Para una nave espacial diseñada para realizar estudios únicos del Sol, Solar Orbiter también se está haciendo un nombre en la exploración de cometas. Durante varios días centrados entre las 1200 y las 1300 UT del 17 de diciembre de 2021, la nave espacial se encontró volando a través de la cola del cometa C/2021 A1 Leonard.

Una composición de imágenes del cometa Leonard capturadas el 15 y 16 de diciembre de 2021 en luz visible por el instrumento Metis a bordo de la nave espacial ESA/NASA Solar Orbiter. El cometa transitó por el campo de visión con sus colas de polvo e iones apuntando hacia el instrumento. Crédito: ESA/Solar Orbiter/Equipo Metis

El encuentro capturó información sobre las partículas y el campo magnético presentes en la cola del cometa. Esto permitirá a los astrónomos estudiar la forma en que el cometa interactúa con el viento solar, un viento variable de partículas y un campo magnético que emana del Sol y barre el sistema solar.

El cruce había sido predicho por Samuel Grant, un estudiante de posgrado en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard del University College London. Adaptó un programa informático existente que comparaba las órbitas de las naves espaciales con las órbitas de los cometas para incluir los efectos del viento solar y su capacidad para dar forma a la cola de un cometa.

Esta serie de gráficos representa los datos recopilados por el sensor de iones pesados ​​del analizador de viento solar cuando la nave espacial ESA/NASA Solar Orbiter pasó por la cola del cometa Leonard en diciembre de 2021. Los datos abarcan del 11 al 20 de diciembre, con el primer y último gráfico antes y después de la cola. cruce, respectivamente, marcado por la ausencia de iones ionizados individualmente. Durante el cruce de la cola, el instrumento detectó partículas que son atribuibles al cometa en lugar del viento solar, por ejemplo, iones de oxígeno, carbono y nitrógeno molecular, y moléculas de monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua. (Los iones son átomos o moléculas a los que se les ha quitado uno o más electrones y ahora tienen una carga eléctrica neta positiva). Crédito: equipo de ESA/Solar Orbiter/SWA

“Lo ejecuté con el cometa Leonard y Solar Orbiter con algunas conjeturas sobre la velocidad del viento solar. Y fue entonces cuando vi que, incluso para un rango bastante amplio de velocidades del viento solar, parecía que habría un cruce”, dice.

En el momento del cruce, Solar Orbiter estaba relativamente cerca de la Tierra y pasó el 27 de noviembre de 2021 para una maniobra de asistencia por gravedad que marcó el comienzo de la fase científica de la misión y colocó a la nave espacial en curso para su cierre en marzo de 2022. acercamiento al Sol. El núcleo del cometa estaba a 44,5 millones de kilómetros de distancia, cerca del planeta Venuspero su cola gigante se extendía por el espacio hasta la órbita de la Tierra y más allá.

Estos datos utilizan los datos de velocidad y dirección del viento solar del sensor de protones y alfa del analizador de viento solar (SWA-PAS) para estimar qué tan cerca la nave espacial ESA/NASA Solar Orbiter se trazó del centro de la cola de iones del cometa C/2021 A1 Leonard durante diciembre de 2021. La trama registra qué tan cerca se cree que estuvo cada paquete de viento solar detectado por SWA-PAS del núcleo del cometa durante su viaje desde el Sol hasta la nave espacial. El eje izquierdo da la escala en unidades astronómicas (au), donde 1 au es la distancia del Sol a la Tierra, y la misma distancia se muestra en kilómetros en el eje derecho.
Los cambios en la velocidad y dirección del flujo del viento solar son responsables de las variaciones en la distancia trazada. Hay brechas breves en la adquisición de datos el 15 y el 17 de diciembre. Crédito: ESA/Solar Orbiter/equipo SWA y S. Grant (UCL)

Hasta ahora, la mejor detección de la cola del cometa del Solar Orbiter proviene del conjunto de instrumentos Solar Wind Analyzer (SWA). Su sensor de iones pesados ​​(HIS) midió claramente átomos, iones e incluso moléculas que son atribuibles al cometa en lugar del viento solar.

Los iones son átomos o moléculas a los que se les ha quitado uno o más electrones y ahora llevan una carga eléctrica neta positiva. SWA-HIS detectó iones de oxígeno, carbono, nitrógeno molecular y moléculas de monóxido de carbono, dióxido de carbono y posiblemente agua. “Debido a su pequeña carga, estos iones son claramente de origen cometario”, dice Stefano Livi, investigador principal de SWA-HIS del Southwest Research Institute, Texas.

Una composición de imágenes del cometa Leonard capturadas el 15 y 16 de diciembre de 2021 en luz ultravioleta por el instrumento Metis a bordo de la nave espacial ESA/NASA Solar Orbiter. El cometa transitó por el campo de visión con sus colas de polvo e iones apuntando hacia el instrumento. Crédito: ESA/Solar Orbiter/Equipo Metis

A medida que un cometa se mueve por el espacio, tiende a envolver el campo magnético del Sol a su alrededor. Este campo magnético está siendo transportado por el viento solar, y el drapeado crea discontinuidades donde la polaridad del campo magnético cambia bruscamente de norte a sur y viceversa.

Los datos del instrumento del magnetómetro (MAG) de hecho sugieren la presencia de tales estructuras de campo magnético drapeado, pero hay más análisis por hacer para estar absolutamente seguros. “Estamos en el proceso de investigar algunas perturbaciones magnéticas de menor escala observadas en nuestros datos y combinándolas con las mediciones de los sensores de partículas de Solar Orbiter hasta su posible origen cometario”, dice Lorenzo Matteini, coinvestigador de MAG del Imperial College de Londres.

Además de los datos de partículas, Solar Orbiter también adquirió imágenes.

Metis es el coronógrafo de múltiples longitudes de onda de Solar Orbiter. Puede realizar observaciones ultravioleta que ven la emisión Lyman alfa emitida por el hidrógeno, y puede medir la polarización de la luz visible. Durante los días 15 y 16 de diciembre, capturó la cabeza distante del cometa simultáneamente en luz visible y ultravioleta. Estas imágenes ahora están siendo analizadas por el equipo del instrumento. «Las imágenes de luz visible pueden indicar la velocidad a la que el cometa está expulsando polvo, mientras que las imágenes ultravioleta pueden dar la tasa de producción de agua», dice Alain Corso, co-investigador de Metis en el CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Padova. , Italia.

El Solar Orbiter Heliospheric Imager (SoloHI) también capturó datos. Estas imágenes muestran grandes partes de la cola de iones del cometa tomadas mientras la nave espacial estaba dentro de la cola. A medida que avanza la secuencia de imágenes, se pueden ver cambios en la cola en respuesta a las variaciones en la velocidad y dirección del viento solar.

Y no era solo Solar Orbiter el que observaba el cruce. La ESA/NASA SOHO La misión y las naves espaciales STEREO-A y Parker Solar Probe de la NASA estaban observando desde lejos. Esto significa que los astrónomos ahora no solo tienen datos del interior de la cola, sino que también tienen imágenes contextuales de estas otras naves espaciales (ver imágenes arriba).

La nave espacial SOHO detectó el cometa Leonard en su instrumento Solar Wind Anisotropies (SWAN) en Lyman-alfa. SWAN no mira directamente al Sol, sino que mapea todo el cielo en luz ultravioleta y ve hidrógeno interestelar que interactúa con el viento solar. Los mapas se pueden usar para revelar puntos brillantes en luz ultravioleta que indiquen la presencia de un cometa, por ejemplo, como es el caso aquí. Crédito: SOHO (ESA y NASA); W. Boonplod

Los cruces de colas de cometas son eventos relativamente raros. De los que se han detectado, la mayoría se han notado solo después del evento. La misión Ulysses de ESA/NASA encontró tres colas de iones de cometas, incluida la de C/1996 B2 Hyakutake en mayo de 1996 y la de C/2006 P1 McNaught a principios de 2007. El propio Solar Orbiter cruzó la cola del cometa fragmentado C/2019 Y4 ATLAS en mayo. y junio de 2020, poco después del lanzamiento.

Mientras que los primeros cruces fueron una sorpresa, ambos encuentros de Solar Orbiter se predijeron de antemano gracias al código informático desarrollado por Geraint Jones, University College London Mullard Space Science Laboratory, y ampliado por Samuel.

“La gran ventaja es que, básicamente sin ningún esfuerzo por parte de la nave espacial, puedes tomar muestras de un cometa a una distancia enorme. Eso es bastante emocionante”, dice Samuel, quien ahora está mirando datos de archivo de otras naves espaciales en busca de cruces de colas de cometas que hasta ahora han pasado desapercibidos.

El trabajo también ayuda a construir experiencia para Misión Comet Interceptor de la ESA, del que Geraint es el líder del equipo científico. La misión visitará un cometa aún por descubrir, haciendo un sobrevuelo del objetivo con tres naves espaciales para crear un perfil 3D de un objeto ‘dinámicamente nuevo’ que contiene material sin procesar que sobrevivió desde el amanecer del Sistema Solar.

La nave espacial ESA/NASA Solar Orbiter sobrevoló la cola del cometa C/2021 A1 Leonard en diciembre de 2021, recopilando imágenes y datos de partículas y viento solar in situ. Al mismo tiempo, SOHO (ESA/NASA), Parker Solar Probe (NASA) y STEREO-A (NASA) también observaban la evolución del cometa desde otros ángulos. El gráfico muestra las posiciones relativas aproximadas de los planetas, el cometa y la nave espacial el 17 de diciembre de 2021 y no está a escala. Se indican campos de visión muy aproximados para instrumentos seleccionados: SoloHI en Solar Orbiter y SECCHI en STEREO-A. Crédito: G. Jones y S. Grant (UCL)

Mientras tanto, los equipos de instrumentos de Solar Orbiter están ocupados analizando los datos del cometa Leonard no solo por lo que les puede decir sobre el cometa sino también sobre el viento solar.

“Este tipo de ciencia adicional es siempre una parte emocionante de una misión espacial”, dice Daniel Müller, científico del proyecto de la ESA para Solar Orbiter. “Cuando se predijo el cruce del cometa ATLAS, todavía estábamos calibrando la nave espacial y sus instrumentos. Además, el cometa se fragmentó justo antes de que llegáramos allí. Pero con el cometa Leonard estábamos totalmente preparados, y el cometa no se vino abajo”.

Orbitador Solar. Crédito: ESA/ATG medialab

En marzo, Solar Orbiter hace su paso más cercano al Sol hasta ahora a una distancia de 0,32 ua (aproximadamente un tercio de la distancia Tierra-Sol, o unos 50 millones de kilómetros). Es uno de los casi 20 pases cercanos al Sol que ocurrirán durante la próxima década. Esto dará como resultado imágenes y datos sin precedentes, no solo de cerca, sino también de las regiones polares nunca antes vistas del Sol.

“Hay mucho que esperar con Solar Orbiter, apenas estamos comenzando”, dice Daniel.