Welche Werkzeuge hat die Parker-Sonde?

Quelle: Die Bruce Murray Space Image Library

(Anmerkung des Übersetzers: Da in den Kommentaren zum vorherigen Artikel die Fragen „Was kann dort beobachtet werden und wie?“ Immer wieder gestellt wurden, habe ich beschlossen, den Artikel über die Tools, mit denen Parker ausgestattet ist, zusätzlich zu übersetzen.)

Die Parker-Sonnensonde, die für den Betrieb unter extremen Bedingungen ausgelegt ist, bewegt sich in Richtung der Sonnenkorona, wo noch nie ein Raumschiff gewesen ist. Die Sonde sammelt Daten zu elektrischen und magnetischen Feldern und verschiedenen Partikeln mithilfe von vier Hauptgeräten, von denen jedes speziell für hohe Temperaturen und Strahlung ausgelegt ist.

FELDER

(Untersuchung elektromagnetischer Felder, Forschung elektromagnetischer Felder)


Quelle

FIELDS wurde entwickelt, um zu analysieren, was mit bloßem Auge nicht zu sehen ist - die elektrischen und magnetischen Felder der Sonnenatmosphäre, ihre Parameter und Konfiguration. Mit diesem Tool können Sie das Auftreten von Wellen und Wirbeln in den Tiefen der Heliosphäre mit extrem hoher Auflösung aufzeichnen und so die Beziehung zwischen den Feldeigenschaften und Phänomenen wie Rossby-Wellen , Kopfschockwellen und magnetischer Wiederverbindung herstellen .

FIELDS-Sensoren sind fünf Zwei-Meter-Antennen, von denen vier über den Hitzeschild hinausragen und einer Temperatur von 1370 Grad Celsius ausgesetzt sind. Sie bestehen daher aus einer Nioblegierung. Die fünfte Antenne, die sich im „Schatten“ der Vorrichtung senkrecht zur Ebene der anderen befindet, hilft dabei, ein dreidimensionales Bild der Schwingungen des elektrischen Feldes im Hochfrequenzbereich zu erstellen. Dank ihnen kann Parker Daten sowohl direkt als auch über große Entfernungen erfassen. Antennen, die „im Licht“ sind, arbeiten in zwei verschiedenen Modi und unterscheiden getrennt zwischen den „langsamen“ und „schnellen“ Sonnenwinden - den Partikelflüssen, die ständig von der Sonne emittiert werden.

FELDER „erfassen“ die Magnetfelder mit drei Magnetometern, die jeweils etwa die Größe einer Faust haben. Ein Induktionsmagnetometer SCM (Search Coil Magnetometer), dessen Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom Magnetfluss um es herum variiert, überwacht die Änderung des Feldes über die Zeit, und zwei identische MAGi- und MAGo- Flux-Gate-Magnetometer werden verwendet, um die Größe des Feldes abzuschätzen. MAGs werden hauptsächlich auf Teilen der Flugbahn verwendet, die von der Sonne entfernt sind, wo sich das Feld reibungslos ändert, und SCM, das bis zu zwei Millionen Mal pro Sekunde Messwerte erfasst, wird in einer niedrigen Umlaufbahn benötigt.

FIELDS wurde an der University of California im Berkeley Space Research Laboratory (leitender Forscher Stuart D. Bale) entwickelt.

WISPR

(Der Weitfeld-Imager für Parker Solar Probe, Weitwinkelkamera)


Quelle

WISPR oder The Wide-Field Imager für Parker Solar Probe , mit dem Bilder von großen Strukturen erhalten werden sollen, die vom Sonnenwind und der Korona gebildet werden, ist Parkers einziges visuelles Beobachtungsinstrument. Dieses Gerät hat die Größe eines Schuhkartons und dient zum Fotografieren von koronalen Massenauswürfen (CMEs), Jets und anderen Auswirkungen des Materieverlusts durch die Sonne. Da die Sonde früher oder später direkt auf diese Phänomene stößt und Daten mit anderen Systemen sammelt, sind Fotos nützlich, um die Beziehung zwischen den gemessenen Parametern und dem beobachteten Bild zu verstehen.

Um eine direkte Belichtung zu vermeiden und die Krone zu fotografieren, wird WISPR hinter dem Hitzeschild platziert, und eine kleine Menge Licht, die aufgrund von Beugung am Rand des Schilds oder Reflexion auf anderen Oberflächen der Sonde in die Kamera gelangen kann, absorbiert spezielle Hauben und Bildschirme.

Als empfindliches Element in WISPR werden zwei strahlungsresistente CMOS-Arrays mit aktiven Pixeln verwendet , die leichter sind und weniger Energie verbrauchen als CCD-Arrays . Darüber hinaus wirken kosmische Strahlung und andere energiereiche Teilchen weniger auf solche Matrizen, was in der Nähe der Sonne sehr wichtig ist. Die Kameraobjektive bestehen aus strahlungsbeständigem BK7-Glas, das in Orbital-Teleskopen verwendet wird, und sind zusätzlich vor kosmischem Staub geschützt.

WISPR und das dazugehörige Experimentierprogramm wurden am Department of Solar Physics and the Heliosphere des Naval Research Laboratory in Washington (leitender Forscher Russell Howard) entwickelt.

SWEAP

(Untersuchung von Sonnenwindelektronen, Alphas und Protonen)


Quelle

SWEAP oder Solar Wind Electrons Alphas and Protons-Untersuchung besteht aus zwei sich ergänzenden Werkzeugen, dem Solar Probe Cup (SPC) und dem SPAN (Solar Probe Analyzers). Diese Geräte ermöglichen es, die Anzahl der Partikel, die für den Sonnenwind am charakteristischsten sind - Alpha (Heliumkerne), Beta (Elektronen) und Protonen - ziemlich genau zu berechnen und ihre Parameter wie Geschwindigkeit, Flussdichte und Temperatur zu messen, um so unser Wissen über die Sonne zu ergänzen Wind und Koronarplasma.

Der SPC, auch als Faraday-Becher bekannt , ist eine Metallfalle für geladene Teilchen, die im Vakuum montiert sind, und muss auch längerer Sonneneinstrahlung standhalten, da er sich außerhalb des Randes des Hitzeschilds befindet. Strukturell handelt es sich um eine Reihe leicht durchlässiger Gitter, von denen jedes mit einer Hochspannung unterschiedlicher Größe versorgt wird, um die Partikel nach Typen zu sortieren, und Kollektorplatten, die die Eigenschaften der auf sie fallenden Partikel bestimmen. Außerdem filtern die Gitter Hintergrundgeräusche heraus und führen zu Messfehlern wie kosmischer Strahlung und photoionisiertem Plasma. Wahrscheinlich erwärmen sich die Elektroden während des Betriebs auf etwa 1600 Grad Celsius, sodass die Isolatoren der Gitter aus Saphir bestehen. Jede Sekunde führt der SPC 146 Messungen im Solarplasma durch, um seine Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur zu bestimmen.

SPAN wiederum besteht aus zwei Blöcken, SPAN-A und SPAN-B, von denen jeder einen ziemlich breiten Erfassungssektor aufweist, sodass Sie Partikel erkennen können, die von SPC nicht gesehen werden. Jedes von einem der Blöcke eingefangene Teilchen fällt in eine Art Labyrinth von Reflektoren und Elektroden, die den Fluss nach Ladung und Masse sortieren. SPAN-A kann sowohl mit Elektronen als auch mit Ionen arbeiten, während SPAN-B nur mit Elektronen arbeiten kann.

SWEAP wurde größtenteils in Zusammenarbeit mit dem Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, und dem Weltraumforschungslabor der Universität von Kalifornien in Berkeley (leitender Forscher Justin Casper, Universität von Michigan) entwickelt.

ISʘIS

(Die integrierte wissenschaftliche Untersuchung der Sonne, Integriertes Solarforschungssystem)


Quelle

ISʘIS (ausgesprochen "isis", der Kreis in der Mitte ist das astronomische Symbol der Sonne) ist auch zwei miteinander verbundene Werkzeuge für die umfassende Untersuchung von Sonnenpartikeln in einem weiten Energiebereich. Mit ISʘIS kann man Elektronen, Protonen und Ionen untersuchen - und herausfinden, woher sie kamen, wie sie beschleunigten und wie sie über die Grenzen der Sonne hinausgingen. Die Blöcke des Systems heißen EPI-Lo und EPI-Hi (EPI, Energetic Particle Instrument - ein Werkzeug zur Untersuchung energiereicher Partikel).

EPI-Lo analysiert das Spektrum von Elektronen und Ionen und ermöglicht so die Freisetzung von Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Neon-, Magnesium-, Silizium-, Eisen- und zwei Heliumisotopen, He-3 und He-4 - letztere können aufgrund des charakteristischen Unterschieds zwischen ihnen gleichzeitig überprüft werden verschiedene Hypothesen über die Mechanik der Teilchenbeschleunigung durch die Sonne. Das Gerät erinnert ein wenig an einen Seeigel - eine achteckige Kuppel, auf der sich 80 Fenster befinden, die jeweils die Größe einer kleinen Münze haben. Dadurch wird ein weites Sichtfeld erreicht. Hinter jedem Fenster befinden sich zwei Verbundfolien (Kohlenstoff- Polyimid- Aluminium) und ein Halbleiterdetektor in Form einer Mikrokanalplatte . Bei einer Kollision mit jedem Film schlägt das Teilchen Elektronen aus, die dann von der Platte eingefangen werden. Nachdem man die nach der Kollision erhaltene Energiemenge und die Laufzeit zwischen den Filmen bestimmt hat, kann man die Art des Partikels bestimmen.

EPI-Hi arbeitet mit Partikeln mit größerer Energie als EPI-Lo und verwendet hierfür drei separate Sensoren, von denen jeder ein Satz von Schicht-für-Schicht-Detektoren ist. Die Detektoren bestehen aus ultradünnen Siliziumschichten und sind in Segmente unterteilt, mit denen sowohl die Partikelbahn bestimmt als auch Hintergrundgeräusche reduziert werden können. Die Identifizierung der Partikel erfolgt anhand der Tiefe der Schichten und der Ionisierung der einzelnen Schichten. Es wird angenommen, dass EPI - Hi in den Bereichen der Umlaufbahn, die der Sonne am nächsten liegen, bis zu hunderttausend Partikel pro Sekunde identifizieren kann.

Dank der gemeinsamen Arbeit dieser beiden Subsysteme können Sie mit ISʘIS die von SWEAP empfangenen Daten verfeinern.

Das ISʘIS-Programm wird von der Princeton University in Princeton, New Jersey (leitender Forscher David McComas) durchgeführt. Die Hauptkomponenten der Installation wurden im Imperial Laboratory of Applied Physics hergestellt. John Hopkins in Laurel, Maryland, und das California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien. Das Southwest Research Institute in San Antonio, Texas, und das Space Flight Center der NASA haben ebenfalls einen großen Beitrag zur Schaffung von ISʘIS geleistet. Goddard in Greenbelt, Maryland. Das ISʘIS-Rechenzentrum befindet sich an der Universität von New Hampshire in Durham.

Heliopsp

(Die heliosphärischen Ursprünge mit Parker Solar Probe, Natur der Heliosphäre)

Nein, dies ist kein separates Gerät, sondern ein Programm zur Untersuchung der Natur und des Ursprungs der Heliosphäre, das von der University of California in Los Angeles (leitender Forscher Marco Valley) geleitet wird.