Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

At bringe studerende tættere på eksplosive solarrangementer

Adjunkt i fysik Bin Chen ved monumentet til Karl Jansky, anses for at være en af ​​grundlæggerne af radioastronomi, i Holmdel, New Jersey. Jansky, en fysiker og radioingeniør, opdagede første gang radiobølger, der kom fra Mælkevejen i 1930'erne, mens de forskede i interferens med telefonkommunikation for Bell Laboratories i Holmdel. Til hans ære, den enhed, som radioastronomer bruger til at angive styrken af ​​radiokilder, er jansky, og radioteleskopet drevet af National Radio Astronomy Observatory i Magdalena, Ny mexico, bærer hans navn - Karl G. Jansky Very Large Array. Kredit:New Jersey Institute of Technology

NJIT har et veletableret ry som førende inden for forskning i fænomener, der stammer fra den stjerne, der er tættest på Jorden - Solen. NJITs optiske teleskop ved Big Bear Solar Observatory og radioteleskoparray i Owens Valley, både i Californien, har i høj grad udvidet vores forståelse af solbegivenheder, der periodisk påvirker vores hjemmeplanet, begivenheder såsom soludbrud og koronale masseudstødninger (CME'er), der kan forstyrre jordbaseret kommunikation og strøminfrastruktur foruden andre effekter.

I regi af universitetets Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR), NJIT-efterforskere samarbejder med kolleger i USA og andre lande for at få endnu mere kritisk viden om solfysik. Det er vigtig viden, ikke kun for en bedre grundlæggende forståelse af Solen, men også for at forbedre forudsigelsen af ​​de soleksplosioner, der truer vores teknologier, og for at udtænke bedre modforanstaltninger.

Hvad mere er, NJIT-forskere er forpligtet til fuldt ud at engagere studerende i søgen efter denne viden - forskere som assisterende professor i fysik Bin Chen, som blev medlem af NJIT-fakultetet i 2016. Chen blev for nylig tildelt et femårigt KARRIEREstipendium på i alt mere end $700, 000 af National Science Foundation (NSF). NSF's Faculty Early Career Development (CAREER) program tilbyder fondens mest prestigefyldte priser til støtte for yngre fakulteter, der, i opbygningen af ​​deres akademiske karriere, har vist et fremragende potentiale som både undervisere og forskere.

Chen afsluttede sin ph.d. ved University of Virginia i 2013 med fokus på solradioastronomi. Hans ph.d. rådgiver introducerede ham for en anden solastronom, og nu NJIT kollega, Den fremtrædende professor i fysik Dale Gary. Gennem hans bekendtskab med Gary, og muligheden for at samarbejde om et forskningsprojekt ved hjælp af observationsdata fra NJIT's Owens Valley Solar Array, Chen lærte om universitetets førende indsats inden for solradiofysik. Men før han kom til NJIT efter at have modtaget sin doktorgrad, Chen tilføjede sin forskningserfaring gennem et postdoc-stipendium under NASAs Living With a Star-program og som astrofysiker ved Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, hvor han arbejdede på rummissioner dedikeret primært til solvidenskab.

Chokerende indsigt

Selvom det endnu ikke er andre fakultetsmedlemmer ved NJIT, Chen og Gary samarbejdede med forskere fra National Radio Astronomy Observatory, University of California, University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland og University of Minnesota om en artikel for tidsskriftet Science offentliggjort i 2015, "Partikelacceleration ved et chok til afslutning af soludbrud." Artiklen præsenterede radiobilleddata, der giver ny indsigt i, hvordan et fænomen kendt som termineringschok forbundet med soludbrud, de kraftigste eksplosioner i solsystemet, hjælper med at accelerere energiske elektroner i udbrændingerne til relativistiske hastigheder - og driver disse partikler ud i rummet med næsten lysets hastighed.

Chen fortsætter nu denne undersøgelse på NJIT. "Der er meget, vi ikke ved om 'indsiden' af disse soleksplosioner, og hvordan de frigiver så meget energi så hurtigt og så katastrofalt, " siger han. "F.eks. hvordan bliver energien lagret og pludselig frigivet, ofte i løbet af få sekunder?

"Den relativistiske partikelacceleration, som vi også studerer som en del af denne forskning, er en proces, der finder sted på tværs af universet og er et fænomen forbundet med, for eksempel, de massive stjerneeksplosioner kendt som supernovaer. Solen er et godt sted at forske i dette fænomen, fordi dens nærhed i astronomiske termer giver os mulighed for at erhverve en mængde data i høj opløsning, som er umuligt at opnå ved at observere langt fjernere stjerner."

For hans forskning, Chen trækker på strømme af radiodata fra en række kilder. Ud over NJITs radioobservatorium i Owens Valley, disse omfatter Karl G. Jansky Very Large Array i New Mexico, der drives af National Radio Astronomy Observatory og Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array i Chile. Nylige opgraderinger i Owens Valley satte det i spidsen for denne forskning som et "ny generation" radioteleskop. En anden meget vigtig fordel, som Owens Valley giver, som Chen understreger, er, at det er et anlæg dedikeret på fuld tid til solforskning.

Chen er en af ​​de få forskere, der søger ny viden om Solen ved at drage fordel af en observationsteknik kaldet dynamisk spektroskopi-billeddannelse. Denne teknik gør det muligt at tage et billede af Solen hvert 50. millisekund ved mere end tusinde frekvenser, og ved to forskellige polariseringer. Dette tilføjer op til 40, 000 billeder i sekundet og terabyte af rådata på en dag, der kan konverteres til 3D-billeder med langt større opløsning end tidligere opnået. "Dette giver os potentialet til at lære så meget mere om, hvad der foregår i hjertet af soleksplosioner, " siger Chen.

Ud over større forståelse af den involverede fundamentale fysik, Chen tilføjer, at hans forskning i høj grad understøtter målene i USA's nationale rumvejrstrategi og handlingsplan, som afspejler kritisk bevidsthed om, hvordan rumvejr genereret af solfænomener påvirker mange aspekter af jordbaseret liv og infrastruktur. Han siger, "Soludbrud og CME'er er de vigtigste drivkræfter bag rumvejr. Bedre forståelse af disse drivere er afgørende for bedre forudsigelse af sådanne hændelser og implementering af beskyttelsesforanstaltninger."

At bringe solen til campus

Efter Chens vurdering, NJIT har unik erfaring med at bygge, drift og vedligeholdelse af faciliteter dedikeret til radioobservation af Solen. Potentielt, for studerende, dette giver enestående muligheder for at lære på grænsen af ​​de mange discipliner, der er relevante for at undersøge Solen i radiospektret – herunder praktisk fortrolighed med det involverede udstyr. Mens et begrænset antal studerende har en chance for at arbejde i Owens Valley, såvel som hos Big Bear, afstand og mangel på passende boliger forhindrer mange flere i at deltage i solforskning på stedet. Det er grunden til, at Chen også planlægger at anvende en del af sin KARRIERE-finansiering til at skabe et Solar Radio Laboratory på campus i Newark.

"Idéen bag Solar Radio Laboratory er at have et anlæg på campus med den samme avancerede teknologi, som findes i Owens Valley, bare uden antenner, " Chen forklarer. "Vi har al elektronikken, radioteknologien, den datavidenskabelige kapacitet til at behandle datastreaming fra Californien. Dette vil give eleverne de samme praktiske muligheder for at arbejde og eksperimentere med den instrumentering, som NJIT har i Owens Valley, instrumentering, der er virkelig unik i USA. Et andet mål er at bruge dette som en testseng for fremtidige forbedringer i Owens Valley, og at engagere eleverne i at udvikle disse forbedringer."

For Chen, et komplementært uddannelsesmål er også at fremme Hale COLLAborative Graduate Education (COLLAGE)-programmet i solfysik, som fejrer navnet på den banebrydende amerikanske solastronom George Ellery Hale. Der er meget få kandidatuddannelser på dette område i USA, og de nødvendige fakulteter og fysiske ressourcer er bredt fordelt på tværs af uddannelsesinstitutioner såvel som geografi. For at løse denne situation, Philip Goode, NJIT anerkendt forskningsprofessor i fysik og tidligere CSTR-direktør, foreslog, at NJIT sluttede sig til University of Colorado-Boulder og flere andre institutioner, der havde solfysikprogrammer i det, der nu er kendt som COLLAGE-programmet.

"COLLAGE giver flere studerende i forskellige dele af landet adgang til den undervisning og de ressourcer, der giver dem mulighed for at gennemføre master- og ph.d.-grader i solfysik, " siger Chen. "Jeg arbejder allerede med omkring 20 studerende, og det er faktisk et ret stort tal for vores felt. Men ikke kun øger vi mulighederne for at studere solfysik på kandidatniveau, vi lærer mere om at koordinere ressourcer mellem skoler og undervise effektivt online, hvilket vil gavne studerende, der ønsker at studere mange forskellige komplekse fag."


Varme artikler