Канадский геокосмический мониторинг
Канадский геокосмический мониторинг (CGSM) — это канадская программа космической науки, которая была начата в 2005 году. CGSM финансируется в основном Канадским космическим агентством и состоит из сетей изображений, фотометров меридианного сканирования , риометров, магнитометров , цифровых ионозондов и высокочастотных SuperDARN. радары. Главной целью CGSM является обеспечение синоптических наблюдений пространственно-временной эволюции ионосферной термодинамики и электродинамики в авроральных и полярных широтах над большим регионом Канады .
Фон
[ редактировать ]Взаимодействие солнечного ветра и магнитного поля Земли имеет ряд последствий. Вкратце, это формирование земной магнитосферы , снабжение [магнитосферы] энергией и веществом, а также создание крупномасштабных электрических токов и тесно связанное с ним явление полярного сияния . процессы в околоземном Физические космическом пространстве представляют интерес по экономическим причинам и потому, что мы можем узнать о нашей окружающей среде и космосе. Эти процессы связаны магнитным полем с ионосферой Земли , где они приводят к полярным сияниям, нагреву, изменению состава и крупномасштабным движениям плазмы . Все эти ионосферные процессы интересны сами по себе. Кроме того, растет понимание соответствия между ионосферными процессами и процессами, происходящими дальше в околоземном пространстве. Таким образом, наблюдения за ионосферными процессами, в свою очередь, могут быть использованы для дистанционного зондирования динамики в околоземном пространстве.
Взаимодействие существенно в субавроральных, авроральных и полярных широтах, где большие области магнитосферы отображаются вдоль магнитного поля в относительно небольшие области ионосферы и где динамика магнитосферы контролируется в первую очередь плазмой, а не магнитным полем. . Эта организация на самом деле определяется магнитной, а не географической широтой (см. Baker and Wing, [1] и ссылки там для описания магнитных и географических координат). Полярное сияние , например, чаще всего наблюдается на магнитных широтах примерно между 60 и 80 градусами (см. [2] ). В северном полушарии Канада имеет самую большую территорию на магнитных широтах. В результате этого так называемого «канадского преимущества» Канада на протяжении десятилетий является мировым лидером в области наземных исследований полярных сияний и ионосферы.
CGSM задумывался как национальная программа, направленная на получение ионосферных наблюдений мирового уровня, в рамках которой непосредственно изучалась динамика ионосферы и косвенно динамика магнитосферы . Он был разработан на основе руководящих принципов, воплощенных в пяти грандиозных научных темах. Таким образом, научные темы связаны с циклом пересоединения и конвекции, нестабильностью магнитосферы, формированием полярных сияний , а также ускорением, переносом и потерей магнитосферной плазмы .
Техническое описание инструментальной сети
[ редактировать ]
Научные цели CGSM диктуют требования к наблюдениям. Короче говоря, программа предназначена для определения высыпаний частиц (полярных сияний), электрических токов и конвекции плазмы в ионосфере над большим регионом Канады. Для этого необходимы сети наземных магнитометров , ионозондов, высокочастотных радаров, формирователей изображений всего неба, фотометров меридианного сканирования и риометров. Более того, эти сети должны иметь перекрывающиеся поля обзора, охватывающие широты от полярного региона через авроральную зону до субавроральных широт. Наблюдения должны иметь достаточное временное и пространственное разрешение, а также достаточное качество (то, что определяет качество, зависит от рассматриваемого инструмента), чтобы на основе наблюдений можно было вывести новую науку.
Ожидаемые заинтересованные стороны CGSM встретились в Эдмонтоне в июне 2002 года, чтобы начать планирование программы. Был принят амбициозный план, требующий развертывания множества новых инструментов различных типов в сложных удаленных условиях. Приборы должны будут работать автономно в течение длительного времени и редко выходить из строя. Большую часть данных необходимо будет восстанавливать в режиме реального времени, чтобы CGSM могла превратиться в важную программу космической погоды в дополнение к своим целям космической науки. Новые инструменты необходимо будет приобрести, оснастить и разместить на существующих и новых объектах. Для достижения этой цели команда остановилась на использовании HSi компании Telesat Canada системы высокоскоростного спутникового Интернета в сочетании с инфраструктурой информационных технологий (по сути, прославленной локальной сетью с дополнительными возможностями, включая ИБП , GPS и подключенное хранилище на жестком диске). Далее члены команды обратились в Канадский фонд инноваций за средствами на новые инструменты и добились успеха на всех фронтах. Полученное финансирование позволило развернуть (которое все еще продолжается) еще 8 имиджеров All-Sky, 14 феррозондовых магнитометры , 8 магнитометров с индукционной катушкой и два дополнительных радара SuperDARN (новые радары PolarDARN). В дополнение к объектам, которые уже были созданы в 2002 году (из Канадского космического агентства CANOPUS [3] программы, Министерства природных ресурсов Канады CANMOS массив магнитометров и и CADI, поддерживаемые NSERC программы NORSTAR, SuperDARN ), окончательный массив, безусловно, будет соответствовать научным требованиям.
Формально CGSM началась с заключения контрактов с командами из Университета Калгари (фотометры, риометры, ASI), Университета Альберты (моделирование, управление данными, феррозондовые магнитометры) и Университета Саскачевана (ВЧ-радары SuperDARN с субподрядом на Университет Западного Онтарио по цифровым ионозондам), Министерство природных ресурсов Канады (операции по космической погоде) и Национальный исследовательский совет (солнечный монитор). Кроме того, Университет Калгари разработал новую систему управления информационными технологиями на удаленных объектах. В 2007 году CSA призвал к подаче предложений по второму этапу CGSM. В октябре 2007 г. было подано более 20 предложений, а в 2008 г. были заключены контракты на продолжение и расширение деятельности CGSM.
Синергия со спутниковыми миссиями
[ редактировать ]В недавнем обзоре крупных канадских космических научных проектов Лю и др. [4] отметил, что CGSM является уникальным объектом, отчасти благодаря вышеупомянутому факту, что большая часть авроральной области северного полушария, которую можно дистанционно обнаружить с земли, находится над территорией Канады, а отчасти из-за значительных инвестиций в новые экспериментальная инфраструктура, которая создается и будет реализована в период 2004-2010 годов.
CGSM дополняет многочисленные спутниковые и международные наземные программы. Например, очень важно взаимодействие между CGSM и спутниковыми миссиями. Спутники измеряют плазменные процессы, происходящие в магнитосфере и ионосфере, напрямую с помощью магнитометров , а также детекторов электрического поля, плазменных волн и частиц. Однако эти процессы действительно многомасштабны, их масштабы варьируются от километров и менее до десятков тысяч километров. Спутниковые наблюдения необходимы, поскольку они дают нам единственный прямой взгляд на интересующие процессы. В то же время спутники подобны «иголкам в стоге сена» из-за огромных масштабов магнитосферной системы и того факта, что все масштабы кажутся важными в общей динамике.
Динамика магнитосферы проецируется вдоль силовых линий магнитного поля в ионосферу и проявляется, например, в изменениях полярных сияний и крупномасштабных движениях ионосферной плазмы. Таким образом, мы получаем двумерную картину динамики магнитосферы , которая является существенным дополнением спутниковых наблюдений. Эта синергия и ее ценность для развития науки в последние годы все больше признаются. Европейского космического агентства Кластерная миссия включала в себя наземную рабочую группу, которая была создана с явной целью максимизировать воздействие скоординированных наземных наблюдений (см. Amm et al., [5] для описания воздействия Кластерной наземной рабочей группы). с пятью спутниками, Миссия NASA THEMIS запущенная 17 февраля 2006 г., включает наземный компонент, состоящий из 20 наземных обсерваторий (некоторые из которых включают данные магнитометра CGSM), что свидетельствует о признании важности скоординированных наземных наблюдений.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бейкер К. и С. Винг, Новая магнитная система координат для исследований сопряженных явлений в высоких широтах, J. Geophys. Рез., 94(A7), 9139–9143, 1989.
- ^ Эзер, Роберт Х., Величественные огни: Аврора в науке, истории и искусстве. Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. ISBN 0-87590-215-4 . (323 страницы), 1980.
- ^ Ростокер и др., Canopus — Наземная приборная группа для дистанционного зондирования высокоширотной ионосферы в рамках программы ISTP/GGS, Space Sci. Ред., том 71, номера 1–4, страницы 743–760, 1995 г.
- ^ Лю, В. и др., Солнечная и космическая физика в эпоху международной жизни со звездой, Физика в Канаде, Том 61, № 1, 2005.
- ^ Амм, О., Э. Ф. Донован, Х. Фрей, М. Лестер, Р. Накамура, Дж. А. Уайлд, А. Айкио, М. Данлоп, К. Кауристи, А. Маршодон, И. В. МакКри, Х. Дж. Опгенорт и А. Стрёмме , Скоординированные исследования геокосмической среды с использованием кластерных, спутниковых и наземных данных: промежуточный обзор, Annales Geophysicale, 23:2129-2170, 2005.