Princetons McComas vil lede IMAP, en NASA-mission for at studere heliosfæren

Princeton astrofysiker David McComas vil være hovedefterforsker for en videnskabsmission for at prøve, analysere og kortlægge partikler, der strømmer til Jorden fra solen og fra kanterne af det interstellare rum. Han præsenterer missionens mål og status på det internationale udvalg for rumforskning (COSPAR) møde i dag i Pasadena, Californien.

Planlagt til lancering i 2024, IMAP-missionen (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) vil undersøge heliosfæren, som omgiver og beskytter vores solsystem, NASA-embedsmænd meddelte den 1. juni.

I grænseområdet for den bobleformede heliosfære, solvinden - den konstante strøm af partikler, der skubber ud i alle retninger fra vores sol - kolliderer med partikler fra det interstellare medium, det ikke helt tomme rum mellem stjerner. Den mest skadelige kosmiske stråling er afskærmet i denne grænse; IMAP vil indsamle og analysere de partikler, der kommer igennem, såvel som andre, der genereres i denne kritiske region.

"IMAP undersøger samtidig to af de vigtigste spørgsmål inden for heliofysik i dag - accelerationen af ​​energiske partikler og solvindens interaktion med det interstellare medium, " sagde McComas, en professor i astrofysiske videnskaber og vicepræsident for Princeton Plasma Physics Labratory.

Missionen på $492 millioner vil omfatte en suite af 10 instrumenter, der vil arbejde sammen om at løse videnskabelige spørgsmål om solvinden og det interstellare medium, fra grundlæggende – hvad er der præcist derude? – til komplekst:Hvordan interagerer solpartikler med interstellare partikler, og hvordan udvikler den interaktion sig i tid og rum?

IMAP vil også indsamle data om, hvordan kosmiske stråler filtreres af heliosfæren. Disse partikler udgør en risiko for astronauter og teknologiske systemer, og kan spille en rolle i selve livets tilstedeværelse i universet.

Meget af Jordens beskyttelse mod kosmisk stråling sker på grund af heliosfæren, sagde Dennis Andrucyk, stedfortrædende associeret administrator for NASA's Science Mission Directorate i Washington, D.C. "IMAP er afgørende for at udvide vores forståelse af, hvordan dette 'kosmiske filter' virker. Implikationerne af denne forskning kan række langt ud over overvejelserne om jordiske påvirkninger, når vi søger at sende mennesker ud i det dybe rum."

IMAP vil kredse om et punkt omkring en million miles mod solen ved det første LaGrange-punkt (L1), et astronomisk sted, hvor solens tyngdekraft er afbalanceret med jordens. IMAP vil forblive mellem solen og jorden, giver nogle instrumenter mulighed for at undersøge in-situ solvindpartikler, mens andre kortlægger de fjerneste områder af solsystemet.

Missionen er designet til at nå sine grundlæggende mål inden for de første to år, men den har nok energi og forbrugsstoffer til at overleve mindst fem år på L1, for at give mulighed for endnu større videnskabeligt udbytte.

Mød IMAP

IMAP er en roterende satellit på størrelse og form som en småbørns karusell, 6,5 fod i diameter og 2 fod høj (omtrent 200 cm x 70 cm). Alle de videnskabelige instrumenter vil køre kontinuerligt, mens de roterer i rummet fire gange i minuttet. De 10 instrumenter på IMAP er "høj arv, flyveprøvede" værktøjer, hvilket betyder, at de ligner meget instrumenter, der er brugt med succes på en eller flere tidligere missioner.

Tre af instrumenterne - IMAP-Lo, IMAP-Hi og IMAP-Ultra—vil bruge energiske neutrale atomer til at "se" partikler fra den usynlige heliosfære og videre. Sensorerne vil blive kalibreret i de samme faciliteter som lignende instrumenter fra tidligere missioner, gør det muligt for IMAP at bygge ud fra det datasæt, der har akkumuleret siden 2008. De tre IMAP-instrumenter har højere opløsning og mange gange så meget som de tidligere missioners indsamlingskraft (i gennemsnit, 15 gange, 25 gange og 35 gange, henholdsvis, for de tre instrumenter).

Fem instrumenter – CoDICE, HIT, MAG, SWAPI og SWE - vil måle forskellige komponenter i solvinden og energiske partikler, der giver mulighed for en detaljeret forståelse af partikelacceleration, samt levere realtidsdata om rumvejret på vej mod Jorden.

De to andre instrumenter, IDEX og GLOWS, vil se på interstellart støv og ultraviolet stråling.

Som hovedefterforsker for hele IMAP-missionen, McComas is leading the team that includes scientists from 24 institutions in the United States, Tyskland, Polen, Switzerland and Japan. He is also the lead investigator for the SWAPI instrument.

"The IMAP science team consists of many of the world's leaders in instrumentation, data analysis, theory and modeling, and understanding of the global heliosphere, " McComas said. Together, IMAP's 10 instruments will provide "the first comprehensive in-situ and remote global observations to discover the fundamental physical processes that control our solar system's evolving space environment."

Focus on the IMAP instruments

IMAP-Lo, a single-pixel neutral atom imager mounted on a pivot platform, will measure low-energy (5-1000 eV) interstellar neutral atoms of hydrogen, helium, ilt, neon and deuterium.

IMAP-Hi has two single-pixel imagers that will sweep a circle in the sky with every spin of the rotating satellite. They will measure mid-energy neutral atoms (0.4-15.6 keV) at 4° angular resolution.

IMAP-Ultra consists of two identical imagers using slit optics to cover three-quarters of the full celestial sphere with each spin. It will measure high-energy (3-300 keV) neutral atoms with 2° resolution.

The Compact Dual Ion Composition Experiment (CoDICE) will measure the composition and movement of two broad energy ranges of ions simultaneously, in order to advance our understanding of particle acceleration in the heliosphere.

The High-energy Ion Telescope (HIT) is a spectrometer that will inventory the charge, energi, orientation and mass of ions from hydrogen to nickel, to determine whether they originate in the solar wind or the interstellar medium.

MAG, a pair of identical magnetometers, will measure the local interplanetary magnetic field and provide new insights into the waves and turbulence of the solar wind's plasma.

The Solar Wind Electron (SWE) instrument will measure the 3-dimensional distribution of thermal and suprathermal electrons from 1 eV to 5 keV. SWE is optimized to detect in-situ solar wind electrons at L1 in order to understand the solar wind structures and provide context for the energetic neutral atom measurements.

The Solar Wind and Pickup Ion (SWAPI) instrument, which Princeton's David McComas is the lead investigator for, will measure the solar wind ions as well as hydrogen and helium "pickup ions" from the interstellar medium.

The Interstellar Dust Experiment (IDEX) will provide the first accurate in-situ measurements of the flux, size distribution and chemical composition of interstellar dust particles flowing through our solar system.

The Global Solar Wind Structure (GLOWS) instrument will measure the ultraviolet glow from interstellar hydrogen and helium, providing ionization, radiation pressure and solar wind measurements and allowing scientists to map out the structure of the solar wind.