Solmysteriet löst när Nasa lyckas nudda solen

Våra observationer av solen har sina begränsningar. Många frågor är obesvarade – exempelvis avståndet från solytan till "the Alfvén critical surface" (uppkallat efter svenska forskaren och Nobelpristagaren Hannes Alfvén), den punkt där solens atmosfär övergår till solvindar. Den har ansetts ligga 10–20 solradier från ytan, vilket motsvarar 6,9 miljoner km till 13,8 miljoner km. Nu kan Nasa ge ett bättre svar.

De skickade i väg Parker Solar Probe 2018, och i april 2021 gjorde sonden sin åttonde förbiflygning. Vid 18,8 solradier från ytan, vilket motsvarar 91 procent av avståndet från jorden till solytan, noterades en kraftig förändring av magnetfältet. Att det var starkt nog för att dominera partiklarna bekräftade att farkosten hade passerat the Alfvén critical surface och nått innanför atmosfären. Det rapporterar Nasa i ett pressmeddelande.

Under förbiflygningen gick sonden upprepat in och ut genom koronan, solens yttersta atmosfär, och det visade sig att the Alfvén critical surface inte utgör en jämn sfär runt solen. Gränslandet där magnetismen och gravitationen inte längre kan hålla kvar partiklarna har i stället en ojämn yta, med utskott och dalgångar som formas av solens aktivitet. De vetenskapliga resultaten har publicerats i Physical Review Letters.  

Överstiger en miljon grader

Nasa plan är att Parker Solar Probe ska ta sig så nära som 8,86 solradier, vilket motsvarar drygt sex miljoner kilometer. Men de mest utmanande temperaturerna kommer inte från de cirka 5 500 grader som råder vid ytan – för koronan har en temperatur som överstiger en miljon grader.

Hur kan då Parker Solar Probe överleva hettan? Sonden har en 11,4 cm tjock värmesköld med en omkrets på 2,4 meter, och utöver att hålla temperaturen ute så skyddar den instrumenten ombord mot supersnabba dammpartiklar som slungas iväg av solens yttre atmosfär.

Materialet i värmeskölden är tillverkat av bolaget Ultramet. Det är ett kolskum som ligger mellan två lager av kolfiberkomposit, täckta av en speciell ytbeläggning. Deras sandwich ska klara av upp till 1 370°C, samtidigt som sondens baksida kan utsättas för drygt 300 grader.

Tämligen enkelt kylsystem

Skummets öppna porer ger en extremt god isolering och en väldigt begränsad expansion när materialet hettas upp. Det har en porositet på 97 procent, vilket ger en vikt på endast 0,045 gram per kubikcentimeter.

Skölden täcker dock inte alla behov. Sondens solpaneler har ett tämligen enkelt kylsystem som cirkulerar avjoniserat vatten. För att det inte ska frysa har tanken på 3,7 liter två värmeelement – och för att klara hettan är vattnet trycksatt så att kokpunkten ligger över 125°C.

En rad sensorer sitter gömda bakom värmesköldens kant, men den så kallade Faraday cup som ska mäta fluktuationer hos joner och elektroner samt solvindars flödesvinklar måste sitta exponerad. Den är därför tillverkad i en legering av titan/zirkonium/molybden vars smältpunkt ligger på 2 349°C. En stor del av kablarna ombord är gjorda av niob och ligger skyddade i kristallrör, skriver Nasa.