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Misión multiescala magnetosférica

La Misión Magnetosférica Multiescala (MMS) es una misión espacial robótica de la NASA para estudiar la magnetosfera de la Tierra , utilizando cuatro naves espaciales idénticas q...

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La Misión Magnetosférica Multiescala (MMS) es una misión espacial robótica de la NASA para estudiar la magnetosfera de la Tierra , utilizando cuatro naves espaciales idénticas que vuelan en una formación tetraédrica . [1] Las naves espaciales se lanzaron el 13 de marzo de 2015 a las 02:44 UTC . [2] La misión está diseñada para recopilar información sobre la microfísica de la reconexión magnética , la aceleración de partículas energéticas y la turbulencia , procesos que ocurren en muchos plasmas astrofísicos . [3] A marzo de 2020, la nave espacial MMS tiene suficiente combustible para permanecer operativa hasta 2040. [4]

Fondo

La misión se basa en la premisa de la misión Cluster de la ESA , pero la instrumentación MMS la supera en resolución espacial y temporal, permitiendo por primera vez mediciones de la región crítica de difusión de electrones, el sitio donde se produce la reconexión magnética. Su órbita está optimizada para pasar períodos prolongados en lugares donde se sabe que ocurre la reconexión: en la magnetopausa del lado diurno , el lugar donde la presión del viento solar y el campo magnético de los planetas son iguales; y en la cola magnética , que se forma por la presión del viento solar en la magnetosfera de un planeta y que puede extenderse grandes distancias desde su planeta de origen.

La reconexión magnética en la magnetosfera de la Tierra es uno de los mecanismos responsables de la aurora , y es importante para la ciencia de la fusión nuclear controlada porque es un mecanismo que evita el confinamiento magnético del combustible de fusión. Estos mecanismos se estudian en el espacio exterior mediante la medición de los movimientos de la materia en atmósferas estelares, como la del Sol. La reconexión magnética es un fenómeno en el que la energía puede transferirse de manera eficiente desde un campo magnético al movimiento de partículas cargadas. [5]

Astronave

Vídeo de descripción general de la misión MMS
Visualización de la transición de la órbita de la nave espacial

La misión MMS consta de cuatro naves espaciales. Cada una tiene una masa de lanzamiento de 1.360 kg (3.000 lb). [6] En su configuración de lanzamiento plegada, cada una mide aproximadamente 3,5 por 1,2 m (11,5 por 3,9 pies), y cuando se apilan juntas tienen una altura total de 4,9 m (16 pies). [6] Después de ser desplegadas en órbita, se despliegan un total de ocho brazos axiales y de alambre, incluidos cuatro brazos de alambre Spin-Plane Double Probe (SDP) cada uno de 60 m (200 pies) de largo. [6]

Las naves espaciales MMS están estabilizadas por rotación, girando a una velocidad de tres revoluciones por minuto para mantener la orientación. Cada nave espacial contiene 12 propulsores conectados a cuatro tanques de combustible de hidracina. Los datos de posición son proporcionados por un equipo GPS de alta sensibilidad, mientras que la actitud es mantenida por cuatro rastreadores de estrellas , dos acelerómetros y dos sensores solares . [6]

La misión se divide en tres fases. La fase de puesta en servicio durará aproximadamente cinco meses y medio después del lanzamiento, mientras que las fases científicas durarán dos años. La primera fase científica se centrará en el límite magnético entre la Tierra y el Sol (operaciones en el lado diurno) durante un año y medio, con la formación de la nave espacial orbitando la Tierra a 2.550 por 70.080 km (1.580 por 43.550 mi). La segunda fase científica estudiará la reconexión en la cola magnética de la Tierra (operaciones en el lado nocturno) durante medio año, aumentando la órbita a 2.550 por 152.900 km (1.580 por 95.010 mi). [6]

Instrumentos

Cada nave espacial transporta varios experimentos, divididos en tres suites: la Suite de Plasma Caliente, la Suite de Detector de Partículas Energéticas y la Suite de Campos. [7]

Suite de plasma caliente

La Suite de Plasma Caliente mide el número de partículas de plasma , sus direcciones y energías durante la reconexión. Está compuesta por dos instrumentos:

  • Investigación rápida de plasma (FPI), un conjunto de cuatro espectrómetros de electrones duales (DES) y cuatro espectrómetros de iones duales (DIS). [8]
  • Analizador de composición de plasma caliente (HPCA), detecta la velocidad de las partículas para determinar su masa y tipo.

Detector de partículas energéticas

El conjunto de detectores de partículas energéticas detecta partículas con energías muy superiores a las detectadas por el conjunto de plasma caliente. Está compuesto por dos instrumentos:

  • Sensor de partículas energéticas de ojo de mosca (FEEPS), un conjunto de detectores de estado sólido de silicio para medir la energía de los electrones. Entre dos FEEPS por nave espacial, los detectores individuales están dispuestos para proporcionar 18 ángulos de visión diferentes simultáneamente; de ​​ahí el término "ojo de mosca".
  • El espectrómetro de iones energéticos (EIS) mide la energía y la velocidad total de los iones detectados para determinar su masa. El EIS puede detectar iones de helio y oxígeno a energías superiores a las del HPCA.

Suite de campos

El conjunto de campos [9] mide las características de los campos magnéticos y eléctricos. Está compuesto por seis instrumentos:

  • Magnetómetro Fluxgate analógico (AFG), determina la intensidad de los campos magnéticos.
  • Magnetómetro digital Fluxgate (DFG), determina la intensidad de los campos magnéticos.
  • El instrumento de deriva de electrones (EDI) mide la intensidad del campo eléctrico y magnético enviando un haz de electrones al espacio y midiendo cuánto tiempo tardan los electrones en regresar en presencia de estos campos.
  • La sonda doble de plano de espín (SDP), [10] consta de electrodos en el extremo de cuatro brazos de alambre de 60 m (200 pies) que se extienden desde la nave espacial para medir los campos eléctricos.
  • Sonda Doble Axial (ADP), [11] un conjunto de electrodos en dos antenas de 15 m (49 pies) montadas axialmente en la nave espacial.
  • Magnetómetro de bobina de búsqueda (SCM), un magnetómetro de inducción utilizado para medir campos magnéticos.

Personal y desarrollo

Vehículo de lanzamiento Atlas V
MMS encuentra reconexión magnética en plasma turbulento.

El investigador principal es James L. Burch del Southwest Research Institute , asistido por un equipo internacional de investigadores, tanto líderes de instrumentos como expertos en teoría y modelado. [12] El científico del proyecto es Thomas E. Moore del Goddard Space Flight Center . [13] La educación y la divulgación pública son un aspecto clave de la misión, con actividades estudiantiles, sonificación de datos y espectáculos planetarios en desarrollo.

La misión fue seleccionada para recibir apoyo de la NASA en 2005. La ingeniería del sistema, el diseño del bus de la nave espacial, la integración y las pruebas han sido realizadas por el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Maryland . La instrumentación se está mejorando, con una amplia experiencia aportada de otros proyectos, como las misiones IMAGE , Cluster y Cassini . En junio de 2009, se permitió a MMS proceder a la Fase C, tras haber pasado una Revisión de Diseño Preliminar . La misión pasó su Revisión de Diseño Crítico en septiembre de 2010. [14] La nave espacial se lanzó en un vehículo de lanzamiento Atlas V 421, [15] en marzo de 2015. [2] [16]

Vuelo en formación

Para recopilar los datos científicos deseados, la constelación de cuatro satélites MMS debe mantener una formación tetraédrica a través de una región de interés definida en una órbita altamente elíptica. La formación se mantiene mediante el uso de un receptor GPS de gran altitud, Navigator , para proporcionar conocimiento de la órbita y maniobras regulares de mantenimiento de la formación . [17] A través de Navigator , la misión MMS rompió el récord mundial Guinness dos veces por la fijación de altitud más alta de una señal GPS (a 70.000 km (43.000 mi) y 187.200 km (116.300 mi) sobre la superficie en 2016 y 2019 respectivamente). [18] [19]

Descubrimientos

En 2016, la misión MMS fue la primera en detectar directamente la reconexión magnética , el fenómeno que impulsa el clima espacial en la magnetosfera de la Tierra. [20] [21]

Desde entonces, MMS ha detectado reconexión magnética en lugares inesperados. En 2018, MMS detectó por primera vez una reconexión magnética en la magnetoesfera , una región del espacio que anteriormente se creía demasiado caótica e inestable para sostener una reconexión. [22] Las cuerdas de flujo magnético y los vórtices de Kelvin-Helmholtz son otros fenómenos en los que MMS ha detectado eventos de reconexión en contra de lo esperado. [4]

En agosto de 2019, los astrónomos informaron que MMS realizó las primeras mediciones de alta resolución de una onda de choque interplanetaria del Sol. [23]

Véase también

  • IMAGE , el generador de imágenes para la exploración global de la magnetopausa a la aurora, un satélite de investigación de la magnetosfera anterior
  • PUÑETAZO
  • TRAZADORES

Referencias

  1. ^ "MMS Spacecraft & Instruments". NASA. 3 de agosto de 2017. Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  2. ^ ab "Lanzamiento de MMS". NASA. 2 de abril de 2015. Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  3. ^ Lewis, WS "MMS-SMART: Quick Facts". Instituto de Investigación del Suroeste. Archivado desde el original el 9 de septiembre de 2014. Consultado el 5 de agosto de 2009 .
  4. ^ ab Johnson-Groh, Mara (12 de marzo de 2020). «El MMS de la NASA marca su quinto año batiendo récords en el espacio». NASA . Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  5. ^ Vaivads, Andris; Retinò, Alessandro; André, Mats (febrero de 2006). "Microfísica de la reconexión magnética". Space Science Reviews . 122 ( 1– 4): 19– 27. Bibcode :2006SSRv..122...19V. doi :10.1007/s11214-006-7019-3. S2CID  122892025.
  6. ^ abcde «Magnetospheric Multiscale: Using Earth's magnetosphere as a laboratory to study the microphysics of magnetic reconnection» (PDF) . NASA. Marzo de 2015. Consultado el 12 de marzo de 2015 .
  7. ^ "Instrumentos a bordo del MMS". NASA. 30 de julio de 2015. Consultado el 2 de enero de 2016 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  8. ^ Pollock, C.; Moore, T.; Jacques, A.; Burch, J.; Gliese, U.; Saito, Y.; Omoto, T.; Avanov, L.; Barrie, A.; Coffey, V.; Dorelli, J.; Gershman, D.; Giles, B.; Rosnack, T.; Salo, C. (1 de marzo de 2016). "Investigación rápida de plasma para magnetosfera multiescala". Space Science Reviews . 199 (1): 331– 406. Bibcode :2016SSRv..199..331P. doi : 10.1007/s11214-016-0245-4 . ISSN  1572-9672. S2CID  255065646.
  9. ^ Torbert, RB; Russell, CT; Magnes, W.; Ergun, RE; Lindqvist, P.-A.; LeContel, O.; Vaith, H.; Macri, J.; Myers, S.; Rau, D.; Needell, J.; King, B.; Granoff, M.; Chutter, M.; Dors, I. (1 de marzo de 2016). "El conjunto de instrumentos FIELDS en MMS: objetivos científicos, mediciones y productos de datos". Space Science Reviews . 199 (1): 105– 135. doi : 10.1007/s11214-014-0109-8 . ISSN  1572-9672.
  10. ^ Lindqvist, P.-A.; Olsson, G.; Torbert, RB; King, B.; Granoff, M.; Rau, D.; Needell, G.; Turco, S.; Dors, I.; Beckman, P.; Macri, J.; Frost, C.; Salwen, J.; Eriksson, A.; Åhlén, L. (1 de marzo de 2016). "El instrumento de campo eléctrico de doble sonda de plano de espín para MMS". Space Science Reviews . 199 (1): 137– 165. Bibcode :2016SSRv..199..137L. doi : 10.1007/s11214-014-0116-9 . ISSN  1572-9672. S2CID  255069089.
  11. ^ Ergun, RE; Tucker, S.; Westfall, J.; Goodrich, KA; Malaspina, DM; Summers, D.; Wallace, J.; Karlsson, M.; Mack, J.; Brennan, N.; Pyke, B.; Withnell, P.; Torbert, R.; Macri, J.; Rau, D. (1 de marzo de 2016). "La sonda axial doble y el procesamiento de señales de campos para la misión MMS". Space Science Reviews . 199 (1): 167– 188. Bibcode :2016SSRv..199..167E. doi : 10.1007/s11214-014-0115-x . ISSN  1572-9672. S2CID  255071960.
  12. ^ "El equipo SMART". Instituto de Investigación del Suroeste. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2008. Consultado el 28 de septiembre de 2012 .
  13. ^ Fox, Karen C.; Moore, Tom (1 de octubre de 2010). "Preguntas y respuestas: misiones, reuniones y el modelo de neumáticos radiales de la magnetosfera". NASA . Consultado el 28 de septiembre de 2012 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  14. ^ Hendrix, Susan (3 de septiembre de 2010). «La misión magnetosférica de la NASA supera un hito importante». NASA . Consultado el 28 de septiembre de 2012 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  15. ^ "United Launch Alliance Atlas V recibe cuatro misiones de lanzamiento de cohetes de la NASA" (Comunicado de prensa). United Launch Alliance. 16 de marzo de 2009. Archivado desde el original el 20 de julio de 2015. Consultado el 5 de agosto de 2009 .
  16. ^ Werner, Debra (19 de diciembre de 2011). "El gasto se retrasa respecto del creciente reconocimiento de la contribución de la heliofísica". SpaceNews . Consultado el 6 de marzo de 2014 .
  17. ^ "Nave espacial multiescala magnetosférica". Centro de vuelo espacial Goddard . NASA . Consultado el 1 de mayo de 2018 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  18. ^ Johnson-Groh, Mara (4 de noviembre de 2016). «El MMS de la NASA rompe el récord Guinness». NASA . Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  19. ^ Baird, Danny (4 de abril de 2019). «Satélite que rompe récords hace avanzar la exploración de GPS de gran altitud de la NASA». NASA . Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  20. ^ Choi, Charles Q. (13 de mayo de 2016). «Las sondas de la NASA detectan potentes tormentas magnéticas cerca de la Tierra». Scientific American . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
  21. ^ Burch, JL; et al. (junio de 2016). "Medidas a escala electrónica de la reconexión magnética en el espacio". Science . 352 (6290). aaf2939. Bibcode :2016Sci...352.2939B. doi : 10.1126/science.aaf2939 . hdl : 10044/1/32763 . PMID  27174677.
  22. ^ Johnson-Groh, Mara (9 de mayo de 2018). «La sonda espacial de la NASA descubre un nuevo proceso magnético en el espacio turbulento». NASA . Consultado el 12 de marzo de 2020 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  23. ^ Johnson-Groh, Mara (8 de agosto de 2019). «El MMS de la NASA encuentra su primer choque interplanetario». NASA . Consultado el 12 de agosto de 2019 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .
  • Moldwin, Mark (2008). Introducción al clima espacial . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86149-6.
  • "SwRI liderará la misión magnetosférica multiescala de la NASA". Space Daily. 12 de mayo de 2005.
  • Sharma, A. Surjalal; Curtis, Steven A. (2005). "Misión multiescala magnetosférica". Fenómenos de no equilibrio en plasmas . Biblioteca de Astrofísica y Ciencia Espacial. Vol. 321. Springer Netherlands. págs.  179– 195. doi :10.1007/1-4020-3109-2_8. ISBN 978-1-4020-3108-3.
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  • Plan Estratégico de la NASA de 2006. NASA. 2006. OCLC  70110760. NP-2006-02-423-HQ.
  • Plan científico de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA 2007-2016 (PDF) . NASA. 2007. NP-2007-03-462-HQ. Archivado desde el original (PDF) el 24 de febrero de 2014.
  • Sitio de la misión magnetosférica multiescala del Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
  • Sitio de la Misión Magnetosférica Multiescala de la Dirección de Misiones de la NASA
  • Sitio de la misión magnetosférica multiescala del Southwest Research Institute
  • Sitio de la Misión Magnetosférica Multiescala de la Universidad Rice
  • Canal de la Misión Multiescala Magnetosférica en YouTube
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