De energirika elektroner som driver norrskenet har
en rik och mycket dynamisk struktur som vi ännu inte helt förstår. Mycket av
det vi vet om dessa elektroners rörelser kommer från instrument som har fundamentala
begränsningar i sin förmåga att mäta flera energier samtidigt med hög
tidsupplösning. För att övervinna denna begränsning använder NASA ett
innovativt tillvägagångssätt för att nu utveckla instrument som kommer att
förbättra vår mätkapacitet med mer än en storleksordning – vilket bör avslöja
en mängd ny information om vad som fysiskt sker i ett norrsken.
Dagens elektroninstrument förlitar sig på en teknik
som kallas elektrostatisk avböjning, vilket kräver att man ändrar spänning för
att kunna välja olika energislag av elektronhändelser som ska mätas. Dessa
instrument har varit med på många rymduppdrag och har tillhandahållit nästan
alla elektronmätningar som gjorts inuti norrsken. De fungerar utmärkt när man
observerar på tidsskalor på sekunder eller till och med ner till cirka en
tiondels sekund, men de kan i grunden inte observera ner till mindre tidsskalor
(millisekunder) på grund av den tid det tar att svepa genom skilda spänningsfält.
Vid utformningen av APES (Acute Precipitating
Electron Spectrometer ) (det nya
instrument som snart ska börja användas) var man tvungen att göra en stor
kompromiss. För att magnetfältsgeometrin ska fungera korrekt kan instrumentet endast
observera i en riktning. Detta koncept fungerar bra om målet bara är att mäta
de utfällande (nedåtgående) elektronerna i norrskenet som träffar atmosfären.
Vi vet dock att elektroner i norrskenet även rör sig i andra riktningar; Faktum
är att dessa elektroner innehåller mycket information om andra fysikaliska
processer som sker längre ut i rymden.
För att möjliggöra mätning av elektroner i mer än en
riktning utvecklade Goddard-teamet instrumentkonceptet APES-360. För att skapa
APES-360-designen använde teamet samma funktionsprincip som används i APES,
men uppdaterade systemet för att få en riktningsgeometri med flera möjligheter
som täcker ett 360-graders synfält över 16 olika sektorer. Teamet var tvunget
att övervinna flera tekniska utmaningar för att utveckla APES-360-konceptet. I
synnerhet var elektronikkonstruktionen tvungen att rymma många fler anoder
(laddningsdetekteringsytor) och tillhörande kretsar på en liten yta.
Prototypen APES-360 som för närvarande byggs kommer
att testas och kalibreras vid NASA:s Geophysics Laboratory vid NASA:s Goddard
Space Flight Center och kommer att finnas på en sond som ska sändas in i ett
aktivt norrsken vintern 2025. Detta uppdrag kommer att ge data inifrån
norrskenet som ska användas för att validera instrumentets prestanda och
ge information till framtida designförbättringar.
Bild pxhere.com
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar