Unik brug af ESA rumfartøjers husholdningsdata afslører kosmisk stråleadfærd

Ved at bruge data oprindeligt indsamlet til rumfartøjets 'husholdning' ombord på ESA's Rosetta- og Mars Express-missioner, forskere har afsløret, hvordan intense udbrud af højenergistråling, kendt som kosmiske stråler, opfører sig på Mars og i hele det indre solsystem.

Husholdningsdata indsamles af de fleste rumfartøjer og komponenter, og bruges af ingeniørteams til at overvåge rumfartøjers helbred og diagnosticere fejl (ved at logge parametre såsom komponentsundhed og 'on/off'-status, for eksempel). Sådanne data kunne kædes sammen med videnskabeligt interessante fænomener, og repræsenterer således en værdifuld videnskabelig ressource, der for det meste forbliver uudforsket.

Objekter i rummet bliver jævnligt ramt af ladede partikler, der strømmer ind fra den bredere Mælkevej, inklusive kosmiske stråler. Kosmiske stråler kan forårsage elektronisk skade, hvis de rammer hardware i rummet og truer menneskers sundhed på bemandede missioner i kredsløb om Jorden, når astronauter er mindre beskyttet mod stråling af vores planets atmosfære. Truslen fra kosmiske stråler vil være endnu større for bemandede missioner, der vil vove sig længere ud i rummet, for eksempel til Månen og Mars.

For at holde styr på rumfartøjets sundhed, rummissioner logger, når kosmiske stråler rammer en indbygget computer og forårsager hukommelsesfejl - noget kendt som Error Detection And Correction, eller EDAC.

"Mars Express har indsamlet disse målinger siden lanceringen. Vi fik adgang til data indsamlet siden 2005, giver os et fantastisk 15-årigt datasæt, der spænder over næsten hele missionens levetid – en virkelig sjældenhed, siger Elise Wright Knutsen, hovedforfatter af den nye undersøgelse, tidligere praktikant ved ESA's European Space Research and Technology Center (ESTEC), og nu på LATMOS/IPSL, Frankrig.

Nogle få faktorer påvirker intensiteten af ​​kosmiske stråler, vi ser i solsystemet, herunder hvor vi er i solens periodiske 11-årige aktivitetscyklus, og afstand til solen. "Vi var i stand til at udforske forholdet mellem sol og kosmisk stråle i detaljer takket være EDAC-data fra to fremtrædende ESA-missioner:Mars Express og Rosetta, " siger Elise. "Dette er første gang EDAC-data er blevet brugt på denne måde - det er før blevet brugt til at udforske kortsigtede solbegivenheder, men aldrig på længere sigt."

Elise og kolleger brugte EDAC-data fra de to missioner til at karakterisere, hvordan kosmisk stråleadfærd ændrede sig gennem vores sols aktivitetscyklus på Mars (ved at sammenligne Mars Express EDAC-data med tilsvarende data om solpletter og fra jordbaseret overvågning), og at afsløre, hvordan mængden af ​​kosmiske stråler detekteret i det indre solsystem varierer med afstanden fra solen (ved at sammenligne EDAC-data fra både Rosetta og Mars Express). Rosetta kredsede om solsystemet i 10 år - længst ud over Jupiters kredsløb - før hun nåede frem til sin målkomet, indsamler data over en lang række afstande fra solen.

"Vi fandt ud af, at kosmiske stråler opfører sig meget ens med hensyn til solen på Mars, som de gør på Jorden, og er stærkt påvirket af solcyklussen, " tilføjer Elise. "Efterhånden som solen bliver mere aktiv og er vært for flere solpletter, vi ser færre kosmiske stråler, som vores stjerne afbøjer flere af dem. Imidlertid, denne 'anti-korrelation' ses omkring 5,5 måneder senere - den er ikke umiddelbart - og årsagen til denne tidsforskydning er stadig et spændende åbent spørgsmål."

Sammenligning af EDAC-målingerne fra Mars Express og Rosetta viste også, at antallet af kosmiske stråler stiger med omkring 5 % pr. 'astronomisk enhed (AU)', hvor en AU er afstanden mellem Jorden og solen.

In situ data, især videnskabelige data, er sjælden i store dele af solsystemet, og observationer af strålingen omkring andre planetlegemer er relativt sparsomme. Selvom rumfartøjer ikke udfører rutinemæssige videnskabelige observationer, når de krydser gennem rummet på vej til deres destination, de indsamler altid husholdningsdata.

"Denne undersøgelse understreger den enorme værdi af at arkivere denne form for data, og er et godt eksempel på at bruge et rumfartøj selv som et videnskabeligt instrument, " siger ESA's planetforsker Olivier Witasse, medforfatter. "Denne tilgang giver os mulighed for at udføre videnskab uden at et rumfartøjs kerneforskningsinstrumenter overhovedet er tændt - en særlig relevant og spændende mulighed for lange interplanetariske krydstogter, når instrumenter ofte ligger i dvale, mens de afventer missionen forude.

"Vi kan potentielt bruge ethvert rumfartøj på denne måde, ikke kun dem, der er udstyret med særlige sensorer. Dette åbner et nyt område af muligheder for både nuværende og kommende ESA-missioner for at opdage endnu mere om rummiljøet."

Området af afstande til solen, der er dækket af EDAC-observationer, udvides med ESA's Gaia, BepiColombo og kommende Juice (JUpiter ICy moons Explorer) missioner.

"Galaktisk kosmisk strålemodulation på Mars og videre målt med EDAC'er på Mars Express og Rosetta" af E. W. Knutsen et al. er udgivet i Astronomi og astrofysik .