Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager - Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager

Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager
Rhessi.jpg
Nave espacial RHESSI observando o Sol
Nomes RHESSI
High Energy Solar Spectroscopic Imager
HESSI
Explorer-81
SMEX-6
Tipo de missão Observatório solar
Operador Laboratório de Ciências Espaciais da NASA / Goddard
COSPAR ID 2002-004A
SATCAT nº 27370
Local na rede Internet https://hesperia.gsfc.nasa.gov/rhessi3/
Duração da missão 2 anos (planejado)
16 anos, 6 meses, 10 dias (alcançado)
Propriedades da espaçonave
Nave espacial RHESSI
Tipo de nave espacial Explorador
Fabricante Spectrum Astro Inc.
Massa de lançamento 293 kg (646 lb)
Dimensões 2,16 × 5,76 m (7 pés 1 pol. × 18 pés 11 pol.)
Poder 414 watts
Início da missão
Data de lançamento 5 de fevereiro de 2002, 20:58:12 UTC
Foguete Pegasus XL
Local de lançamento Cabo Canaveral , Stargazer
Contratante Orbital Sciences Corporation (OSC)
Fim da missão
Disposição Descomissionado
Desativado 16 de agosto de 2018
Último contato 11 de abril de 2018
Data de decadência c.  2022
Parâmetros orbitais
Sistema de referência Órbita geocêntrica
Regime Órbita terrestre baixa
Altitude do perigeu 490,3 km (304,7 mi)
Altitude de apogeu 505,3 km (314,0 mi)
Inclinação 38,0367 °
Período 94,5667 minutos
Telescópio principal
Modelo Máscara de abertura codificada
Comprimento focal 1,55 m (5 pés 1 pol.)
Área de coleta 150 cm 2 (23 pol²)
Comprimentos de onda Raios-X  / raios gama ( raios γ)
Resolução 2 arcsec até 100 keV
7 arcsec até 400 keV
36 arcsec acima de 1 MeV
Instrumentos
Conjunto de telescópio de imagem
←  WIRE
GALEX  →
 

Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager ( RHESSI , originalmente High Energy Solar Spectroscopic Imager ou HESSI ) foi um observatório de explosão solar da NASA . Foi a sexta missão no programa Small Explorer (SMEX), selecionado em outubro de 1997 e lançado em 5 de fevereiro de 2002. Sua missão principal era explorar a física da aceleração de partículas e liberação de energia em explosões solares .

Nave espacial

HESSI foi renomeado para RHESSI em 29 de março de 2002 em homenagem a Reuven Ramaty , um pioneiro na área de física solar de alta energia. RHESSI foi a primeira missão espacial com o nome de um cientista da NASA. RHESSI foi construído pela Spectrum Astro para Goddard Space Flight Center e foi operado pelo Laboratório de Ciências Espaciais em Berkeley, Califórnia . O investigador principal de 2002 a 2012 foi Robert Lin , que foi sucedido por Säm Krucker.

O ônibus da espaçonave consiste na estrutura e nos mecanismos, o sistema de energia (incluindo a bateria, painéis solares e eletrônicos de controle), o sistema de controle de atitude, controle térmico, comando e tratamento de dados (C&DH) e telecomunicações. A estrutura da espaçonave mostrada aqui fornece suporte para o telescópio e outros componentes. Foi fabricado com peças de alumínio para ser leve, mas forte. A plataforma do equipamento possui estrutura em colmeia para reduzir ainda mais o peso. A espaçonave foi fabricada em Gilbert, Arizona pela Spectrum Astro, Inc.

O conjunto do telescópio de imagem consiste no tubo do telescópio, bandejas de grade, sistema de aspecto solar (SAS) e sistema de ângulo de rotação (RAS). Ele foi construído, montado, alinhado e testado no Instituto Paul Scherrer na Suíça . As bandejas da grade frontal e traseira são fixadas ao tubo do telescópio. Mantém a separação e o alinhamento das bandejas. Nove grades são montadas em uma bandeja de grade em cada extremidade do tubo do telescópio. Os pares de grade modulam a transmissão das emissões de raios X e gama da erupção solar através dos detectores conforme a espaçonave gira em torno do eixo do tubo do telescópio. As taxas de contagem moduladas nos nove detectores são usadas em computadores no solo para construir imagens de explosões solares em diferentes faixas de energia. As cinco grades grossas (quadradas) foram construídas pela Van Beek Consultancy na Holanda . As quatro grades finas (redondas) foram construídas pela Thermo Electron Tecomet em Massachusetts . Todas as grades foram caracterizadas opticamente e com raios-X no Goddard Space Flight Center antes de serem enviadas para o Instituto Paul Scherrer para integração na montagem do telescópio de imagem.

O espectrômetro contém nove detectores de germânio que estão posicionados atrás dos nove pares de grades do telescópio. Esses cristais cultivados artificialmente, puros a mais de uma parte em um trilhão, foram fabricados pela divisão ORTEC da Perkin Elmer Instruments. Quando são resfriados a temperaturas criogênicas e uma alta voltagem é colocada sobre eles (até 4000 volts ), eles convertem os raios X e gama em pulsos de corrente elétrica. A quantidade de corrente é proporcional à energia do fóton e é medida por eletrônicos sensíveis projetados no Laboratório Nacional Lawrence Lawrence Berkeley e no Laboratório de Ciências Espaciais , em Berkeley. Os detectores são resfriados com um resfriador eletromecânico (construído pela SunPower Inc. e qualificado para voo pelo Goddard Space Flight Center). Ele os mantém na temperatura operacional exigida de −198 ° C (−324,4 ° F) ou 75 ° acima do zero absoluto ).

Conceito de missão

RHESSI foi projetado para gerar imagens de erupções solares em fótons energéticos de raios X suaves (~ 3 keV ) a raios gama (até ~ 20 MeV) e para fornecer espectroscopia de alta resolução até energias de raios gama de ~ 20 MeV. Além disso, ele tinha a capacidade de realizar espectroscopia espacialmente resolvida com alta resolução espectral.

Objetivos científicos

Os pesquisadores acreditam que grande parte da energia liberada durante uma erupção é usada para acelerar, para energias muito altas, elétrons (emitindo principalmente raios-X) e prótons e outros íons (emitindo principalmente raios gama). A nova abordagem da missão RHESSI foi combinar, pela primeira vez, imagens de alta resolução em raios X duros e raios gama com espectroscopia de alta resolução, de modo que um espectro de energia detalhado possa ser obtido em cada ponto da imagem. Esta nova abordagem permitiu aos pesquisadores descobrir onde essas partículas são aceleradas e em quais energias. Essas informações ajudarão a compreender os processos fundamentais de alta energia no cerne do problema da explosão solar .

O principal objetivo científico do RHESSI era compreender os seguintes processos que ocorrem nos plasmas magnetizados da atmosfera solar durante uma erupção:

  • Liberação de energia impulsiva
  • Aceleração de partículas
  • Transporte de partículas e energia

Esses processos de alta energia desempenham um papel importante em locais em todo o universo, desde magnetosferas a galáxias ativas . Consequentemente, a importância de compreender esses processos transcende o campo da física solar ; é um dos principais objetivos da física espacial e da astrofísica .

Os processos de alta energia de interesse incluem o seguinte:

  • A rápida liberação de energia armazenada em configurações magnéticas instáveis
  • A conversão igualmente rápida desta energia em energia cinética de plasma quente e partículas aceleradas (principalmente elétrons, prótons e íons)
  • O transporte dessas partículas através da atmosfera solar e para o espaço interplanetário
  • O subsequente aquecimento da atmosfera solar ambiente

Esses processos envolvem:

  • Energias de partículas para muitos GeV
  • Temperaturas de dezenas ou mesmo centenas de milhões de graus
  • Densidades tão baixas quanto 100 milhões de partículas por cm quadrado
  • Escalas espaciais de dezenas de milhares de quilômetros, e
  • Tempos de contenção magnética de segundos a horas

É impossível duplicar essas condições em laboratórios na Terra .

A aceleração dos elétrons é revelada por raios-X e raios gama bremsstrahlung, enquanto a aceleração de prótons e íons é revelada por linhas de raios gama e continuum. A proximidade do Sol significa não apenas que essas emissões de alta energia são ordens de magnitude mais intensas do que de qualquer outra fonte cósmica, mas também que podem ser melhor resolvidas, tanto espacial quanto temporalmente.

Imaging

Como os raios X não são facilmente refletidos ou refratados, a geração de imagens em raios X é difícil. Uma solução para este problema é bloquear seletivamente os raios-X. Se os raios X forem bloqueados de uma forma que depende da direção dos fótons que chegam, então pode ser possível reconstruir uma imagem. A capacidade de imagem do RHESSI foi baseada em uma técnica de transformação de Fourier usando um conjunto de 9 colimadores de modulação rotacional (RMCs) em oposição a espelhos e lentes. Cada RMC consistia em dois conjuntos de grades lineares de escala fina amplamente espaçadas. À medida que a espaçonave girava, essas grades bloqueavam e desbloqueavam quaisquer raios X que pudessem ter vindo do Sol modulando o sinal do fóton no tempo. A modulação pode ser medida com um detector sem resolução espacial colocado atrás do RMC, uma vez que a informação espacial agora está armazenada no domínio do tempo. O padrão de modulação em meia rotação para um único RMC forneceu a amplitude e a fase de muitos componentes espaciais de Fourier em uma faixa completa de orientações angulares, mas para uma pequena faixa de dimensões de origem espacial. Múltiplos RMCs, cada um com diferentes larguras de fenda, forneceram cobertura para uma gama completa de tamanhos de fonte de flare. As imagens foram então reconstruídas a partir do conjunto de componentes de Fourier medidos em analogia matemática exata à interferometria de rádio de linha de base múltipla. RHESSI forneceu resolução espacial de 2 arcosegundos em energias de raios-X de ~ 4 keV a ~ 100 keV, 7 arcosegundos a ~ 400 keV e 36 arcosegundos para linhas de raios gama e emissão contínua acima de 1 MeV.

RHESSI também podia ver os raios gama vindos de direções fora do sol. Os raios gama mais energéticos passaram pela estrutura da espaçonave e impactaram os detectores de qualquer ângulo. Este modo foi usado para observar rajadas de raios gama (GRBs). Os raios gama que chegam não são modulados pelas grades, portanto, as informações posicionais e de imagem não são registradas. No entanto, uma posição bruta ainda pode ser derivada pelo fato de que os detectores têm captadores dianteiros e traseiros. Além disso, os detectores próximos à explosão protegeram os outros contra a explosão. A comparação das intensidades do sinal em torno dos nove cristais e da frente para trás resulta em uma posição bidimensional grosseira no espaço.

Quando combinado com registros de tempo de alta resolução das batidas do detector, a solução RHESSI pode ser cruzada no solo com outra espaçonave na IPN (Rede Interplanetária) para fornecer uma solução fina. A grande área e as altas sensibilidades da montagem do cristal de germânio tornaram o RHESSI um formidável componente IPN. Mesmo quando outras espaçonaves podem fornecer locais de explosão, poucas podem fornecer espectros de explosão de alta qualidade (em tempo e energia) como RHESSI. Raramente, entretanto, um GRB ocorreu perto do Sol, no campo de visão colimado. As grades, então, forneceram informações completas e RHESSI foi capaz de fornecer uma localização GRB precisa, mesmo sem correlação IPN.

Nave espacial e instrumento

Toda a espaçonave girou para fornecer a modulação de sinal necessária. Os quatro painéis solares fixos foram projetados para fornecer momento giroscópico suficiente para estabilizar a rotação em torno do vetor solar. Isso eliminou amplamente a necessidade de controle de atitude . Os detectores de instrumentos eram nove cristais de germânio de alta pureza . Cada um foi resfriado a temperaturas criogênicas por um resfriador mecânico. Germânio forneceu não apenas detecções pelo efeito fotoelétrico , mas espectroscopia inerente através da deposição de carga do raio de entrada. Os cristais são alojados em um criostato e montados com tiras de baixa condutividade. Uma estrutura de telescópio tubular formava a maior parte da espaçonave. Seu objetivo era manter os colimadores acima dos cristais de Ge em posições fixas conhecidas.

Resultados

As observações de RHESSI mudaram nossa perspectiva sobre erupções solares, particularmente em processos de alta energia em erupções. As observações de RHESSI levaram a inúmeras publicações em revistas científicas e apresentações em conferências. Até 2017, RHESSI é referenciado em 2.474 publicações, livros e apresentações.

  • RHESSI foi o primeiro satélite a gerar imagens de raios gama de uma explosão solar.
  • RHESSI foi o primeiro satélite a medir com precisão os flashes de raios gama terrestres que vêm de tempestades , e RHESSI descobriu que esses flashes ocorrem com mais frequência do que se pensava e os raios gama têm uma frequência mais alta, em média, do que a média das fontes cósmicas.

Após dificuldades de comunicação, RHESSI encerrou as operações científicas em 11 de abril de 2018 às 01h50 UTC . RHESSI foi desativado em 16 de agosto de 2018 e permanece em uma órbita baixa estável da Terra . No entanto, uma vez que não tem meios de propulsão, o arrasto atmosférico acabará por puxar a espaçonave para a atmosfera da Terra , o que pode ocorrer já em 2022.

Referências

links externos