¿Qué herramientas tiene la sonda solar Parker?

Fuente: Biblioteca de imágenes espaciales Bruce Murray

(Nota del traductor: dado que en los comentarios al artículo anterior se preguntaron repetidamente las preguntas “¿qué se puede observar allí y cómo?”, Decidí traducir adicionalmente el artículo sobre las herramientas con las que Parker está equipado)

La sonda solar Parker, diseñada para operar en condiciones extremadamente extremas, se dirigirá hacia la corona solar, donde nunca ha estado una nave espacial. La sonda recopilará datos sobre campos eléctricos y magnéticos y varias partículas utilizando cuatro dispositivos principales, cada uno de los cuales está especialmente diseñado para soportar altas temperaturas y radiación.

CAMPOS

(Investigación de campos electromagnéticos, investigación de campos electromagnéticos)


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FIELDS está diseñado para analizar lo que no se puede ver a simple vista: los campos eléctricos y magnéticos de la atmósfera solar, sus parámetros y configuración. La herramienta le permitirá registrar la ocurrencia de ondas y vórtices en las profundidades de la heliosfera con una resolución extremadamente alta, lo que permite establecer la relación entre las características del campo y fenómenos como las ondas de Rossby , las ondas de choque de la cabeza y la reconexión magnética .

Los sensores FIELDS son cinco antenas de dos metros, cuatro de las cuales se extienden más allá del escudo térmico y están expuestas a una temperatura de 1370 grados Celsius, por lo que están hechas de aleación de niobio. La quinta antena, ubicada en la "sombra" del aparato perpendicular al plano de los demás, ayuda a construir una imagen tridimensional de las oscilaciones del campo eléctrico en el rango de alta frecuencia. Gracias a ellos, Parker puede recopilar datos tanto directamente como a largas distancias. Las antenas que están "en la luz" funcionan en dos modos diferentes, distinguiendo por separado entre los vientos solares "lentos" y "rápidos": los flujos de partículas emitidos constantemente por el Sol.

CAMPOS "detecta" los campos magnéticos con tres magnetómetros, cada uno del tamaño de un puño. Un magnetómetro de inducción SCM (Magnetómetro de bobina de búsqueda), cuyo voltaje de salida varía con el flujo magnético que lo rodea, rastrea el cambio en el campo a lo largo del tiempo, y se utilizan dos magnetómetros de puerta de flujo MAGi y MAGo idénticos para estimar la magnitud del campo. Los MAG se utilizarán principalmente en partes de la trayectoria remota del Sol donde el campo cambia suavemente, y SCM, que toma lecturas de hasta dos millones de veces por segundo, será necesario en órbita baja.

CAMPOS fue desarrollado en el Laboratorio de Investigación Espacial Berkeley de la Universidad de California (investigador principal Stuart D. Bale).

WISPR

(El generador de imágenes de campo amplio para Parker Solar Probe, cámara gran angular)


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WISPR o The Wide-Field Imager for Parker Solar Probe , con el que se supone que debe obtener imágenes de grandes estructuras formadas por el viento solar y la corona, es la única herramienta de observación visual de Parker. Este dispositivo, aproximadamente del tamaño de una caja de zapatos, está diseñado para fotografiar eyecciones de masa coronal (CME), chorros y otros efectos de la pérdida de materia por el Sol. Dado que la sonda, tarde o temprano, encontrará estos fenómenos directamente, recolectando datos usando otros sistemas, las fotografías son útiles para comprender la relación entre los parámetros medidos y la imagen observada.

Para evitar la exposición directa y fotografiar la corona, WISPR se colocará detrás del escudo térmico, y una pequeña cantidad de luz que puede ingresar a la cámara debido a la difracción en el borde del escudo o la reflexión sobre otras superficies de la sonda absorberá campanas y pantallas especiales.

Como elemento sensible en WISPR, se utilizan dos matrices CMOS resistentes a la radiación con píxeles activos , que son más livianas y consumen menos energía que las matrices CCD . Además, los rayos cósmicos y otras partículas de alta energía actúan menos en tales matrices, lo cual es muy importante en las proximidades del Sol. Las lentes de la cámara están hechas de vidrio resistente a la radiación BK7 utilizado en telescopios orbitales y además están protegidas del polvo cósmico.

WISPR, así como su programa de experimento asociado, se desarrollaron en el Departamento de Física Solar y Heliosfera, Laboratorio de Investigación Naval, Washington (investigador principal Russell Howard).

BARRIDO

(Investigación de alfas y protones de electrones de viento solar)


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La investigación SWEAP, o Solar Wind Electrons Alphas and Protons , consta de dos herramientas complementarias, la Solar Probe Cup, también conocida como SPC, y SPAN, también conocida como Solar Probe Analyzers. Estos dispositivos le permiten calcular con bastante precisión el número de partículas más características del viento solar (alfa (núcleos de helio), beta (electrones) y protones) y también medir sus parámetros, como la velocidad, la densidad de flujo y la temperatura, y así complementar nuestro conocimiento de la energía solar. viento y plasma coronario.

El SPC, también conocido como la copa Faraday , es una trampa de metal para partículas cargadas montadas en el vacío, y también debe resistir la exposición prolongada al Sol, ya que se encuentra fuera del borde del escudo térmico. Estructuralmente, es una serie de rejillas fácilmente permeables, cada una de las cuales recibe un alto voltaje de diferentes tamaños para clasificar las partículas por tipos y placas colectoras, que determinan las características de las partículas que caen sobre ellas. Además, las rejillas filtrarán el ruido de fondo, introduciendo un error en las mediciones, como los rayos cósmicos y el plasma fotoionizado. Probablemente, durante la operación, los electrodos se calentarán a aproximadamente 1600 grados Celsius, por lo que los aisladores de las rejillas están hechos de zafiro. Cada segundo, el SPC realiza 146 mediciones en el plasma solar para determinar su densidad, velocidad y temperatura.

SPAN, a su vez, se ensambla a partir de dos bloques, SPAN-A y SPAN-B, cada uno de los cuales tiene un sector de captura bastante amplio, lo que le permite detectar partículas que SPC no ve. Cada partícula capturada por cualquiera de los bloques cae en una especie de laberinto de reflectores y electrodos que clasifican el flujo por carga y masa. SPAN-A puede funcionar con electrones e iones, mientras que SPAN-B solo puede funcionar con electrones.

SWEAP se desarrolló en gran medida como resultado de la colaboración del Observatorio Astrofísico Smithsoniano en Cambridge, Massachusetts, y el Laboratorio de Investigación Espacial de la Universidad de California, Berkeley (investigador principal Justin Casper, Universidad de Michigan).

ISʘIS

(La Investigación Científica Integrada del Sol, Sistema Integrado de Investigación Solar)


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ISʘIS (pronunciado "isis", el círculo en el medio es el símbolo astronómico del Sol) es también dos herramientas interconectadas para el estudio integral de partículas solares en un amplio rango de energía. Usando ISʘIS, uno puede estudiar electrones, protones, iones, y descubrir de dónde vienen, cómo aceleraron y cómo llegaron más allá de los límites del Sol. Los bloques del sistema se llaman EPI-Lo y EPI-Hi (EPI, Energetic Particle Instrument, una herramienta para estudiar partículas de alta energía).

EPI-Lo analiza el espectro de electrones e iones, lo que permite la liberación de carbono, oxígeno, neón, magnesio, silicio, hierro y dos isótopos de helio, He-3 y He-4; estos últimos se pueden verificar al mismo tiempo debido a la diferencia característica entre ellos varias hipótesis diferentes sobre la mecánica de la aceleración de partículas por el sol. El dispositivo recuerda un poco a un erizo de mar: una cúpula octogonal, en la que hay 80 ventanas, cada una del tamaño de una moneda pequeña; Debido a esto, se logra un amplio campo de visión. Detrás de cada ventana hay dos películas compuestas (carbono- poliimida -aluminio) y un detector de semiconductores en forma de placa de microcanal . Al colisionar con cada película, la partícula elimina los electrones, que luego son capturados por la placa; Habiendo determinado la cantidad de energía obtenida después de la colisión y el tiempo de tránsito entre las películas, se puede determinar el tipo de partícula.

EPI - Hi trabaja con partículas de mayor energía que EPI - Lo, y utiliza tres sensores separados para esto, cada uno de los cuales es un conjunto de detectores capa por capa. Los detectores están hechos de capas de silicio ultradelgadas y se dividen en segmentos, lo que permitirá determinar la trayectoria de las partículas y reducir el ruido de fondo. La identificación de partículas se lleva a cabo por la profundidad que atraviesa las capas y cómo se ioniza cada una. Se supone que EPI - Hola en las áreas de la órbita más cercana al Sol podrá identificar hasta cien mil partículas por segundo.

Gracias al trabajo conjunto de estos dos subsistemas, ISʘIS permitirá aclarar los datos recibidos de SWEAP.

El programa ISʘIS está dirigido por la Universidad de Princeton en Princeton, Nueva Jersey (investigador principal David McComas), y los componentes principales de la instalación se produjeron en el Laboratorio Imperial de Física Aplicada. John Hopkins en Laurel, Maryland, y el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California. El Southwest Research Institute en San Antonio, Texas, y el Centro de Vuelo Espacial de la NASA, también hicieron una gran contribución a la creación de ISʘIS. Goddard en Greenbelt, Maryland. El centro de datos ISʘIS estará ubicado en la Universidad de New Hampshire en Durham.

Heliopsp

(Los orígenes heliosféricos con Parker Solar Probe, naturaleza de la heliosfera)

No, este no es un dispositivo separado, sino un programa para estudiar la naturaleza y el origen de la heliosfera, que será dirigido por la Universidad de California, Los Ángeles (investigador principal Marco Valley).