Princeton-astrofysikern David McComas kommer att vara huvudutredare för ett vetenskapsuppdrag för att ta prov, analysera och kartlägga partiklar som strömmar till jorden från solen och från kanterna av det interstellära rymden. Han presenterar uppdragets mål och status vid den internationella kommittén för rymdforskning (COSPAR) möte idag i Pasadena, Kalifornien.

Planerad att lanseras 2024, uppdraget Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) kommer att undersöka heliosfären, som omger och skyddar vårt solsystem, NASA-tjänstemän meddelade den 1 juni.

I gränsområdet för den bubbelformade heliosfären, solvinden – det jämna flödet av partiklar som trycker ut i alla riktningar från vår sol – kolliderar med partiklar från det interstellära mediet, det inte helt tomma utrymmet mellan stjärnor. Den mest skadliga kosmiska strålningen är avskärmad i denna gräns; IMAP kommer att samla in och analysera partiklarna som tar sig igenom, såväl som andra som genereras i denna kritiska region.

"IMAP undersöker samtidigt två av de viktigaste frågorna inom heliofysik idag - accelerationen av energiska partiklar och interaktionen mellan solvinden och det interstellära mediet, sa McComas, en professor i astrofysiska vetenskaper och vicepresident för Princeton Plasma Physics Labratory.

Uppdraget på 492 miljoner dollar kommer att inkludera en svit med 10 instrument som kommer att arbeta tillsammans för att lösa vetenskapliga frågor om solvinden och det interstellära mediet, från grundläggande – vad exakt finns där ute? – till komplex:Hur interagerar solpartiklar med interstellära partiklar, och hur utvecklas den interaktionen i tid och rum?

IMAP kommer också att samla in data om hur kosmiska strålar filtreras av heliosfären. Dessa partiklar utgör risker för astronauter och tekniska system, och kan spela en roll i närvaron av själva livet i universum.

Mycket av jordens skydd mot kosmisk strålning sker på grund av heliosfären, sa Dennis Andrucyk, biträdande biträdande administratör för NASA:s Science Mission Directorate i Washington, D.C. "IMAP är avgörande för att bredda vår förståelse av hur detta "kosmiska filter" fungerar. Implikationerna av denna forskning kan sträcka sig långt bortom hänsynen till jordiska effekter när vi försöker skicka människor ut i rymden."

IMAP kommer att kretsa runt en punkt cirka en miljon miles mot jorden vid den första LaGrange-punkten (L1), en astronomisk plats där solens gravitationskraft är balanserad med jordens. IMAP kommer att stanna mellan solen och jorden, tillåter vissa instrument att undersöka in-situ solvindspartiklar medan andra kartlägger de yttersta delarna av solsystemet.

Uppdraget är utformat för att uppnå sina baslinjemål inom de första två åren, men den har tillräckligt med energi och förbrukningsmaterial för att överleva minst fem år på L1, för att möjliggöra ännu större vetenskaplig avkastning.

Möt IMAP

IMAP är en roterande satellit ungefär lika stor som en småbarns-karusell, 6,5 fot i diameter och 2 fot hög (ungefär 200 cm x 70 cm). Alla vetenskapsinstrument kommer att köras kontinuerligt när de roterar i rymden fyra gånger per minut. De 10 instrumenten på IMAP är "högarv, flygbeprövade" verktyg, vilket betyder att de är mycket lika instrument som använts framgångsrikt på ett eller flera tidigare uppdrag.

Tre av instrumenten – IMAP-Lo, IMAP-Hi och IMAP-Ultra – kommer att använda energiska neutrala atomer för att "se" partiklar från den osynliga heliosfären och bortom. Sensorerna kommer att kalibreras i samma anläggningar som liknande instrument från tidigare uppdrag, tillåter IMAP att bygga från datamängden som har ackumulerats sedan 2008. De tre IMAP-instrumenten har högre upplösning och många gånger insamlingskraften från de tidigare uppdragen (i genomsnitt, 15 gånger, 25 gånger och 35 gånger, respektive, för de tre instrumenten).

Fem instrument – ​​CoDICE, TRÄFFA, MAG, SWAPI och SWE – kommer att mäta olika komponenter i solvinden och energipartiklar som möjliggör en detaljerad förståelse av partikelacceleration, samt tillhandahålla realtidsdata om rymdvädret på väg mot jorden.

De två andra instrumenten, IDEX och GLOWS, kommer att titta på interstellärt damm och ultraviolett strålning.

Som huvudutredare för hela IMAP-uppdraget, McComas leder teamet som inkluderar forskare från 24 institutioner i USA, Tyskland, Polen, Schweiz och Japan. Han är också ledande utredare för SWAPI-instrumentet.

"The IMAP science team consists of many of the world's leaders in instrumentation, dataanalys, 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, syre, 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, energy, 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.