De onderzoekers hebben de turbulentie in de corona van de zon bestudeerd met behulp van radiosignalen die door de ultragoedkope Mars- orbiter naar de aarde werden gestuurd toen de aarde en Mars zich aan tegenovergestelde zijden van de zon bevonden (de conjunctie vindt gewoonlijk eens in de ongeveer twee jaar plaats). De radiosignalen van de orbiter passeerden de corona van de zon op een korte afstand van 10 Rʘ (1 Rʘ = zonnestraal = 696,340 km). Het frequentieresidu van het ontvangen signaal werd geanalyseerd om het spectrum van de coronale turbulentie te verkrijgen. De bevindingen leken consistent te zijn met in-situ metingen van de Parker Solar Probe. De Mars Orbiter Mission (MOM) bood een zeer goedkope mogelijkheid om de dynamiek in de corona te bestuderen (bij gebrek aan een zeer kostbare in-situ zonnesonde ) en gaf nieuw inzicht in hoe onderzoek naar turbulentie in de corona van de zon met behulp van radiosignalen van een Mars- orbiter naar de aarde kan helpen bij het verbeteren van de voorspelling van zonneactiviteit , wat van groot belang is voor levensvormen en de beschaving op aarde.
De Mars Orbiter Mission (MOM) van de Indian Space Research Organization (ISRO ) werd gelanceerd op 5 november 2013 met een geplande levensduur van 6 maanden. Deze levensduur is ruimschoots overschreden en de sonde bevindt zich momenteel in de verlengde missiefase.
Een team van onderzoekers gebruikte radiosignalen van de satelliet om de zonnecorona te bestuderen toen de aarde en Mars zich aan tegenovergestelde kanten van de zon bevonden. Tijdens de conjunctieperiodes, die gewoonlijk eens in de ongeveer twee jaar plaatsvinden, kruisen radiosignalen van de satelliet het zonnecoronagebied tot op een hoogte van slechts 10 Rʘ (1 Rʘ = zonnestraal = 696,340 km) helio-hoogte van het middelpunt van de zon, waardoor er mogelijkheden ontstaan om de zonnedynamiek te bestuderen.
De zonnecorona is het gebied waar de temperatuur kan oplopen tot enkele miljoenen graden Celsius. De zonnewinden ontstaan en versnellen in dit gebied en vullen de interplanetaire ruimte , waardoor de magnetosfeer van planeten wordt gevormd en het ruimteweer in de nabije omgeving van de aarde wordt beïnvloed. Het bestuderen hiervan is van groot belang .<sup> 1</sup> Een in-situ sonde zou ideaal zijn, maar het gebruik van radiosignalen (verzonden door ruimtevaartuigen en ontvangen op aarde na door de corona te zijn gereisd) biedt een uitstekend alternatief.
In het recente artikel 2, gepubliceerd in de Monthly Notices of Royal Astronomical Society, bestudeerden de onderzoekers de turbulentie in de corona van de zon tijdens een periode van afnemende zonneactiviteit. Ze rapporteren dat de zonnewind versnelt en dat de overgang van subalfvenische naar superalfvenische stroming plaatsvindt rond 10–15 Rʘ. Verzadiging wordt bereikt op een relatief lagere helio-hoogte in vergelijking met perioden van hoge zonneactiviteit. Deze bevinding lijkt overigens ook te worden ondersteund door directe waarnemingen van de zonnecorona door Parker Probe 3 .
Aangezien de zonnecorona een geladen plasmamedium is en intrinsieke turbulentie heeft, introduceert het dispersieve effecten in parameters van elektromagnetische radiogolven die er doorheen reizen. Turbulentie in het coronale medium veroorzaakt fluctuaties in plasmadichtheid die worden geregistreerd als fluctuaties in de fase van radiogolven die door dat medium komen. Radiosignalen die op het grondstation worden ontvangen, bevatten dus de signatuur van zich voortplantend medium en worden spectraal geanalyseerd om turbulentiespectrum in het medium af te leiden. Dit vormt de basis van de coronale radiogeluidstechniek die door het ruimtevaartuig is gebruikt om coronale gebieden te bestuderen.
Doppler-frequentieresiduen verkregen uit signalen worden spectraal geanalyseerd om het coronale turbulentiespectrum te verkrijgen op heliocentrische afstanden variërend tussen 4 en 20 Rʘ. Dit is het gebied waar zonnewind voornamelijk wordt versneld. De veranderingen in het turbulentieregime worden goed weerspiegeld in spectrale indexwaarden van het temporele frequentiefluctuatiespectrum. Het is waargenomen dat het turbulentievermogensspectrum (tijdelijk spectrum van frequentiefluctuaties) bij een lagere heliocentrische afstand (<10 Rʘ), is afgeplat in gebieden met lagere frequenties met een lagere spectrale index die overeenkomt met het versnellingsgebied van de zonnewind. Lagere spectrale indexwaarden dichter bij het oppervlak van de zon duiden op het energie-invoerregime waar turbulentie nog steeds onderontwikkeld is. Voor grotere heliocentrische afstanden (> 10Rʘ) wordt de curve steiler met een spectrale index van bijna 2/3, wat een indicatie is van traagheidsregimes van ontwikkelde Kolmogorov-type turbulentie waarbij energie door cascadering wordt getransporteerd.
De algemene kenmerken van het turbulentiespectrum hangen af van factoren zoals de fase van de zonneactiviteitscyclus, de relatieve prevalentie van zonne-actieve gebieden en coronale gaten. Dit werk op basis van MOM-gegevens geeft inzicht in de zwakke maxima van zonnecyclus 24, die wordt geregistreerd als een eigenaardige zonnecyclus in termen van algehele lagere activiteit dan andere eerdere cycli.
Interessant is dat deze studie een zeer goedkope manier aantoont om turbulentie in het coronale gebied van de zon te onderzoeken en te volgen met behulp van een radiogeluidsmethode. Dit kan enorm nuttig zijn om de zonneactiviteit in de gaten te houden, wat op zijn beurt cruciaal kan zijn bij het voorspellen van al het belangrijke zonneweer, met name in de buurt van de aarde.
***
DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2201151
***
Referenties:
- Prasad U., 2021. Tussenruimte Weer, verstoringen van de zonnewind en radio-uitbarstingen. Wetenschappelijk Europees. Gepubliceerd 11 februari 2021. Beschikbaar op http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/
- Jain R., c.s. 2022. Een onderzoek naar de coronale dynamiek van de zon tijdens de post-maximafase van de zonnecyclus 24 met behulp van S-band radiosignalen van de Indiase Mars-orbitermissie. Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society, stac056. In originele vorm ontvangen 26 september 2021. Gepubliceerd 13 januari 2022. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056
- J.C. Kasper et al. Parker Solar Probe betreedt de magnetisch gedomineerde zonnecorona. Fys. ds. Lett. 127, 255101. Ontvangen 31 oktober 2021. Gepubliceerd 14 december 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101
***
 of India Space Research Organisation (ISRO) offers New Insight into Prediction of Solar Activity.){kind=link}