_ A face ultra-rapid măsurători de electroni în mai multe direcții pentru a dezvălui secretele aurorei

Electronii energetici care conduc aurora boreală (aurora boreală) au o structură bogată și foarte dinamică pe care în prezent nu o înțelegem pe deplin. O mare parte din ceea ce știm despre acești electroni provine de la instrumente care au limitări fundamentale în capacitatea lor de a preleva mai multe energii cu rezoluție în timp înaltă.

Pentru a depăși aceste limitări, NASA utilizează o abordare inovatoare pentru a dezvolta instrumente care vor ne îmbunătățesc capacitățile de măsurare cu mai mult de un ordin de mărime, dezvăluind o mulțime de informații noi despre fizica uimitoare care are loc în aurora.

Instrumentele cu electroni tipice se bazează pe o tehnică numită deflexie electrostatică, care necesită schimbarea unei tensiuni. pentru a selecta diferite energii de electroni de măsurat. Aceste instrumente au fost zburate în multe misiuni spațiale diferite și au furnizat aproape toate măsurătorile de electroni in-situ efectuate în interiorul aurorei.

Ele funcționează excelent atunci când se observă la intervale de timp de secunde sau chiar până la aproximativ o zecime. de o secundă, dar, în principiu, nu pot observa până la scale de timp mai mici (milisecunde) din cauza timpului necesar pentru a trece prin tensiuni.

Observațiile optice de la sol ale aurorei au arătat că poate exista rapiditate spațială. și variații temporale care depășesc capacitățile de observare ale instrumentelor electronice tradiționale. Prin urmare, membrii Laboratorului de Geofizică de la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA au dezvoltat un instrument numit Acute Precipitating Electron Spectrometer (APES) care poate măsura precipitațiile de electroni din aurora la o cadență de o milisecundă.

APES folosește o putere puternică. câmp magnetic din interiorul instrumentului pentru a separa electronii cu energii diferite în diferite regiuni spațiale ale detectorului. Această metodă permite instrumentului să măsoare simultan întregul spectru de energie a electronilor la o rată foarte mare (la fiecare 1 ms).

În proiectarea APES, a trebuit să se facă un compromis major. Pentru ca geometria câmpului magnetic să funcționeze corect, instrumentul poate observa doar într-o singură direcție. Acest concept funcționează bine dacă scopul este doar de a măsura electronii care precipită (în jos) din aurora care în cele din urmă a lovit atmosfera. Cu toate acestea, știm că electronii din auroră se mișcă și în alte direcții; de fapt, acești electroni conțin o mulțime de informații despre alte procese fizice care au loc mai departe în spațiu.

Pentru a permite măsurarea electronilor în mai mult de o direcție, echipa Goddard a dezvoltat conceptul de instrument APES-360. Pentru a crea design-ul APES-360, echipa a folosit aceleași principii de operare folosite în APES, dar le-a actualizat pentru a se adapta la o geometrie de direcție cu aspect multiplu care acoperă un câmp vizual de 360 ​​de grade folosind 16 sectoare diferite.

Echipa a trebuit să depășească mai multe provocări tehnice pentru a dezvolta conceptul APES-360. În special, designul electronicii a trebuit să găzduiască mult mai mulți anozi (suprafețe de detectare a încărcăturii) și circuitele asociate într-o zonă mică.

Prototipul APES-360 care se construiește în prezent va fi testat și calibrat la Goddard și va zbura cu o rachetă de sondare în aurora activă în iarna lui 2025. Acest zbor va furniza date reale din interiorul aurorei, care vor fi folosite pentru a valida performanța instrumentului și pentru a informa îmbunătățirile viitoare ale designului.

Instrumentul APES-360 este proiectat pentru a se potrivi într-un factor de formă CubeSat, astfel încât să poată fi utilizat în viitoarele misiuni CubeSat pentru a studia aurora. Instrumentul ar putea fi zburat în cele din urmă și în misiuni orbitale mai mari.

(Fluierul)