I quattro veicoli spaziali Magnetospheric Multiscale stanno volando fuori dal loro elemento. La navicella spaziale ha appena completato una breve deviazione dalla sua scienza di routine - osservando i processi all'interno dell'ambiente magnetico terrestre - e invece si è avventurata al di fuori di esso, studiare qualcosa per cui non erano stati originariamente progettati.

Per tre settimane, L'MMS ha studiato il vento solare, il flusso di particelle cariche supersoniche lanciate dal Sole intorno al sistema solare, per comprendere meglio la cosiddetta turbolenza nei plasmi, il riscaldato, gas elettrificati che costituiscono il 99 percento della materia ordinaria nell'universo. La turbolenza è il movimento caotico di un fluido. Si presenta nella vita quotidiana ovunque, dai vortici di un fiume al fumo di un camino, ma è incredibilmente difficile da studiare perché è così imprevedibile e rimane una delle discipline meno conosciute di tutta la fisica. La mini-campagna fornirà agli scienziati una visione ravvicinata e in situ per spingere le frontiere del campo.

Ma per prendere queste misure innovative, L'MMS doveva operare in un modo completamente nuovo e gli scienziati e gli ingegneri dell'MMS hanno progettato un modo intelligente per consentire alla navicella spaziale di studiare il vento solare con una precisione senza precedenti, testare i limiti e la versatilità delle capacità dell'MMS.

Apertura di nuove porte

La missione Magnetospheric Multiscale, MMS, è stato lanciato nel 2015 per studiare la riconnessione magnetica, lo scatto esplosivo e la forgiatura delle linee del campo magnetico, che lancia particelle ad alta energia intorno alla Terra. L'MMS è stato costruito con strumenti all'avanguardia che effettuano misurazioni con una risoluzione quasi 100 volte migliore rispetto agli strumenti precedenti. Dopo due anni di studio della riconnessione magnetica nell'ambiente magnetico terrestre, la magnetosfera, di giorno, L'MMS ha allungato la sua orbita per iniziare a guardare alla riconnessione dietro la Terra, lontano dal Sole, dove si pensa di accendere le aurore.

Poiché l'MMS ha completato i suoi obiettivi di missione originali, sta ora impiegando tempo nella sua missione estesa per affrontare alcuni nuovi obiettivi scientifici. Capire la turbolenza, che è uno dei principali obiettivi scientifici della NASA, è la prima mini-campagna che MMS intende intraprendere.

"Vorremmo fare molte di queste mini-campagne in futuro se questa avrà successo, che già si preannuncia essere, " disse Bob Ergun, ricercatore presso il Laboratorio di Fisica dell'Atmosfera e dello Spazio di Boulder, Colorado, chi guida la nuova campagna. "MMS è molto, osservatorio molto potente con strumenti incredibilmente sensibili e stiamo cercando di massimizzare il loro uso per studiare queste altre scienze prioritarie".

Pensare fuori dalla magnetosfera

Studiare il vento solare è meglio farlo dal vento solare, ma il più delle volte, i quattro veicoli spaziali MMS orbitano all'interno o ai margini della magnetosfera terrestre, dove il campo magnetico crea un cuscinetto che protegge il veicolo spaziale dal vento solare. Occasionalmente, però, regolazioni orbitali di routine, usato per mantenere l'orbita allungata dell'MMS, portalo bene fuori. Quest'anno, una spinta all'orbita del veicolo spaziale sta portando l'MMS completamente fuori dall'ambiente magnetico terrestre e oltre lo shock di prua, una regione in cui il vento solare supersonico colpisce la magnetosfera terrestre. A tale distanza, L'MMS passa attraverso il vento solare stesso, che consente una finestra temporale per studiare la turbolenza della regione.

Studiare il vento solare non è come studiare la riconnessione magnetica, ma si può fare con gli stessi strumenti che misurano i campi magnetici ed elettrici. L'MMS è dotato di alcuni degli strumenti più precisi mai volati nello spazio, ma per usarli per studiare il vento solare, prima è necessario apportare alcune modifiche.

Normalmente l'MMS vola in una formazione piramidale chiamata tetraedro, che consente a tutti e quattro i veicoli spaziali di essere equamente separati. Mentre volavano attraverso il vento solare, le astronavi erano invece disposte in quello che gli scienziati chiamano un "filo di perle". Volando perpendicolare al vento, le navicelle si susseguivano una dopo l'altra, ciascuno sfalsato a distanze da 25 a 100 chilometri (da circa 15,5 a 62 miglia) dal loro vicino. Ciò consente agli scienziati di vedere quanto varia il vento solare su diverse distanze.

Però, mentre la navicella viaggia attraverso il vento solare supersonico, creano una scia dietro di loro, proprio come una barca. Questa scia non è una caratteristica naturale del vento solare, quindi gli scienziati dell'MMS vogliono evitare di avere i loro strumenti, che girano alla fine di lunghi boom, trascinato attraverso di essa. Per effettuare misurazioni precise non ostacolate dalla scia, le astronavi erano inclinate di 15 gradi ciascuna. L'inclinazione solleva i bracci rotanti dal viaggiare dietro l'astronave attraverso la scia.

Questo angolo consente agli scienziati di ottenere dati migliori, ma ha un costo. Per effetto dell'inclinazione, il pannello solare non riceve molta luce, il che significa che la potenza del veicolo spaziale è ridotta di pochi watt ciascuno. L'inclinazione mette anche lo stress termico sul veicolo spaziale, poiché la parte superiore di ciascuna diventa più calda della parte inferiore. Per una breve campagna tuttavia, questi effetti non influenzeranno in modo permanente il veicolo spaziale.

Vecchia navicella spaziale, Nuovi trucchi

I dati MMS raccolti in questa campagna saranno alcune delle misurazioni più accurate della turbolenza nel vento solare mai effettuate. La ricerca completerà anche il lavoro svolto dal Parker Solar Probe della NASA, che vola attraverso l'atmosfera del Sole studiando le origini del vento solare. Mentre Parker Solar Probe misura la turbolenza iniziale nel vento solare, L'MMS ha misurato le conseguenze quando raggiunge la Terra.

"Quasi tutti i plasmi astrofisici che osserviamo intorno al Sole, stelle, buchi neri, dischi di accrescimento, getti, sono tutti estremamente turbolenti, quindi comprendendolo intorno alla Terra lo capiamo altrove, " disse Ergun.

In definitiva, questa mini-campagna servirà anche da banco di prova per ciò che l'MMS è in grado di fare in futuro. Imparare le sfumature delle formazioni e degli angoli di inclinazione dell'MMS consentirà agli scienziati di comprendere meglio la gamma di abilità dell'MMS, che potrebbe aprire la porta anche ad altri tipi di campagne scientifiche.