NASAs nyligt genopdagede IMAGE-mission leverede vigtig auroraforskning

Den 20. januar, 2018, amatørastronomen Scott Tilley opdagede et uventet signal, der kom fra, hvad han senere postulerede var NASAs for længst forsvundne IMAGE-satellit, som ikke havde været i kontakt siden 2005. Den 30. jan. NASA – sammen med hjælp fra et fællesskab af IMAGE-forskere og ingeniører – bekræftede, at signalet faktisk var fra IMAGE-rumfartøjet. Uanset hvad de næste trin for IMAGE kan være, Missionens næsten seks år i drift gav robust forskning om rummet omkring Jorden, som fortsat vejleder videnskaben den dag i dag.

Den 25. marts 2000, NASA lancerede Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration, eller BILLEDE, mission. Det var den første mission at bruge neutralt atom, foton- og radiobilleddannelsesteknikker til at producere storskala, samtidige målinger af de ladede partikler, der findes i det nære Jord-rum - nemlig i vores magnetosfære, de magnetiske felter, der omgiver vores planet, og dens indre boble af koldt materiale kaldet plasmasfæren.

"IMAGE var en opdagelsesmaskine og en skelsættende mission, der gav os et bredere perspektiv på Jordens miljø og dens evigt skiftende magnetosfære, " sagde Jim Green, direktør for planetvidenskab ved NASAs hovedkvarter i Washington, der arbejdede som medundersøger og stedfortrædende projektforsker for IMAGE. "Meget af min karriere som magnetosfærisk fysiker var med IMAGE, og videnskaben var transformerende."

Oprindeligt designet som en to-årig mission, IMAGE blev godkendt to gange til at fortsætte driften. Men da rumfartøjet uventet undlod at få kontakt på et rutinepas den 18. december, 2005, dens lovende embedsperiode syntes at blive afbrudt.

Undersøgelser af mulige årsager til fejl tydede på, at senderens controllers strømkilde blev udløst, muligvis af en indkommende højenergisk kosmisk stråle eller strålingsbæltepartikel. Det blev antaget, at det at passere gennem en dramatisk ændring i energi - såsom hvad der sker, når et rumfartøj oplever totalt mørke under en formørkelse - potentielt kunne nulstille rumfartøjet. Men efter at en formørkelse i 2007 ikke kunne fremkalde en genstart, missionen blev erklæret afsluttet.

Hvad var IMAGE-missionen?

Inden da, imidlertid, IMAGE var et kraftcenter. De data, der blev indsamlet i løbet af de næsten fem års drift, førte til omkring 40 nye opdagelser om Jordens magnetosfære og plasmasfære. Mange af disse opdagelser havde deres basis i et energisk neutralt atom, eller ENA, billeddannelse, en ny teknik udviklet af IMAGE for at gøre det usynlige synligt.

Teknikken gør brug af noget grundlæggende rumfysik. Partikler med en elektrisk ladning - som de ioner, der udgør meget af plasmaet i magnetosfæren - er bundet til Jordens magnetfeltlinjer, snurrer rundt om dem som en yo-yo på en snor. Men når de styrter ind i neutrale partikler, de ladede partikler kan stjæle neutralens elektroner i en proces kaldet ladningsudveksling, selv bliver neutrale.

Ikke længere magnetisk bundet, disse energiske neutrale atomer løb ud i rummet i hvilken retning de end var på vej, da kollisionen fandt sted. ENA-instrumenter fanger disse neutrale atomer og bruger dem til at opbygge billeder i stor skala af det omgivende plasma, ligner hvordan almindelige kameraer fanger lysstråler for at skabe billeder.

I kombination med ENA-instrumenter, IMAGE brugte også ultraviolet og radiobilleddannelsesteknikker, der tilsammen førte til mange af IMAGEs mest bemærkelsesværdige resultater. Blandt dem er bekræftelsen af ​​den plasmasfæriske fane, et område af plasmapartikler, der strømmer baglæns mod Solen på Jordens dagside. En sådan tilbagestrømning var blevet forudsagt af modeller, men aldrig direkte observeret af rumfartøjer.

"Det er som om du kører i en cabriolet, " sagde Thomas Moore, missionsforskeren for IMAGE, såvel som førende for rumfartøjets Low Energy Neutral Atom (LENA) Imager ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Luften suser mod bilen i én retning, men dit hår vil blæse mod forruden."

IMAGE producerede billeder i stor skala hvert andet minut. Billeddannelsens hurtige kadence gjorde det muligt for videnskabsmænd at strikke billederne sammen for at skabe billed-for-billede-film, der kunne vise det store omfang af ladede partikel-interaktioner i rummet nær Jorden, inklusive dem, der forårsager nordlys.

De missioner, der havde fløjet før IMAGE, havde kun været i stand til at indsamle målinger på et enkelt tidspunkt i tid og rum – ved at fange de partikler, som rumfartøjet tilfældigvis fløj igennem på det tidspunkt, i stedet for at fange en bred panoramaudsigt. Men sådanne punktmålinger er udfordrende at fortolke.

"The trouble with a single point measurement is you're always moving around and you're never quite sure if the variation that you see is because you've moved to a different place or because something has changed globally in the system, " Moore said. "I used to liken space physics before IMAGE to trying to study severe storms by driving around with a rain gauge out your window."

IMAGE drastically changed the playing field. "We suddenly had a camera that could see the whole system, " Moore added.

But IMAGE didn't just make pretty pictures:It was also the first space science mission to formally include an education and public outreach program (POETRY) as part of its proposal to NASA, specifically setting aside a budget for such activities. Partnering with elementary, middle and high school teachers, IMAGE's science findings were incorporated into lessons and classroom activities.

While IMAGE's future continues to unfold, its legacy has already proven its worth:The information it gleaned with its wide-range view provides an important complement to missions looking at smaller scales of the magnetosphere, including the highly successful Magnetospheric Multiscale mission, or MMS, launched in March 2015 and currently in orbit.