✖


Jump to content

Энергичный нейтральный атом

«Визуализация нейтрального атома» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Atom (значения) .
Изображения ENA колебания кольцевого тока Земли во время геомагнитной бури, произошедшей 15–16 июля 2000 года. Изображения были созданы с помощью прибора High Energy Neutral Atom (HENA), установленного на космическом корабле IMAGE .

Визуализация энергетического нейтрального атома ( ENA ) – это технология, используемая для создания глобальных изображений невидимых иначе явлений в магнитосферах планет и во всей гелиосфере . [1]

Заряженные частицы — протоны , электроны и различные ядра , испускаемые солнечным ветром, составляют основу межзвездной среды . Эти заряженные частицы обладают способностью перенаправляться под действием магнитных полей, таких как магнитное поле, окружающее Землю . Иногда заряженные частицы в плазме солнечного ветра сталкиваются с нейтральными атомами . В результате этого столкновения ранее заряженная частица становится нейтрально заряженным атомом. Из-за потери заряда атом больше не испытывает магнитного притяжения , сохраняя при этом гравитационное притяжение и скорость . Эти атомы являются энергетическими нейтральными атомами , и обнаружение этих атомов можно реконструировать для построения изображений ENA. [2]

Магнитосфера Земли сохраняет атмосферу повреждающей клетки и защищает жизнь на Земле от радиации, . Этот регион « космической погоды » является местом возникновения геомагнитных бурь , которые нарушают работу систем связи и создают радиационную опасность для людей, путешествующих на самолетах (на большой высоте и широте) или на орбитальных космических кораблях. Геомагнитные погодные системы опоздали с получением выгоды от спутниковых изображений, которые считаются само собой разумеющимися в прогнозировании погоды и космической физике, поскольку их происхождение связано с частотой магнитосферной плазмы , что создает дополнительную проблему невидимости. [1]

Гелиосфера защищает Солнечную систему от большинства космических лучей , но она настолько удалена, что только такая техника визуализации, как ENA, сможет раскрыть ее свойства. Структура гелиосферы обусловлена ​​взаимодействием солнечного ветра и холодного газа из местной межзвездной среды . [2]

Создание ENA с помощью космической плазмы было предсказано, но их открытие было одновременно преднамеренным и случайным. Хотя на первых порах были предприняты некоторые попытки обнаружения, их сигнатуры также объясняли противоречивые результаты детекторов ионов в регионах с ожидаемым низким содержанием ионов. Детекторы ионов были использованы для дальнейших экспериментов по обнаружению ENA в других регионах с низким содержанием ионов. [2] Однако разработка специализированных детекторов ENA повлекла за собой преодоление значительных препятствий как со стороны скептицизма, так и со стороны технологий. [1] [3]

Хотя ENA наблюдались в космосе с 1960-х по 1980-е годы, [2] первая специализированная камера ENA была запущена только в 1995 году на шведском спутнике Astrid-1 . [4] для изучения ветра в магнитосфере Земли.

Сегодня специальные инструменты ENA предоставили подробные изображения магнитосферы Венеры , Марса , Юпитера и Сатурна . Изображения Сатурна, полученные с помощью ENA Кассини , выявили уникальную магнитосферу со сложными взаимодействиями, которые еще предстоит полностью объяснить. [1] Три специальные камеры ENA миссии IMAGE . наблюдали магнитосферу Земли в 2000–2005 годах [5] в то время как миссия TWINS , запущенная в 2008 году, обеспечивает стереоизображение магнитосферы Земли ENA с использованием одновременных изображений с двух спутников. [6]

Первые изображения границы гелиосферы, опубликованные в октябре 2009 года, были сделаны инструментами ENA на борту космических кораблей IBEX и Кассини и бросают вызов существующим теориям об области гелиосферы. [5] [7]

Создание ENA [ править ]

Самым распространенным ионом в космической плазме является ион водорода — голый протон без возбудимых электронов, испускающих видимые фотоны. Случайной видимости других ионов плазмы недостаточно для целей визуализации. [1] ЭНА создаются в результате столкновений с перезарядкой между горячими ионами солнечной плазмы и холодным нейтральным фоновым газом. Эти процессы перезарядки происходят с высокой частотой в планетарных магнитосферах и на границе гелиосферы . [8]

Обмен зарядов [ править ]

горячей плазмы Ион «крадет» заряд у холодного нейтрального атома чтобы стать энергетическим , нейтральным . атомом ( ENA ) [9]

При столкновении с перезарядкой между высокоэнергетическим ионом плазмы и холодным нейтральным атомом ион «отдает» электроны нейтральному атому, образуя холодный ион и энергичный нейтральный атом (ENA). Эту химическую реакцию можно описать так:

я 1 + + А 2 → А 1 + Я 2 +

где я 1 + — ион плазмы, A 2 — фоновый нейтральный атом низкой энергии, A 1 — энергичный нейтральный атом (ENA) и I 2 + - ион с более низкой энергией.

Виды 1 и 2 в этой реакции перезарядки могут быть одинаковыми, например, при перезарядке протон-водород: [2]

ЭНА оставляет перезарядку по прямой линии со скоростью исходного иона плазмы. [9]

ЧАС + + Ч → Ч + Ч +
Кроме того, во время реакции ион/нейтраль может происходить обмен несколькими электронами. Одним из примеров этого является перезарядка альфа-гелия: [2]
Он 2+ + Он → Он + Он 2+

Из-за своей нейтральности заряда ENA, образующийся в этой реакции, подвергается только гравитационным силам. В этом отличие от заряженных частиц (ионов, протонов или электронов) внутри плазмы, которые также подвержены воздействию электромагнитных сил. Гравитационными воздействиями в космической плазме обычно можно пренебречь, поэтому принято предполагать, что ENA сохраняет вектор импульса исходного иона плазмы до взаимодействия. [2]

Некоторые ENA теряются в результате дальнейшей перезарядки, столкновений электронов, фотоионизации и поляризации, но многие из них преодолевают очень большие расстояния в космосе совершенно нетронутыми. [8]

Хотя рекомбинация плазмы и ускорение нейтральных атомов солнечной гравитацией также могут способствовать заселению ENA при определенных условиях, основным исключением из этого сценария создания является поток межзвездного газа, когда нейтральные частицы из местной межзвездной среды проникают в гелиосферу со значительной скоростью. , что также классифицирует их как ENA. [8]

Солнечные извержения [ править ]

Солнечные вспышки и корональные выбросы массы (CME) являются результатом извержений на поверхности Солнца, которые могут стать еще одним источником ENA. Космический аппарат STEREO зарегистрировал нейтральные атомы водорода с энергиями в диапазоне 2–5 МэВ во время вспышки/CME SOL2006-12-05. [10] [11] Эти частицы не были обнаружены с помощью прибора, предназначенного для наблюдения ENA, но имелось достаточно вспомогательных данных, чтобы сделать наблюдение совершенно однозначным.

Ускорить ENA без их ионизации было бы сложно, поэтому наблюдаемые ENA были интерпретированы как результат перезарядки между солнечными энергичными частицами (SEP), испускаемыми в результате вспышки / CME, с атомами гелия в солнечном ветре. Затем произошел обмен зарядами между чрезвычайно быстрыми протонами SEP и более медленными атомами гелия солнечного ветра, в результате чего появились высоконейтральные атомы водорода и более медленные ионы гелия. Образовавшиеся ENA распространялись в космосе, не следуя по спирали Паркера , поэтому наблюдались вблизи Земли до того, как ионы гелия образовались в этой реакции. Это событие, произошедшее в 2006 году, стало первым наблюдением ENA, образовавшихся в результате солнечных извержений.

Виды ENA ​ ​

Столкновения протона и водорода с перезарядкой часто являются наиболее важным процессом в космической плазме, поскольку водород является наиболее распространенным компонентом как плазмы, так и фоновых газов. Перезарядка водорода происходит на очень высоких скоростях с небольшим обменом импульса , поэтому образующиеся ENA движутся с высокими скоростями.

В целом для образования ЭНА важны лишь несколько видов, а именно водород, гелий , кислород и сера :

  • Атомарный водород доминирует в среде нейтральных частиц Земли на высоте от 600 километров (370 миль) до 1000 километров (620 миль). Это изменение высоты происходит по мере того, как солнечный цикл меняется от солнечного минимума до солнечного максимума .
  • Межзвездный и солнечный ветры состоят в основном из протонов (H+), при этом солнечный ветер также содержит ~5% альфа-частиц (He 2+ ).
  • Планетарная магнитосферная плазма состоит в основном из протонов с небольшим количеством гелия и кислорода.
  • Гелий и кислород также являются важными компонентами внутренней магнитосферы Земли, особенно в областях ионосферного оттока.
  • Магнитосфера Юпитера дополнительно содержит ионы серы из-за вулканической активности его спутника Ио . [2]

Соответствующие нейтральные газы, соответствующие этим областям пространства:

Энергии [ править ]

Энергии ENA классифицируются в соответствии с приборами, а не источником ENA. [2] [8] [12]

ENA встречаются повсюду в космосе. [2] и непосредственно наблюдаются при энергиях от 10 эВ до более 1 МэВ . [8] Их энергии описываются скорее со ссылкой на инструменты, используемые для их обнаружения, чем с их происхождением.

Ни один анализатор отдельных частиц не может охватить весь интервал энергий от 10 эВ до более 1 МээВ . Приборы ENA грубо делятся на те, которые могут обнаруживать низкие, средние и высокие энергии в перекрывающихся группах, которые могут быть произвольными и варьироваться от автора к автору. Низкие, средние и высокие энергетические диапазоны от одного автора показаны на графике. [8] а также энергетические диапазоны трех приборов на борту спутника IMAGE:

  • высокоэнергетический прибор HENA, измеряющий энергию 10–500 кэВ для изучения кольцевого тока Земли ;
  • средний прибор ENA, MENA, измеряющий 1–30 кэВ, для изучения плазменного слоя ; и
  • прибор с низким ENA, измеряющий от 10 до 500 эВ, для изучения ионосферного источника ионов, вытекающих из полярной шапки . [12]

Атомы обычно считаются ENA, если они имеют кинетическую энергию газов явно выше той, которую можно достичь в типичных термодинамических планетарных атмосферах , которая обычно превышает 1 эВ. Эта классификация несколько произвольна, поскольку обусловлена ​​нижними пределами измерительных приборов ENA. Ограничения верхнего предела накладываются как методами измерения, так и по научным причинам. [8]

ENA Магнитосферные изображения ​

Магнитосферы образуются потоком плазмы солнечного ветра вокруг планет с собственным магнитным полем ( Меркурий , Земля , Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун ), хотя планеты и луны, лишенные магнитных полей, могут иногда образовывать магнитосфероподобные плазменные структуры. [2] Ионосферы слабо намагниченных планет, таких как Венера и Марс, создают токи, которые частично отклоняют поток солнечного ветра вокруг планеты. [1] ENA наблюдались в ряде планетарных магнитосфер по всей Солнечной системе.

Хотя флуктуации магнитосферной плазмы имеют очень низкую плотность; например, вблизи Юпитера спутника Европы давление плазмы составляет около 10 −13 бар по сравнению с 1 баром на поверхности Земли, [13] и несут ответственность за динамику и излучение магнитосферы. Например, геомагнитные бури создают серьезные нарушения в земных кабельных системах связи, навигационных системах и системах распределения электроэнергии.

Сила и ориентация магнитного поля относительно потока солнечного ветра определяют форму магнитосферы. Обычно он сжат на дневной стороне и удлинен на ночной. [8]

Магнитосфера Земли [ править ]

образует Магнитное поле Земли магнитную полость внутри солнечного ветра. Энергетические частицы в этой области космоса могут оказывать серьезное воздействие на космическую погоду , в том числе наносить ущерб спутникам, вращающимся вокруг Земли, и представлять опасность для астронавтов. Визуализация ENA важна для понимания динамики этих энергичных частиц, что затем позволяет смягчить эффекты космической погоды.

Данные ISEE 1 подтвердили концепцию картирования магнитосферы ENA в 1982 году. [2]

Земли в магнитосфере Обнаружение ENA

Первый специальный инструмент ENA был запущен на зондирующей ракете Nike-Tomahawk из Форт-Черчилля , Манитоба , Канада . За этим экспериментом последовал запуск аналогичного прибора на зондирующей ракете «Джавелин» в 1970 году на высоту 840 километров (520 миль) на острове Уоллопс у побережья Вирджинии . В 1972 и 1973 годах наличие сигнатур ENA объясняло несоответствия в измерениях спутниками IMP-7 и 8. [2]

НАСА/ЕКА Данные ENA со спутника ISEE 1 позволили в 1982 году построить первое глобальное изображение тока штормового временного кольца . Это был прорыв, который проложил путь к использованию ENA в качестве мощного метода визуализации. ENA были также обнаружены во время магнитной бури 1982 года с помощью прибора SEEP на космическом корабле НАСА S81-1. В 1989 году экзосферная популяция атомов водорода вокруг Земли была тщательно изучена спутником НАСА Dynamic Explorer (DE-1). [2]

NASA TWINS, запущенное в 2008 году, в настоящее время использует детекторы ENA на спутниках-близнецах для создания трехмерных изображений магнитосферы Земли.

Прибор со специальным высокоэнергетическим каналом обнаружения ENA был поднят на борт спутника НАСА CRRES в 1991 году . Более сложный прибор для частиц высоких энергий был запущен на космическом корабле НАСА/ISAS GEOTAIL Земли в 1992 году, предназначенном для астрономических наблюдений магнитосферы . Высыпающиеся ENA можно изучать с низкой околоземной орбиты, и они были измерены «наблюдением» с помощью CRRES и шведских спутников ASTRID 1995 года. [2]

В новом тысячелетии компания ENA Imaging вступила в свои права. Обширные и подробные наблюдения за магнитосферой Земли были проведены с помощью трех инструментов ENA на борту миссии НАСА IMAGE в 2000–2005 годах. [5] В июле 2000 года во время геомагнитной бури была сделана серия изображений кольцевого тока Земли, сделанных ENA. (См. изображение вверху страницы.) Шторм был вызван быстрым выбросом корональной массы, который произошел от Солнца 14 июля 2000 года и достиг Земли на следующий день.

Запущенная в 2008 году миссия НАСА TWINS (два широкоугольных спектрометра нейтральных атомов ) обеспечивает возможность стереоскопического изображения магнитосферы. Получая изображения ENA в широком диапазоне энергий (~ 1–100 кэВ) с использованием идентичных инструментов на двух широко разнесенных высотных космических кораблях с большим наклонением, TWINS обеспечивает трехмерную визуализацию и разрешение крупномасштабных структур и динамики в магнитосфере. . [6]

Планетарные и другие магнитосферы [ править ]

Магнитосферы других планет изучались с помощью пролетных космических аппаратов, орбитальных аппаратов, спускаемых аппаратов и путем наземных наблюдений. [2]

Луна Земли [ править ]

В феврале 2009 года прибор ЕКА SARA LENA на борту индийского корабля Chandrayaan-1 обнаружил водородные ENA , распыляемые с поверхности Луны протонами солнечного ветра. Было предсказано, что все сталкивающиеся протоны будут поглощены лунным реголитом , но по пока неизвестной причине 20% из них отражаются обратно в виде низкоэнергетических водородных ENA. Предполагается, что поглощенные протоны могут образовывать воду и гидроксилы при взаимодействии с реголитом. [14] [15] На Луне нет магнитосферы.

Меркурий [ править ]

, запущенная в 2018 году, Миссия ESA BepiColombo включает в себя инструменты ENA для достижения своей цели по изучению происхождения, структуры и динамики магнитного поля Меркурия. [16] [17] Инструмент LENA будет напоминать инструмент SARA, отправленный на Луну . Помимо магнитосферных ENA, ожидается также распыление с поверхности Меркурия.

Венера [ править ]

ESA VEX ( Venus Express ) состоит из двух специализированных детекторов ENA. Запущенный в 2005 году, ASPERA (Анализатор энергетических нейтральных атомов) миссии [1] В 2006 году ENA были получены изображения взаимодействия солнечного ветра с верхней атмосферой Венеры, показывающие массовый выброс планетарных ионов кислорода. [18]

Марс [ править ]

Запущенный в 2003 году прибор ASPERA миссии ESA MEX ( Mars Express ) получил изображения солнечного ветра, взаимодействующего с верхними слоями марсианской атмосферы. [1] Наблюдения 2004 года показывают, что плазма солнечного ветра и ускоренные ионы находятся очень глубоко в ионосфере, до 270 километров (170 миль). над дневной поверхностью планеты — свидетельство атмосферной эрозии солнечным ветром. [19]

Юпитер [ править ]

ГАЗ [20] Инструмент ЕКА/НАСА «Улисс» Юпитера , запущенный в 1990 году, предоставил уникальные данные о характеристиках межзвездного гелия и ENA, излучаемых тором Ио . [2] Во время пролета Юпитера в 2000 году прибор INCA НАСА/ЕКА/АСИ «Кассини» подтвердил наличие тора нейтрального газа, связанного с Европой . [21] Изображения ENA Кассини также показали, что в магнитосфере Юпитера преобладают атомы водорода с энергией от нескольких до 100 кэВ. Атомы испускаются из атмосферы планеты и из торов нейтрального газа вблизи внутренних галилеевых спутников . Также была обнаружена популяция более тяжелых ионов, что указывает на значительный выброс кислорода и/или серы из магнитосферы Юпитера. [22]

Сатурн [ править ]

Первая специализированная камера ENA была запущена в ходе миссии NASA/ESA/ASI Cassini. [23] запущен в 1997 году для изучения магнитосферы Сатурна. [8] [24]

Сатурна Главный радиационный пояс был измерен на высоте 70 000 километров (43 000 миль) от его поверхности и достигал 783 000 километров (487 000 миль). Кассини также обнаружил ранее неизвестный внутренний пояс ближе к его поверхности толщиной около 6000 километров (3700 миль). [25]

Динамика магнитосферы Сатурна сильно отличается от земной. Плазма вращается вместе с Сатурном в его магнитосфере. совместного вращения Сильное магнитное поле Сатурна и быстрое вращение создают сильное электрическое поле , которое ускоряет плазму в его магнитосфере до тех пор, пока она не достигнет скорости вращения, близкой к скорости вращения планеты. Поскольку спутники Сатурна, сложное взаимодействие между этой плазмой и атмосферой лунного Титана . по сути, «сидят неподвижно» в этом очень высокоскоростном потоке, наблюдалось [1]

Титан [ править ]

Прибор MIMI-INCA ENA Кассини неоднократно наблюдал Титан, раскрывая структуру взаимодействия магнитосферы с плотной атмосферой Титана. [26]

Титан, погруженный в быстро движущийся поток плазмы, окружающий Сатурн, показан с усиленной ЭНА на его задней стороне. ЭНА, производимые на ведущей стороне, удаляются от камеры. [1]

Было проведено несколько исследований выбросов ENA Титана.

Уран и Нептун [ править ]

НАСА «Вояджер-2» использовал свою орбиту для исследования Урана и Нептуна , единственный космический корабль, который когда-либо делал это. В 1986 году космический корабль обнаружил мощное и необычное магнитное поле Урана. [27] Более детальное расследование еще предстоит провести.

гелиосферы Снимки ENA ​

Гелиосфера — это полость , образованная солнечным ветром , когда он выдавливается наружу, преодолевая давление местной межзвездной среды (LISM). Поскольку солнечный ветер представляет собой плазму, он заряжен и несет с собой магнитное поле Солнца. Таким образом, гелиосферу можно представить как магнитосферу Солнечной системы. Край гелиосферы находится далеко за орбитой Плутона , где уменьшение давления солнечного ветра останавливается давлением LISM. [2]

Возможное объяснение яркой ленты излучения ENA, как видно на карте IBEX, заключается в том, что галактическое магнитное поле формирует гелиосферу, когда оно накрывает ее. Лента, по-видимому, создается в результате выравнивания магнитных полей в гелиосфере .

Фоновый нейтральный газ для образования ENA на границе гелиосферы поступает преимущественно из межзвездного газа, проникающего в гелиосферу. Небольшое количество образуется в результате нейтрализации межпланетной пыли солнечным ветром вблизи Солнца. Границы гелиосферы невидимы и колеблются. Несмотря на низкую плотность, огромная толщина гелиосферы делает ее доминирующим источником ENA, помимо планетарных магнитосфер. [1] Из-за сильной зависимости характеристик ENA от свойств гелиосферы методы удаленной визуализации ENA дадут глобальное представление о структуре и динамике гелиосферы, недостижимое другими способами. [2]

О первом проблеске этого изображения было объявлено в октябре 2009 года, когда миссия НАСА IBEX вернула первое изображение неожиданной ленты ENA на краю гелиосферы. [28] Результаты показали «очень узкую ленту, которая в два-три раза ярче всего остального на небе» на краю гелиосферы, которая не была обнаружена «Вояджером-1» или «Вояджером-2» в этом регионе. [28]

Кассини также получил изображения гелиосферы с помощью ENA, и полученные результаты дополняют и расширяют результаты исследований IBEX, что дает ученым возможность построить первую полную карту неба гелиосферы. Предварительные данные Кассини предполагают, что гелиосфера, возможно, не имеет кометной формы, предсказанной существующими моделями, но ее форма может больше напоминать большой круглый пузырь. [7]

Оценки размера гелиосферы варьируются от 150 до а.е. 200 [а] [1] Считается, что «Вояджер-1» преодолел конечный удар гелиосферы в 2002 году прибл. 85–87 а.е. [13] в то время как «Вояджер-2» преодолел завершающий шок в 2007 году на расстоянии около 85 а.е. [29] Другие помещают завершающий шок на среднем расстоянии ≈100 а.е. [1] Поскольку солнечный ветер меняется в 2 раза в течение 11-летнего солнечного ядерного цикла , будут изменения в размере и форме гелиосферы, известные как «дыхание» гелиосферы. [2]

Огромные расстояния создают проблемы для проведения натурных измерений различных слоев гелиосферы. «Вояджеру-1» и «Вояджеру-2» потребовалось 27 и 30 лет соответственно, чтобы достичь конечного шока. Кроме того, стоит отметить, что на больших расстояниях до объекта одновременно излучаемые ENA высокой энергии (скорости) и более медленные будут обнаруживаться в разное время. Эта разница во времени варьируется от 1-15 минут для наблюдения магнитосферы Земли с высотного космического корабля до более года для съемки границы гелиосферы с околоземной орбиты. [2]

Инструменты ENA [ править ]

Хотя исследование ENA обещало улучшение понимания глобальных магнитосферных и гелиосферных процессов, его прогресс был затруднен из-за изначально огромных экспериментальных трудностей.

В конце 1960-х годов первые попытки прямых измерений ENA выявили связанные с этим трудности. Потоки ЭНА очень слабые, иногда менее 1 частицы на см. 2 в секунду и обычно обнаруживаются посредством вторичной электронной эмиссии при контакте с твердой поверхностью. Они существуют в регионах, содержащих ультрафиолетовое (УФ) и крайнее ультрафиолетовое (EUV) излучение с потоками, в 100 раз превышающими аналогичные выбросы. [2]

IMAGE HENA M ssion высокой энергии Камера с нейтральным атомом . Похож на инструмент Кассини INCA. [30]

В идеале инструмент ENA также должен:

  1. предотвратить попадание заряженных частиц
  2. подавлять фоновый свет (фотоны), особенно УФ- и EUV-излучение
  3. измерить массу и энергию поступающих ENA
  4. определить траектории входящих ENA
  5. измерить потоки ENA от 10 −3 до 10 5 на см 2 на стерадиан в секунду
  6. измерять ENA с энергией от нескольких эВ до > 100 кэВ [2]

Задача дистанционного зондирования с помощью ENA заключается в сочетании масс-спектрометрии с визуализацией потоков слабых частиц в рамках строгих ограничений, налагаемых применением на космическом корабле. [8]

средней и энергии высокой Камеры ENA

Очень рано стало ясно, что для достижения успеха инструменты должны специализироваться на конкретных энергиях ENA. Ниже в очень упрощенных терминах описываются типичные функции прибора для приборов высокой (HENA) или средней (MENA) энергии с отмеченными различиями. На сопроводительной иллюстрации изображена камера HENA, использованная в ходе миссии НАСА IMAGE, а последующее описание больше всего напоминает инструменты миссии IMAGE.

Коллиматор [ править ]

Набор электростатических пластин отклоняет заряженные частицы от прибора и коллимирует луч падающих нейтральных атомов на несколько градусов.

Отторжение фотонов и время полета (TOF) [ править ]

HENA : TOF определяется требованием обнаружения совпадений, которое также эффективно устраняет фотонный фоновый шум. ЭНА проходит через тонкую пленку к детектору энергии частиц, при этом его энергия почти полностью сохраняется. В то же время электроны, рассеянные пленкой вперед, электростатически ионизируются и отклоняются к детектору, создавая стартовый импульс. ENA, достигая своего твердотельного детектора (SSD), создает конечный импульс, и его положение удара определяет его траекторию и, следовательно, длину пути. Сигналы запуска и остановки позволяют определить TOF.

Если электроны рассеиваются прибывающими фотонами, ENA не будет обнаружен, чтобы создать стоп-импульс. Если в течение установленного времени, соответствующего энергии ожидаемых частиц, не обнаруживается стоп-импульс, стартовый импульс отбрасывается. [31]

MENA : ENA средней энергии потеряют слишком много энергии, проникая в пленку, используемую в приборе HENA. Требуемая более тонкая пленка будет уязвима для повреждения падающим УФ-излучением и ЕСУФ. Таким образом, фотоны не попадают в прибор с помощью золотой дифракционной решетки. С обратной стороны решетки закреплена ультратонкая углеродная пленка. ENA проходят через решетку и пленку, воздействуя на твердотельный детектор (SSD), рассеивая электроны и позволяя определить длину пути и времяпролетность, как и для HENA, описанного выше. [32]

Зная длину пути и TOF, можно определить скорость.

Энергия [ править ]

Твердотельный детектор (SSD), на который воздействует ENA после прохождения фольги, регистрирует его энергию. Небольшие потери энергии при прохождении через фольгу компенсируются калибровкой прибора.

Массовый [ править ]

Зная энергию и скорость, массу частицы можно вычислить по формуле энергия = mv 2 /2. Альтернативно, количество обнаруженных рассеянных электронов также может служить для измерения массы ENA. [1]

Требования к разрешению массы обычно скромные: максимум требуется различать атомы водорода (1 а.е.м.), гелия (4 а.е.м.) и кислорода (16 а.е.м.), а также атомы серы (32 а.е.м.), которые также ожидаются в магнитосфере Юпитера. [1] [2]

2D и 3D визуализация [ править ]

Обычно получение изображений с вращающегося космического корабля обеспечивает второе измерение определения направления. Объединив синхронизированные наблюдения с двух разных спутников, становится возможным получение стереоизображений. [2] Результаты миссии TWINS ждут с нетерпением, поскольку две точки наблюдения предоставят значительно больше информации о трехмерной природе магнитосферы Земли.

Камеры ENA энергопотреблением низким с

Хотя коллиматор аналогичен, низкоэнергетические инструменты, такие как НАСА GSFC LENA, используют метод снятия фольги. Падающие ЭНА взаимодействуют с такой поверхностью, как вольфрам, с образованием ионов, которые затем анализируются ионным спектрометром. [1] [33] [34]

Из-за необходимости обнаруживать атомы, распыленные с лунной поверхности, а также более легкие ENA, ESA LENA на Chandrayaan-1 включало в себя масс-спектрометр, предназначенный для определения более тяжелых масс, включая натрий , калий и железо . [14]

Будущее [ править ]

По состоянию на 2005 год было запущено всего шесть специализированных детекторов ENA. [1] Запуск приборов на борту миссий TWINS и IBEX довел их общее количество до девяти в 2009 году – увеличение на 50% всего за 4 года. Наблюдение космической плазмы с использованием изображений ENA — это новая технология, которая наконец-то вступает в свои права.

Для совершенствования техники все еще необходимы некоторые улучшения. Хотя угловое разрешение теперь снизилось до нескольких градусов и можно разделить различные виды, одной из задач является расширение энергетического диапазона вверх примерно до 500 кэВ. Этот диапазон высоких энергий охватывает большую часть давления плазмы внутренней магнитосферы Земли, а также некоторые радиационные пояса более высоких энергий, поэтому он желателен для наземных изображений ENA. [1]

Для ENA с более низкой энергией, ниже 1 кэВ, методы визуализации совершенно другие и основаны на спектроскопическом анализе ионов, снятых с поверхности падающим ENA. Для изображения магнитосферы Меркурия потребуются улучшения в измерениях суб-кэВ из-за последствий его меньшего магнитного поля и меньшей геометрии. [1]

для Значение Земли ​

Гелиосфера является защитным коконом для Солнечной системы, точно так же, как магнитосфера Земли является защитным коконом для Земли. Понимание поведения космической плазмы, предоставленное ENA, имело решающее значение для понимания космической среды.

Без магнитосферы Земля подверглась бы прямой бомбардировке солнечным ветром и, возможно, не смогла бы удерживать атмосферу. Помимо увеличения воздействия солнечной радиации, жизнь на Земле, вероятно, была бы невозможна без магнитосферы. Точно так же гелиосфера защищает Солнечную систему от большинства разрушительных космических лучей, а остальная часть отклоняется магнитосферой Земли.

Хотя большинство орбитальных спутников защищено магнитосферой, геомагнитные бури вызывают токи в проводниках, которые нарушают связь как в космосе, так и в кабелях на земле. Понимание магнитосферы, кольцевого тока и его взаимодействия с солнечным ветром во время высокой солнечной активности позволяет лучше защитить спутники и другие космические миссии.

Астронавты, выполняющие миссии в дальний космос, не будут иметь земной защиты, поэтому понимание факторов, которые могут повлиять на их воздействие космических лучей и солнечного ветра, имеет решающее значение для пилотируемых космических исследований. [35] [36] [37]

Примечания [ править ]

^ Астрономы измеряют расстояния внутри Солнечной системы в астрономических единицах (а.е.). Одна а.е. равна среднему расстоянию между центрами Земли и Солнца, или 149 598 000 километров (92 956 000 миль). Плутон находится на расстоянии около 38 а.е. от Солнца, а Юпитер - на расстоянии около 5,2 а.е. от Солнца. Один световой год равен 63 240 а.е.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с Брандт, ПК; Митчелл, генеральный директор; Рулоф, ЕС; Кримигис, С.М.; Параникас, КП; Маук, Британская Колумбия; Саур, Дж.; ДеМаджистр, Р. (2005). «ENA Imaging: Видеть невидимое» (PDF) . Технический дайджест Johns Hopkins APL . 26 (2): 143–155. Архивировано (PDF) из оригинала 29 сентября 2023 г. Проверено 13 января 2024 г.
  2. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и Майк Грантман (1997). «Визуализация энергетических нейтральных атомов космической плазмы» (PDF) . Обзор научных инструментов . 68 (10): 3617–3656. Бибкод : 1997RScI...68.3617G . дои : 10.1063/1.1148389 . Проверено 22 октября 2009 г.
  3. ^ Грантман, Майк (2022). Мои пятнадцать лет в ИКИ, Институте космических исследований: позиционно-чувствительные детекторы и энергетические нейтральные атомы за железным занавесом . Роллинг Хилл Эстейтс, Калифорния, ISBN  9798985668704 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  4. ^ ПК: сын Брандта; С. Барабаш; ЕС Рулоф; Си Джей Чейз (2001). «Визуализация энергетических нейтральных атомов на малых высотах со шведского микроспутника Астрид: получение экваториального распределения ионов» . Журнал геофизических исследований . 106 (А11): 25731–25744. Бибкод : 2001JGR...10625731B . дои : 10.1029/2000JA900023 .
  5. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Стен Оденвальд (2005). «ИМИДЖ Научные открытия» . Образовательный центр НАСА ИМИДЖ . Архивировано из оригинала 10 октября 2008 г. Проверено 27 октября 2009 г.
  6. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б НАСА. «Миссия БЛИЗНЕЦЫ» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Архивировано из оригинала 4 июня 2009 г. Проверено 27 октября 2009 г.
  7. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б К. Манселл, изд. (15 октября 2009 г.). «Данные Кассини помогают изменить форму Солнечной системы» . Лаборатория реактивного движения . Архивировано из оригинала 19 октября 2009 г. Проверено 22 октября 2009 г.
  8. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Питер Вурц (2001). «Обнаружение энергетических нейтральных атомов» (PDF) . Внешняя гелиосфера: за пределами планет . Архивировано из оригинала (PDF) 10 апреля 2009 г. Проверено 22 октября 2009 г.
  9. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Майк Грантман. «Диаграммы обмена зарядами» . Учебное пособие по энергетическим нейтральным атомам . Проверено 27 октября 2009 г.
  10. ^ Мевальдт, РА; Леске, РА; Стоун, ЕС; Баргути, AF; Лабрадор, AW; Коэн, CMS; Каммингс, AC; Дэвис, Эй Джей; фон Розенвинге, ТТ; Виденбек, Мэн (2009). «Стереонаблюдения энергетических нейтральных атомов водорода во время солнечной вспышки 5 декабря 2006 г.» . Астрофизический журнал . 693 (1): Л11–Л15. Бибкод : 2009ApJ...693L..11M . дои : 10.1088/0004-637X/693/1/L11 .
  11. ^ Мевальдт, Р.А.; Леске, Р.А.; Стоун, EC; Баргути, AF; Лабрадор, AW; Коэн, CM S; Каммингс, AC; Дэвис, Эй Джей; фон Розенвинге, Т.Т; Виденбек, МЭ (март 2009 г.). «СТЕРЕО-наблюдения энергичных нейтральных атомов водорода во время солнечной вспышки 5 декабря 2006 г.» (PDF) . Астрофиз. Дж. Летт . 693 (1): Л11–Л15. Бибкод : 2009ApJ...693L..11M . дои : 10.1088/0004-637X/693/1/L11 . S2CID   2086235 .
  12. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «ИМИДЖ НАИ Инструментарий» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . 2000 . Проверено 25 октября 2009 г.
  13. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Параникас, КП; Декер, РБ; Уильямс, диджей; Митчелл, генеральный директор; Брандт, ПК; Маук, Б.Х. (2005). «Основные данные последних исследований планетарных магнитосфер и гелиосферы» (PDF) . Технический дайджест Johns Hopkins APL . 26 (2). Архивировано из оригинала (PDF) 11 сентября 2006 г. Проверено 22 октября 2009 г.
  14. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Бхардвадж, А.; Барабаш, С.; Футаана, Ю.; Казама, Ю.; Асамура, К.; Макканн, Д.; Шридхаран, Р.; Хольмстрем, .; Вурц, П.; Лундин, Р. (декабрь 2005 г.). «Визуализация нейтральных атомов низкой энергии на Луне с помощью прибора SARA на борту миссии Чандраяан-1» (PDF) . Дж. Система Земли. Наука . 114 (6): 749–760. Бибкод : 2005JESS..114..749B . CiteSeerX   10.1.1.503.9726 . дои : 10.1007/BF02715960 . S2CID   55554166 . Проверено 1 ноября 2009 г.
  15. ^ «Как Луна производит собственную воду» . Европейское космическое агентство . ScienceDaily. 19 октября 2009 г. Проверено 1 ноября 2009 г.
  16. ^ ЕКА (2009). «Миссия ЕКА Бепиколомбо» . Проверено 27 октября 2009 г.
  17. ^ Казама, Ю.; Барабаш, С.; Асамура, К.; Федоров А.; Вурц, П. (2004). «Прибор ENA для миссии BepiColombo по исследованию Меркурия». Американский геофизический союз . 2004 : P23A–0244. Бибкод : 2004AGUFM.P23A0244K .
  18. ^ ЕКА (2006). «Заряженные атомы в высокой атмосфере Венеры» . Миссия ЕКА VEX . Проверено 27 октября 2009 г.
  19. ^ Р. Лундин; и др. (24 сентября 2004 г.). «Вызванная солнечным ветром атмосферная эрозия на Марсе: первые результаты ASPERA-3 на Mars Express». Наука . 305 (5692): 1933–1936. Бибкод : 2004Sci...305.1933L . дои : 10.1126/science.1101860 . ПМИД   15448263 . S2CID   28142296 .
  20. ^ Манфред Витте (1990). «Эксперимент «Улисс» с межзвездным нейтральным газом» . Миссия ЕКА «Улисс» . Архивировано из оригинала 2 декабря 2009 г. Проверено 27 октября 2009 г.
  21. ^ Маук, Британская Колумбия; Д. Г. Митчелл; С.М. Кримигис; ЕС Рулоф; КП Параникас (27 февраля 2003 г.). «Энергичные нейтральные атомы трансъевропейского газового тора на Юпитере». Природа . 421 (6926): 920–922. Бибкод : 2003Natur.421..920M . дои : 10.1038/nature01431 . ПМИД   12606993 . S2CID   4403336 .
  22. ^ Митчелл, генеральный директор; КП Параникас; Б. Х. Маук; ЕС Рулоф и С.М. Кримигис (2004). «Энергичные нейтральные атомы Юпитера, измеренные с помощью прибора для визуализации магнитосферы Кассини: временная зависимость и состав» . Журнал геофизических исследований . 109 (А10): А09С11. Бибкод : 2004JGRA..109.9S11M . дои : 10.1029/2003ja010120 .
  23. ^ «Прибор для получения магнитосферных изображений Cassini MIMI» . APL Университет Джонса Хопкинса . 30 ноября 2005 г. Проверено 27 октября 2009 г.
  24. ^ К. Манселл (ред.). «Прибор Кассини МИМИ-ИНКА» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 27 октября 2009 г.
  25. ^ Николас М. Шорт-старший «Дистанционное зондирование планет» . НАСА . Архивировано из оригинала 26 августа 2009 г. Проверено 28 октября 2009 г.
  26. ^ Митчелл, генеральный директор; ПК Брандт; ЕС Рулоф; Дж. Дандурас; С.М. Кримигис; Б. Х. Маук (13 мая 2005 г.). «Выбросы энергетических нейтральных атомов в результате взаимодействия Титана с магнитосферой Сатурна». Наука . 308 (5724): 989–992. Бибкод : 2005Sci...308..989M . дои : 10.1126/science.1109805 . ПМИД   15890874 . S2CID   6795525 .
  27. ^ А. Ангрум, изд. (18 сентября 2009 г.). «Вояджер-Уран» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 27 октября 2009 г.
  28. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Дэйв МакКомас (15 октября 2009 г.). «Сводка результатов IBEX» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 27 октября 2009 г.
  29. ^ Д. Чендлер (10 декабря 2007 г.). «Прибор MIT находит сюрпризы на краю Солнечной системы» . Массачусетский технологический институт . Проверено 27 октября 2009 г.
  30. ^ НАСА. «IMAGE HENA Imager» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 27 октября 2009 г.
  31. ^ «Измеритель изображений нейтральных атомов высокой энергии (HENA) IMATE» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Архивировано из оригинала 8 мая 2009 г. Проверено 28 октября 2009 г.
  32. ^ «Измеритель нейтральных атомов средней энергии (HENA) IMATE» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Архивировано из оригинала 2 июля 2010 г. Проверено 28 октября 2009 г.
  33. ^ «Измеритель нейтральных атомов средней энергии (HENA) IMATE» . НАСА . Архивировано из оригинала 9 апреля 2009 г. Проверено 28 октября 2009 г.
  34. ^ Сотрудничество GSFC LENA. «Эксплуатация приборов ЛЕНА» . НАСА . ЛЕНА ЛЕНА Сотрудничество. Архивировано из оригинала 9 апреля 2009 г. Проверено 1 ноября 2009 г.
  35. ^ Дэйв МакКомас (15 октября 2009 г.). «Сводка результатов IBEX» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 27 октября 2009 г.
  36. ^ Л. Бартолоне (2008). «Как космические лучи влияют на ДНК?» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 27 октября 2009 г.
  37. ^ Л. Бартолоне (2008). «Как на меня влияет граница Солнечной системы?» . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Проверено 27 октября 2009 г.

Внешние ссылки [ править ]

В Викиновостях есть связанные новости:
В Викиновостях есть связанные новости:
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energetic_neutral_atom&oldid=1220032725"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 088fa668f33b289555d8be6066189142__1713689820
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/08/42/088fa668f33b289555d8be6066189142.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Energetic neutral atom - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)