Se eller gense den »smukke« opsendelse: NASA er på vej til at 'røre Solen'
ANALYSE: NASA har et motto for Parker-rumsonden, som skal sendes mod Solen: Det bliver den første rumsonde 'to touch the Sun'. Men det er bestemt ikke let at komme så tæt på Solen, at man bogstavelig talt kan røre ved den.
Parker Solar Probe NASA rumsonde Solen

Sådan forestiller man sig, at det vil se ud, når Parker er på vej mod Solen. (Illustration: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Opdatering 12. august kl. 9.45: Efter NASA aflyste lørdagens opsendelse på grund af et teknisk problem, gik det anderledes glat søndag morgen, hvor Parker-rumsonden blev opsendt helt efter planen. Rumsonden er nu på sin lange, varme vej mod Solen.

Ordet »smuk« går igen, når NASA-medarbejdere beskriver opsendelsen - se eller gense den her:

 

 

Læs meget mere om missionen i den originale artikel herunder:

Når Parker-rumsonden sendes af sted mod Solen 11. august (pga.  tekniske problemer fandt opsendelse først sted 12. august, red.), begynder en rejse, som rummer en af de største udfordringer, rumfarten nogensinde har stået overfor. For Parker skal så tæt på Solen, at temperaturen på det varmeskjold, der beskytter sonden, kommer op på næsten 1.400 grader.

Når Parker mod slutningen af sin mission er nærmest Solen, er afstanden til Solen bare seks millioner kilometer. Det er ikke meget sammenlignet med Jordens afstand på 150 millioner kilometer.

Set fra Parker vil Solen derfor fylde meget på himlen – den vil være 25 gange større end set her fra Jorden. Fra denne afstand er det let at se både de skyer af glødende gas, der hele tiden udslynges fra Solen, og solpletter, der er mørke områder, som ofte er større end Jorden.

Selv en meget stærkt bygget rumsonde som Parker har svært ved at klare strålingen og de høje temperaturer så tæt på Solen, så den skynder sig at svinge rundt om Solen med en fart på over 700.000 kilometer i timen, så den hurtigt kan komme bort fra Solen igen.

Rumsonden vil således bevæge sig i en aflang bane, hvor den kun er tæt på Solen i nogle få timer, og derefter har den dage og uger til igen at køle af inden det næste sving rundt om Solen.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Blæsten fra Solen

Det er naturligvis et stort og dyrt projekt at sende en rumsonde som Parker til Solen. Alligevel er der tale om ren grundforskning, simpelthen fordi vi ikke kan forstå Solsystemet uden at forstå Solen.

Vi får billeder fra Parker, men de vigtigste målinger drejer sig om Solens magnetfelt og den såkaldte solvind.

Solvinden er en konstant strøm af partikler, som blæses ud fra Solen med en fart på 400-800 kilometer i sekundet – og selv om det tager tid, så når solvinden helt ud på den anden side af Plutos bane.

Vi mærker normalt ikke meget til solvinden, fordi vi er beskyttet af Jordens magnetfelt og vor atmosfære.

Men på kloder uden atmosfære som Merkur og Månen kan solvinden erodere klipper på overfladen, og man mener, at solvinden er årsagen til, at Mars har tabt meget af sin atmosfære.

Det er derfor vigtigt at forstå, hvordan solvinden opstår, og det er hovedopgaven for Parker.

To sider af solvinden

En af solvindens vigtigste egenskaber er, at den så at sige tager Solens magnetfelt med sig.

Det betyder, at Solens magnetfelt strækker sig over det meste af Solsystemet, og at Solen dermed kommer til at beskytte os mod den kosmiske stråling, der kommer fra Mælkevejen.

Vi er så heldige, at vi desuden har en ekstra beskyttelse fra Jordens eget magnetfelt – en beskyttelse, som både Mars og Venus mangler, fordi de ikke har egne magnetfelter. Den kosmiske stråling er farlig, og det er vigtigt at være godt beskyttet.

Den normale solvind er en god ting, som normalt ikke volder problemer. Men en gang i mellem er der voldsomme udbrud på Solen, som fører til, at der sendes enorme gasskyer ud i rummet. Trods Jordens ret stærke magnetfelt, så går det ikke stille for sig, når vi bliver ramt af en af disse såkaldte Coronal Mass Ejections.

solvind Solen rumsonden Stereo

Billede af Solen, taget af rumsonden Stereo. (Foto: NASA

Lande kan mørklægges

Vi får enormt flotte polarlys, men det er nu det mindst vigtige. Der kommer en magnetisk storm, som kan skabe overspændinger i højspændingsledninger, med det resultat, at hele byer og landområder mørkelægges. Satellitter kan få så meget ekstra stråling, at deres elektronik tager skade – og det vil øjeblikkeligt kunne mærkes hernede på Jorden.

Faktisk kan hele det moderne samfund blive lammet af et stort soludbrud. Man taler stadig om Carrington-hændelsen fra 1859, som er det hidtil voldsommeste udbrud, man har observeret. Var det sket i dag, og ikke i dampskibenes tid, så var hele den industrialiserede verden blevet lagt ned.

I virkeligheden er det lige så vigtigt at kunne forstå og forudse den slags begivenheder, som det er at kunne forudsige det mere almindelige vejr – og det et netop en af Parkers opgaver.

Millioner af kilometer korona

Vi ved, at solvinden kommer fra Solens ydre atmosfære, den såkaldte korona. Her fra Jorden kan vi kun se koronaen ved en total solformørkelse, hvor den viser sig som et sløret hvidt lys omkring den formørkede Sol.

Koronaen strækker sig millioner af kilometer ud i rummet, men den består af uhyre fortyndede gasser, så derfor kan den ikke selv udsende så meget stråling. Det betyder, at lyset fra koronaen normalt helt drukner i lyset fra Solen.

De første målinger af koronaen viste spektrallinjer, man slet ikke kendte her fra Jorden. Vi skal helt frem til 1930'erne, før man blev klar over, at en klar grøn linje kom fra Jern, som havde mistet 13 af sine normalt 26 elektroner.

At tabe så mange elektroner kræver en meget høj temperatur, og da blev man klar over, at i hvert fald dele af koronaen havde en temperatur på over to millioner grader.

Hvordan temperaturen kan komme så højt op, er stadig et delvist uløst problem. Det eneste, der er sikkert, er, at det er processer i koronaen, der skaber solvinden. Det er disse processer, som Parker skal undersøge.

Solen korona NASA parker rumsonde

Solens korona – den yderste atmosfære – kan kun ses her fra Jorden under en total solformørkelse. Parker skal flyve gennem denne yderste og meget, meget tynde atmosfære. (Foto: NASA)

Den magnetiske sol

Solen består af brint og helium, men på grund af de høje temperaturer er gasserne ioniserede. En ioniseret gas kaldes et plasma, og den kendsgerning, at Solen består af plasma, er nøglen til at forstå, hvad der foregår på Solen.

Da plasma består af elektrisk ladede partikler, kan det både skabe et magnetisk felt og selv blive påvirket af magnetfelter. Det betyder, at magnetfelter spiller en helt central rolle på Solen.

Således er solpletter magnetiske områder på Solen, hvor et lokalt stærkt magnetfelt har påvirket plasmaet, således at den normale konvektion, hvor varme gasser stiger til vejrs, bliver bremset. Det betyder, at en solplet er et par tusinde grader koldere end omgivelserne, og derfor ses som en mørk plet.

Den magnetiske Sol. (Video: NASA's Goddard Space Flight Center/Duberstein)

Plasmaet skaber Solens magnetiske felt, men samtidig følger magnetfeltet plasmaet, når det bevæger sig rundt på Solen.

Da plasmaet og magnetfeltet følges ad, kan områder med forskellige magnetfelter komme i kontakt med hinanden. Det kan føre til det fænomen, som kaldes magnetisk rekombination. Den enorme energi, som er lagret i magnetfelterne, frigøres og omdannes på sekunder til varme og kinetisk energi for elektroner, protoner og heliumkerner.

Magnetisk rekombination er energikilden for mange soludbrud, hvor enorme gasmasser slynges titusinder af kilometer ud i rummet.

Det er muligt, at magnetisk rekombination også er en del af forklaringen på koronaens høje temperatur på flere millioner grader, og dermed også forklaringen på solvinden. Det er nemlig i koronaen, at partiklerne i solvinden accelereres op til hastigheder på flere hundrede kilometer i sekundet.

Solen ifølge Parker

Parkers hovedopgave er således at undersøge den magnetiske sol, og hvordan samspillet mellem magnetfelt og plasma kan skabe solvinden.

Derfor har man valgt fire instrumenter, der kan løse opgaverne:

  • Måling af Solens elektriske og magnetiske felter.
  • Kamera til fotografering af koronaen.
  • Måling af bevægelsen af elektroner, protoner og helium-ioner i den nedre del af Solens atmosfære.
  • Måling af bevægelsen af elektroner, protoner og helium-ioner, når de forlader koronaen og dermed bliver en del af solvinden.

Det bliver meget interessant at sammenligne de to sæt målinger af partikler, under og over koronaen. Måske kan vi her lære noget om, hvordan partiklerne accelereres op i koronaen.

Vi vender et kort øjeblik tilbage til mottoet for Parker – 'To Touch The Sun'. Det kommer rumsonden faktisk til. På sine sidste baner rundt om Solen kommer Parker inden for en afstand af bare seks millioner kilometer fra Solen. Det er blot fire procent af Jordens afstand til Solen, og dermed kommer Parker ind i de øvre dele af selve koronaen.

Dog er gasserne her så tynde, at de ikke på nogen måde generer Parker, når den farer gennem koronaen med 700.000 kilometer i timen. Det er det, NASA mener med, at 'Parker kommer til at røre Solen'.

Parker og kogekedlen

Det har dog sin pris at komme så tæt på Solen. Her er sollyset mere end 625 gange stærkere end på Jorden, og det betyder, at hver kvadratmeter på sonden får tilført en effekt over 850 kW. Så det er ikke så mærkeligt, at varmeskjoldet når op på en temperatur omkring 1.400 grader.

For at give et indtryk af, hvilke energier vi taler om, sammenligner vi med en elkedel med en effekt på 2 kW. Den vil være godt tre minutter om at koge en liter vand.

Hvis vi forhøjer effekten til 850 kW, så vil vandet blive bragt i kog på under et halvt sekund, og kedlen vil være kogt fuldstændigt tør på under tre sekunder.

Rejsen til Solen

Mærkeligt nok er den høje temperatur kun den ene af de to store udfordringer ved at flyve helt ind til Solen. Den anden og lige så store udfordring er at bremse rumsonden ned.

Når Parker opsendes fra Jorden, så arver den Jordens banehastighed på 108.000 kilometer i timen rundt om Solen. Den hastighed skal vi være glade for, for det er den, der holder Jorden i bane om Solen, så den ikke bare falder ind mod Solen.

For at komme tæt på Solen skal sonden tabe det meste af de 108.000 kilometer i timen, som er arvet fra Jorden – først da kan det store fald ind mod Solen begynde.

Det er udelukket at bremse med raketter, for så meget brændstof kan slet ikke medføres.

Parker Solar Probe NASA Solen rumsonde

Parkers lange vej mod Solen. (Illustration: NASA)

Syv gange om Venus

I stedet flyver Parker forbi Venus, ikke en men hele syv gange. Hver gang afbøjer Venus banen for Parker på en måde, så den taber fart i forhold til Solen.

Gradvist indsnævres banen, og det betyder, at Parker kommer stadig dybere ind i Solens umådeligt stærke tyngdefelt.

Selv om det har været nødvendigt at bremse rumsonden voldsomt ned for at komme ind i banen, så får Parker alligevel for alvor fart på, når den slår et sving om Solen i en afstand på kun 5,9 millioner kilometer – nemlig 200 kilometer i sekundet eller over 700.000 kilometer i timen.

Med den fart varer det tætte ophold dog kun et par timer, men alligevel skal sonden beskyttes af et 11,4 centimeter tykt varmeskjold af kulstof. Kun det instrument, der skal måle selve solvinden, stikker uden for varmeskjoldet, og det er bygget af det sjældne metal Niobium, der har et meget højt smeltepunkt.

Tilsvarende har Parker to sæt solceller: Et til stor afstand fra Solen og en enkelt lille solvinge til brug tæt på Solen. Her er der så varmt, at den lille solvinge skal køles med vand for ikke at blive ødelagt. De to lidt større sæt solceller er på det tidspunkt foldet godt sammen, så de kan gemme sig i skyggen fra varmeskjoldet.

Europa er også med

Parker er en fin rumsonde, som koncentrerer sig om at komme helt tæt på Solen. Men der er også brug for det store overblik, og den opgave skal ESA løse med deres rumsonde Solar Orbiter.

Solar Orbiter skal opsendes i februar 2019 med en amerikansk Atlas-raket. Den skal også tæt på Solen, men dog slet ikke som Parker.

Problemet er dog det samme, nemlig at bremse rumsonden ned, så den kan begynde at falde ind mod solen. Igen må Venus holde for, og efter en rejse på 3,5 år vil Solar Orbiter ende i en bane mellem 0,28 og 0,9 AE fra Solen.

Her bruger vi den astronomiske enhed AE, hvor 1 AE er Jordens afstand til Solen på 150 millioner kilometer. Med en mindste afstand til Solen på bare 0,28 AE kommer Solar Orbiter et godt stykke inden for Merkurs bane.

Man har i det hele taget valgt denne bane med omhu. Venus bliver brugt, ikke bare til at bremse rumsonden ned, men også til at ændre banehældningen mod Solens ækvator til mindst 25o, hvilket gør det lettere at se, hvad der forgår ved Solens poler.

En anden vigtig ting er omløbstiden for Solar Orbiter på godt fem måneder. Banen er lagt således, at når Solar Orbiter er tættest på Solen, så er det hver gang over det samme område. På den måde kan man følge udviklingen i dette område over de syv år, man regner med, at missionen vil vare.

Europa Solar Orbiter Solen Parker NASA ESA

Europa Solar Orbiter, der ikke kommer helt så tæt på Solen som Parker. (Illustration: ESA/AOES)

To øjne ser bedre end et

Det er ikke meget forkert at sige, at Parker og Solar Orbiter undersøger de samme fænomener, men på hver sin måde. Solar Orbiter tager flere billeder og desuden en hel masse spektre, især i ultraviolet lys. Hertil kommer naturligvis præcise målinger af solvinden og Solens magnetfelt.

Men grundlæggende søger Solar Orbiter og Parker svar på de samme spørgsmål:

  • Hvordan dannes solvinden inde i koronaen? 
  • Hvorfra kommer energien?
  • Hvilken rolle spiller soludbrud?

Igen er der tale om ren grundforskning, som ikke umiddelbart kan løse et praktisk problem. Men de to rumsonder viser tilsammen, hvor vigtigt det er med internationalt samarbejde inden for videnskaben.

Rettelse 30. juli: Det fremstod tidligere af denne artikel, at opsendelsen af Parker-rumsonden foregår 31. juli. Det er rettet, da opsendelsen er udsat til 11. august 2018.

Rumsonden Parker hædrer astronom
Eugene Parker satellit NASA

For en gangs skyld er rumsondens navn ikke et akronym, men en helt usædvanlig hæder til en astronom, der stadig lever. Det er dr. Eugene Parker, som er født i 1927, og derfor fylder 91 år, når rumsonden opsendes. (Foto: NASA)

Allerede før rumalderen begyndte i 1957 havde den unge Parker fremsat teorier om, at der ville blæse en vind af partikler bort fra Solen, og at Solens magnetfelt langt fra Solen ville være spiralformet. Begge dele blev senere bekræftet af rumsonder.

Han kom også med en af de første forklaringer på det måske største solmysterium, nemlig at Solens øvre atmosfære, koronaen, er meget varmere end overfladen. Da den energi Solen udsender, kommer fra overfladen, svarer koronaens høje temperatur lidt til, at temperaturen ville stige, hvis vi bevægede os bort fra et bål – og det er jo ikke, hvad vi oplever.

Parkers teori gik ud på, at der højt oppe i koronaen foregik et stort antal små eksplosioner, som kunne give den fornødne energi – og det har så ført videre til dybsindige diskussioner af den rolle, som Solens magnetfelt spiller.

Parker er en af solforskningens helt store, så hæderen er velfortjent. Han har været tilknyttet University of Chicago og Fermi-instituttet.

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.