Immagina di avere un decodificatore segreto che puoi utilizzare per decifrare un messaggio segreto con indizi importanti sulle cose intorno a te: da dove provengono, perché sono lì e cosa ne sarà di loro in futuro. Ora immagina che l’anello del decodificatore segreto sia in realtà un sensore che può essere trasportato nello spazio per svelare i segreti sulla questione del sistema solare. Da dove ha avuto origine questa materia, come ha acquisito energia e come potrebbe avere un impatto sugli esseri umani che vivono sulla Terra e viaggiano nello spazio? SPICES è come un anello decodificatore per il plasma (gas costituito da particelle caricate elettricamente) nel sistema solare. Ha il potenziale per rivelare informazioni importanti su come il Sole si comporta e interagisce con i pianeti e le loro atmosfere e su come il sistema solare è influenzato dal suo stesso movimento attraverso lo spazio interstellare.
L’universo è composto principalmente da idrogeno, ma gli elementi che compongono la vita così come i pianeti, le comete e molti altri corpi celesti sono più pesanti dell’idrogeno. Infatti, questi elementi più pesanti, anche se non così abbondanti, possono contenere la chiave per comprendere come funzionano numerosi processi nell’universo. Nel nostro sistema solare, questi “elementi pesanti” – che sono chiamati “ioni pesanti” quando sono caricati elettricamente – possono aiutarci a rintracciare il plasma fino alla sua origine sui pianeti, sulle comete, sul Sole e sull’atmosfera solare e persino nello spazio interstellare.
Gli ioni pesanti sono un pezzo importante del puzzle che descrive come il sistema solare supporta e sostiene la vita. Svolgono anche un ruolo nelle grandi eruzioni del Sole che causano tempeste solari. Ad esempio, i brillamenti solari che emettono grandi quantità di raggi X sono dovuti principalmente all’eccitazione di ioni pesanti sul Sole. Essere in grado di prevedere e prepararsi alle tempeste solari è importante per mantenere gli esseri umani e la robotica al sicuro nelle missioni spaziali. SPICES ci consentirà di comprendere meglio come si formano queste tempeste solari fornendo agli scienziati informazioni su come si verificano le eruzioni sul Sole e su come accelerano il plasma. Con queste informazioni, gli scienziati possono prevedere meglio quando e quanto saranno gravi le tempeste solari.
SPICES è progettato per misurare la composizione chimica di flussi di particelle caricate elettricamente (chiamati anche vento) che soffiano nello spazio. SPICES misurerà il vento solare, il vento che soffia lontano dal Sole, compreso il vento che risulta dalle tempeste solari più violente. Misurerà anche il vento neutro che soffia nel sistema solare dallo spazio interstellare e si carica quando incontra il Sole, e il vento che soffia dalle superfici planetarie e dalle atmosfere planetarie. Misurare la composizione chimica di questi flussi di particelle può aiutarci a capire come è stato creato il sistema solare, il suo comportamento oggi e come si comporterà in futuro.
SPICES è ottimizzato per rilevare ioni pesanti meno comuni, come ioni e isotopi a bassa carica, che non sono ben misurati dagli attuali sensori spaziali. Il progetto SPICES incorpora un metodo nuovo e all’avanguardia per aumentare l’energia degli ioni in entrata in modo che le loro impronte digitali possano essere identificate più chiaramente, consentendo di misurare con precisione l’abbondanza e la variabilità di queste specie rare. Alcune di queste specie più rare si trovano solo all’interno delle tempeste solari e possono cambiare il modo in cui queste tempeste interagiscono con l’ambiente spaziale terrestre.
Ma aumentare l’energia di questi ioni in arrivo è una sfida; deve essere fatto in sicurezza, senza mettere a rischio l’elettronica SPICES o altri strumenti, e senza riscaldare troppo il sensore. I metodi utilizzati su SPICES per aumentare l’energia ionica si basano su metodi tradizionali, ma il nuovo design può aumentare l’energia ionica del 60% in più rispetto ai sensori spaziali precedenti, aumentando l’energia uno stadio alla volta per raggiungere il livello massimo desiderato. Il design incorpora anche una bolla protettiva per proteggere l’elettronica e altri sistemi di bordo dagli ioni ad alta energia generati da SPICES. SPICES sarà presto pronto a volare nelle prossime missioni che studieranno il comportamento globale del Sole, le atmosfere planetarie, monitoreranno la meteorologia spaziale o voleranno fino ai confini del sistema solare nello spazio interstellare.
Questa sfida ingegneristica viene affrontata dagli ingegneri del laboratorio di ricerca sulla fisica spaziale dell’Università del Michigan, con il contributo del Southwest Research Institute in Texas. Il progetto originale del sensore è stato il risultato della collaborazione di scienziati dell’Università del Michigan, tra cui il dottor George Gloeckler, uno dei pionieri degli spettrometri di massa ionica basati sullo spazio; la professoressa Susan Lepri; il dottor Jason Gilbert; e il professore associato Jim Raines.
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