Спектроскопический тепловизор высокой энергии Солнца Реувена Рамати
Спутник NASA программы Explorer

Спектроскопический тепловизор высокой энергии Солнца Реувена Рамати
Космический аппарат RHESSI наблюдает за Солнцем
ИменаExplorer 81
HESSI
Высокоэнергетический солнечный спектроскопический сканер
RHESSI
SMEX-6
Тип миссииСолнечная обсерватория
ОператорНАСА / Лаборатория космических наук
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР2002-004А
Номер SATCAT27370
Веб-сайтРЕССИ
Продолжительность миссии2 года (план) [1]
16 лет, 6 месяцев, 10 дней (достигнуто)
Свойства космического корабля
Космический корабльИсследователь LXXXI
Тип космического корабляСпектроскопический тепловизор высокой энергии Солнца Реувена Рамати
АвтобусРЕССИ
ПроизводительСпектрум Астро Инк. [1]
Стартовая масса293 кг (646 фунтов) [2]
Размеры2,16 × 5,76 м (7 футов 1 дюйм × 18 футов 11 дюймов)
Власть414 Вт
Начало миссии
Дата запуска5 февраля 2002 г., 20:58:12 UTC [3]
РакетаПегас XL (F31)
Стартовая площадкаМыс Канаверал , Звездочет
ПодрядчикКорпорация Орбитальных Наук
Введен в эксплуатацию2002
Конец миссии
Деактивировано16 августа 2018 г. [4]
Последний контакт11 апреля 2018 г.
Дата распада20 апреля 2023 (UTC) [5]
Параметры орбиты
Система отсчетаГеоцентрическая орбита [6]
РежимНизкая околоземная орбита
Высота перигея579 км (360 миль)
Апогей высоты607 км (377 миль)
Наклон38,04°
Период96.50 минут
Главный телескоп
ТипКодированная апертурная маска
Фокусное расстояние1,55 м (5 футов 1 дюйм)
Зона сбора150 см 2 (23 кв. дюйма)
Длины волнРентгеновское  / гамма-излучение (γ-излучение)
Разрешение2 угловых секунды до 100 кэВ
7 угловых секунд до 400 кэВ
36 угловых секунд выше 1 МэВ [2]
Инструменты
Спектроскопический тепловизор высокой энергии Солнца (RHESSI) имени Реувена Рамати

Нашивка миссии HESSI
Программа-проводник

Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager ( RHESSI , первоначально High Energy Solar Spectroscopic Imager или HESSI или Explorer 81 ) был обсерваторией солнечных вспышек NASA . Это была шестая миссия в программе Small Explorer (SMEX), выбранная в октябре 1997 года [1] [7] и запущенная 5 февраля 2002 года в 20:58:12 UTC . Ее основной задачей было изучение физики ускорения частиц и выделения энергии в солнечных вспышках.

Космический корабль вновь вошел в атмосферу Земли в 00:21 UTC 20 апреля 2023 года, через 21 год после запуска. [5]

Космический корабль

HESSI был переименован в RHESSI 29 марта 2002 года в честь доктора Реувена Рамати , пионера в области физики высоких энергий Солнца. RHESSI был первой космической миссией, названной в честь ученого НАСА. [8] RHESSI был построен Spectrum Astro для Центра космических полетов Годдарда и эксплуатировался Лабораторией космических наук в Беркли, Калифорния . Главным исследователем с 2002 по 2012 год был Роберт Лин , которого сменил Сэм Крукер. [9]

Весь космический корабль вращался, чтобы обеспечить необходимую модуляцию сигнала. Четыре фиксированные солнечные панели были спроектированы так, чтобы обеспечить достаточный гироскопический момент для стабилизации вращения вокруг солнечного вектора. Это в значительной степени устраняло необходимость в управлении ориентацией . Детекторами прибора были девять кристаллов германия высокой чистоты . Каждый из них охлаждался до криогенных температур механическим криоохладителем. Германий обеспечивал не только обнаружение с помощью фотоэлектрического эффекта , но и собственную спектроскопию посредством осаждения заряда входящего луча. Кристаллы были размещены в криостате и закреплены ремнями с низкой проводимостью. Трубчатая структура телескопа составляла основную часть космического корабля. Ее целью было удерживать коллиматоры над кристаллами Ge в известных фиксированных положениях.

Спутниковая платформа состояла из структуры и механизмов, системы питания (включая аккумулятор , солнечные панели и управляющую электронику), системы управления ориентацией , системы терморегулирования , системы управления и обработки данных (C&DH) и телекоммуникационной системы. Структура космического корабля обеспечивала поддержку телескопа и других компонентов. Она была изготовлена ​​из алюминиевых деталей, чтобы быть легкой, но прочной. Платформа оборудования имела сотовую структуру для дальнейшего снижения веса. Космический корабль был изготовлен в Гилберте, штат Аризона, компанией Spectrum Astro, Inc. [10]

Сборка телескопа для получения изображений состояла из трубы телескопа, лотков сетки, системы аспекта Солнца (SAS) и системы угла крена (RAS). Она была сконструирована, собрана, выровнена и испытана в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии . Передние и задние лотки сетки были прикреплены к трубе телескопа. Она поддерживала разделение и выравнивание лотков. Девять сеток были установлены на лотке сетки на каждом конце трубы телескопа. Пары сеток модулировали передачу рентгеновского и гамма - излучения солнечных вспышек через детекторы, когда космический аппарат вращался вокруг оси трубы телескопа. Модулированные скорости счета в девяти детекторах использовались в компьютерах на Земле для построения изображений солнечных вспышек в различных энергетических диапазонах. Пять грубых сеток (квадратных) были сконструированы Van Beek Consultancy в Нидерландах . Четыре мелкие сетки (круглые) были сконструированы Thermo Electron Tecomet в Массачусетсе . Все сетки были охарактеризованы как оптически, так и с помощью рентгеновских лучей в Центре космических полетов имени Годдарда , прежде чем были отправлены в Институт Пауля Шеррера для интеграции в сборку телескопа для получения изображений. [10]

Спектрометр содержал девять германиевых детекторов , которые располагались за девятью парами сеток на телескопе. Эти искусственно выращенные кристаллы, чистые более чем на одну часть на триллион, были изготовлены подразделением ORTEC компании Perkin Elmer Instruments . Когда их охлаждали до криогенных температур и на них подавалось высокое напряжение (до 4000 вольт ), они преобразовывали входящие рентгеновские и гамма-лучи в импульсы электрического тока. Величина тока была пропорциональна энергии фотона и измерялась чувствительной электроникой, разработанной в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Лаборатории космических наук в Беркли, Калифорния. Детекторы охлаждались электромеханическим криоохладителем с циклом Стирлинга, созданным SunPower Inc. и сертифицированным для полетов в Центре космических полетов имени Годдарда. [11] Он поддерживал их при требуемой рабочей температуре −198 °C (−324,4 °F), или 75° выше абсолютного нуля ).

Концепция миссии

RHESSI был разработан для получения изображений солнечных вспышек в энергичных фотонах от мягкого рентгеновского излучения (~3 кэВ ) до гамма-излучения (до ~20 МэВ) и для обеспечения спектроскопии высокого разрешения вплоть до энергии гамма-излучения ~20 МэВ. Кроме того, он имел возможность выполнять пространственно-разрешенную спектроскопию с высоким спектральным разрешением.

Научные цели

Исследователи полагают, что большая часть энергии, высвобождаемой во время вспышки, используется для ускорения до очень высоких энергий электронов (испускающих в основном рентгеновские лучи), протонов и других ионов (испускающих в основном гамма-лучи). Новый подход миссии RHESSI состоял в том, чтобы впервые объединить визуализацию высокого разрешения в жестком рентгеновском и гамма-излучении с высокоразрешающей спектроскопией, чтобы можно было получить подробный энергетический спектр в каждой точке изображения. Этот новый подход позволил исследователям выяснить, где эти частицы ускоряются и до каких энергий. Такая информация улучшит понимание фундаментальных высокоэнергетических процессов, лежащих в основе явлений солнечных вспышек.

Основной научной целью RHESSI было изучение следующих процессов, происходящих в замагниченной плазме солнечной атмосферы во время вспышки:

  • Импульсный выброс энергии
  • Ускорение частиц
  • Перенос частиц и энергии

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

К высокоэнергетическим процессам, представляющим интерес, относятся следующие:

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

Эти процессы включают в себя:

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

Воспроизвести эти условия в лабораториях на Земле невозможно .

Ускорение электронов обнаруживается с помощью жесткого рентгеновского и гамма- тормозного 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 интенсивнее, чем от любого другого космического источника, но и то, что их можно лучше разрешить как в пространстве, так и во времени.

Визуализация

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 блокируются способом, который зависит от направления входящих фотонов, то может быть возможным восстановить изображение. Возможности получения изображений RHESSI были основаны на методе преобразования Фурье с использованием набора из 9 вращательных модуляционных коллиматоров (RMC) в отличие от зеркал и линз. Каждый RMC состоял из двух наборов широко разнесенных мелкомасштабных линейных сеток. По мере вращения космического корабля эти сетки блокировали и разблокировали любые рентгеновские лучи, которые могли исходить от Солнца, модулируя фотонный сигнал во времени. Модуляцию можно было измерить с помощью детектора, не имеющего пространственного разрешения, размещенного позади RMC, поскольку пространственная информация теперь хранилась во временной области. Шаблон модуляции за половину оборота для одного RMC обеспечивал амплитуду и фазу многих пространственных компонентов Фурье в полном диапазоне угловых ориентаций, но для небольшого диапазона пространственных размеров источника. Несколько RMC, каждый с различной шириной щели, обеспечивали покрытие по всему диапазону размеров источников вспышек. Затем изображения были реконструированы из набора измеренных компонентов Фурье в точной математической аналогии с многобазовой радиоинтерферометрией. RHESSI обеспечивал пространственное разрешение 2 угловых секунды при рентгеновских энергиях от ~4 кэВ до ~100 кэВ, 7 угловых секунд до ~400 кэВ и 36 угловых секунд для гамма-линий и континуума выше 1 МэВ.

RHESSI также мог видеть гамма-лучи, приходящие из направлений, отличных от солнечных. Более энергичные гамма-лучи проходили через структуру космического корабля и воздействовали на детекторы под любым углом. Этот режим использовался для наблюдения за гамма-всплесками (GRB). Входящие гамма-лучи не модулировались сетками, поэтому позиционная и визуальная информация не регистрировалась. Однако грубое положение все еще можно было получить, поскольку детекторы имели передние и задние датчики. Кроме того, детекторы, расположенные вблизи всплеска, экранировали детекторы, находящиеся вдали от всплеска. Сравнение уровней сигнала вокруг девяти кристаллов и спереди назад дало грубое двумерное положение в пространстве.

В сочетании с временными метками высокого разрешения срабатываний детектора решение RHESSI можно было сопоставить на земле с другими космическими аппаратами в IPN (межпланетной сети) для получения точного решения. Большая площадь и высокая чувствительность кристаллической сборки германия сделали RHESSI грозным компонентом IPN. Даже когда другие космические аппараты могли предоставить местоположения всплесков, немногие могли предоставить такие высококачественные спектры всплесков (как по времени, так и по энергии), как RHESSI. Однако редко GRB происходил вблизи Солнца, в коллимированном поле зрения. Затем сетки предоставляли полную информацию, и RHESSI мог предоставить точное местоположение GRB даже без корреляции IPN.

Эксперимент

Спектроскопический тепловизор высокой энергии Солнца (RHESSI) имени Реувена Рамати

RHESSI был предназначен для получения изображений солнечных вспышек с высоким разрешением в рентгеновских и гамма-лучах. Рентгеновские и гамма-лучи охватывали энергетический диапазон от 3 кэВ до 20 МэВ с энергетическим разрешением около 1 кэВ и пространственным разрешением всего несколько угловых секунд. Визуализация осуществлялась с помощью трубки размером 45 × 170 см (18 × 67 дюймов), содержащей девять пар (одна за другой, на расстоянии 1,5 м (4 фута 11 дюймов)) вольфрамовых или молибденовых проволочных сеток шириной 9 см (3,5 дюйма), установленных параллельно оси вращения трубки, направленной на Солнце. Трубка вращалась вокруг своей оси, когда космический аппарат вращался со скоростью 15 об/мин . Во время вращения фотон из любой точки на Солнце мог либо пройти через пару сеток, либо быть заблокированным одной или другой из сеток. Это вызвало модуляцию интенсивности фотонов, исходящих из этой точки. Глубина модуляции была равна нулю для фотонов, прибывающих точно вдоль оси вращения, и постепенно увеличивалась для внеосевых фотонов. За каждой парой сеток находился криогенный (75 К) германиевый детектор диаметром 7,1 см и толщиной 8,5 см (3,3 дюйма). Выходной сигнал каждого из девяти детекторов при любой заданной энергии можно было проанализировать с помощью Фурье, чтобы получить полный двумерный пространственный спектр протяженной области источника на Солнце. Полный пространственный спектр был возможен, поскольку каждая пара проволочных сеток имела различную ширину щели, расстояние и толщину проволоки. Накопление данных составило около 16 Гб за 10-минутное вращение. Телеметрические данные были собраны в Беркли (Калифорния), на орбитальном комплексе Уоллопс (WFF), в Вирджинии , Сантьяго , Чили и Вайльхайме, Германия . Научный анализ данных включал тесное сотрудничество со многими специализированными наземными и спутниковыми солнечными обсерваториями. Вторичной целью RHESSI было наблюдение за астрономическими источниками, такими как Крабовидная туманность . [12]

Результаты

Наблюдения RHESSI изменили наш взгляд на солнечные вспышки, особенно на высокоэнергетические процессы во вспышках. Его наблюдения привели к многочисленным публикациям в научных журналах и презентациям на конференциях. В течение 2017 года спутник упоминался в 2474 публикациях, книгах и презентациях. [13] Сборник «Высокоэнергетические аспекты солнечных вспышек: монография, вдохновленная RHESSI» [14] содержит обзоры исследований солнечных вспышек RHESSI до 2011 года.

  • RHESSI был первым спутником, который получил изображение гамма-лучей от солнечной вспышки. [15]
  • Это был первый спутник, который точно измерил наземные вспышки гамма-излучения , возникающие во время гроз , и обнаружил, что такие вспышки происходят чаще, чем считалось, а гамма-лучи в среднем имеют более высокую частоту , чем средняя частота космических источников.

Из-за проблем со связью RHESSI прекратил научную деятельность 11 апреля 2018 года в 01:50 UTC . [16] Он был выведен из эксплуатации 16 августа 2018 года [4] и оставался на стабильной низкой околоземной орбите , которая постепенно снижалась из-за сопротивления атмосферы.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)". eoPortal Directory . Европейское космическое агентство (ESA) . Получено 16 марта 2021 г. .
  2. ^ ab "Факты о миссии RHESSI". NASA . Получено 3 сентября 2015 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  3. ^ "Launch Log". Jonathan's Space Report. 28 ноября 2021 г. Получено 3 декабря 2021 г.
  4. ^ ab "NASA Retires Prolific Solar Observatory After 16 Years". NASA. 20 ноября 2018 г. Получено 3 декабря 2021 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  5. ^ ab "NASA Retired Solar Energy Imager Spacecraft Reenters Atmosphere". 24 апреля 2023 г. Архивировано из оригинала 24 апреля 2023 г.
  6. ^ "Траектория: RHESSI (Explorer 81) 2002-004A". 28 октября 2021 г. Получено 3 декабря 2021 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  7. ^ Деннис, Брайан (30 апреля 2009 г.). "RHESSI - Concept to Fruition". Лаборатория космических наук . Получено 15 января 2015 г.
  8. ^ "Новый спутник солнечной вспышки переименован, теперь в сети". Spaceflight Now. 29 марта 2002 г. Получено 15 января 2015 г.
  9. ↑ Грюнсфельд, Джон М. (9 апреля 2013 г.). «Назначение главного исследователя RHESSI». Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  10. ^ ab "Spacecraft Bus". NASA . Получено 16 марта 2021 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  11. ^ "HESSI Instrument Cryocooler". NASA . Получено 28 августа 2022 г.
  12. ^ "Эксперимент: высокоэнергетический солнечный спектроскопический имиджер имени Реувена Рамати (RHESSI)". NASA. 28 октября 2021 г. Получено 3 декабря 2021 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  13. ^ «Все реферируемые публикации RHESSI, с 1998 года по настоящее время». NASA. 24 августа 2018 года. Архивировано из оригинала 6 августа 2020 года . Получено 21 февраля 2019 года . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  14. ^ Эмсли, А. Гордон; Деннис, Брайан Р.; Лин, Роберт П.; Хадсон, Хью, ред. (2011). «Высокоэнергетические аспекты солнечных вспышек: монография, вдохновленная RHESSI». Обзоры космической науки . 159 (1–4) – через Springer Science+Business Media .
  15. ^ Hurford, GJ; Schwartz, RA; Krucker, S.; Lin, RP; Smith, DM; Vilmer, N. (октябрь 2003 г.). «Первые гамма-изображения солнечной вспышки». The Astrophysical Journal . 595 (2): L77–L80. Bibcode :2003ApJ...595L..77H. doi : 10.1086/378179 .
  16. ^ "RHESSI". NASA. Архивировано из оригинала 26 июня 2019 года . Получено 21 февраля 2019 года . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
На Викискладе есть медиафайлы по теме RHESSI .
  • Сайт RHESSI Архивировано 26 июня 2019 г. на Wayback Machine Центром космических полетов имени Годдарда НАСА
  • Архивный сайт HESSI Лаборатории космических наук
  • Браузер данных RHESSI от Лаборатории космических наук
  • RHESSI Science Nuggets, двухнедельная серия, объясняющая последние научные результаты
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Высокоэнергетический_Солнечный_Спектроскопический_Изображение_Reuven_Ramaty&oldid=1250863076"