave spațiale (vezi imaginile de mai sus).

Sonda spațială SOHO a detectat cometa Leonard în instrumentul său Solar Wind Anisotropies (SWAN) în Lyman-alfa. SWAN nu se uită direct la Soare, ci mai degrabă cartografiază întregul cer în lumină ultravioletă și vede hidrogenul interstelar care interacționează cu vântul solar. Hărțile pot fi folosite pentru a dezvălui puncte luminoase în lumina ultravioletă care indică prezența unei comete, de exemplu, așa cum este cazul aici. Credit: SOHO (ESA & NASA); W.Boonplod

Încrucișările cozii de cometă sunt evenimente relativ rare. Dintre cele care au fost detectate, majoritatea au fost observate abia după eveniment. Misiunea ESA/NASA Ulysses a întâlnit trei cozi de ioni de cometă, inclusiv cea a C/1996 B2 Hyakutake în mai 1996 și C/2006 P1 McNaught la începutul lui 2007. Solar Orbiter însuși a traversat coada cometei în fragmentare C/2019 Y4 ATLAS în mai. și iunie 2020, la scurt timp după lansare.

În timp ce primele traversări au fost o surpriză, ambele întâlniri ale lui Solar Orbiter au fost prezise în avans datorită codului de computer dezvoltat de Geraint Jones, University College London Mullard Space Science Laboratory și extins de Samuel.

„Marele avantaj este că practic fără niciun efort din partea navei spațiale, poți să probezi o cometă la o distanță masivă. Este destul de interesant”, spune Samuel, care acum analizează datele de arhivă de la alte nave spațiale în căutarea traversărilor de cozi de comete care au trecut până acum neobservate.

Munca ajută, de asemenea, la construirea experienței pentru Misiunea ESA Comet Interceptor, pentru care Geraint este liderul echipei științifice. Misiunea va vizita o cometă încă nedescoperită, făcând un survol al țintei cu trei nave spațiale pentru a crea un profil 3D al unui obiect „nou dinamic” care conține material neprocesat care supraviețuiește din zorii Sistemului Solar.

Sonda spațială ESA/NASA Solar Orbiter a zburat prin coada cometei C/2021 A1 Leonard în decembrie 2021, colectând imagini și date in-situ ale vântului solar și ale particulelor. În același timp, SOHO (ESA/NASA), Parker Solar Probe (NASA) și STEREO-A (NASA) urmăreau și evoluția cometei din alte unghiuri. Graficul arată pozițiile relative aproximative ale planetelor, cometei și navelor spațiale pe 17 decembrie 2021 și nu este la scară. Câmpurile vizuale foarte aproximative sunt indicate pentru instrumentele selectate: SoloHI pe Solar Orbiter și SECCHI pe STEREO-A. Credit: G. Jones & S. Grant (UCL)

Între timp, echipele de instrumente de pe Solar Orbiter sunt ocupate să analizeze datele cometei Leonard nu numai pentru ceea ce le poate spune despre cometă, ci și despre vântul solar.

„Acest tip de știință suplimentară este întotdeauna o parte interesantă a unei misiuni spațiale”, spune Daniel Müller, om de știință al proiectului ESA pentru Solar Orbiter. „Când a fost prezisă traversarea cometei ATLAS, încă mai calibram nava spațială și instrumentele sale. De asemenea, cometa sa fragmentat chiar înainte să ajungem noi acolo. Dar cu cometa Leonard eram complet pregătiți – iar cometa nu s-a prăbușit.”

Orbiter solar. Credit: ESA/ATG medialab

În martie, Solar Orbiter face cea mai apropiată trecere de Soare până acum la o distanță de 0,32 au (aproximativ o treime din distanța Pământ-Soare, sau aproximativ 50 de milioane de kilometri). Este una dintre cele aproape 20 de treceri apropiate de Soare care vor avea loc în următorul deceniu. Acestea vor avea ca rezultat imagini și date fără precedent, nu numai de aproape, ci și din regiunile polare ale Soarelui nemaivăzute până acum.

„Sunt atât de multe de așteptat cu Solar Orbiter, că abia am început”, spune Daniel.