Una tecnica osservativa proposta per la prima volta più di quattro decenni fa per misurare i parametri fisici della corona che determinano la formazione del vento solare, la fonte dei disturbi nell'alta atmosfera terrestre, sarà dimostrata per la prima volta il prossimo anno. Questi parametri sono la densità, temperatura, e velocità degli elettroni nella corona.

Nat Gopalswamy e Jeff Newmark, eliofisici del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, prevede di dimostrare BITSE, abbreviazione di Balloon-borne Investigation of Temperature and Speed ​​of Electrons in the corona, a bordo di un pallone scientifico ad alta quota da Ft. estate, Nuovo Messico, il prossimo autunno.

Un nuovo tipo di coronagrafo

Lo strumento scientifico della missione BITSE, che coinvolge anche il Korea Astronomy and Space Science Institute, è un coronografo. Questi dispositivi bloccano la superficie luminosa del Sole per rivelare il suo debole, ma l'atmosfera superiore molto calda è chiamata corona.

Però, il coronografo BITSE ha aggiunto caratteristiche in grado di misurare alcune proprietà molto importanti del vento solare, che può viaggiare alla velocità di un milione di miglia all'ora mentre fluisce dal Sole trasportando particelle cariche o plasma e campi magnetici incorporati verso l'esterno attraverso il sistema solare. Sebbene gli scienziati sappiano che il vento solare ha origine nella corona, non sanno esattamente come si forma o accelera.

"Questo volo segnerà la prima volta che utilizzeremo un coronografo per rilevare la densità, temperatura e velocità degli elettroni nella corona. Nessun coronografo l'ha mai fatto prima, " disse Gopalswamy, che ha utilizzato il finanziamento del programma di ricerca e sviluppo interno di Goddard per far avanzare BITSE. Secondo lui, i coronografi precedentemente volati misuravano solo la densità degli elettroni nella corona solare. "Abbiamo bisogno di tutte e tre le proprietà fisiche per capire come si forma il vento solare, " Egli ha detto.

Questa domanda è di particolare importanza per gli scienziati. Comprendere la fonte del vento solare, che determina il modo in cui le espulsioni di massa coronale causano il clima spaziale, o ECM, propagarsi tra il Sole e la Terra, può aiutare a migliorare le previsioni spazio-meteo, in particolare nell'ambiente vicino alla Terra, dove i cambiamenti a volte possono interferire con le comunicazioni radio o il GPS. Durante tempeste geomagnetiche particolarmente forti, innescato dal rilascio di tonnellate di particelle cariche durante una CME, le particelle che compongono il vento solare possono fluire lungo i campi magnetici attraverso la magnetosfera protettiva della Terra sulla superficie dove possono interrompere le reti elettriche e l'elettronica.

Durante il suo soggiorno a 25 miglia sopra la superficie terrestre, BITSE impiegherà fino a 10 ore a fotografare la corona solare. Oltre a un occultatore che blocca la luce dalla superficie del Sole, proprio come la Luna blocca la luce brillante durante un'eclissi solare, BITSE trasporta altre due importanti tecnologie.

La ruota portafiltri blocca tutte le lunghezze d'onda della luce visibile eccetto quelle in quattro bande specifiche nell'intervallo viola-3850, 3987, 4100, e 4233 Angstrom. E la macchina fotografica, che funge da rilevatore di BITSE, è in grado di raccogliere direttamente la luce polarizzata, cioè luce dove i campi elettrico e magnetico oscillano in direzioni specifiche. Gli scienziati hanno bisogno della luce polarizzata per ricavare le proprietà degli elettroni. Poiché la fotocamera può raccogliere la luce polarizzata, BITSE non richiede un meccanismo aggiuntivo per svolgere lo stesso compito dei rilevatori più tradizionali.

Insieme, questi componenti del carico utile consentiranno al team di eseguire una tecnica osservativa chiamata imaging del rapporto di banda passante, un approccio originariamente proposto nel 1976. Questa tecnica determina la temperatura e la velocità degli elettroni, insieme alle informazioni sulla densità che tradizionalmente raccolgono i coronografi.

Funziona così:"La luce visibile che stiamo vedendo è in realtà la luce del disco solare che si disperde dagli elettroni nel vento solare, " Newmark ha spiegato. "Questa dispersione spalma la luce dal disco, che in realtà è un sacco di singole righe spettrali o lunghezze d'onda. Se scegliamo le giuste lunghezze d'onda da guardare, quindi la quantità di sbavature ci dice la temperatura e la velocità che gli elettroni devono esibire per spalmare la luce in quel modo."

"Chiunque può realizzare una ruota portafiltri sintonizzata su quattro singole lunghezze d'onda visibili, ma mettiamo insieme questa tecnologia per fare in modo che il nostro strumento faccia ciò che vogliamo che faccia. È bello. È la prima volta che lo facciamo, " ha aggiunto Newmark.

Il team prevede di testare il sistema BITSE completo presso la struttura del serbatoio del vuoto presso il Centro nazionale per la ricerca atmosferica a Boulder, Colorado, nella primavera del 2019. Tuttavia, Gopalswamy ha montato la telecamera di polarizzazione su un telescopio e ha ottenuto 50 immagini in tutti e quattro i filtri durante l'eclissi solare totale avvenuta nell'agosto 2017.

Strumento ricercato dalla ISS

La campagna sul campo di imaging dell'eclissi solare ha dimostrato che la fotocamera BITSE e la tecnica del filtro funzionano, ma il volo in mongolfiera è fondamentale per convalidare il sistema in un ambiente vicino allo spazio dove Gopalswamy e Newmark sperano di raccogliere almeno otto ore di dati, che Gopalswamy paragona all'osservazione di 150 eclissi solari.

Però, il team spera che la missione in mongolfiera non sia l'ultimo evviva per il coronografo. "Vogliamo davvero mettere una versione di questo strumento sulla Stazione Spaziale Internazionale, " ha detto Newmark. L'approccio metodico del team, dalla prima campagna sul campo osservando l'eclissi solare nel 2017 al combattimento di mongolfiere nel 2019, apre la strada a una missione a lungo termine nell'orbita terrestre bassa, ha detto Newmark.

"Possiamo far volare lo strumento per sei mesi sulla stazione, " Gopalswamy ha aggiunto. "Letteralmente, stiamo andando da minuti, alle ore, a mesi raccogliendo questi parametri del vento solare tanto necessari che alimenteranno i nostri modelli spazio-tempo".