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Parker (sonda espacial)

Sonda espacial lançada para coletar dados da corona solar
(Redirecionado de Parker Solar Probe)
Parker Solar Probe
Parker Solar Probe.jpg
Renderização artística da sonda.
Propriedades
Fabricante Estados Unidos Applied Physics Laboratory
Massa 685,0 kg
Altura 3 m
Largura 1 m
Comprimento 2,3 m
Geração de energia Painéis solares fotovoltaicos
Massa de carga útil 50,0 kg
Missão
Contratante(s) Estados Unidos United Launch Alliance
Data de lançamento 12 de agosto de 2018
Veículo de lançamento Delta IV Heavy
Local de lançamento Estados Unidos Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, SLC-37
Destino Sol
Especificações orbitais
Referência orbital Heliocêntrica
Inclinação orbital 3,4°
Período orbital 88 dias
Época de 2018 a 2025

A Parker Solar Probe (inicialmente denominada Solar Probe, Solar Probe Plus, ou Solar Probe+[1][2][3]) é uma sonda espacial desenvolvida pela NASA cujo objetivo é orbitar o Sol, passando através de sua corona.[1][4][5]

Ao longo de suas órbitas, ela se aproximará gradativamente da estrela até chegar a 8,86 raios solares (cerca de 6,2 milhões de quilômetros) de sua fotosfera.[6] Ao atingir o ápice de sua aproximação solar, alcançará uma velocidade superior a 700 000 km/h, o que lhe tornará no objeto mais veloz já lançado pelo homem.[7]

Índice

HistóriaEditar

 
Sonda passando por testes na sede da Astrotech

O projeto foi anunciado no orçamento do ano fiscal norte-americano de 2009. Em 1 de maio de 2008, a Applied Physics Laboratory da Universidade Johns Hopkins foi escolhida para desenhar e construir a sonda, planejada para ser lançada originalmente em 2015.[8][9]

A sonda foi originalmente chamada de Solar Probe Plus. Em maio de 2017 foi decidido renomeá-la como Parker Solar Probe em homenagem ao astrofísico Eugene Parker, autor de diversos estudos envolvendo os ventos solares.[10]

Seu lançamento estava previsto para acontecer em 11 de agosto de 2018; contudo, em decorrência de problemas técnicos, foi adiado para o dia seguinte, tendo seu lançamento se efetivado em 12 de agosto de 2018.[11]

Uma meta científica identificada desde o início da era espacialEditar

A descoberta do vento solar (no início da década de 1960) e as características da coroa solar várias centenas de vezes mais quente que a superfície do Sol (durante a década de 1940) são dois grandes avanços no estudo do Sol e sua influência no sistema solar.

Observações feitas a distância da Terra ou por satélites em órbita ou em pontos de Lagrange ainda não permitiram elucidar os processos de aquecimento e aceleração na origem desses fenômenos.[12]

Desde o início da era espacial (1958), o escritório de pesquisa espacial do Conselho Nacional de Pesquisa dos EUA (NRC) recomenda o lançamento de uma missão espacial cujo objetivo seria observar esses fenômenos in situ, realizando medições de partículas e campos nas regiões entre o Sol e a órbita do planeta Mercúrio.

Por cinco décadas, esta missão fez parte dos objetivos científicos da NASA. O projeto foi classificado como prioridade no relatório decenal de 2003 do NRC sobre Sol e Física Espacial e 2013.[13]

Primeiros estudosEditar

Vários projetos de missão de exploração in situ perto do Sol foram estudados pela NASA[nota 1] e pela Agência Espacial Europeia desde o início da era espacial.

Primeiramente, nos anos 80 e 90, foram feitos planos para enviar uma sonda espacial para o núcleo do Sol. No início dos anos 2000, o projeto Telemachus que permaneceu sem ação[nota 2] foi proposto para a NASA e a ESA.

Esta missão planejava voar sobre os pólos do Sol em distâncias inferiores a 0,2 unidades astronômicas, usando a gravidade assistida da Terra e dos planetas Vênus e Júpiter. O observatório solar, que seria equipado com painéis solares, completaria sua órbita de 0,2 x 2,5 unidades astronômicas em 1,5 anos. O plano incluía instrumentos, de um lado, para obter imagens da coroa solar interna e também da fotosfera (superfície do Sol), e do outro lado haveriam instrumentos de medição in situ de campos e partículas.[14][15]

O projeto Solar Probe de 2005Editar

 
O mal sucedido projeto Solar Probe de 2005 exigia um enorme escudo térmico cônico para resistir à passagem de 4 raios solares (impressão artística).

No início dos anos 2000, após o início da construção do New Horizons, as regiões próximas ao Sol eram as últimas partes do sistema solar ainda não exploradas pelas sondas espaciais da agência espacial norte-americana. A NASA, em resposta à forte prioridade dada pelo relatório decenal do NRC em 2003, realizou um estudo de viabilidade para um observatório espacial solar em 2004-2005.

O projeto, então batizado de Solar Probe era fornecido pela gravidade assistida de Júpiter para alterar fortemente a inclinação orbital do observatório espacial em relação ao plano eclíptico e órbita polar cujo periélio passa no pólo do Sol a uma distância de menos de 4 raios solares.

Devido ao período de órbita (mais de quatro anos com um afélio perto de Júpiter), a missão permitia apenas dois sobrevôos. O uso de geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG) tornou-se necessário pela órbita cujo afélio está localizado longe do Sol.[13][14]

Embora considerado tecnicamente viável, o projeto não foi selecionado porque seu custo estimado em 1,1 bilhão de dólares não se encaixou no envelope financeiro disponível.[12]

Seleção e desenvolvimento da missão Solar Probe PlusEditar

Visando minimizar o impacto financeiro da missão, a NASA decidiu conduzir um novo estudo com uma restrição dupla: a produção de energia deveria ocorrer sem envolver a utilização de um gerador termoelétrico de radioisótopos e o custo da etapa de pesquisa e desenvolvimento não poderia ultrapassar o limite de 750 milhões de dólares.[12]

As características da nova proposta de missão, chamada Solar Probe Plus (ou Solar Probe +), foram fixadas em 2008. Para atender às restrições estabelecidas pela NASA, os projetistas de missões optaram por uma órbita com inclinação orbital próxima ao plano da eclíptica que não requeria mais um sobrevoo de Júpiter, mas usava repetidamente a assistência gravitacional de Vênus. A distância ao periélio foi ampliada de 4 para 10 raios solares, o que permitia aliviar as tensões térmicas.

A nova arquitetura cumpria os principais objetivos científicos de prolongar o tempo de observação próximo ao Sol (2.100 horas em vez de 160 horas) graças ao número de órbitas (24), permitindo uma melhor frequência de medições graças a velocidade reduzida ao periélio (195 km/s em vez de 308 km/s). A baixa inclinação orbital tornou impossível a realização de observações in situ das regiões polares do Sol, mas este importante objetivo científico foi amplamente apoiado pela missão Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia, lançada na mesma época.

A missão da Solar Probe Plus seria aproximar-se da coroa solar para realizar medições in situ dos fenômenos em funcionamento. No periélio de sua órbita, o observatório solar deveria ser capaz de resistir a uma temperatura de 1400 K (1127 °C) criada por um fluxo solar 500 vezes mais intenso do que o sentido na órbita da Terra.[14]

 
Montagem da sonda Solar Parker.

O projeto finalEditar

Em 2008, a NASA divulgou o orçamento necessário para o desenvolvimento completo da missão. O projeto foi atribuído ao centro espacial Goddard que, através de seu programa Living With a Star, realizou missões para estudar a influência do Sol na Terra.

A agência espacial dos Estados Unidos confiou então o desenvolvimento da sonda espacial ao laboratório de física aplicada, vinculado ao projeto técnico da universidade Johns Hopkins.

No final de 2009, foram apresentadas as conclusões de um estudo preliminar sobre as novas tecnologias necessárias para permitir a sobrevivência deste observatório espacial próximo ao Sol, as quais incluíam a necessidade da presença de um escudo térmico, painéis solares fotovoltaicos e um eficiente mecanismo de refrigeração.[14]

No início da década de 2010, a missão Solar Probe foi fundida ao projeto Solar Probe Plus e seus planos redesenhados, de forma a utilizar o empuxo gravitacional de Vênus e não o de Júpiter, como previsto anteriormente.[16] Desta forma seria possível obter uma trajetória mais direta, permitindo a adoção de painéis solares como fonte de energia, uma vez que esta opção proporcionaria menor afastamento do Sol em relação ao projeto anterior.[16]

Outra vantagem em utilizar o empuxo gravitacional de Vênus ao invés de Saturno está no fato de que os periélios obtidos são ligeiramente mais distantes da superfície do Sol, fazendo com que haja redução dos custos das proteções térmicas dos sensíveis equipamentos eletrônicos embarcados.[6]

A etapa de pesquisa e desenvolvimento foi concluída em março de 2014. Após uma análise preliminar do projeto, realizada pela NASA dois meses antes do final dessa etapa, o lançamento da missão em órbita foi agendado para agosto de 2018.[17]

No início de 2017, o custo de desenvolvimento foi estimado em 1,05 bilhão de dólares e o dos estudos preliminares, lançamento e gerenciamento operacional em U$530 milhões.[18][19][20]

Em maio de 2017 a NASA rebatizou o projeto, o qual recebeu a denominação Parker Solar Probe , em homenagem ao Dr. Eugene Parker, que especulou em 1958 que um fluxo de partículas energéticas era constantemente emitido pelas estrelas. Posteriormente medido por missões espaciais, o fenômeno foi chamado de vento solar.[21] Foi a primeira vez na história que um projeto da NASA homenageou uma pessoa ainda viva, visto que todos projetos anteriores que receberam nomes de pessoas tratavam-se de homenagens póstumas.[19]

Na ocasião do lançamento, Eugene Parker, então com 91 anos de idade, esteve pessoalmente em Cabo Canaveral na Flórida, para assistir ao lançamento do foguete que levou ao espaço a sonda com seu nome.[22]

Lançamento ao espaçoEditar

 
Lançador Delta IV Heavy partindo do Complexo 37 da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, levando consigo a Parker Solar Probe ao espaço

A magnitude do projeto indicava a necessidade de que o lançamento fosse executado por foguetes com potência suficiente para fornecer ao equipamento o empuxo necessário para que ele superasse a velocidade de escape da órbita terrestre, alcançando uma órbita solar. Assim, a NASA optou por utilizar o poderoso foguete Delta IV Heavy, o qual, associado ao reduzido peso da sonda espacial, possibilitaria o alcance da velocidade necessária para que tal ação fosse bem sucedida.[23]

Na madrugada de 11 de agosto de 2018, no Complexo 37 da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral [24] teve início a contagem regressiva para lançamento dos foguetes que colocariam a Parker Solar Probe em direção a Venus, para posteriormente aproveitar-se da ação gravitacional desse planeta e assumir uma órbita elíptica com periélio próximo ao Sol. Contudo, durante um checklist pré-lançamento realizado a apenas 1 minuto e 55 segundos da ignição dos motores, foi detectado que um dos sensores indicava que a pressão no sistema de hélio dos foguetes encontrava-se fora dos parâmetros de segurança exigidos para o momento da decolagem[25]. Dessa forma, a equipe técnica optou por adiar a operação para a próxima janela de lançamento, a qual ocorreria na madrugada seguinte.[24][25][26]

A despeito das previsões dos meteorologistas indicarem possibilidade de que o tempo estivesse desfavorável para o lançamento, as condições meteorológicas permitiram que no dia 12 de agosto de 2018, às 03:31 do domingo (horário local) ocorresse a ignição dos foguetes do lançador Delta IV Heavy, fazendo com que a decolagem tivesse início.[27]

O lançador Delta IV utilizado para esta missão foi especialmente modificado, tendo um terceiro estágio alimentado por combustível sólido para que, após sua ascensão, pudesse dar um empuxo final, fornecendo à sonda a velocidade necessária para que ela iniciasse sua jornada rumo ao Sol. [28]

Características da missãoEditar

Parker Solar Probe passou por intenso período de testes

A Parker Solar Probe será o primeiro equipamento feito pelo homem a voar no interior da corona solar. Ele irá determinar a dinâmica e estrutura do campo magnético solar e determinar de que forma a corona é aquecida e como o vento solar é acelerado e entender quais processos energéticos envolvidos no impulsionamento de suas partículas.[29]

Para chegar até ao Sol, a espaçonave usará o impulso gravitacional de Vênus para sucessivamente mudar sua órbita, reduzindo seu periélio em cada uma das múltiplas passagens ao redor do sol, até atingir a aproximação máxima, na qual ficará a aproximadamente 8.5 raios solares de distância da estrela.[29]

O equipamentoEditar

A sonda espacial Parker mede 3 metros de altura com 555 kg de peso seco. Seus painéis solares são capazes de prover a geração de 388 Watts de energia durante suas passagens mais próximas ao Sol.[16]

Para que possa resistir às extremas condições de temperatura que enfrentará ao adentrar na corona solar, esta sonda é protegida por um escudo térmico externo, feito por um sanduíche de camadas de um material chamado carbono-carbono, com aproximadamente 12 centímetros de espessura. Embora volumoso, o material é extremamente leve, de modo a minimizar prejuízos ao desempenho de seu lançamento. Em oposição, o outro lado desse escudo térmico é dotado com um sistema de refrigeração com auxilio de água pressurizada, o qual é capaz de manter os seus sensíveis sistemas eletrônicos a uma temperatura de aproximadamente 30 graus Celsius, evitando que o calor possa prejudicar seu funcionamento.[16][30]

A Parker apresenta avançada tecnologia, sendo a nave mais autônoma que a NASA já produziu. Tal nível de robotização foi necessário, pois o equipamento precisa adotar ações automáticas para manobrar, de modo a posicionar seu escudo térmico para proteger seus instrumentos da radiação solar sem interferência humana, pois quaisquer sinais de rádio para controlar a sonda levariam cerca de 7 minutos para alcançá-la e a exposição ao intenso calor causaria a perda do equipamento em poucos segundos.[31]

Durante os sete anos estimados para a duração da missão, esta sonda realizará 24 órbitas em torno do Sol, sendo que a cada uma delas aumentará sua aproximação em relação ao astro e coletará dados sobre vento solar, realizará análises da coroa solar e fornecerá imagens da superfície da estrela.[30]

Objetivos das pesquisasEditar

Os resultados das pesquisas empreendidas pela Parker possibilitarão aquisição de novos conhecimentos e melhoria do entendimento sobre aspectos importantes relacionados à dinâmica das atividades solares. A missão tem como objetivo principal descobrir o motivo da corona ser muito mais quente que a fotosfera solar e entender de que forma o vento solar se forma e como suas partículas são aceleradas.[16][32]

Dentre as principais motivações para a execução das pesquisas baseadas nos dados coletados pelos instrumentos colocados na sonda, a NASA faz as seguintes considerações:[7][16]

  • O Sol é a única estrela que pode ser investigada de perto. Estudando essa estrela podemos ampliar nosso entendimento sobre os demais astros do universo;[7]
  • O Sol é fonte de energia para a vida na Terra. Quanto mais sabermos sobre seus mecanismos, melhor entenderemos sobre como a vida se desenvolveu;[7]
  • O Sol afeta a Terra de diversas maneiras e é a fonte do vento solar, um fluxo de partículas ionizadas que se deslocam pelo sistema solar, atingindo nosso planeta a velocidades superiores a 500 km/s (1,8 milhões de km/h);[7]
  • Variações no vento solar afetam o campo magnético terrestre;[7]
  • Tempestades solares podem alterar a órbita de satélites artificiais, inutilizar equipamentos eletrônicos e até mesmo causar apagões elétricos na Terra;[7]
  • Para segurança de missões espaciais envolvendo o envio de astronautas a pontos mais distantes no espaço é necessário melhor entendimento do comportamento do vento solar.[7]
 
A insígnia da missão

Investigações empreendidasEditar

Para atingir seus objetivos, a missão irá empreender 5 grandes investigações: [32]

TrajetóriaEditar

A trajetória da espaçonave envolverá sete passagens por Vênus, durante as quais ocorrerá redução na velocidade da sonda, alterando sua órbita de modo que ela se aproxime mais da superfície solar. Ao todo, serão executadas 24 translações ao redor do sol, sendo que nas passagens finais ocorrerão as maiores aproximações em relação à estrela.[7]

Os experimentos ocorrerão ao longo dos sete anos de duração da missão, sendo concentrados nos períodos em que a sonda estiver próxima ao sol. Para minimizar a possibilidade de que os intensos níveis de radiação solar possam danificar os equipamentos eletrônicos, a NASA optou por adotar uma órbita altamente elíptica, de forma a reduzir o tempo em que a Parker ficará próxima ao Sol.[32]

Da mesma forma que quaisquer outros objetos em órbita, devido à ação da força da gravidade, a sonda irá acelerar conforme ruma em direção ao periélio e reduzir a velocidade quando se deslocar em sentido a seu afélio. No momento em que atingir sua aproximação máxima ao Sol, esta espaçonave superará a velocidade de 700 mil quilômetros horários, passando a ser a detentora do recorde do objeto mais rápido já lançado pelo homem.[7][32]

Linha do tempo da missão Parker Solar ProbeEditar

Os periélios destacados em amarelo mais intenso indicam os períodos onde a sonda estará em mais próxima ao Sol, enquanto ao amarelo menos intenso, significa quê esta mais longe do Sol

Em Azul, significa passagem próxima a Vénus

Ano/Mês Eventos
Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
2018 Zero passagem por Vênus (período orbital: 150 dias) Lançamento Primeira passagem por Vênus
(período orbital: 150 dias)
Periélio #1
2019 Periélio #2 Periélio #3 Segunda passagem por Vênus
(período orbital: 130 dias)
2020 Periélio #4 Periélio #5 Periélio #6
Terceira passagem por Vênus
(período orbital: 112,5 dias)
2021 Periélio #7 Periélio #8 Periélio #9 Periélio #10
Quarta passagem por Vênus
(período orbital: 102 dias)
Quinta passagem por Vênus
(período orbital: 96 dias)
2022 Periélio #11 Periélio #12 Periélio #13 Periélio #14
2023 Periélio #15 Periélio #16 Periélio #17 Periélio #18
Sexta passagem por Vênus
(período orbital: 92 dias)
2024 Periélio #19 Periélio #20 Periélio #21 Periélio #22
Primeira passagem próxima ao Sol
Sétima passagem por Vênus
(período orbital: 88 dias)
2025 Periélio #23

Segunda passagem próxima ao Sol

Periélio #24

Terceira passagem próxima ao Sol

Periélio #25

Quarta passagem próxima ao Sol

Periélio #26

Quinta passagem próxima ao Sol

Após a primeira passagem por Vênus a sonda entrará em uma órbita altamente elíptica com período de 150 dias. Na segunda passagem por Vênus o período orbital passará a 130 dias. Os demais encontros com Vênus reduzirão os períodos orbitais sucessivamente, até chegar a 88 dias.[33]

Notas

  1. Oito projetos sucessivos foram estudados na agência espacial norte-americana.
  2. Telêmaco filho de Ulysses por referência à missão américo-européia, Ulysses foi lançada em 1990 para estudar as regiões polares do Sol.

Referências

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  2. Space Times, May/June 2007, page 8.
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  15. E. Roelof, The Telemachus mission: dynamics of the polar sun and heliosphere, 25 de julho de 2004
  16. a b c d e f «Parker Solar Probe: The first Mission to touch the sun» 
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  28. {{Citar periódico|ultimo=VERGE|titulo=NASA Parker Solar Probe United Launch Alliance Delta IV launch|url= https://www.theverge.com/2018/8/10/17675268/nasa-parker-solar-probe-united-launch-alliance-delta-iv-launch-watch-live
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  33. «Solar Probe Plus: The Mission» 
 
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