Imaging în fluxurilor de Atomii Energetic Neutru (ENA Imaging)

Un nou domeniu de experimente spatiale si instrumentare a aparut: imagistica a plasmelor spatiu in fluxurilor energetice de atomi neutri (ENAs). A fost nevoie de peste 25 de ani de la primele concepte vagi de sfarsitul anilor 1970 pentru a dezvolta tehnici experimentale si instrumentatie. (A se vedea revizuire a tehnicilor experimentale si instrumentare in opinie de instrumente stiintifice, 1997.) Conceptul de ENA imagistica a demonstrat spectaculos de putere cu privire la NASA IMAGE misiune (lansat in 2000) care transporta trei instrumente ENA pentru procesele de tratare a imaginii magnetospheric in intervale de energie diferite. (A se vedea, de asemenea, NASA IMAGE site-ului.) Cassini nave spatiale utilizeaza un aparat foto imagini neutre atom (INCA) pentru a studia magnetosfera lui Saturn. NASA misiune TWINS prevede pentru prima data in vederea spectroscopice in ENAs a magnetosferei terestre prin observarea simultana din doua nave spatiale.

NASA a aprobat in ianuarie 2005 o misiune de spatiu nou pentru a sonda frontiera galactic al sistemului solar prin imagistica prin heliosfera in fluxurilor ENA. Acest misiuni - Interstellar Boundary Explorer (IBEX) - va fi lansat in octombrie 2008. Argumentarea stiintifica si conceptul de experiment sunt descrise in detaliu in Journal of Geophysical Research, 2001.

Conceptul de ENA imagistica heliosfera aparut pentru prima data in 1979-1980. In timp ce primul experiment simplu spatiu dedicat pentru a detecta ENAs Heliospheric a fost dezvoltat in mijlocul anilor 1980, instrumentul nu a zburat. (A se vedea Istoricul de studiu ENA in spatiu.)

A fost nevoie de aproape douazeci de ani pentru a rafina conceptul de experiment a heliosferei ENA imagistica si sa se maturizeze tehnologia instrumentatie.

Energetic atomi neutri (ENAs) - Tutorial

Interactiunea dintre particule incarcate si neutru este un fenomen comun in plasme spatiu. Ori de cate ori un ion energetic trece printr-un proces de schimb efective intr-o coliziune cu un atom de fundal neutru, un atom neutru energetic - ENA - se naste. Ion-electron de recombinare si accelerare atom neutru prin gravitatie solare pot contribui, de asemenea, la o populatie ENA, in anumite conditii. ENAs sunt omniprezente in mediul de spatiu si studiul lor deschide o fereastra noua privind diverse fenomene, in plasme spatiu cu o promisiune (deja realizat partial), pentru a imbunatati calitativ intelegerea noastra de procesele globale magnetospheric and Heliospheric.

Rezervati previzualizare   

Un ENA nu este obligat prin campul magnetic si, ca o piatra dintr-o prastie, lasa locul nasterii sale de-a lungul o traiectorie dreapta, cu o viteza de ioni energetice. ENAs, spre deosebire de particulele incarcate electric, se poate calatori distante mari, prin spatiu, cu modificari minime fara a suferi alta interactiune cu plasma.

Masuratori ENA sunt un instrument puternic pentru a studia de la distanta diverse obiecte globale cu plasma in spatiu, cum ar fi heliosfera si magnetosfere planetare. Prin inregistrarea fluxurilor ENA in functie de directia de observatie, se poate reconstrui o imagine globala a obiectului de interes, astfel termenul de''ENA imagistica,''introdus pentru prima data in 1984 pentru imagistica din afara si din interiorul magnetosferei. Plasma ion de distributie a energiei si a compozitiei ion poate fi stabilita de la distanta prin masurarea energiilor ENA si a maselor. ENA imagistica, de obicei, inseamna nu numai determinarea fluxului de distributie ENA unghiulara, dar, de asemenea, energiile ENA si a maselor. Un experiment imagistica ENA produce in mod ideal, un set de imagini dintr-un obiect cu plasma in ENAs de mase diferite si in intervale diferite de energie.

Protonii sunt componenta cea mai abundenta a ionilor de plasma spatiu. Spre deosebire de alti ioni plasmatice spatiu (de exemplu, El + si O +), protonii nu poate fi sonda optic, ceea ce face ENAs, in multe cazuri, singurul instrument de a studia procesele de interes de la distanta.

 

Rezervati previzualizare

ENA Instrumentatie

ENAs a ramas slab explorate experimental de mai multi ani din cauza unor dificultati enorme instrumentale. Motivul este urmatorul. Energiile de ENAs (100 eV si mai mari) sunt suficiente pentru a produce electroni secundar pe suprafata de impact. Prin urmare, ENAs poate fi convenabil inregistrate de multiplicatori de electroni secundare, cum ar fi canalul de multiplicatori de electroni si detectoare microcanal placa. Problema este ca spatiul este umplut cu fluxuri de Lyman H-? fotoni (? = 121.6 nm = 1216 A) care produc eficient fotoelectrozilor de pe suprafete si sa declanseze, ??prin urmare, multiplicatori secundar de electroni. (Alte importante Linia de emisie de fundal este la 58.4 nm = 584 A) Rata de numarul de un detector de fotoni tipic din cauza de fond ar fi 4-7 ordine de marime mai mare decat rata numarul din cauza fluxurilor de ENAs. O alta provocare experimentale este ca fluxurile de ENAs sunt foarte slab si este nevoie de a dezvolta instrumente cu factori mari geometrice. Dificultatile experimentale au fost percepute ca fiind insurmontabile de mai multe - cu exceptia suflete foarte putine curajoase - la acea vreme.

Diverse tehnici experimentale si componentele instrumentului si modele industriale (cu imagini si capacitati de analiza) au fost dezvoltate pentru a permite ENA imagistica in gama larga de energii ENA, de la cateva eV la 100 keV. Amintim aici

• foarte subtire (2-4 nm sau 20-40 A) folii de carbon
• ENA stripping in folii
• timp-de-zbor (TOF) analizoare
• coincidenta tehnici
• ion negativ suprafata de conversie tehnica
• multi-electron secundar de electroni de emisie
• difractie de filtrare
• ....

-

Instrumente de ENA astazi este matur, cu caracteristici de performanta excelenta.  A se vedea articolul de revizuire privind instrumentele spatiu ENA.

 

Enumerate mai jos sunt selectate pentru Publicatii Mike Gruntman ca avansat semnificativ conceptul de ENA, tehnologia de instrumentatie si componente.

Schimb de taxa pe interstelar heliu domina proprietati ale vantului solar neutru in directia vantului (vantul interstelar) emisfera.	M. Gruntman, componenta neutra a vantului solar de la orbita Pamantului, cercetare Cosmic, 18, 649-651, 1980
Proprietati Dinamica fluxului de atomi de heliu interstelar la 1 UA Evaluarea de posibilitatea de a unui experiment spatiu pentru a detecta in mod direct atomi de heliu interstelar la 1 UA	M. Gruntman, Interstellar heliu la orbita terestra, pre-543 (Raport-543), Institutul de Cercetare Spatiala (IKI), Academia de Stiinte a URSS, 1980
Motivatia pentru dezvoltarea instrumente pentru studiul plasmei fierbinte in spatiu (componenta neutru vantul solar) si de laborator (fuziune)  Demonstrarea experimentala a ultrasubtiri-folie TOF ENA analiza si detectie la energii ENA nivel cat mai scazut ca si 600 eV (TOF a fost aplicat la acel moment pentru energiile> 25 keV) Demonstrarea de trei TOF "direct-expunere" design detector, cu unele caracteristici izbitor de asemanatoare cu cele din actualul spatiu ENA camere de luat vederi Masurarea eficientei de detectare a detectoarelor de absolut (si instrumente), fara calibrare absoluta detector folosind caracteristici ale tehnicilor de coincidenta Design nou senzor pentru a detecta in mod direct fluxul de interstelar heliu intr-un mod coincidenta	M. Gruntman si VA Morozov, Studiul caracteristicilor de performanta ale unui detector de energie analizor de atomi de H rapid bazat pe folie, pre-667 (Raport-667), Institutul de Cercetare Spatiala (IKI), Academia de Stiinte a URSS, 1981
Demonstrarea experimentala a ultrasubtiri-folie TOF ENA analiza si detectie la energii ENA nivel cat mai scazut ca si 600 eV (TOF a fost aplicat la acel moment pentru energiile> 25 keV) Demonstrarea de trei TOF "direct-expunere" design detector, cu unele caracteristici izbitor de asemanatoare cu cele din actualul spatiu ENA camere de luat vederi Masurarea eficientei de detectare a detectoarelor de absolut (si instrumente), fara calibrare absoluta detector folosind caracteristici ale tehnicilor de coincidenta Design nou senzor pentru a detecta in mod direct fluxul de interstelar heliu intr-un mod coincidenta	M. Gruntman si VA Morozov, H atom detectia si analiza de energie prin utilizarea de folii subtiri si tehnica de TOF, Jurnalul de Fizica E: instrumente stiintifice, 15,1356-1358, 1982
Fluxurilor ENA perturba vantului se apropie de supersonic interstelar dincolo de arcul de soc (cat de departe este nevoie pentru a merge pentru a ajunge la mediu curat interstelar)	M. Gruntman, Efectul de componente neutre ale vantului solar cu privire la interactiunea a sistemului solar, cu debitul de gaz interstelar, scrisori sovietic Astronomie, 8, 24-26, 1982
Studiu de fezabilitate si de propunere cuprinzatoare pentru un experiment de spatiu pentru a detecta ENAs in spatiu Scopul principal: componenta neutru al vantului solar si ENAs Heliospheric originare la interfata sistemului solar Heliospheric (soc de terminare) Temei Instrumentation: TOF folie pe baza de detectoare Trimitere la rapoartele interne IKI ca mai intai a propus conceptul de: M. Gruntman, Raport 9-182, de laborator 182, IKI, 1979 M. Gruntman, Raport 14-182, de laborator, IKI, 1980 Noul concept de difractie de filtrare pentru imbunatatirea semnal-zgomot in ENA instrumente (ca pe imagine-MENA) Noul concept de conversie a scazut de energie ENAs in ioni negativi pe suprafete special pregatite (ca pe imagine-LENA)	M. Gruntman si VB Leonas, vant Neutru Solar. Posibilitati de studiu experimental, inainte de tipar-825 (Raport-825), Institutul de Cercetare Spatiala (IKI), Academia de Stiinte a URSS, 1983
Descrierea prototip construit de Space Flight instrumentului pentru a detecta ENAs din vantul solar (eoliana neutru solare), de la interfata Heliospheric (heliosfera ENA imagistica), si ENAs din magnetosfere de pe Pamant, Jupiter, Saturn si	M. Gruntman si VB Leonas, Posibilitatea de studiu experimental de atomi neutri energetice in spatiul interplanetar, inainte de tipar-1109 (Raport-1109), Institutul de Cercetare Spatiala (IKI), Academia de Stiinte a URSS, 1986 (in limba engleza)
Studiul de fezabilitate al ENA imagistica de planetare magnetosfere Studiu de fezabilitate de tehnica de imagistica codificate-diafragma care se aplica pentru ENA imagini	M. Gruntman si VB Leonas, oportunitatea experimentale de tratare a imaginii magnetosferei planetare in atomi neutri energetic, inainte de tipar-1181 (Raport-1181), Institutul de Cercetare Spatiala (IKI), Academia de Stiinte a URSS, 1986 (in limba engleza)
Coliziuni elastice de atomi de heliu interstelar cu protoni vantul solar, care duc la "aripile in crestere" a unghiulare atom (ca in detectarea pe Ulise) distributiile	M. Gruntman, In ceea ce priveste problema de incalzire collisional a fluxului de heliu interstelar de protoni vantul solar, planetare si Space Science, 34, 387-389, 1986
Demonstrarea experimentala a unui instrument de acord TOF pentru a detecta in mod direct consum redus de energie El atomi (ca interstelar heliu la 1 UA) intr-un mod zgomot suprimarea	M. Gruntman, MASTIF: analiza masa secundare de timp-de-zbor tehnica. Noua abordare a secundar spectrometrie de masa de ioni, recenzie de instrumente stiintifice, 60, 3188-3196, 1989
Descrierea experimentului spatiu si instrumente (dezvoltat si construit in mijlocul anilor 1980, si a zburat niciodata) pentru a masura un element neutru din vantul solar (vant solar neutru) si ENAs Heliospheric din interfata Heliospheric (heliosfera ENA imagistica)	M. Gruntman, VB Leonas, si S. Grzedzielski, experimentul Neutru vantul solar, in Fizica a heliosferei exterioara, Pergamon Press, 1990
Fizica de multi-electron de emisie secundara (statistici de emisie) din folii subtiri pentru identificare masa ENA (prin detector de analiza amplitudine) in instrumente TOF	M. Gruntman, AA Kozochkina, VB Leonas, emisie Multielectron secundar din folii subtiri bombardate de fascicule accelerate de atomi, scrisori JETP, 51, 22-25, 1990
Evaluarea diferitelor tehnologii disponibile in vederea aplicarii de filtre de difractie pentru ENA imagistica de spatiu plasmelor	M. Gruntman, structuri submicronice: filtre de promitatoare in EUV - o revizuire, EUV, X-Ray, si Gamma Ray-Instrumente pentru Astronomie, Proc. SPIE 1549, 385-394, 1991
Predictii de fluxuri extrem de anizotrope a ENAs din interfata Heliospheric Prin urmare, proprietatile de fluxuri ENA punctul de a heliosfera ENA imagistica ca o tehnica puternica (sensibile la proprietatile de interactiune) pentru a studia limita Heliospheric	M. Gruntman, anizotropia fluxului energetic atom neutru in heliosfera, planetare si Stiinte Spatiale, 40, 439-445, 1992
Studiu de fezabilitate cuprinzatoare introduce un concept de conversie suprafata de ENAs in ioni negativi pentru ENA imagistica a plasmelor spatiu (ca pe imagine-LENA) Tehnica propus este evaluata in mod special pentru detectarea gaz interstelar (H, D, O, etc) inflowing sistemul solar (asa cum se va face prin suprafata de conversie instrument de pe IBEX - IBEX-Lo)	M. Gruntman, o noua tehnica pentru masurarea in situ a compozitiei de gaz neutru in spatiul interplanetar, planetare si Space Science, 41, 307-319, 1993
Evaluarea codificate a diafragmei pentru tehnica de imagistica de magnetosfere planetare in fluxurilor ENA Tutorial pe imagistica deschidere codate	M. Gruntman, codificate-diafragma pentru tehnica de imagistica magnetosfera: avantaje si limite, de instrumentatie pentru Imagery Magnetospheric al II-lea, Proc. SPIE 2008, 58-73, 1993
ENAs din vantul solar - neutru proprietati vantul solar	M. Gruntman, Neutru proprietati vantul solar: avertizare in avans a furtunilor geomagnetice majore, Journal of Geophysical Research, 99, 19213-19227, 1994
New high-throughput de proiectare colimator pentru ENA instrumente	M. Gruntman, un design nou colimator pentru instrumente energetice atom neutru, opinie de instrumente stiintifice, 65, 758-759, 1994
Evaluarea de grilaje de transmisie de sine statator pentru aplicarea fi filtrele de difractie pentru ENA imagistica de spatiu plasmelor (utilizat pe imagine-MENA si TWINS)	M. Gruntman, EUV radiatii de filtrare prin gurile de transport liber in picioare, Optica Aplicata, 34, 5732-5737, 1995.
Evaluarea de grilaje de transmisie de sine statator pentru aplicarea fi filtrele de difractie pentru ENA imagistica de spatiu plasmelor (utilizat pe imagine-MENA si TWINS)	M. Gruntman, grilajul de transport de filtrare si caracteristicile polarizare in EUV, X-ray si Optica Extreme ultraviolete, Proc. SPIE 2515, 231-239, 1995
Eruptie de gaze de praf interplanetar sub bombardament vant solar	M. Gruntman, H2 ioni pickup + din vantul solar. Eruptie de gaze de praf interplanetar, Journal of Geophysical Research, 101, 15555-15568, 1996
Evaluarea de grilaje de transmisie de sine statator pentru aplicarea fi filtrele de difractie pentru ENA imagistica de spatiu plasmelor (utilizat pe imagine-MENA si TWINS)	M. Gruntman, Gratar Transmitere de filtrare de 52-140-nm radiatii, Optica Aplicata, 36, 2203-2205, 1997
Trecerea in revista a tehnicilor experimentale si instrumente pentru spatiu cu plasma a imaginii in fluxurilor ENA; 505 trimiteri	M. Gruntman, imagistica Energetic atom neutru de plasme spatiu, opinie de instrumente stiintifice, 68, 3617-3656, 1997
Concept modern de formare a imaginii fizice heliosferei in fluxurilor ENA Heliosfera ENA harti extrem de sensibile la scenarii distincte fizic de interactiune dintre vantul solar si mijlocii galactic	M. Gruntman, Roelof CE, DG Mitchell, HJ Fahr, HO Funsten, si DJ McComas, imagistica Energetic atom neutru din regiunea frontierei Heliospheric, Journal of Geophysical Research, 106, 15767-15781, 2001
Include un concept al unui experiment ENA pe Probe Interstelar	M. Gruntman, de instrumentatie pentru explorare interstelar, Progresele in cercetarea spatiala, 34, 204-212, 2004
Intrarii in vigoare noi: importanta de transport in masa in heliosfera de ENAs pentru proprietati interplanetare atom neutru in vecinatatea soarelui (<1 UA)	M. Gruntman si V. Izmodenov, transport de masa in heliosfera de atomi neutri energetic, Journal of Geophysical Research, 109, A12108, doi: 10.1029/2004JA010727, 2004
Studiu cuprinzator de frontiera sistemului solar de ENA imagistica si cartarea EUV	M. Gruntman, frontiera sistemului solar: explorarea interfata Heliospheric de la 1 UA, misiuni la Sistemul de exterior si de Dincolo, 4-lea IAA Simpozion privind misiunile realiste si avansata Space stiintific, IAA, 2005
Publicatii selectate pe cartografiere heliopauza in EUV
Notiunea de cartografiere heliopauza in ultraviolete extreme (EUV)	M. Gruntman si HJ Fahr, Acces la limita Heliospheric: EUV-ecouri din heliopauza, Geophysical Research Letters, 25, 1261-1264, 1998.
Notiunea de cartografiere heliopauza in ultraviolete extreme (EUV) Evaluare detaliata a cartografiere heliopauza la O linie + la 83.4 nm	M. Gruntman si HJ Fahr, imagistica heliopauza in EUV: oxigen O + ion 83.4-nm rezonanta linie de emisie, Journal of Geophysical Research, 105, 5189-5200, 2000
Evaluare detaliata a emisiilor vantului solar la A + la linia de 30.4 nm Notiunea de imagistica a vantului tridimensionale solare si de cartografiere heliopauza la 30.4 nm	M. Gruntman, imagistica tridimensionala vant solar, Journal of Geophysical Research, 106, 8205-8216, 2001
Notiunea de imagistica a vantului tridimensionale solare si de cartografiere heliopauza la 30.4 nm si 83.4 nm	M. Gruntman, Mapping heliopauza in EUV, in heliosfera exterioara: frontiere urmatoare, Pergam, 263-271, 2001

 

Lui Mike recenzie
"Energetic atom neutru imagistica de spatiu de plasma", in Revista de instrumente stiintifice

"Energetic atom imagistica neutru din regiune limita Heliospheric"
de Mike Gruntman,

---

Edmond Roelof C., Donald G. Mitchell, Hans J. Fahr, Herbert Funsten O., si David McComas J.