Subsistema de rayos cósmicos
Instrumento a bordo de las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2
CRS resaltado en rojo
Diagrama de CRS

El Subsistema de Rayos Cósmicos ( CRS , o Sistema de Rayos Cósmicos ) [1] es un instrumento a bordo de las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2 del programa Voyager de la NASA , y es un experimento para detectar rayos cósmicos . [2] [3] El CRS incluye un Sistema de Telescopio de Alta Energía (HETS), un Sistema de Telescopio de Baja Energía (LETS) y el Telescopio Electrónico (TET). [4] Está diseñado para detectar partículas energéticas y algunos de los requisitos eran que el instrumento fuera confiable y tuviera suficiente resolución de carga. [5] También puede detectar partículas energéticas como protones de la Galaxia o el Sol de la Tierra . [1]

A partir de 2019, CRS es uno de los instrumentos restantes activos en ambas naves espaciales Voyager, y se describe como capaz de detectar electrones de 3 a 110 MeV y núcleos de rayos cósmicos de 1 a 500 MeV/n. [6] Los tres sistemas utilizaron detectores de estado sólido . [7] CRS es uno de los cinco campos y experimentos de partículas en cada nave espacial, y uno de los objetivos es obtener una comprensión más profunda del viento solar . [8] Otros objetos de estudio incluyen electrones y núcleos de magnetosferas planetarias y de fuera del sistema solar. [9]

En el verano de 2019, el calentador del CRS en la Voyager 2 se apagó para ahorrar energía; sin embargo, aunque se enfrió, seguía enviando datos a una nueva temperatura más baja fuera de su rango operativo original. [10] La cantidad de energía en la nave espacial Voyager ha estado disminuyendo lentamente, por lo que varios elementos del equipo se apagan para ahorrar energía. [10]

Descripción general

El CRS detecta partículas extremadamente pequeñas como las que podrían detectarse en una cámara de burbujas o cámara de nubes , que puede mostrar las trayectorias que ciertas partículas dejan a medida que viajan porque desencadenan pequeñas burbujas a pesar de ser de tamaño atómico.

Áreas de estudio original para esta investigación: [11]

  • origen y proceso de aceleración, historia de vida y contribución dinámica de los rayos cósmicos interestelares,
  • nucleosíntesis de elementos en fuentes de rayos cósmicos
  • Comportamiento de los rayos cósmicos en el medio interplanetario
  • Entorno de partículas energéticas planetarias atrapadas.

Sistema de telescopio de alta energía: [4]

Sistema de telescopio de baja energía: [4]

  • 0,15 y 30 MeV/nucleón para números atómicos del 1 al 30.
  • Mide las anisotropías de electrones y núcleos.

Telescopio electrónico (TET):

  • El TET mide el espectro de energía de los electrones de 3 a 110 MeV. [4]

El TET consta de ocho detectores de estado sólido con diferentes espesores de tungsteno entre cada detector. [12] Los detectores y las capas de tungsteno están apilados uno sobre el otro. [13] Las capas de tungsteno tienen un espesor de entre 0,56 mm y 2,34 mm y funcionan como absorbentes. Cada detector de estado sólido TET tiene un área de 4,5 cm2 y un espesor de 3 mm. [13]

El investigador principal es el profesor Edward C. Stone , Jr. [14]

El CRS fue probado para funcionar a una temperatura de menos 49 grados F (menos 59 grados C) durante su desarrollo en la década de 1970. [10]

Temperatura de funcionamiento

Durante su desarrollo, el CRS fue calificado para operar a una temperatura de menos 49 grados F (menos 45 grados C). [10] Hasta 2019, el instrumento funcionó tanto en la Voyager 1 como en la Voyager 2 , sin embargo, en el verano de 2019 hubo necesidad de ahorrar algo de energía en la Voyager 2. [ 10] El calentador del CRS se apagó en este momento, lo que provocó una reducción de la temperatura del CRS por debajo de su temperatura de funcionamiento nominal más baja. [10] El dispositivo se enfrió a menos 74 grados Fahrenheit (menos 59 grados Celsius) pero aún así continuó funcionando a esta temperatura. [10]

Resultados

Esta imagen muestra los impactos de rayos cósmicos registrados por la Voyager 1 entre 2011 y 2012, un momento en el que se cree que finalmente salió de la heliosfera.
Una vista del Sistema Solar exterior [10] tal como fue descubierto por la Voyager en junio de 2013
Se informa que la Voyager 2 abandonará la heliosfera el 5 de noviembre de 2018. [15]

En 1977 se midieron los espectros de helio, carbono, nitrógeno, oxígeno y neón durante el mínimo solar utilizando el instrumento CRS a bordo de las Voyager de ese año. [16] El mínimo solar de 1977 se produjo hacia finales de año y fue posible observar espectros de energía interplanetarios, galácticos y anómalos. [16]

A principios de los años 1980, el CRS detectó partículas cargadas alrededor de Saturno . [17] Detectó un flujo de protones de 0,43 millones de voltios mientras viajaba a través de la magnetosfera de Saturno . [17] En la década de 1980, los datos del CRS de ambas Voyager se utilizaron para determinar las abundancias de partículas energéticas del Sol e información adicional. [18] Otra área estudiada en la década de 1980 utilizando datos del CRS fue la variación de los rayos cósmicos galácticos en la heliosfera exterior [19]

El CRS ayudó a predecir que las Voyager 1 y 2 cruzarían el choque de terminación del Sistema Solar en 2003. [20] Esto ayudó a apoyar la conclusión posterior de que la Voyager 1 cruzó el choque de terminación en diciembre de 2004 y que la Voyager 2 lo cruzó en agosto de 2007. [21]

En 2011, los datos del CRS junto con el magnetómetro Voyager descubrieron una zona donde el viento solar no iba en ninguna dirección. [22] La zona fue identificada como una especie de zona de calma de partículas cargadas, donde las partículas del Sistema Solar son empujadas hacia atrás por fuerzas cósmicas. [22] A una distancia de 17 horas luz, se le ordenó a la Voyager 1 girar varias veces (en la dirección opuesta a la de su giro) para realizar detecciones en otras direcciones. [21]

Se determinó que en 2012 la Voyager 1 entró en el espacio interestelar, es decir entró en el medio interestelar entre las estrellas. [23] Una de las razones por las que se reconoció esto fue un aumento significativo de los rayos cósmicos galácticos. [24]

En 2013, los datos del CRS llevaron a algunos a proponer que la Voyager 1 había entrado en una "zona de transición" al salir de la heliosfera . [25] Hubo algunos cambios en las cantidades y el tipo de detecciones que desencadenaron un análisis más profundo. [26] Los resultados del magnetómetro enturbiaron las aguas de la interpretación. [27]

En primer lugar, no creo que ninguno de nosotros en el equipo del CRS [Subsistema de Rayos Cósmicos, un instrumento de la Voyager] olvide jamás haber visto en los monitores de las computadoras, incluso cada hora, en un caso cómo las intensidades de algunas partículas caían precipitadamente y otras aumentaban simultáneamente en varias ocasiones en julio y agosto de 2012.

—  [28]

Otros científicos propusieron que esto indicaba una salida del Sistema Solar en el sentido de que había abandonado la heliosfera del Sol. [26] La cuestión era la interpretación de la caída de rayos cósmicos, que ocurrió a 123 UA del Sol para la Voyager 2 ese año. [26] Las muchas revelaciones y entendimientos reestructurados a medida que las Voyager se alejaban, influenciadas por los datos del CRS y otros instrumentos activos, fueron llamados por la publicación Nature como el "largo adiós". [21]

El CRS de la Voyager 2 ayudó a identificar la salida de esa nave espacial de la heliosfera del Sol en 2018. [10]

Ubicación del CRS

Diagrama etiquetado, con el CRS en el brazo a la derecha, pero a la izquierda de las cámaras. No se muestran el brazo del magnetómetro ni las antenas del experimento de plasma.

Véase también

Referencias

  1. ^ Equipo ab , Subsistema de rayos cósmicos de la Voyager. "OBJETIVOS". voyager.gsfc.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  2. ^ "NASA - NSSDCA - Experimento - Detalles de la Voyager 2" . nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  3. ^ "NASA - NSSDCA - Experimento - Detalles de la Voyager 1" . nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  4. ^ abcd "NASA - NSSDCA - Experimento - Detalles". nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  5. ^ Stone, EC; Vogt, RE; McDonald, FB; Teegarden, BJ; Trainor, JH; Jokipii, JR; Webber, WR (1977). "1977SSRv...21..355S Página 355". Space Science Reviews . 21 (3): 355. Código Bibliográfico :1977SSRv...21..355S. doi :10.1007/BF00211546. S2CID  121390660.
  6. ^ JPL.NASA.GOV. "Voyager - La misión interestelar". voyager.jpl.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  7. ^ Equipo, Subsistema de rayos cósmicos de la Voyager. "INSTRUMENTOS". voyager.gsfc.nasa.gov . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
  8. ^ Evans, Ben; Harland, David M. (2008). Misiones Voyager de la NASA: exploración del sistema solar exterior y más allá. Springer Science & Business Media. pág. 67. ISBN 978-1-85233-745-2.
  9. ^ Doody, Dave (2010). Naves espaciales profundas: una descripción general del vuelo interplanetario. Springer Science & Business Media. pág. 218. ISBN 978-3-540-89510-7.
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  11. ^ "NASA - NSSDCA - Experimento - Detalles" . nssdc.gsfc.nasa.gov . Consultado el 13 de enero de 2017 .
  12. ^ Equipo, Subsistema de rayos cósmicos de la Voyager. "INSTRUMENTOS". voyager.gsfc.nasa.gov . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
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  18. ^ Böhme, S.; Esser, U.; Fricke, W.; Hefele, H.; Enrique, I.; Hofmann, W.; Krahn, D.; Matas, VR; Schmadel, LD (2013). Literatura 1985. Springer Science & Business Media. pag. 380.ISBN​ 978-3-662-11178-9.
  19. ^ McDonald, FB; Lal, N. (1987). "Variaciones de los rayos cósmicos galácticos con la heliolatitud en la heliosfera exterior". Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos . 3 : 393. Bibcode :1987ICRC....3..393M.
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  • Investigación de rayos cósmicos para las misiones Voyager: estudios de partículas energéticas en la heliosfera exterior y más allá, Stone, et al.
  • NASA – Rayos Cósmicos (visión general de CR)
  • Objetivo del CRS
  • Documentos por década de CRS
  • CRS
  • Instrumentos de la Voyager: subsistema de rayos cósmicos
  • CRS – Gráficos
  • Información TET
  • Un nuevo plan para mantener en funcionamiento a los exploradores más veteranos de la NASA (julio de 2019)
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