Experimentul EUSO-SPB • Mihail Stolpovsky • Imaginea științifică a Zilei privind "Elementele" • Fizica

Experimentați EUSO-SPB

În fotografie – un stratat de suprafață de fotbal lansat pe 24 aprilie, având un telescop unic EUSO-SPB (Observatorul spațial Extreme Space on a Balon Super Presiune) – un observator spațial al unui Univers Extremat pe un aerostat de presiune ultra-rapidă) conceput pentru a studia razele cosmice. Telescopul va prinde strălucirea fluorescentă, care este generată de raze cosmice ultra-înalte, care zboară în atmosfera Pământului. De fapt, în acest experiment, atmosfera însăși este folosită ca detector de particule.

Razele rasiale sunt particule și nuclee de atomi care zboară în spațiu și din când în când intră pe Pământ. În funcție de energie, ele au o origine diferită: razele cosmice cu energii nu mai mari decât câteva GeV (109 eV) provin de la soare. Numărul de raze cosmice scade aproximativ exponențial cu energia. Razele cosmice cu energie de până la aproximativ 1018 Veniți din galaxia noastră. Surse de astfel de raze sunt rămășițe ale exploziilor supernovelor. O raze cu energii mai mari de 1018 eV sunt clasificate ca raze cosmice ultra-înalte. Originea lor este una dintre cele mai intrigante mistere ale universului.În care procese incredibil de puternice își primesc energia? Care este mecanismul lor de overclockare? Cum se raportează la razele cosmice ale energiilor inferioare?

Dependența fluxului de raze cosmice asupra energiei lor. Zona galbenă denotă razele cosmice care vin în principal din soare, albastru și violet – din diferite surse din interiorul galaxiei noastre. La energii mai mari de 1018 razele cosmice eV sunt clasificate ca raze de energie ultra-înaltă (nu sunt prezentate într-o culoare separată în figură). Se crede că se nasc în afara Calei Lactee. Se poate observa că numărul de raze cosmice scade aproximativ exponențial cu energia. Grafic din en.wikipedia.org

Se crede că razele cosmice ale energiilor ultrahave apar în afara galaxiei noastre. Faptul este că particulele sunt accelerate de câmpuri magnetice, iar pentru ca o particulă să obțină o astfel de energie colosală, câmpurile trebuie să fie puternice. Există două ipoteze despre care domenii pot accelera particulele la energii ultra-mari: acestea sunt fie câmpurile magnetice ale obiectelor mari (cele mai mari galaxii și grupurile de galaxii), fie câmpurile magnetice ale obiectelor compacte (stele neutronice, quasare etc.).Dacă ipoteza surselor mari este corectă, atunci galaxia noastră nu poate fi o sursă – prea mică. Dacă ipoteza surselor compacte este adevărată și în Galaxia noastră a existat cel puțin una astfel, atunci distribuirea direcțiilor de sosire a razelor cosmice ar indica această sursă, adică nu ar fi neuniformă. Dar este omogenă. Și așa se pare că sursa de raze cosmice de energie ultra-înaltă este în afara galaxiei noastre.

Dar, pentru a înțelege ceea ce poate accelera atât de puternic particulele și nucleele, este necesar să crească semnificativ statisticile observațiilor, ceea ce nu este atât de simplu de colectat: razele cosmice ultra-înalte de energie ajung rareori pe Pământ. Frecvența estimată a evenimentelor cu energie 1020 eV este doar 1 particulă pe kilometru pătrat pe secol, astfel încât observatorul de raze cosmice ar trebui să observe imediat o zonă uriașă. Acest lucru poate fi realizat fie de la sol, dar și observatorul însăși trebuie să aibă o zonă uriașă (de exemplu, la Observatorul Observatorului Pierre Auger), o suprafață de 3000 km2), fie de la o înălțime mare – din stratosferă sau de pe orbită – măsurând imediat cea mai mare parte a atmosferei. Avantajul metodei de studiu pe sol este că puteți construi mai mulți detectori de diferite tipuri: Cherenkov, muon, fluorescente, radio (vezi Observatorul de raze cosmice).Și când observăm din stratosfera sau din orbită, este necesar să fim limitați doar la detectoarele fluorescente, dar este mult mai ușor de atinsdespreo zonă mai mare.

Trecând prin atmosferă, o particulă de energie înaltă interacționează cu moleculele din aer și creează un flux de particule secundare care, în timp ce sunt încă foarte energice, dau naștere unor particule din generația următoare – așa se formează un duș de particule. Aceasta provoacă excitarea moleculelor de aer, în special a moleculelor de azot, care emite luminiscență atunci când intră în starea solului. Această strălucire poate fi detectată de detectoare fluorescente sensibile. Prin intensitatea strălucirii și lățimii dușului se poate judeca energia particulei primare. Și orientarea dușului – de unde a provenit.

Apariția viitorului experiment JEM-EUSO, care urmează să fie instalat pe ISS în acest an. Imagine de la jem-euso.uchicago.edu

Experimentul EUSO-SPB face parte din proiectul JEM-EUSO, un observator de spațiu orbitral pentru radiații cosmice, care urmează să fie instalat la Stația Spațială Internațională în acest an. Experimentul EUSO-SPB este, așa cum se spune în Occident, "tracker" (pathfinder),care este un experiment auxiliar, sarcina principală a căreia este de a verifica fezabilitatea tehnică a experimentului principal. În cazul experimentelor în spațiu, pentru care instalarea echipamentelor este întotdeauna plină cu dificultăți mult mai mari decât pentru testele la sol, sunt necesare astfel de verificări.

EUSO-SPB folosește un balon de suprapresiune pentru a livra echipamente la o altitudine de 38 km. Lansarea a fost efectuată din orașul Wanaka din Noua Zeelandă. Acum, mingea este "eliberată de vânturi", care în stratosfera din jurul polului formează o buclă constantă, astfel încât un stratostat eliberat din Noua Zeelandă va zbura tot timpul spre est și va face un cerc complet în jurul Antarcticii. Rețineți că lansarea a fost inițial programată pentru 25 martie, dar a avut loc doar o lună mai târziu, luni, 24 aprilie. În tot acest timp, Noua Zeelandă era "buzunarul" unor vânturi stratosferice foarte lentă care suflau în diferite direcții în care mingea ar fi cel mai probabil blocată și nu putea ieși. Pentru a incepe mingea, este necesar sa se potriveasca conditiilor favorabile atat in atmosfera inferioara, cat si in cea superioara, deci amanarea datei de start desemnate pentru stratostati este un lucru obisnuit.

În roșu arată drumul pe care mingea UESO-SPB a reușit să o facă în două zile de zbor. Apoi, mingea ar trebui să zboare de-a lungul unei traiectorii aproape circulare în jurul Antarcticii, să zboare peste vârful sudic al Americii de Sud și să aterizeze în Australia. Imagine de la csbf.nasa.gov

În timpul nopții, când lumina zilei nu interferează cu observarea unei străluciri fluorescente slabe, atmosfera Pământului va fi explorată cu ajutorul unei camere foarte sensibile. Se așteaptă ca timpul total de observare să fie de 118 ore. Instrumentul include o copie completă a modulului de înregistrare a fotonilor JEM-EUSO cu 2304 detectori foarte sensibili (ca o matrice într-o cameră digitală de 2,3 pixeli) și trei obiective Fresnel cu o latură de 1 m. Unghiul de vizionare este de ± 6 grade,2. Deoarece azotul este fluorescent în lumina ultravioletă, banda de filtrare este reglată la lungimi de undă de la 290 la 430 nm. Datele vor fi împușcate la o frecvență de 400 kHz. Gondola este echipată și cu echipament plutitor în cazul în care trebuie să intrați în apă.

În stânga – gondola EUSO-SPB. Lumina trece prin fereastra din partea inferioară a gondolei. În dreapta – lentilă Fresnel pentru EUSO-SPB. Fotografii de la eusospb.uchicago.edu

Instrumentul va fi calibrat folosind un laser dintr-un elicopter care va zbura sub o minge la o altitudine de aproximativ 3 km.Laserul este orientat orizontal și excită o strălucire a aerului fluorescent, similară cu cea a radiațiilor cosmice, ceea ce face posibilă calibrarea echipamentului în condiții controlate (a se vedea diagrama de aici).

Obiectivele experimentului EUSO-SPB sunt următoarele:
1) să efectueze o testare completă a principalelor subsisteme ale experimentului JEM-EUSO,
2) măsurarea fundalului ultraviolet efectiv al atmosferei,
3) pentru prima dată pentru a măsura dușurile de raze cosmice ultra-înalte din zona cosmică.

Acesta din urmă este o piatră de hotar majoră pe care se vor baza toate razele cosmice viitoare ale razei cosmice ultrahigh-energetice.

În fotografie – un cadru de la începerea videoclipului experimentului.

Mihail Stolpovsky


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: