龙虾眼成像仪检测软X射线发射

2019-02-23 17:58:39
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众所周知,太阳风可以为地球附近的危险空间天气事件提供动力,从而危及太空资产。因此,由美国国家航空航天局(NASA)领导的一个大型跨学科研究小组开始创建一个宽视场软X射线成像仪,能够检测太阳能时产生的软X射线发射。风遇到中性气体。

本周,在AIP出版社的“科学仪器评论 ”期刊中,该小组描述了开发和发射其成像仪,该成像仪以“龙虾眼光学”为中心,以及其在太空探索中的能力和未来应用。

该组的成像器的灵感来自大约十年前由堪萨斯大学的Tom Cravens和Ina Robertson创建的模拟,他们现在都参与了这项工作,这表明太阳风与地球磁层中的残余大气之间的相互作用。可以用软X射线成像。

作为背景,在太阳上,风等离子体从所有纬度和经度连续流动 - 占据整个日光层并与中性气体相互作用。这种“太阳风”主要由质子组成,但也含有高电荷态重离子通量。当这些离子与气体相互作用时,许多离子经历电荷交换反应并获得处于激发态的电子,这导致高电荷态离子发射软X射线光子。

正是这些组的成像器设计用于检测这些软X射线发射。

什么是“龙虾眼光学”

龙虾眼光学是指用于聚焦软X射线的光学元件,由英国莱斯特大学和法国的Photonis公司开发,灵感来自同名美食甲壳动物的眼睛。

光学元件“由一个20微米的非常小的方形玻璃孔阵列组成,一侧弯曲成球形的一部分,半径为75厘米,”为美国宇航局戈达德太空飞行中心工作的天体物理学家Michael R. Collier解释道。并且是该论文的第一作者。“我们的成像仪的工作原理与龙虾眼的原理相同,就是它的名字,它通过将软X射线光子聚焦到位于球体半径半径的平面上。”

太空视野成像仪在太空中有什么意义?“我们向全球太阳风和磁层成像能力迈进了一步,”科利尔说。“它还代表了一种理论,在这种情况下,所有物理现象的计算和模拟,并成功地将其应用于有用的科学能力。”

为此,全球成像太阳风与地球磁层的相互作用将能够跟踪能量和动量流入大气。“因为为地球附近的危险空间天气事件提供动力的所有能量来自太阳风,这种能力使我们能够更好地保护我们的太空资产 - 特别是地球同步航天器,例如携带手机信号的太空船,”他补充说。

在应用方面,欧洲航天局和中国科学院已经在制定一项名为“太阳风磁电离层电离层探测器”的任务计划,即SMILE,它将包括一个宽视场软X射线具有龙虾眼光学系统的成像仪。“这项任务的目标是进行太阳风和磁层相互作用的全球成像 - 这一点尚未实现,”科利尔说。

小组的下一步是什么?“这些软X射线可以在太阳系中的任何地方被观测到太阳风遇到中性气体 - 包括地球,月球,火星,金星和彗星,”科利尔指出。“因此,在未来,我们将探索我们的技术在其他星球任务的背景下的适用性。”

该组的技术也很容易适用于CubeSat等纳米卫星 - 其外形尺寸范围为1至10千克,并以10 x 10 x 10厘米的规范单位进行描述 - 并将“实现低成本任务高科学回报,“科利尔说。

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