Non puoi nuotare nell'atmosfera del sole a meno che tu non dimostri di appartenere a quel luogo. E la tazza di Faraday della Parker Solar Probe, un sensore chiave a bordo della missione NASA da 1,5 miliardi di dollari lanciata quest'estate, si è guadagnata i voti la scorsa settimana resistendo a test su un congegno fatto in casa progettato per simulare il sole.

La tazza raccoglierà ed esaminerà il vento solare mentre la sonda passa più vicino al sole di qualsiasi altro oggetto artificiale precedente. Justin Kasper, professore associato di scienze e ingegneria del clima e dello spazio dell'Università del Michigan, è ricercatore principale per l'indagine SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons) di Parker.

Per confermare che la tazza sopravviverà al calore estremo e alla luce della superficie del sole, i ricercatori hanno precedentemente torturato un modello della tazza di Faraday a temperature superiori a 3, 000 gradi Fahrenheit, per gentile concessione della lampada ad arco al plasma dell'Oak Ridge National Laboratory. La tazza, costruito da metalli refrattari e isolanti in vetro zaffiro, superato le aspettative.

Ma il test finale si è svolto la scorsa settimana, in un congegno fatto in casa Kasper e il suo team di ricerca chiamano Solar Environment Simulator. Mentre viene fatto esplodere con circa 10 kilowatt di luce sulla sua superficie, abbastanza per riscaldare un foglio di metallo a 1, 800 gradi Fahrenheit in pochi secondi:il modello della tazza di Faraday ha attraversato i suoi passi, scansionando con successo un flusso simulato di vento solare.

"Guardare lo strumento tracciare il segnale del raggio ionico come se fosse plasma che fluisce dal sole è stata un'emozionante anteprima di ciò che vedremo con Parker Solar Probe, " ha detto Kasper.

Le turbolenze nell'atmosfera solare possono scagliare violentemente nello spazio nuvole di plasma, note come espulsioni di massa coronale, a volte direttamente sulla Terra. Senza misure precauzionali, tali nuvole possono creare oscillazioni geomagnetiche intorno alla Terra che possono far scattare l'elettronica satellitare, interferire con il GPS e le comunicazioni radio e, nel peggiore dei casi, creare picchi di corrente attraverso le reti elettriche che possono sovraccaricare e interrompere il sistema per lunghi periodi di tempo, fino a mesi.

Comprendendo cosa costituisce la corona solare e cosa guida la costante effusione di materiale solare dal sole, gli scienziati sulla Terra saranno meglio attrezzati per interpretare l'attività solare che vediamo da lontano e creare un migliore sistema di allerta precoce. Ecco dove Parker Solar Probe, il lancio è previsto per il 31 luglio 2018, entra, con il suo complemento di esperimenti che include la tazza di Faraday.

Per testare il modello della tazza, i ricercatori hanno dovuto creare qualcosa di nuovo. Il loro simulatore si trova in un laboratorio al primo piano dello Smithsonian Astrophysical Observatory a Cambridge, Messa., e incarna l'adagio che la necessità è la madre dell'invenzione.

Ha l'aspetto di una sala operatoria improvvisata, con una struttura in metallo che sostiene spessi teli blu su tre lati creando uno spazio di lavoro 16x8.

All'interno della zona, ricreare il calore e la luce del sole è stato affidato a un quartetto di proiettori IMAX del modello precedente modificati che il team di Kasper ha acquistato su eBay per poche migliaia di dollari l'uno. Queste non sono le macchine digitali che trovi nei Cineplex di oggi, ma una generazione precedente che utilizzava i bulbi.

"Si scopre che una lampadina di un cinema su un proiettore IMAX funziona all'incirca allo stesso 5, 700 gradi Kelvin:la stessa temperatura effettiva della superficie del sole, " Ha detto Kasper. "Ed emette quasi lo stesso spettro di luce della superficie."

Lo spazio non offre essenzialmente atmosfera, il che significa che un ambiente di test adeguato per la tazza di Faraday avrebbe meno aria possibile. Quindi i ricercatori hanno messo la tazza in una camera a vuoto di metallo per i test.

Simile a un polmone di ferro, la camera d'argento lunga sette piedi ha un portello a un'estremità che oscilla verso l'esterno e ha una piccola finestra rotonda. La notte prima del test, il team ha iniziato a pompare l'atmosfera fuori dalla camera a vuoto.

Nel momento in cui la simulazione è stata avviata per i test, la camera registrava circa un miliardesimo dell'atmosfera terrestre.

Tutti e quattro i proiettori IMAX siedono su tavoli con ruote, e per prepararsi alla prova, i ricercatori le hanno posizionate, con i loro raggi puntati attraverso la finestra del tubo a vuoto direttamente sulla tazza di Faraday.

L'elemento finale del simulatore è la sua capacità di generare i tipi di particelle che la tazza di Faraday dovrà rilevare e valutare. Fare quello, la squadra ha attaccato una pistola ionica al portello del tubo a vuoto, con la "canna" del dispositivo che raggiunge l'interno e punta verso la tazza.

"La pistola ionica prende una pallina di metallo e la riscalda, " ha detto Anthony Case, un astrofisico presso l'Harvard Smithsonian Institute for Astrophysics. "Quando fa caldo, gli ioni iniziano a bollire da questo pezzo di metallo. Poi lo colleghi a una batteria, accelerando gli ioni fuori dalla pistola. E possiamo dirigerli direttamente verso l'apertura della tazza di Faraday dove verranno misurati".

In questa prova finale, la tazza di Faraday ha preso il caldo e ha consegnato, mettendo Parker Solar Probe sulla buona strada per il suo lancio estivo.

Kelly Korreck, un'allieva di U-M e astrofisica presso l'istituto, serve come capo delle operazioni scientifiche sull'indagine SWEAP di Parker e sulle attività SWEAP per lo Smithsonian.

"Per quanto riguarda il test di oggi, ha confermato quello che avevo sospettato:quando prendi un fantastico team di scienziati e ingegneri, dare loro un complesso, difficile, progetto interessante e la motivazione per esplorare una regione dell'universo che l'umanità non ha mai visto, prima che accadano cose straordinarie, " lei disse.