• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Key Parker Solar Probe sensor bästa solsimulatorn – sista lanseringshindret

    Forskare använder en kvartett IMAX-projektorer för att skapa ljuset och värmen som Parker Solar Probe cup kommer att uppleva under sina resor genom solens atmosfär. Bägaren sitter inuti en vakuumkammare inrättad i ett labb vid Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts. Kredit:Levi Hutmacher, Michigan Engineering

    Du får inte bada i solens atmosfär om du inte kan bevisa att du hör hemma där. Och Parker Solar Probes Faraday-kopp, en nyckelsensor ombord på NASA-uppdraget på 1,5 miljarder dollar som lanseras i sommar, fick sina ränder förra veckan genom att uthärda tester i en hemmagjord grej designad för att simulera solen.

    Bägaren kommer att ösa upp och undersöka solvinden när sonden passerar närmare solen än något tidigare konstgjort föremål. Justin Kasper, University of Michigan docent i klimat- och rymdvetenskap och teknik, är huvudutredare för Parkers undersökning av solvindelektroner alfa och protoner (SWEAP).

    För att bekräfta att koppen kommer att överleva den extrema värmen och ljuset från solens yta, Forskare torterade tidigare en modell av Faraday-koppen vid temperaturer över 3, 000 grader Fahrenheit, med tillstånd av Oak Ridge National Laboratorys Plasma Arc Lamp. Koppen, byggd av eldfasta metaller och safirkristallisolatorer, överträffade förväntningar.

    Men det sista testet ägde rum förra veckan, i en hemmagjord grej kallar Kasper och hans forskargrupp Solar Environment Simulator. Medan den blästras med ungefär 10 kilowatt ljus på sin yta – tillräckligt för att värma en plåt till 1, 800 grader Fahrenheit på sekunder - Faraday cup-modellen sprang igenom sina steg, framgångsrikt skanna en simulerad ström av solvind.

    "Att se instrumentet spåra signalen från jonstrålen som om det var plasma som flödade från solen var en spännande förhandstitt på vad vi kommer att se med Parker Solar Probe, sa Kasper.

    Rullningar i solens atmosfär kan våldsamt kasta moln av plasma ut i rymden, känd som koronala massutstötningar, ibland direkt på jorden. Utan försiktighetsåtgärder, sådana moln kan skapa geomagnetiska svängningar runt jorden som kan lösa ut satellitelektronik, störa GPS och radiokommunikation och – i värsta fall – kan skapa strömstötar genom elnät som kan överbelasta och störa systemet under längre tidsperioder, upp till månader.

    Genom att förstå vad som utgör solkoronan och vad som driver det ständiga utflödet av solmaterial från solen, forskare på jorden kommer att vara bättre rustade att tolka solaktiviteten vi ser på långt håll och skapa ett bättre system för tidig varning. Det är där Parker Solar Probe, planerad att lanseras den 31 juli, 2018, kommer in, med sitt komplement av experiment som inkluderar Faraday-cupen.

    För att testa koppmodellen, forskare var tvungna att skapa något nytt. Deras simulator sitter i ett labb på första våningen vid Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massa., och förkroppsligar ordspråket att nödvändigheten är uppfinningarnas moder.

    Den ser ut som en provisorisk operationssal, med en metallram som håller upp tjocka blå presenningar runt tre sidor som skapar en 16x8 arbetsyta.

    Inne i området, återskapandet av solens värme och ljus föll till en kvartett modifierade äldre modell IMAX-projektorer som Kaspers team köpte på eBay för några tusen dollar styck. Det här är inte de digitala maskinerna du hittar i dagens Cineplexes, men en tidigare generation som använde lökar.

    "Det visar sig att en biograflampa på en IMAX-projektor går på ungefär samma 5, 700 grader Kelvin – samma effektiva temperatur som solens yta, Sa Kasper. Och den avger nästan samma ljusspektrum som ytan.

    Rymden erbjuder i princip ingen atmosfär, vilket innebär att en ordentlig testmiljö för Faraday-cupen skulle ha så lite luft som möjligt. Så forskare placerade koppen i en metallvakuumkammare för testning.

    Liknar en järnlunga, den sju fot långa silverkammaren har en lucka i ena änden som svänger utåt och har ett litet runt fönster i sig. Kvällen innan testet, teamet började pumpa ut atmosfären ur vakuumkammaren.

    När simuleringen startade för testning, kammaren registrerade ungefär en miljarddel av jordens atmosfär.

    Alla fyra IMAX-projektorerna sitter ovanpå hjulförsedda bord, och för att ställa in för testet, forskare rullade dem på plats, med sina strålar pekade genom vakuumrörsfönstret direkt mot Faraday-koppen.

    Simulatorns sista element är dess förmåga att generera de typer av partiklar som Faraday-cupen behöver känna av och utvärdera. Att göra det, laget fäste en jonpistol till vakuumrörsluckan, med enhetens "pipa" nå inuti och pekade på koppen.

    "Jonpistolen tar en pellet av metall och värmer upp den, sa Anthony Case, en astrofysiker vid Harvard Smithsonian Institute for Astrophysics. "När det blir varmt, joner börjar koka av denna metallbit. Sedan kopplar du upp den till ett batteri, accelererar jonerna ur pistolen. Och vi kan rikta dem direkt mot Faraday-koppens öppning där de kommer att mätas."

    I detta sista test, Faraday-cupen tog värmen och levererade – vilket satte Parker Solar Probe på rätt spår för sin sommarlansering.

    Kelly Korreck, en U-M alumn och astrofysiker vid institutet, fungerar som chef för vetenskapsoperationer på Parkers SWEAP-utredning samt SWEAP-aktiviteter för Smithsonian.

    "När det gäller testet idag, det bekräftade vad jag hade misstänkt – när man tar ett fantastiskt team av vetenskapsmän och ingenjörer, ge dem ett komplex, svår, intressant projekt och motivationen för att utforska en region av universum som mänskligheten aldrig har varit i, innan märkliga saker händer, " Hon sa.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com