Misja RBSP (Radiation Belt Storm Probes) jest przygotowywaną konstelacją dwóch satelitów NASA przeznaczonych do badań dynamicznych procesów zachodzących w pasach radiacyjnych Ziemi. Satelity są oznaczone jako RBSP A i RBSP B. Zastosowanie dwóch satelitów da unikalną możliwość jednoczesnych pomiarów w dwóch punkach w obrębie pasów radiacyjnych ze zmieniającą się z czasem odległością miedzy nimi. Do tej pory w wewnętrznej magnetosferze nie realizowano misji złożonej z kilku identycznych pojazdów. Ponadto poszczególne rodzaje pomiarów będą bardzo różne i wzajemnie uzupełniające się. Umożliwią wykonanie jednych z najdokładniejszych badań wewnętrznej magnetosfery w historii.
Podstawowymi zjawiskami badanymi w czasie misji będą:
- przyspieszanie elektronów przez lokalne interakcje z falami plazmowymi o bardzo niskiej częstotliwości (Very Low Frequency - VLF) powstających na skutek niestabilnego rozkładu plazmy w czasie burz geomagnetycznych;
- przyspieszanie i transport elektronów i jonów w pasach radiacyjnych na drodze radialnej dyfuzji wywoływanej przez zaburzenia pola magnetycznego i elektrycznego o ultraniskich częstotliwościach (Ultralow Frequency - ULF);
- rola międzyplanetarnych fal uderzeniowych (wytwarzanych przez koronalne wyrzuty masy) w wyzwalaniu nagłych epizodów przyspieszania elektronów i jonów w magnetosferze;
- utrata jonów i elektronów na skutek wchłaniania przez atmosferę oraz ucieczki z magnetosfery;
- burze geomagnetyczne oraz niewielkie uwolnienia energii typu substorm, w tym powstawanie i zanik prądu pierścieniowego (powstającego gdy jony i elektrony wprowadzone w trakcie epozidów typu substorm okrążają Ziemię w płaszczyźnie równika);
- rekonfiguracje pól elektrycznych i magnetycznych w dużych skalach;
- wykształcanie ultrastabilnego rozkładu plazmy odpowiedzialnego za wzmacnianie fal plazmowych i szereg innych procesów w pasach van Allena. Procesy związane z przyspieszaniem cząstek, ich transportem oraz utratą mają charakter fundamentalny, zachodzą w magnetosferach planet, w wietrze słonecznym, koronie słonecznej i koronlanych wyrzutach masy, a także w atmosferach innych gwiazd. Tym samym badania pasów radiacyjnych wykonane podczas misji pozwolą na lepsze zrozumienie podstawowych procesów zachodzących we Wszechświecie.
Szereg procesów odpowiedzialnych za przyspieszanie cząstek w pasach radiacyjnych już zidentyfikowano. Jednak wiele zjawisk jest nadal słabo scharakteryzowanych. Nie jest też jasne w jaki sposób poszczególne procesy oddziałują ze sobą w zmiennych warunkach geomagnetycznych. Tak więc ogólnym celem misji jest określenie sposobu w jaki formują się populacje relatywistycznych elektronów oraz wysokoenergetycznych jonów w zależności od zmieniającego się dopływu energii ze Słońca. Do szczegółowych celów naukowych misji zaliczają się:
- rozróżnienie poszczególnych procesów odpowiedzialnych za przyspieszanie i transport cząstek w pasach radiacyjnych; rozróżnienie pomiędzy różnorodnymi procesami powodującymi zanik populacji wysokoenergetycznych cząstek;
- poznanie sposobu powstawania i zanikania przejściowych struktur w rejonie pasów radiacyjnych; określenie wpływu procesów adiabatycznych i nieadiabatycznych na cząstki energetyczne; określenie roli wyjściowych populacji cząstek w nagłych epizodach wytarzania populacji cząstek o wysokich energiach;
- określenie wpływu wywieranego przez prąd pierścieniowy i inne zjawiska związane z burzami geomagnetycznymi na elektrony i jony w pasach radiacyjnych;
- określenie zmian zachodzących w prądzie pierścieniowym w czasie burz geomagnetycznych;
- zbudowanie modeli opisujących zachowanie się pasów radiacyjnych w trakcie cyklu aktywności słonecznej. Badania te pozwolą na rozwiązane szeregu podstawowych problemów naukowych takich jak:
- przyczyny bardzo różnej odpowiedzi pasów radiacyjnych w trakcie burz geomagnetycznych;
- przyczyny zaniku strumieni elektronów w czasie głównej fazy burz;
- mechanizmy wytwarzania i ewolucji wysokiego ciśnienia gorącej plazmy;
- mechanizmy wzbogacających środowisko pasów radiacyjnych;
- mechanizmy odpowiedzialne za zanikanie relatywistycznych elektronów;
- wpływ prądów pierścieniowych na zachowanie się pasów radiacyjnych.
Osiągnięcie celów naukowych misji wymaga wykonania bardzo różnorodnych pomiarów jonów, elektronów, pól elektrycznych i magnetycznych oraz fal plazmowych. W celu scharakteryzowania populacji elektronów w plazmosferze, prądzie pierścieniowym oraz wewnętrznym i zewnętrznym pasie van Allena pomiary muszą zaczynać się w okolicach 1 eV i rozciągać do około 1 GeV, czyli pokrywać 9 rzędów wielkości. Różne rodzaje jonów (H, He, O) mają różny wkład do ciśnienia gorącej plazmy, dlatego w celu poznania globalnej elektrodynamiki układu konieczne jest określenie składu populacji jonów o energiach występujących w prądzie pierścieniowym. Oszacowanie rozkładu kątowego trajektorii cząstek w prądzie pierścieniowym oraz elektronów w pasach radiacyjnych jest niezbędne do poznania procesów odpowiedzialnych za ich wytwarzanie i transport. W celu zaobserwowania struktur w rozkładzie cząstek pomiary ich parametrów muszą być prowadzone z dużą rozdzielczością energetyczną i kątową. Ponadto pomiary częstotliwości pół elektrycznych i magnetycznych również muszą być niezwykle szerokie. Muszą sięgać od DC do ponad 10^5 Hz. Instrumenty na obu satelitach mogą wykonywać wszystkie tych rodzajów pomiarów. Rozkład cząstek w pasach radiacyjnych przedstawia złożony profil zmieniający się w różnych skalach czasowych. Dlatego też jego zmiany w przestrzeni i czasie mogą być rozpoznane tylko poprzez jednoczesne pomiary z kilku statków kosmicznych. Zastosowanie dwóch satelitów na eliptycznych orbitach pomiędzy którymi odległość będzie zmieniała się w czasie pozwoli na zarejestrowanie zmienności w różnych skalach czasowych i przestrzennych. Orbity obu satelitów będą przecinać pasy radiacyjne w pobliżu równika magnetycznego, dzięki czemu pozwolą na pełne pomiary rozkładu kątowego trajektorii cząstek. Z czasem satelity wykonają pomiary we wszystkich chwilowych regionach magnetycznych (nocy, dnia, zmierzchu i świtu), charakteryzując procesy przyspieszania i utarty cząstek przeważające w różnych obszarów wewnętrznej magnetosfery.
Nawet misja złożona z dwóch satelitów nie może wyjaśnić wszystkich problemów naukowych związanych z fizyką wewnętrznej magnetosfery. Jedną z przyczyn jest fakt, iż zmiany w gęstości cząstek obserwowane wzdłuż danej orbity mogą wynikać z procesów zachodzących w regionach magnetosfery nie próbkowanych podczas danego obiegu. Dlatego też, w celu uzyskania globalnego pokrycia wykorzystywane będą dane pochodzące z innych misji i eksperymentów. Eksperymentem przygotowanym specjalnie do wsparcia misji jest BARREL (Balloon Array for RBSP Relativistic Electron Losses). W jego ramach z obszaru Antarktyki wypuszczonych zostanie 20 balonów z instrumentami rejestrującymi elektrony wyrzucone z pasów radiacyjnych i przenikające atmosferę. Kampania ta zostanie przeprowadzona w styczniu 2013 r i styczniu 2014 r.
Misja ma również wymiar praktyczny. Okresowe wzrosty intensywności promieniowania w magnetosferze Ziemi mogą wywoływać uszkodzenia elektroniki na satelitach, a także stanowić zagrożenie dla zdrowia astronautów. Zebrane dane pozwolą na zbudowanie precyzyjniejszych modeli wewnętrznej magnetosfery Ziemi. Znajdą one zastosowanie w trakcie projektowania sztucznych satelitów i zabezpieczeń przed promieniowaniem dla misji załogowych. Poprawienie dokładności przewidywania pogody kosmicznej pozowali ponadto na identyfikację okresów w których działanie dużych sieci przesyłu energii elektrycznej może być zakłócane. Tym samym pozwoli na uniknięcie większych przerw w dostawach prądu, głównie w USA i Kanadzie.
Misja jest realizowana w ramach programu NASA Living With a Star (LWS) prowadzonego przez Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda (Goddard Space Flight Center - GSFC) w Greenbelt. Jest zarządzana przez Laboratorium Fizyki Stosowanej na Uniwersytecie Johna Hopkinsa (Johns Hopkins University / Applied Physics Laboratory - JHU/APL) w Laurel w stanie Maryland.
Szczegółowy opis misji:
http://www.astronautyka.org/index.php/topic,1038.0.html
Wątek: Radiation Belt Storm Probes (RBSP) (Przeczytany 12473 razy)