الفلك

بالون الستراتوسفير بكاميرا الأشعة السينية

بالون الستراتوسفير بكاميرا الأشعة السينية

كنت أنا وبعض الزملاء نخطط لإطلاق منطاد الستراتوسفير في ديسمبر. خطرت لي فكرة: ماذا لو وضعنا نوعًا من كاميرا الأشعة السينية في الحمولة؟ نتوقع ارتفاعًا أقصى يصل إلى 80000 قدم. هل ستعمل بشكل أفضل على هذا الارتفاع؟


منذ فترة طويلة كنت جزءًا من مجموعة كانت تطير بالونات عالية الارتفاع لدراسة الأشعة السينية من النجوم النابضة وما إلى ذلك. يعتمد مقدار ما تكتشفه وطاقة أي طاقة على مقدار الغلاف الجوي فوق كاشفك. يتم امتصاص الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة أكثر من الأشعة السينية ذات الطاقة العالية. من الناحية الواقعية ، لن تكتشف أي شيء باستثناء الشمس على طاقات أقل من 20 كيلوفولت وعلى ارتفاع أقل من 25 كيلومترًا. كنا نهدف إلى ارتفاعات قريبة من 40 كم. لاكتشاف الأشعة السينية عالية الطاقة ، فإن أرخص طريقة هي استخدام عداد تناسبي. ليس شيئًا يمكنك شراؤه جاهزًا.

كما أن الشمس لا تصدر إلا الكثير من الأشعة السينية عالية الطاقة أثناء التوهجات الشمسية.

تجربة مثيرة للاهتمام هي أن تطير بمضخة جيجر انظر http://earthtosky.net/


  • الأشعة الصلبة
  • نثر الاستقطاب
  • تشيكوسلوفاكيا
  • مطياف ثلاثي الأبعاد
  • حمولة البالون
  • APA
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • هارفارد
  • اساسي
  • RIS
  • فانكوفر

مقياس قطبي للأشعة السينية الصلبة ثلاثي الأبعاد CZT لحمولة محمولة بالبالون. / كارولي ، إي ألفاريز ، جي إم أوريتشيو ، إن بودتز-يورجنسن ، كارل كورادو دا سيلفا ، آر إم ديل سوردو ، إس فيراندو ، بي.لورينت ، بي ليموزين ، أو.غالفيز ، جي إل جلوستر ، سي بي هيرنانز ، إم إيزرن ، J. Kuvvetli، Irfan Maia، JM Meuris، A. Stephen، JB Zappettini، A.

مخرجات البحث: المساهمة في المجلة ›مقالة المؤتمر› بحث ›مراجعة الزملاء

T1 - مقياس قطبي للأشعة السينية الصلبة ثلاثي الأبعاد CZT لحمولة محمولة بالبالون

N2 - من المعترف به اليوم على نطاق واسع أن قياس حالة الاستقطاب للمصادر الكونية ، انبعاث الطاقة العالية هو معلمة رصد رئيسية لفهم آلية الإنتاج النشط وهندستها. لذلك ، يجب تحسين الأجهزة الجديدة التي تعمل في نطاق طاقة الأشعة السينية / الناعمة الصلبة أيضًا لهذا النوع من القياس. في هذا الإطار ، نقدم مفهوم مطياف صغير عالي الأداء مصمم لقياس الاستقطاب بين 100 و 1000 كيلو فولت مناسب كحمولة صافية محمولة على منطاد الستراتوسفير مخصصة لأداء قياس دقيق وموثوق لحالة استقطاب نجم السرطان النابض ، أي مستوى الاستقطاب والاتجاه. يعتمد الكاشف ذو الدقة المكانية ثلاثية الأبعاد على مطياف تشيكوسلوفاكيا في تكوين مجزأ للغاية مصمم للعمل كمقياس استقطاب تشتت عالي الأداء. نناقش التكوينات المختلفة بناءً على نتائج التطوير الأخيرة والتحسينات الممكنة قيد الدراسة حاليًا. علاوة على ذلك ، نصف تصميمًا أساسيًا محتملًا للحمولة الصافية ، والذي يمكن اعتباره أيضًا مستكشفًا لكاشف المستوى البؤري عالي الأداء في التلسكوبات الجديدة المركزة بأشعة جاما الصلبة والأشعة السينية و / أو أدوات كومبتون المتقدمة. أخيرًا ، نقدم بيانات أولية من Montecarlo قيد الدراسات لتحديد أفضل مفاضلة بين أداء الاستقطاب وتعقيد تصميم الكاشف.

AB - من المعترف به اليوم على نطاق واسع أن قياس حالة الاستقطاب لانبعاثات الطاقة العالية للمصادر الكونية يعد معيارًا رئيسيًا للرصد لفهم آلية الإنتاج النشط وهندستها. لذلك ، يجب تحسين الأجهزة الجديدة التي تعمل في نطاق طاقة الأشعة السينية / الناعمة الصلبة أيضًا لهذا النوع من القياس. في هذا الإطار ، نقدم مفهوم مطياف صغير عالي الأداء مصمم لقياس الاستقطاب بين 100 و 1000 كيلو فولت مناسب كحمولة صافية محمولة على منطاد الستراتوسفير مخصصة لأداء قياس دقيق وموثوق لحالة استقطاب نجم السرطان النابض ، أي مستوى الاستقطاب والاتجاه. يعتمد الكاشف ذو الدقة المكانية ثلاثية الأبعاد على مطياف تشيكوسلوفاكيا في تكوين مجزأ للغاية مصمم للعمل كمقياس استقطاب تشتت عالي الأداء. نناقش التكوينات المختلفة بناءً على نتائج التطوير الأخيرة والتحسينات الممكنة قيد الدراسة حاليًا. علاوة على ذلك ، نصف تصميمًا أساسيًا محتملًا للحمولة الصافية ، والذي يمكن اعتباره أيضًا مستكشفًا لكاشف المستوى البؤري عالي الأداء في التلسكوبات الجديدة المركزة بأشعة جاما الصلبة والأشعة السينية و / أو أدوات كومبتون المتقدمة. أخيرًا ، نقدم بيانات أولية من Montecarlo قيد الدراسات لتحديد أفضل مفاضلة بين أداء الاستقطاب وتعقيد تصميم الكاشف.

KW - نثر الاستقطاب

JO - وقائع SPIE ، الجمعية الدولية للهندسة البصرية

JF - وقائع SPIE ، الجمعية الدولية للهندسة البصرية


تجربة علم الفلك المحمولة بالبالون تتسابق X-Calibur لتصل إلى نافذة الرياح

تلسكوب الأشعة السينية InFOCuS في حظيرة ناسا في مطار فورت سومنر المحلي. تركز مرآة الأشعة السينية (الكائن الموجود في الخلفية ، على اليسار ، الذي يشبه مدخل محرك نفاث) الأشعة السينية على مقياس الاستقطاب WUSTL ، الموجود مباشرة خلف ماتياس بيليك (يسار) وفابيان كيسلات.

في غضون أيام قليلة ، سيصعد تلسكوب محمول بالبالون حساس لاستقطاب الأشعة السينية "الصلبة" عالية الطاقة إلى حافة الغلاف الجوي فوق فورت سومنر ، نيو مكسيكو ، للتحديق بثبات في الثقوب السوداء والأجسام الفلكية الغريبة الأخرى.

عندما ينظر X-Calibur ، كما يسمى مقياس الاستقطاب ، إلى السماء ، فإنه سيرى أشياء لم يسبق رؤيتها من قبل لأنه يبحث في خصائص الضوء عالي الطاقة الذي بدأ علماء الفلك للتو في استكشافه.

يختلف X-Calibur عن الأدوات الأخرى في أنه يمكنه قياس درجة الاستقطاب واتجاه الأشعة السينية ، والتي توفر معلومات غير متوفرة بطرق أخرى. على سبيل المثال ، عندما ينظر إلى الثقوب السوداء وتدفقات البلازما الخاصة بها ، سيكون قادرًا على دراسة كيف تلتهم الثقوب السوداء المادة وتنمو.

قال Henric Krawczynski ، دكتوراه ، أستاذ الفيزياء في الآداب والعلوم بجامعة واشنطن في سانت لويس والباحث الرئيسي في تجربة X-Calibur: "عندما تنظر إلى السماء بطول موجة مختلف ، ترى شيئًا مختلفًا تمامًا".

يكمن جمال رحلات المنطاد في أنه يمكن استخدامها لاختبار أدوات جديدة مثل X-Calibur بتكلفة منخفضة نسبيًا ، لكن الدراما منها هي أن التجربة تطير تحت رحمة الريح.

يتعين على X-Calibur ، مثل التجارب الأخرى التي تم إجراؤها من مرفق كولومبيا العلمي التابع لناسا في فورت سومنر ، ركوب ما يسمى بحدث تحول الستراتوسفير.

عند خطوط العرض الوسطى ، تعكس رياح الستراتوسفير اتجاهها مرتين كل عام: في أوائل الربيع وفي أواخر الصيف. عندما يحدث هذا ، تكون الرياح بطيئة بشكل عام وتتشكل خلايا صغيرة حيث تذهب في دوائر. لا تطير البالونات التي يتم إطلاقها في هذه النوافذ بعيدًا وقد تدور في الواقع باتجاه منطقة الإطلاق.

قال Krawczynski: "بهذه الطريقة يمكنك وضعها في الهواء لمدة 30 ساعة ، إذا كنت محظوظًا". ومع ذلك ، إذا فاتهم تحول الستراتوسفير ، يمكن أن تنقطع رحلة المنطاد. عندما تنجرف البالونات خارج منطقة التشغيل المسموح بها ، يقوم ضباط سلامة الطيران بإطلاق المقصلة التي تفصل المظلة عن البالون ، مما يؤدي إلى إسقاط الحمولة.

ما الذي يمكن أن يحدث بشكل خاطئ؟

سيتم حمل مقياس الاستقطاب WUSTL عالياً بواسطة تلسكوب توجيه الأشعة السينية ، المسمى InFOCuS ، والذي تم تصميمه وبناؤه بواسطة مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا.

يعمل فريق مكون من 15 شخصًا لمدة 12 ساعة - ويعيشون أساسًا في حظيرة ناسا في فورت سومنر - للتأكد من أن التلسكوب سيكون جاهزًا في الوقت المحدد للقبض على الرياح المواتية.

تتمثل إحدى المهام الحاسمة في التأكد من تركيز الأشعة السينية في مركز مقياس الاستقطاب ، الذي يبعد 8 أمتار عن المرآة. يجب محاذاة المكونين في نطاق واحد على ستين درجة أو أن الأشعة السينية إما لن تصطدم بالميزاء في مركز مقياس الاستقطاب أو أنها ستصطدم به خارج المحور ، وكلاهما يؤثر على النتائج ، Krawczynski قال.

قال "إن الأشعة السينية تصطدم بالميزاء ولكن قليلاً من جانب واحد. ما زلنا بحاجة إلى إمالة المرآة بمقدار نصف دقيقة قوسية أو نحو ذلك لتركيز الحزمة على مركز الميزاء".

كل شيء آخر يجب أن يتم فحصه بعناية أيضًا. بدأت عجلة التفاعل التي عملت لمدة 25 عامًا فجأة في الاهتزاز ويجب استبدالها. ونشأت الصعوبات عندما تم تدوير التلسكوب بزاوية 90 درجة في حظيرة ناسا التي لم تكن واضحة عندما تم تدويره خلال 30 درجة في المختبر.

لكن في الواقع ، لم يكن Krawczynski قلقًا بقدر ما هو متحمس. وقال: "عندما لا يعمل شيء ما ، يتعين علينا استكشاف الأخطاء وإصلاحها ومحاولة اكتشاف ما يجب القيام به. إنه عمل تحري ، وهو أمر ممتع".

وقال خلال عودة قصيرة إلى سانت لويس: "أنا واثق من أننا سنفتح النافذة لهذه الرحلات الجوية". "يبدو أننا سنكون مستعدين في منتصف النافذة ، لكن ربما يمكننا تعويض بضعة أيام."


العلماء يحلون قيودًا كبيرة على حمولات بالون الستراتوسفير

تتدلى حمولة BOBCAT من مركبة الإطلاق أثناء الاختبار قبل الإطلاق من Fort Sumner ، New Mexico ، في أغسطس 2019. Credit: Nick Bellis

تقريبًا جميع الفوتونات المنبعثة بعد الانفجار العظيم أصبحت الآن مرئية فقط في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء البعيدة. يتضمن ذلك الضوء من الكون البارد للغاز والغبار الذي تتشكل منه النجوم والكواكب ، بالإضافة إلى إشارات خافتة من مجرات بعيدة تتبع تطور الكون حتى يومنا هذا.

يحجب الغلاف الجوي للأرض معظم هذا الضوء ، وتعد المهمات الفضائية وسيلة مثالية لكنها باهظة التكلفة لاستكشافه. لذلك يتجه العلماء إلى استخدام بالونات الستراتوسفير الضخمة - بحجم ملعب كرة قدم بأكمله - لأنها تمثل جزءًا صغيرًا من التكلفة.

في مراجعة الأدوات العلميةوجد آلان جيه كوجوت ، من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، وزملاؤه طريقة لحل قيود معترف بها على نطاق واسع لحمولات البالونات الستراتوسفيرية ، والتي تطير على ارتفاعات 130 ألف قدم فوق 99٪ من الغلاف الجوي.

وقال كوجوت: "للنظر حقًا في الكون البارد ، تحتاج إلى تلسكوب كبير مبرد إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، ويطير فوق الغلاف الجوي للأرض". "إلى حد كبير ، أعني مرآة تلسكوب بحجم غرفة المعيشة. لماذا شديدة البرودة؟ يمكن للحرارة المنبعثة من التلسكوب أن تمحو الصور من الفضاء السحيق ، مثل التعريض الزائد للكاميرا. لرؤية إشارات البرد الخافتة من الفضاء السحيق ، يجب أن يكون التلسكوب مبردة إلى 10 كلفن (ناقص 440 درجة فهرنهايت) ، فقط بضع درجات فوق الصفر المطلق. "

قد يبدو الأمر بسيطًا من الناحية النظرية ، ولكن من الصعب جدًا تبريد تلسكوب بحجم غرفة المعيشة إلى الصفر المطلق تقريبًا أثناء الطيران من بالون.

وقال: "يمكن للهيليوم السائل أن يبرد التلسكوب بسهولة ، لكن إبقائه باردًا يعني وضع التلسكوب بأكمله في زجاجة حرارية عملاقة تسمى ديوار". "زجاجة الترمس بحجم غرفة المعيشة تزن عدة أطنان - أكثر مما يمكن أن تحمله أكبر البالونات."

لقطة فيديو أثناء الطيران من BOBCAT أثناء نقل الهيليوم السائل على ارتفاع 130.000 قدم. الائتمان: ناسا

هذا هو المكان الذي يأتي فيه اختبار التلسكوب المبرد المحمول بالبالون (BOBCAT).

قال كوجوت: "تطور شركة BOBCAT تقنية للديوار الخفيف للغاية لتقليل وزنها بما يكفي للسماح للديوار الكبيرة حقًا بالتحليق فوق منطاد".

ديوار لها كوب داخلي يحمل السائل البارد ، محاط بقشرة خارجية. الفجوة بينهما لا يوجد بها هواء بداخلها ، فراغ ، لمنع الهواء من حمل الحرارة من العالم الخارجي إلى الداخل البارد.

الديوار ثقيل ، لأن جدرانه تحتاج إلى فراغ ضد ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر. لكن الديوار الذي يُقصد به العمل على بالون لا يحتاج إلى العمل عند مستوى سطح البحر. يجب أن تعمل على ارتفاع 130 ألف قدم فوق مستوى سطح البحر ، حيث لا يوجد ضغط جوي تقريبًا.

صمم العلماء ديوارًا بجدران رفيعة للغاية ، ليست أكثر سمكًا من عبوات الصودا ، والتي يمكن أن تنطلق في درجة حرارة الغرفة. يحتوي على صمام ، وبالتالي فإن فجوة الفراغ بين الكوب الداخلي وفتحات التهوية الخارجية أثناء الصعود لإخراج الهواء.

قال كوجوت: "بمجرد أن يصل البالون إلى 130 ألف قدم ، يُغلق الصمام لخلق فراغ مناسب ، ويبرد التلسكوب عن طريق ضخ النيتروجين السائل أو الهيليوم السائل في الديوار من صهاريج تخزين منفصلة". "صهاريج التخزين صغيرة ولا تزن كثيرًا. الآن ، لدينا تلسكوب بارد فوق الغلاف الجوي ، قادر على رؤية صور باهتة من الكون البارد أو البعيد."

كانت الرحلة الأولى ناجحة ، والخطوة التالية هي إعادة نقل الحمولة النافعة التي تحمل ديوارًا خفيفًا.


مشاريع الأطروحة العليا

شيرلي دام
تاريخ التخرج: 2011
المستشار: مارك ماكونيل
عنوان المشروع:دراسة عن الجريان المداري للنيوترون البيدو باستخدام كومبتيل

توين نجوين
تاريخ التخرج: 2008
المستشار: مارك ماكونيل
عنوان المشروع: تحليل متكامل لمرشح مصدر 2.2 MeV

بروشيتا مالك
تاريخ التخرج: 2005
المستشار: جيمس رايان
عنوان المشروع: تحليل وتصميم FNIT - تلسكوب سريع للتصوير النيوتروني

إريك فولي
تاريخ التخرج: 2003
المستشار: مارك ماكونيل
عنوان المشروع: تصوير أشعة جاما سكاي بسرعة 2.2 ميجا فولت

ليلى ميزوني
تاريخ التخرج: 2002
المستشار: مارك ماكونيل
عنوان المشروع: دراسة لانبعاثات أشعة جاما من نظام الثقب الأسود الثنائي


تعود بالونات ناسا العلمية إلى الرحلة مع حملة ربيع 2021

الائتمان: ناسا

يبدأ برنامج المنطاد العلمي التابع لوكالة ناسا جدولًا طموحًا لـ 18 رحلة في عام 2021 مع حملتهم الربيعية من فورت سومنر ، نيو مكسيكو ، وهي أول حملة طيران كبرى للبرنامج منذ بدء جائحة COVID-19.

في هذه الحملة الأولى من عام 2021 ، يدعم الفريق عددًا كبيرًا من بعثات عرض العلوم والتكنولوجيا من خلال ست رحلات منطاد مجدولة من نهاية أبريل وحتى منتصف يونيو.

وقالت ديبي فيربروثر ، رئيسة برنامج المنطاد العلمي في منشأة والوبس للطيران التابعة لناسا في فيرجينيا: "لدينا جدول زمني مكتظ في عام 2021 حيث نعمل على إطلاق بعثات علمية وتكنولوجية مؤجلة بسبب الوباء إلى جانب مهام أخرى مخططة". "لقد عمل فريقنا بجد للتدريب والاستعداد لهذه الزيادة في عمليات الطيران ، ونحن جميعًا متحمسون للعودة إلى الرحلة."

إحدى المهمات ، المقرر إطلاقها في يونيو ، هي الرحلة التوضيحية الثانية لمنظار اختبار التلسكوب المبرد بالبالون ، أو BOBCAT. ستختبر هذه المهمة تقنيات لتحليق تلسكوب مرصد بارد على منطاد إلى ارتفاعات قريبة من الفضاء. التحدي التقني الذي تحاول المهمة مواجهته هو تبريد مرايا التلسكوب باستخدام كريوجين داخل ديوار ، وهو وعاء كبير يمكنه الاحتفاظ بالسوائل في درجات حرارة منخفضة. من خلال بدء التبريد على ارتفاع تعويم البالون البالغ 120 ألف قدم ، يمكن للفريق الاستفادة من مواد أخف وزنًا في تصميم الديوار لضمان ألا يتجاوز الوزن الإجمالي للتلسكوب داخل ديوار قدرة رفع البالون.

في عام 2019 ، اختبرت مهمة BOBCAT-1 بنجاح نقل الكريوجين إلى ديوار أثناء ارتفاعات عوامة البالون. في هذه الرحلة الثانية ، يأمل الفريق في تكرار عملية نقل الكريوجين بنجاح إلى ديوار أخف وزنًا بجدران رقيقة مثل علبة الصودا.

BOBCAT هو عرض تقني تم تطويره بواسطة الدكتور آلان ج. كوجوت من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يخطط كوجوت وفريقه لتطوير سلسلة من التجارب لرحلات المنطاد باستخدام تلسكوبات المرصد البارد التي من شأنها تحسين حساسية الجيل التالي من الملاحظات في الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، وهو طول موجي يستخدم عادة لدراسة الثقوب السوداء والسدم و تشكيل أنظمة شمسية جديدة.

تُظهر هذه الصورة أجهزة BOBCAT المستخدمة لإثبات النقل الناجح للسوائل المبردة إلى ديوار خلال عرض بالون في أغسطس 2019. تم التقاط الصورة عندما وصل البالون إلى ارتفاع طفوه البالغ 133000 قدم. الائتمان: ناسا

إلى جانب BOBCAT ، تشمل المهام الأخرى لحملة Spring Fort Sumner ما يلي:

  • عرض توضيحي تقني للمرفق العلمي في منطاد كولومبيا: رحلة استعراضية للتحقق من صابورة الغروب.
  • The Balloon-Borne Chirpsounder (BBC): رحلة تجريبية تختبر تقنية جديدة لقياس تركيز الأيونات في طبقة الأيونوسفير. : كاميرا السماء بالكامل التي سيتم تثبيتها على الجانب العلوي من البالون لتوفير رؤية كاملة للسماء فوق البالون ليلاً لعرض هياكل الغلاف الشمسي. تأمل البعثة أن تنطلق في النهاية على متن مركبة فضائية أكبر في المستقبل.
  • مستكشف استقطاب التضخم البدائي (PIPER): تم تبريد التلسكوبات المزدوجة إلى الصفر المطلق تقريبًا لقياس استقطاب الخلفية الكونية الميكروية بحثًا عن موجات الجاذبية البدائية التي تم إنشاؤها خلال فترة تضخم الكون المبكر. ستكون هذه هي الرحلة الثالثة للمهمة.
  • الوحدة التجريبية للتصميم التكراري للنظام الفرعي للقمر الصناعي V. 2 (EMIDSS): التحقق من صحة التكنولوجيا والشرح العلمي لتطوير الأجهزة والاتصالات للمساعدة في التحقيقات في تغير المناخ في المكسيك وخطط الحمولة لبعثات الأقمار الصناعية المستقبلية. تدعم هذه المهمة مركز تطوير الفضاء الجوي ومعهد العلوم التطبيقية والتكنولوجيا بجامعة المكسيك الوطنية المستقلة.

لمتابعة المهام في حملة الربيع في Fort Sumner لعام 2021 ، تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني لمرفق كولومبيا العلمي التابع لناسا للحصول على تحديثات في الوقت الفعلي لارتفاع البالون وموقع GPS أثناء الرحلة.

ستطير معظم هذه المهمات على بالونات ناسا العلمية ذات الرفع الثقيل والضغط الصفري ، والتي يمكن أن يكون بعضها بحجم ملعب كرة القدم عند نفخه بالكامل (ستطير بي بي سي على منطاد أصغر). تحتوي هذه البالونات على قنوات مفتوحة تتدلى من الجوانب للسماح للغاز بالهروب ، ولمنع الضغط داخل البالون من التراكم أثناء تمدد الغاز مع ارتفاع البالون فوق سطح الأرض. مدة هذا النوع من البالونات محدودة بسبب فقدان الغاز ، ويرجع ذلك في الغالب إلى ركوب البالون ليلاً ونهارًا.

تقدم المناطيد العلمية التابعة لوكالة ناسا وصولًا منخفض التكلفة قريبًا من الفضاء للحمولات المعلقة التي يصل وزنها إلى 8000 رطل لإجراء اختبارات توضيحية للتكنولوجيا بالإضافة إلى التحقيقات العلمية في مجالات مثل الفيزياء الفلكية والفيزياء الشمسية وأبحاث الغلاف الجوي. اعتمادًا على أهداف وغايات مهمة محددة ، يمكن أن تستمر فترات رحلات المنطاد من ساعات إلى عدة أيام أو أسابيع لإجراء اختبارات على المدى الطويل وجمع البيانات.

يدير مرفق والوبس للطيران التابع لوكالة ناسا برنامج البالون العلمي التابع للوكالة مع 10 إلى 15 رحلة في المتوسط ​​كل عام من مواقع الإطلاق في جميع أنحاء العالم لقسم الفيزياء الفلكية التابع لمديرية المهام العلمية في وكالة ناسا. بيراتون ، الذي يدير مرفق المنطاد العلمي كولومبيا التابع لناسا (CSBF) في فلسطين ، تكساس ، يوفر تخطيط المهام والخدمات الهندسية والعمليات الميدانية لبرنامج البالون العلمي التابع لناسا. أطلقت CSBF أكثر من 1700 بالونًا علميًا في أكثر من 35 عامًا من التشغيل. يوفر Raven Aerostar تصنيع بالونات الستراتوسفير التابعة لناسا.


علم الفلك بالأشعة السينية في MPE

من بين موضوعات البحث الأخرى ، انبعاث الأشعة السينية من المذنبات والكواكب ، وفيزياء الأجسام المجرية المدمجة ، وبقايا المستعر الأعظم والوسط النجمي ، ومصادر الأشعة السينية في المجرات العادية ، والتراكم على الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات ، ومجموعات المجرات ، وأصل خلفية الأشعة السينية.

الموارد الرئيسية هي البيانات التي تم الحصول عليها من مراصد الأشعة السينية XMM-Newton التي تم إطلاقها في ديسمبر 1999 وتم إطلاق Chandra في يوليو 1999. توفر بيانات مسح ROSAT لجميع السماء بالإضافة إلى البيانات من أكثر من 9000 عملية رصد تم إجراؤها حصادًا لا ينضب من القيمة البيانات العلمية.

علم فلك الأشعة السينية (أو أفضل الفيزياء الفلكية للأشعة السينية) هو مجال بحث يتلاءم جيدًا مع النطاق الأصلي لـ MPE. في عام 1975 ، أصبح J. Trümper عضوًا علميًا في MPE ومدير مجموعة علم الفلك بالأشعة السينية. في إطار التحضير لمشروع ROSAT ، تم بناء مرفق اختبار PANTER X-ray في عام 1981. وكان أحد أهم مشاريع علم الفلك بالأشعة السينية في MPE في عام 1990 & aposs هو ROSAT (1990-1999) الذي قدم أول مسح شامل للسماء تصوير تلسكوب الأشعة السينية في نطاق طاقة 0.1 - 2.4 كيلوفولت. من خلال توفير مرفق اختبار PANTER ومعرفته في تطوير الكاشف ، شاركت MPE بشكل كبير في تطوير واختبار ومعايرة تلسكوبات الأشعة السينية وكاميرا EPIC-pn لـ XMM-Newton وشبكة نقل الطاقة المنخفضة (LETG) لشاندرا .

بعد حوالي 30 عامًا من بدايتها ، تم دمج مجموعة MPE للأشعة السينية مع مجموعة علم فلك أشعة جاما MPE لتشكيل مجموعة الفيزياء الفلكية عالية الطاقة في MPE.


برنامج ناسا المنطاد العلمي

تزود بالونات الهيليوم الكبيرة غير المأهولة ناسا بوسائل غير مكلفة لوضع الحمولات في بيئة فضائية. تعد القدرات الفريدة لهذا البرنامج ضرورية لتطوير تقنيات وحمولات جديدة لمهام رحلات الفضاء التابعة لناسا. تم إجراء العديد من الملاحظات العلمية المهمة في مجالات مثل الأشعة السينية الصلبة / أشعة جاما وعلم الفلك تحت الأحمر والأشعة الكونية ودراسات الغلاف الجوي من البالونات. تركز القدرة المطورة حديثًا على البالونات ذات الأغشية الرقيقة عالية الارتفاع للرحلات الجوية على ارتفاعات عالية ، وقد أدت بالونات الضغط الفائق من أجل البالونات طويلة المدى إلى توسيع فرص الدراسات العلمية من البالونات بشكل كبير.

في 7 كانون الثاني (يناير) 2009 ، تم إطلاق وتشغيل ثلاث رحلات جوية شبه مدارية طويلة الأمد في القارة القطبية الجنوبية خلال صيف نصف الكرة الجنوبي الحالي ، متخطية بذلك علامة فارقة لمدة 20 عامًا من التضخيم العلمي في المنطقة. كان هذا الإنجاز نتيجة للشراكة بين المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) مع NSF التي توفر الاتصالات واللوجستيات وتوفر وكالة ناسا رابط الاتصال عبر الأقمار الصناعية.

تحمل رحلات المنطاد هذه البالونات وأدواتها على حافة الفضاء وتُستخدم للتحقيق في طبيعة الأشعة الكونية فائقة الطاقة والبحث عن المادة المضادة ، مثل التيارات الهوائية التي تدور حول أنتاراتيكا. يسمح دوران الغلاف الجوي الفريد فوق القارة القطبية الجنوبية خلال فصل الصيف في أستراليا للعلماء بإطلاق بالونات من موقع بالقرب من محطة ماكموردو واستعادتها من نفس المكان تقريبًا بعد أسابيع.

تكون الرحلات الجوية في القطب الجنوبي طويلة الأمد بسبب الدوامة القطبية ، وهي نظام ضغط منخفض ومستمر وكبير بسبب وجود تغير ضئيل للغاية في الغلاف الجوي أو درجة الحرارة. يعني ضوء النهار الثابت في أنتاركتيكا عدم وجود تقلبات في درجات الحرارة من النهار إلى الليل على البالون ، مما يساعد البالون على البقاء على ارتفاع ثابت تقريبًا لفترة طويلة. منذ بداية التعاون بين NSF و NASA في عام 1989 ، تم تحقيق رحلة واحدة أو رحلتين في السنة.


العلماء يحلون قيودًا كبيرة على حمولات بالون الستراتوسفير

إطلاق حمولة BOBCAT من فورت سومنر ، نيو مكسيكو ، في أغسطس 2019.

تتدلى حمولة BOBCAT من مركبة الإطلاق أثناء الاختبار قبل الإطلاق من Fort Sumner ، New Mexico ، في أغسطس 2019.

لقطة فيديو أثناء الطيران من BOBCAT أثناء نقل الهيليوم السائل على ارتفاع 130.000 قدم.

Newswise & # 8212 WASHINGTON ، 1 كانون الأول (ديسمبر) 2020 - أصبحت جميع الفوتونات تقريبًا المنبعثة بعد الانفجار العظيم مرئية الآن فقط في موجات الأشعة تحت الحمراء البعيدة. وهذا يشمل الضوء من الكون البارد للغاز والغبار الذي تتشكل منه النجوم والكواكب ، بالإضافة إلى الإشارات الخافتة من المجرات البعيدة التي تتعقب الكون وتطور rsquos حتى يومنا هذا.

يحجب الغلاف الجوي Earth & rsquos معظم هذا الضوء ، وتعد مهمات الفضاء طريقة مثالية ولكنها باهظة الثمن لاستكشافه. لذلك يتجه العلماء إلى بالونات الستراتوسفير الضخمة - بحجم ملعب كرة القدم بأكمله - لأنها جزء ضئيل من التكلفة.

في مراجعة للأدوات العلمية ، من AIP Publishing ، وجد Alan J. Kogut ، من NASA & rsquos Goddard Space Flight Centre ، وزملاؤه طريقة لحل قيود معترف بها على نطاق واسع لحمولات البالونات الستراتوسفيرية ، والتي تطير على ارتفاعات 130،000 قدم فوق 99٪ من أجواء.

& ldquo لندق حقًا في الكون البارد ، فأنت بحاجة إلى تلسكوب كبير مبرد إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، يطير فوق الغلاف الجوي للأرض و rsquos ، & rdquo قال Kogut. & ldquo بشكل كبير ، أعني مرآة تلسكوب بحجم غرفة المعيشة. لماذا هذا البرد؟ يمكن للحرارة المنبعثة من التلسكوب أن تمحو الصور من الفضاء السحيق ، مثل التعريض الزائد للكاميرا. لرؤية إشارات البرد الخافتة من الفضاء السحيق ، يجب تبريد التلسكوب إلى 10 كلفن (ناقص 440 درجة فهرنهايت) ، فقط بضع درجات فوق الصفر المطلق. & rdquo

قد يبدو الأمر بسيطًا من الناحية النظرية ، ولكن من الصعب جدًا تبريد تلسكوب بحجم غرفة المعيشة إلى الصفر المطلق تقريبًا أثناء الطيران من بالون.

& ldquo يمكن للهيليوم السائل أن يبرد التلسكوب بسهولة ، لكن إبقائه باردًا يعني وضع التلسكوب بأكمله في زجاجة ترمس عملاقة تسمى ديوار ، وقال. & ldquo تزن زجاجة ترمس بحجم غرفة المعيشة عدة أطنان - أكثر مما يمكن أن تحمله أكبر البالونات. & rdquo

هذا هو المكان الذي يأتي فيه اختبار التلسكوب المبرد المحمول بالبالون (BOBCAT).

& ldquoBOBCAT يطور تقنية للديوارات الخفيفة جدًا لتقليل وزنها بما يكفي للسماح للأحجام الكبيرة حقًا بالتحليق على منطاد ، كما قال كوجوت.

ديوار لها كوب داخلي يحمل السائل البارد ، محاط بقشرة خارجية. الفجوة بينهما لا يوجد بها هواء بداخلها ، فراغ ، لمنع الهواء من حمل الحرارة من العالم الخارجي إلى الداخل البارد.

الديوار ثقيل ، لأن جدرانه تحتاج إلى فراغ ضد ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر. لكن الديوار الذي يُقصد به العمل على بالون لا يحتاج إلى العمل عند مستوى سطح البحر. يجب أن تعمل على ارتفاع 130 ألف قدم فوق مستوى سطح البحر ، حيث لا يوجد ضغط جوي تقريبًا.

صمم العلماء ديوارًا بجدران رفيعة للغاية ، ليست أكثر سمكًا من عبوات الصودا و rsquos ، والتي يمكن أن تنطلق في درجة حرارة الغرفة. يحتوي على صمام ، وبالتالي فإن فجوة الفراغ بين الكوب الداخلي وفتحات التهوية الخارجية أثناء الصعود لإخراج الهواء.

& ldquo بمجرد أن يصل البالون إلى 130.000 قدم ، يُغلق الصمام لخلق فراغ مناسب ، ويبرد التلسكوب عن طريق ضخ النيتروجين السائل أو الهيليوم السائل في الديوار من صهاريج تخزين منفصلة ، كما قال كوجوت. & ldquo صهاريج التخزين صغيرة الحجم ولا تزن كثيرًا. الآن ، لدينا تلسكوب بارد فوق الغلاف الجوي ، قادر على رؤية صور باهتة من الكون البارد أو البعيد. & rdquo

كانت الرحلة الأولى ناجحة ، والخطوة التالية هي إعادة نقل الحمولة النافعة التي تحمل ديوارًا خفيفًا.


هنا يأتي الفدراليون

قال أوتامشانداني: "تطلب منك إدارة الطيران الفيدرالية إبلاغهم بالارتفاع المقدر ومعدل الصعود والهبوط لرحلة المنطاد". "أثناء التخطيط ، قبل الإطلاق ، أصبح من الواضح أنه قد ينزل داخل حدود قاعدة إدواردز الجوية. لذلك تواصلت معهم ، وقالوا إن ذلك جيد ، طالما كنت مدركًا لحقيقة أننا قد لن تكون قادرًا على استعادة الأجهزة إذا حدث ذلك. "

وكان يعتقد أن ذلك كان. لم يكن كذلك.

وتابع أوتامشانداني: "في اليوم التالي بعد تلك المناقشة ، زارني اثنان من عملاء مكتب التحقيقات الفيدرالي". "لقد كانوا ودودين للغاية وكانت المناقشة منطقية بشكل أساسي ، لقد أرادوا فقط التأكد من عدم ظهور أي صور سرية لإدواردز من الجو. بحلول نهاية المناقشة ، كنا متفقين."

عندما هبط المنطاد أخيرًا في الامتداد المشمس من Mojave ، لم يتمكن فريق الطلاب من العثور على إشارة الحمولة العلمية.

قال كينيث هويت ، وهو طالب آخر بالوكالة في NYFA: "استغرق الأمر بضع ساعات ، لكننا استعدنا أخيرًا إشارة GPS". "بمجرد أن نتتبع الموقع ، انتشرنا في خط". لقد غطوا المنطقة المحتملة مثل فريق الطب الشرعي. "ثم سمعنا أحدهم يصيح ، لقد وجدنا ذلك!"

لحسن حظ الفريق ، هبط المنطاد جيدًا خارج ممتلكات القوات الجوية. لقد قطع في النهاية أكثر من 35 ميلاً (56 كم) من موقع الإطلاق.

كانت الصور المسجلة مذهلة.

قال أوتامشانداني: "عند مشاهدة الفيديو من الرحلة ، ترى كم هي جميلة الأرض ... حصلنا على كل ما توقعناه ، وأكثر". "يمكنك أن ترى بوضوح انحناء الأرض ، والألوان المذهلة للأفق ، وبالطبع البيانات المرئية التي تشير إلى التغيرات في رطوبة النبات."

ولكن بعيدًا عن البيانات القابلة للقياس التي تم جمعها أثناء الرحلة ، كان منظور الطلاب المشاركين هو الأكثر تطورًا.

قال القائم بأعمال الطالب آدم المناوي "يمكننا أن نرى الاحتباس الحراري من خلال تجربتنا الخاصة ، وليس فقط تجارب الآخرين". "لقد عملنا معًا ، وكانت تجربة رائعة لنا جميعًا".


شاهد الفيديو: الاشعه السينيه مسائل (شهر اكتوبر 2021).