NASAs BITSE solar scope er klar til ballonflyvning over New Mexico

NASA og Korea Astronomy and Space Science Institute, eller KASI, gør sig klar til at teste en ny måde at se solen på, højt over New Mexico-ørkenen.

En ballon – stor nok til at omfavne en fodboldbane – er planlagt til at flyve tidligst den 26. august, 2019, under sig bærer et solkikkert kaldet BITSE. BITSE er en koronagraf, en slags teleskop, der blokerer Solens lyse ansigt for at afsløre dens svagere atmosfære, kaldet corona. Forkortelse for ballonbåren undersøgelse af temperatur og hastighed af elektroner i koronaen, BITSE søger at forklare, hvordan Solen spytter solvinden ud.

Solvinden er strømmen af ​​ladede partikler, der konstant blæser fra Solens ydre atmosfære, skylle over hele solsystemet. Mens videnskabsmænd generelt ved, hvor det dannes, præcis hvordan det gør det forbliver et mysterium. Men at låse op for solvindens natur er nøglen til at forudsige, hvordan soludbrud rejser. Solvinden er lidt ligesom en vandrutsjebane:Dens strømning bestemmer, hvordan en solstorm tønder gennem rummet. Sommetider, stormene styrter ind i Jordens magnetfelt, udløsende forstyrrelser, der kan forstyrre satellitter og dagligdags kommunikationssystemer som radio eller GPS.

Et samarbejde mellem NASA og KASI, BITSE demonstrerer en ny måde at studere solvinden på. Mens standard coronagraphs fanger coronaens tæthed, BITSE måler også temperaturen og hastigheden af ​​elektroner i solvinden for at hjælpe med at forstå de kraftige kræfter, der accelererer dem til hastigheder på 1 million miles i timen. BITSEs ballonflyvning er et nøgletrin i test og udvikling af dette instrument, og vil hjælpe holdet af videnskabsmænd og ingeniører med at finjustere deres teknologi til fremtidig rumflyvning.

"Dette er en koronagraf, der er i stand til at måle disse tre egenskaber, alt det, du har brug for for at forstå, hvordan solvinden dannes og accelereres, " sagde Nat Gopalswamy, BITSE hovedefterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Ved at forbedre coronagraphs, BITSE fremmer vores forståelse af selve coronaen, drivkraften bag solenergien, der fylder rummet omkring Jorden - hvilket i sidste ende forbedrer vores evne til at forudsige vejret i rummet.

Flyver til kanten af ​​atmosfæren

Inden lanceringen, i de små timer om morgenen, teknikere fra NASAs Columbia Scientific Balloon Facility's feltsted i Fort Sumner, Ny mexico, vil gøre ballonen klar til flyvning, delvist at fylde den store plastikkonvolut med helium. Ballonen er lavet af polyethylen - det samme materiale som indkøbsposer er lavet af - og er omtrent lige så tyk som en sandwichpose i plastik, men meget stærkere. Når ballonen hæver sig højere over overfladen og atmosfæretrykket falder, gassen i ballonen udvider sig, og den svulmer.

BITSE vil bugte sig opad, indtil den er omkring 22 miles over jorden. der, det vil kysse, at tage billeder af solens sydende varme atmosfære. Ved udgangen af ​​dagen, den vil have indsamlet så meget som 64 gigabyte – 40 spillefilms værdi – af data.

BITSEs rejse mod himlen begyndte med en formørkelse. Coronagraphs virker ved at efterligne formørkelser; som månen, en metalskive - kaldet en okkulter - blokerer for Solen, bringer coronaen i søgelyset. I løbet af den 21. aug. 2017, total solformørkelse, Gopalswamy og hans team testede nøgledele af instrumentet i Madras, Oregon. På kun to minutter af helhed, de tog 50 billeder – og demonstrerede udfordringerne og fordelene ved at bruge deres instruments særlige teknik.

Nu, holdet er ikke længere begrænset til forhastet forskning i Månens skygge. En ballon vil tage deres instrument til kanten af ​​atmosfæren, hvor den vil flyve i mindst seks timer. Balloner tilbyder en billig måde at få adgang til denne region, giver videnskabsfolk mulighed for at foretage målinger og udføre test, som de ikke kan fra jorden. der, BITSE kan samle sine billeder med meget mindre baggrundslys end fra jorden, som forstyrrer observationer af den svage korona.

En ny type koronagraf

BITSE kombinerer flere vigtige teknologier. Først, instrumentet er konstrueret med et enkelt okkulteringstrin. Derefter, der er et specielt kamera, der fanger polariseret lys – lysbølger, der svirrer i bestemte retninger. Forskere bruger disse billeder til at kortlægge elektrontæthed, eller hvor mange elektroner der er i koronaen og hvor.

Typiske koronagrafer bruger et hjul, der cykler gennem polarisatorfiltre - hver orienteret til forskellige vinkler - og kombinerer billederne for at få det polariserede lys. BITSEs polarisationskamera analyserer observationerne pixel for pixel, gør processen mere pålidelig ved at reducere antallet af bevægelige dele.

"Vi limede hele arket af mikropolarisatorer oven på kameradetektoren, så vi har ikke brug for polarisationshjulet, " sagde Qian Gong, BITSE ledende optikingeniør hos Goddard.

BITSE har også et filterhjul, som blokerer alt koronaens lys undtagen fire specifikke bølgelængder. Forholdet mellem disse forskellige bølgelængder giver forskerne temperaturen og hastigheden af ​​elektroner i koronaen - målinger, de ikke kan opnå fra jorden, selv under en formørkelse. Ved at fokusere på et tidligere ustuderet udsnit af koronaen, der er nøglen til solvinddannelse, forskerne håber på at samle nye spor til dens oprindelse. En dag, en version af BITSE kunne foretage disse målinger fra rummet, forlænge deres observationstid fra timer til måneder.

Mere end 22 miles over overfladen, BITSE vil drive højt over fuglenes rige, flyvemaskiner, vejr, og selve den blå himmel. Højden giver unikke udfordringer, sagde Gong. Visse designelementer er specifikke for ballonflyvning, ligesom BITSEs temperaturfølsomme optik. Et termisk system ombord vil sikre, at BITSE ikke bliver for kold under opstigningen. Selv limen de brugte på polarisationsfiltrene var nøje udvalgt både for at give en god klæbeevne og modstå de forventede temperaturer. Et skift på blot et par mikrometer – et gennemsnitligt menneskehår er 75 mikrometer på tværs – som reaktion på den kølige øvre atmosfære kan påvirke deres data, hun forklarede, da hver pixel er 7,5 mikron bred.

I så høje højder, himlen er svagere; hvor atmosfæren er tynd, der er få luftpartikler til at sprede lyset. Sammenlignet med jorden, det er meget bedre betingelser for en koronagraf. Stadig, kanten af ​​atmosfæren er lysere end rummet.

"Himmelens lysstyrke begrænser fundamentalt, hvad vi kan se, og driver vores behov for at gå til næste trin:observationer fra rummet, " sagde Goddards solforsker Jeff Newmark. Sammen, Gopalswamy og Newmark leder holdet, der sender BITSE til himlen, et skridt tættere på rummet, hvor der ikke er noget forstyrrende baggrundslys.

En sand samarbejdsmission, BITSE byder på omfattende bidrag fra både NASA og KASI. NASA leverede den vigtigste optiske, mekanisk, peger, kommunikation, og gondolsamlinger, samt overordnet ledelse og lancering af missionen, mens KASI leverede filterhjulet, instrument computer og kamera system, blandt andre bidrag.

Høje mål

I slutningen af ​​BITSE's flyvning, teknikere på Fort Sumner feltstedet vil sende afslutningskommandoer, starter en sekvens, der adskiller instrumentet og ballonen, udsætter instrumentets faldskærm, og punkterer ballonen. Et fly, der cirkulerer over hovedet, vil holde øje med ballonens sidste øjeblikke, og videresende BITSEs placering. Timer senere, langt fra hvor det startede, koronagrafen vil falde i faldskærm til jorden. En besætning vil køre ind i ørkenen for at hente både ballonen og BITSE sidst på dagen.

Data fra BITSE's flyvning vil være nyttige for de modeller, som videnskabsmænd bruger til at forudsige rumvejr. Men holdet vil se på flyvningen for at validere BITSE's design og ydeevne i et nærrumsmiljø. Fra deres feltkampagne, hvor de observerede solformørkelsen i august 2017 til dette års ballonflyvning og til sidst, rumfart, holdet er fortsat med at sætte sig stadig højere.