15 июня 2008 года новый набор инструментов начал стереоскопическое изображение этой загадочной области. Названные двумя широкоугольными спектрометрами нейтральных атомов или TWINS, эти спутники вращаются в широко разделенных плоскостях, чтобы обеспечить первое и единственное стерео изображение кольцевого тока. TWINS отображает энергичные нейтральные атомы, которые выстреливают из кольцевого тока, когда создаются столкновениями ионов.
За пять лет работы карты TWINS предоставили трехмерные изображения и глобальную характеристику этого региона. Обсерватории отслеживают, как магнитосфера реагирует на штормы космической погоды, характеризуют глобальную информацию, такую как температура и форма различных структур внутри магнитосферы, и улучшают модели магнитосферы, которые можно использовать для моделирования широкого спектра событий.«С двумя спутниками и двумя наборами одновременных изображений мы можем видеть совершенно новые вещи», — сказал Мей-Чинг Фок, научный сотрудник проекта TWINS в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Это первый в истории стереоскопический снимок. энергетическая миссия нейтрального атома, и это изменило наше понимание кольцевого тока ».
Каждый космический корабль находится на высокоэллиптической орбите, называемой орбитой Молния, во время которой космические корабли проводят большую часть своего времени на высоте около 20 000 миль над Землей, где они получают прекрасный вид на магнитосферу. Первоначально созданный для двухлетней миссии, TWINS был формально продлен в 2010 году еще на три года, еще одно многолетнее продление ожидается. За это время TWINS работал рука об руку с другими миссиями НАСА, которые предоставляют информацию о магнитосфере Земли.
«Мы провели несколько новых фантастических исследований за последние пять лет», — сказал Дэвид МакКомас, главный исследователь TWINS в Юго-западном исследовательском институте в Сан-Антонио, штат Техас. «Как миссия возможностей, это очень недорогая миссия, и она продолжает приносить невероятную науку».Наука TWINS основана на двух инструментах, которые могут отслеживать нейтральные атомы. Первый — это формирователь изображения нейтрального атома, который регистрирует атомы, которые естественным образом улетучиваются при столкновении нейтрального атома с ионом. Это позволяет прибору наносить на карту исходные ионы издалека — как если бы он мог видеть атомы так, как мы видим свет — вместо того, чтобы собирать данные только из областей пространства, через которые он проходит.
«В течение последних 20 лет был разработан совершенно новый метод, позволяющий дистанционно наблюдать заряженные частицы, такие как частицы кольцевого тока», — сказал МакКомас. «Заряженные частицы иногда сталкиваются с медленно движущейся нейтральной частицей, в данном случае от популяции нейтралов из очень протяженной атмосферы Земли, геокороны».Когда это происходит, электрон перескакивает с медленного нейтрального атома на быстрый ион, так что теперь первый становится заряженным, а второй — нейтральным.
Эта новая нейтраль ускоряется в прямом направлении, не обращая внимания на силовые линии магнитного поля вокруг Земли, которые направляют и контролируют движение заряженных частиц. TWINS собирает такие быстрые нейтральные частицы, и на основе этих данных ученые могут работать в обратном направлении, чтобы составить карту местоположения и движения исходных ионов.Другой инструмент на TWINS — это альфа-детектор Лаймана, который может измерять плотность водорода издалека и в данном случае наблюдает за водородным облаком вокруг Земли, геокороной.Самое главное, что эти инструменты есть на обоих космических кораблях TWINS.
Большая часть успешных исследований за последние пять лет полагается на возможность наблюдать за этими нейтралами с двух точек зрения, что позволяет ученым анализировать не только скорость и количество частиц, но и определять углы, под которыми частицы покинули свои первоначальные столкновения. Стереовидение способствовало детальному рассмотрению того, как магнитосфера реагирует на штормы космической погоды: как из-за воздействия выброса корональной массы, который двигался от Солнца к Земле, так и из-за входящего поворота солнечного ветра, известного как сопутствующие явления. -вращающаяся область взаимодействия. TWINS также показали, что угол наклона, под которым ионы перемещаются вокруг Земли, различен на каждой стороне планеты.
Такая информация помогает ученым определить, более вероятно, что ионы вырвутся из кольцевого тока в космос или в конечном итоге направятся вниз к Земле.«TWINS — это стереомиссия, обеспечивающая первые наблюдения нейтральных атомов с двух точек обзора, но два космических корабля дают нам еще одно преимущество», — сказала Наталья Бузулукова, ученый-магнитосфер из Годдарда, работающий с данными TWINS. «Два космических корабля обеспечивают непрерывное наблюдение за кольцевым током, так как один набор инструментов всегда имеет обзор».Поскольку орбиты космических кораблей не синхронизированы, они обеспечивают стереоскопическое изображение в течение нескольких часов каждый день, но всегда есть по крайней мере один космический корабль, который следит за развитием событий. До БЛИЗНЕЦОВ космический корабль мог наблюдать дразнящий процесс, происходящий в кольцевом токе лишь на короткое время, прежде чем его орбита скрывала его из поля зрения.
Мероприятие вполне могло закончиться до того, как космический корабль вернулся для второго осмотра.
Такая непрерывность оказалась полезной для определения того, что определяет, будут ли частицы в кольцевом токе осыпаться вниз по направлению к Земле, а также для создания глобальной температурной карты магнитного хвоста, идущего за Землей, хвоста магнитосферы. Такая карта раньше составлялась только на основе моделей и статистического анализа, а не на основе исчерпывающего набора данных о том, что действительно наблюдалось.
Инструмент Лайман-альфа использовался двумя способами. Во-первых, он количественно определяет геокорону, чтобы лучше понять, как она влияет на столкновения в кольцевом токе. Это также научило нас больше узнать о самой геокороне. Ранее исследователи считали, что это довольно простая сфера вокруг Земли.
Два инструмента TWINS показали, насколько он асимметричен, меняясь в зависимости от солнечного цикла, времен года и даже часов дня.Последняя важная особенность этого пожарного рукава данных TWINS заключается в том, насколько он помогает улучшить компьютерное моделирование кольцевого тока и остальной магнитосферы.
С помощью точных компьютерных моделей ученые могут лучше предсказать, как магнитосфера отреагирует на любое данное событие космической погоды.«С двумя космическими аппаратами мы получаем две действительно уникальные вещи: стереоизображение и непрерывное покрытие. Все вместе полученные нами наблюдения просто фантастические», — сказал МакКомас. «Это невероятно мощная комбинация инструментов».
TWINS — это миссия исследователя возможностей. Юго-западный научно-исследовательский институт возглавляет TWINS с командами национальных и международных партнеров.
Годдард руководит программой исследователей Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия.Для получения дополнительной информации о науке и миссии TWINS посетите: http://science.nasa.gov/missions/twins/