Солнечная спектроскопия высоких энергий Reuven Ramaty

Солнечная спектроскопия высоких энергий Reuven Ramaty

Иллюстрация RHESSI
Имена	Эксплорер-81, СМЭКС-6
Тип миссии	Солнечная обсерватория
Оператор	НАСА  / Лаборатория космических наук Годдарда
COSPAR ID	2002-004A
SATCAT нет.	27370
Интернет сайт	https://hesperia.gsfc.nasa.gov/rhessi3/
Продолжительность миссии	Планируется: 2 года [1] Окончание: 16 лет, 6 месяцев, 10 дней
Свойства космического корабля
Производитель	Спектр Астро [1]
Стартовая масса	293 кг (646 фунтов) [2]
Размеры	2,16 × 5,76 м (7,1 × 18,9 футов) [2]
Мощность	414 Вт [2]
Начало миссии
Дата запуска	5 февраля 2002 г., 20:58 UTC [3] ( 2002-02-05UTC20: 58 )
Ракета	Пегас XL
Запустить сайт	Звездочет , мыс Канаверал
Подрядчик	Орбитальные науки
Конец миссии
Утилизация	Списан
Деактивировано	16 августа 2018 [4] ( 2018-08-17 )
Дата распада	c.  2022 [4]
Параметры орбиты
Справочная система	Геоцентрический
Режим	Низкая Земля
Большая полуось	6875,9 км (4272,5 миль)
Эксцентриситет	0,0011
Высота перигея	490,3 км (304,7 миль)
Высота апогея	505,3 км (314,0 миль)
Наклон	38,0367 °
Период	94,5667 мин.
РААН	59.1113 °
Аргумент перигея	152.3223 °
Средняя аномалия	207,8129 °
Среднее движение	15,2265 об / сутки
Эпоха	2 сентября 2015, 12:16:06 UTC [5]
Революции нет.	74636
Главный телескоп
Тип	Маска с кодированной апертурой
Фокусное расстояние	1,55 м (5,1 футов)
Зона сбора	150 см 2 (0,16 кв. Фута)
Длины волн	Рентген  / гамма
Разрешение	2 угловой секунды до 100 кэВ 7 угловой секунды до 400 кэВ 36 угловой секунды выше 1 МэВ [2]
Программа Small Explorer ←  ПРОВОД ГАЛЕКС  →

Высокоэнергетический солнечный спектроскопический прибор Reuven Ramaty ( RHESSI , первоначально High Energy Solar Spectroscopic Imager или HESSI ) был обсерваторией НАСА для солнечных вспышек. Это была шестая миссия в программе Small Explorer , выбранной в октябре 1997 года ^{[1] [6]} и запущенной 5 февраля 2002 года. Ее основной задачей было исследование физики ускорения частиц и выделения энергии в солнечных вспышках .

HESSI был переименован в RHESSI 29 марта 2002 года в честь Реувена Рамати , пионера в области физики Солнца высоких энергий. RHESSI был первой космической миссией, названной в честь ученого НАСА. ^[7] RHESSI был построен Spectrum Astro для Центра космических полетов Годдарда и эксплуатировался Лабораторией космических наук в Беркли, Калифорния . Главный исследователь с 2002 по 2012 год был Роберт Лин , который был преемником SaM Krucker. ^[8]

Из-за проблем со связью RHESSI прекратил научные работы 11 апреля 2018 года в 01:50 UTC. ^[9] RHESSI был выведен из эксплуатации 16 августа 2018 года и остается на стабильной низкой околоземной орбите. Однако, поскольку у него нет средств движения, атмосферное сопротивление в конечном итоге втянет космический корабль в атмосферу Земли, что может произойти уже в 2022 году ^[4].

Концепция миссии [ править ]

RHESSI был разработан для получения изображений солнечных вспышек с помощью фотонов высокой энергии от мягкого рентгеновского излучения (~ 3 кэВ) до гамма-лучей (до ~ 20 МэВ) и для обеспечения спектроскопии с высоким разрешением вплоть до энергий гамма-лучей ~ 20 МэВ. Кроме того, он имел возможность выполнять спектроскопию с пространственным разрешением с высоким спектральным разрешением.

Научные цели [ править ]

Исследователи полагают, что большая часть энергии, выделяющейся во время вспышки, используется для ускорения до очень высоких энергий электронов (излучающих в основном рентгеновские лучи), протонов и других ионов (излучающих в основном гамма-лучи). Новый подход миссии RHESSI заключался в том, чтобы впервые объединить получение изображений с высоким разрешением в жестких рентгеновских и гамма-лучах со спектроскопией высокого разрешения, чтобы получить подробный энергетический спектр в каждой точке изображения.

Этот новый подход позволил исследователям выяснить, где эти частицы ускоряются и до каких энергий. Такая информация будет способствовать пониманию фундаментальных высокоэнергетических процессов, лежащих в основе проблемы солнечных вспышек.

Основная научная цель RHESSI состояла в том, чтобы понять следующие процессы, происходящие в намагниченной плазме солнечной атмосферы во время вспышки:

• Импульсное высвобождение энергии,
• Ускорение частиц,
• Перенос частиц и энергии.

Эти высокоэнергетические процессы играют важную роль в разных точках Вселенной, от магнитосферы до активных галактик. Следовательно, важность понимания этих процессов выходит за рамки физики Солнца; это одна из основных целей космической физики и астрофизики.

Интересующие нас высокоэнергетические процессы включают следующее:

• Быстрое высвобождение энергии, хранящейся в нестабильных магнитных конфигурациях,
• Столь же быстрое преобразование этой энергии в кинетическую энергию горячей плазмы и ускоренных частиц (в первую очередь электронов, протонов и ионов),
• Перенос этих частиц через солнечную атмосферу в межпланетное пространство,
• Последующий нагрев окружающей солнечной атмосферы.

Эти процессы включают:

• Энергии частиц до многих ГэВ,
• Температуры в десятки и даже сотни миллионов градусов,
• Плотность до 100 миллионов частиц на квадратный см,
• Пространственные масштабы в десятки тысяч километров, и
• Время магнитного удержания от секунд до часов.

Эти условия невозможно воспроизвести в лабораториях на Земле.

Ускорение электронов обнаруживается с помощью жесткого рентгеновского и тормозного гамма- излучения, в то время как ускорение протонов и ионов обнаруживается с помощью линий гамма-излучения и континуума. Близость Солнца означает не только то, что эти высокоэнергетические выбросы на порядки более интенсивны, чем от любого другого космического источника, но также и то, что они могут быть лучше разрешены как в пространстве, так и во времени.

Визуализация [ править ]

Поскольку рентгеновские лучи нелегко отражаются или преломляются, получение изображений в рентгеновских лучах затруднено. Одним из решений этой проблемы является выборочная блокировка рентгеновских лучей. Если рентгеновские лучи заблокированы способом, который зависит от направления входящих фотонов, тогда можно будет восстановить изображение. Возможности визуализации RHESSI были основаны на методе преобразования Фурье с использованием набора из 9 коллиматоров с вращательной модуляцией.(RMC) в отличие от зеркал и линз. Каждый RMC состоял из двух наборов широко разнесенных мелкомасштабных линейных сеток. Когда космический корабль вращался, эти решетки блокировали и разблокировали любое рентгеновское излучение, которое могло исходить от Солнца, модулирующего сигнал фотона во времени. Модуляцию можно было измерить с помощью детектора без пространственного разрешения, расположенного за RMC, поскольку пространственная информация теперь хранилась во временной области. Шаблон модуляции на половине оборота для одного RMC обеспечивал амплитуду и фазу многих пространственных компонентов Фурье во всем диапазоне угловых ориентаций, но для небольшого диапазона пространственных размеров источника. Несколько RMC, каждый с разной шириной щели, обеспечивали охват всего диапазона размеров источников вспышки.Затем изображения были реконструированы из набора измеренных компонентов Фурье в точной математической аналогии с радиоинтерферометрией с несколькими базами.

RHESSI обеспечил пространственное разрешение в 2 угловые секунды при энергии рентгеновского излучения от ~ 4 кэВ до ~ 100 кэВ, от 7 угловых секунд до ~ 400 кэВ и 36 угловых секунд для линий гамма-излучения и непрерывного излучения выше 1 МэВ.

RHESSI также мог видеть гамма-лучи, идущие с сторонних от Солнца направлений. Более энергичные гамма-лучи проходили через конструкцию космического корабля и воздействовали на детекторы под любым углом. Этот режим использовался для наблюдения гамма-всплесков (GRB). Поступающие гамма-лучи не модулируются сетками, поэтому информация о местоположении и изображениях не записывается. Тем не менее, приблизительную позицию можно определить по тому факту, что у детекторов есть передний и задний звукосниматели. Кроме того, детекторы возле взрыва защищали от взрыва. Сравнение уровней сигналов вокруг девяти кристаллов и между ними дает грубое двумерное положение в пространстве.

В сочетании с времени с высокой разрешающей способностью штампов ударов детектора, раствор RHESSI может быть перекрестные ссылки на землю с другими КА в IPN (межпланетных сети) , чтобы обеспечить мелкий раствор. Большая площадь и высокая чувствительность сборки кристаллов германия сделали RHESSI грозным компонентом IPN. Даже когда другие космические аппараты могут определить местоположение вспышки, немногие из них могут обеспечить столь же высококачественные спектры вспышки (как по времени, так и по энергии), как RHESSI.

Однако изредка гамма-всплеск происходил вблизи Солнца в коллимированном поле зрения. Затем сетки предоставили полную информацию, и RHESSI смог предоставить точное местоположение GRB даже без корреляции IPN.

Космический аппарат и прибор [ править ]

Весь космический аппарат вращался, чтобы обеспечить необходимую модуляцию сигнала. Четыре фиксированных солнечных панели были разработаны для обеспечения достаточного гироскопического момента для стабилизации вращения вокруг солнечного вектора. Это в значительной степени устранило необходимость в управлении отношением.

Детекторами прибора служили девять кристаллов германия высокой чистоты . Каждый охлаждали до криогенных температур с помощью механического криохладителя. Германий обеспечил не только обнаружение с помощью фотоэлектрического эффекта , но и собственную спектроскопию за счет осаждения заряда входящего луча. Кристаллы помещены в криостат и закреплены ремнями с низкой проводимостью.

Трубчатая конструкция телескопа составляла основную часть космического корабля. Его цель состояла в том, чтобы удерживать коллиматоры над кристаллами Ge в известных фиксированных положениях.

Результаты [ править ]

Наблюдения RHESSI изменили наши взгляды на солнечные вспышки, особенно на высокоэнергетические процессы во вспышках. Наблюдения RHESSI привели к многочисленным публикациям в научных журналах и презентациям на конференциях. В течение 2017 года RHESSI упоминается в 2474 публикациях, книгах и презентациях. ^[10]

• RHESSI был первым спутником, который запечатлел гамма-лучи от солнечной вспышки. ^[11]
• RHESSI был первым спутником, который точно измерил земные гамма-вспышки , возникающие при грозах , и RHESSI обнаружил, что такие вспышки происходят чаще, чем предполагалось, а гамма-лучи в среднем имеют более высокую частоту, чем в среднем для космических источников.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме RHESSI .

• Веб-сайт RHESSI Центра космических полетов имени Годдарда НАСА
• Хесся сайт архива по Лаборатории космических наук
• Обозреватель данных RHESSI Лаборатории космических наук
• RHESSI Science Nuggets , выходящая раз в две недели серия, объясняющая последние научные результаты