에이스 위성
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
에이스 위성(ACE, Advanced Composition Explorer)은 1997년 발사된 NASA의 우주 탐사선으로, 태양풍에서 은하 우주선에 이르기까지 다양한 에너지 영역의 원소 및 동위원소 조성을 측정하도록 설계되었다. ACE는 물질의 원소 및 동위원소 조성, 원소의 기원과 진화 과정, 태양 코로나 형성과 태양풍 가속, 자연에서의 입자 가속 및 수송에 대한 과학적 목표를 가지고 있다. CRIS, RTSW, SWIMS, SWICS, ULEIS, SEPICA, SIS, SWEPAM, EPAM, MAG 등 다양한 관측 장비를 탑재하여 태양 및 우주 환경에 대한 데이터를 수집한다. ACE의 과학적 성과는 입자 스펙트럼 관측 및 기타 발견을 통해 헬리오스피어 물리학 발전에 기여했으며, 후속 우주 기상 관측소인 DSCOVR의 개발에도 영향을 미쳤다.
더 읽어볼만한 페이지
- 1997년 발사한 우주선 - 하위헌스 (우주선)
하위헌스 탐사선은 카시니-하위헌스 임무의 일부로 타이탄의 대기와 표면을 탐사하기 위해 제작되었으며, 2005년 타이탄에 착륙하여 표면 지형, 액체 탄화수소 호수, 대기 조성 등 다양한 데이터를 수집하는 데 기여했다. - 1997년 발사한 우주선 - 카시니-하위헌스
카시니-하위헌스는 토성과 그 위성, 고리, 자기장 등을 조사하기 위해 NASA와 ESA가 공동 개발한 탐사선 프로젝트로, 1997년 발사되어 2017년 토성 대기권 진입으로 임무가 종료될 때까지 다양한 과학적 데이터를 수집했다. - 리사주 궤도를 이용하는 우주선 - 플랑크 (인공위성)
유럽 우주국이 발사한 플랑크는 우주 마이크로파 배경을 관측하는 우주 망원경으로, 고해상도 검출, 은하단 목록 작성, 중력 렌즈 효과 관측 등 다양한 과학적 목표를 달성하며 우주론적 매개변수 측정에 기여했다. - 리사주 궤도를 이용하는 우주선 - 창어 2호
창어 2호는 중국 달 탐사 프로젝트 2단계의 무인 탐사선으로, 고해상도 이미지와 과학 데이터 획득을 목표로 성능이 개선되었으며 달 궤도 탐사 후 지구-태양 L2 라그랑주 점 탐사 및 소행성 근접 비행 등 심우주 탐사 임무를 수행했다. - 태양 탐사선 - 율리시스 (우주선)
유럽우주국이 설계하고 도르니어 시스템즈가 제작한 율리시스는 태양 극지방 관측을 목적으로 1990년에 발사되어 목성의 스윙바이 기동을 통해 태양 극궤도에 진입, 1994년부터 2008년까지 태양풍, 자기장, 우주선 등 다양한 우주 현상을 관측하고 여러 혜성의 꼬리를 통과하며 자료를 확보, 태양 극지방 자기장 변화, 심우주 먼지 양, 감마선 폭발 위치 측정 등에 기여한 후 18년간의 임무를 마치고 2009년 운용이 종료되었다. - 태양 탐사선 - 파커 태양 탐사선
파커 태양 탐사선은 NASA의 태양 탐사선으로, 태양 대기 및 태양풍 연구를 위해 2018년 발사되었으며, 금성 중력 보조를 통해 태양에 접근하여 태양 코로나 가열, 태양풍 기원 연구 등을 수행한다.
| 에이스 위성 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 임무 유형 | 태양 연구 |
| 운영자 | NASA |
| COSPAR ID | 1997-045A |
| SATCAT | 24912 |
| 웹사이트 | http://www.srl.caltech.edu/ACE/ |
| 임무 기간 | 5년 (계획) 1997년 8월 25일 (진행 중) |
| 우주선 정보 | |
| 우주선 | Explorer LXXI |
| 우주선 종류 | Advanced Composition Explorer |
| 우주선 버스 | ACE |
| 제작사 | 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소 |
| 발사 질량 | 757 kg |
| 건조 질량 | 562 kg |
| 크기 | 직경 2 m 길이 1.9 m 날개폭 8.3 m |
| 전력 | 444 와트 |
| 발사 정보 | |
| 발사 날짜 | 1997년 8월 25일, 14:39:00 UTC |
| 발사 로켓 | 델타 II 7920-8 D-247 |
| 발사 장소 | 케이프 커내버럴, LC-17A |
| 발사 계약자 | 맥도넬 더글러스 |
| 서비스 시작 | 1997년 12월 12일 |
| 궤도 정보 | |
| 궤도 기준 | 태양 중심 궤도 |
| 궤도 종류 | 리사주 궤도 |
| 궤도 근일점 | 145,700,000 km |
| 궤도 원일점 | 150,550,000 km |
| 궤도 경사 | ~0° |
| 궤도 주기 | 1년 |
| 탑재 장비 | |
| 장비 목록 | Cosmic-Ray Isotope Spectrometer (CRIS) Electron, Proton, and Alpha-particle Monitor (EPAM) Magnetometer (MAG) Real-Time Solar Wind (RTSW) Solar Energetic Particle Ionic Charge Analyzer (SEPICA) Solar Wind Electron, Proton and Alpha Monitor (SWEPAM) Solar Isotope Spectrometer (SIS) Solar Wind Ion Composition Spectrometer (SWICS) 및 Solar Wind Ion Mass Spectrometer (SWIMS) Ultra-Low-Energy Isotope Spectrometer (ULEIS) |
| 기타 | |
| |
| 프로그램 | 탐험가 계획 |
2. 역사
고급 조성 탐사선(ACE)은 1986년 익스플로러 컨셉 연구 프로그램의 일환으로 제안되었다. ACE는 태양풍에서 은하 우주선 에너지에 이르기까지 에너지당 6개 영역에 걸쳐 가속된 수소(H)에서 아연(Zn)까지의 핵종의 원소 및 동위원소 조성을 측정하도록 설계되었으며, 이전보다 훨씬 더 나은 감도와 전하 및 질량 분해능을 갖추고 있다. A단계 정의 연구 이후, ACE는 1989년에 개발 대상으로 선정되어 1994년에 제작에 들어갔다. 1997년 8월 25일, ACE는 델타 II 발사체에 의해 케네디 우주 센터에서 성공적으로 발사되었다. 1997년 8월 발사는 원래 1993년에 예정되었다.[6]
ACE 관측은 물질의 원소 및 동위원소 조성, 원소의 기원과 진화 과정, 태양 코로나 형성과 태양풍 가속, 자연에서의 입자 가속 및 수송 등 4가지 주요 분야에서 광범위한 기본 문제에 대한 조사를 가능하게 한다.[7]
3. 과학적 목표
3. 1. 물질의 원소 및 동위원소 조성
CRIS는 은하우주선의 동위원소 분포를 측정하는 검출기이다. 아연(Z-30)의 동위원소까지 충분히 측정할 수 있도록 설계되어 있다.[1]
태양풍 이온질량분석기(Solar Wind Ion Mass Spectrometer, SWIMS)와 태양풍이온조성분광계(Solar Wind Ion Composition Spectrometer, SWICS)는 비행시간형 질량분석기(time-of-flight mass spectrometer)로, 각각 다른 방법으로 측정한다.[1] 이 두 장비는 태양풍과 성간물질의 화학적 동위원소 성분을 분석할 수 있다.[1]
ULEIS는 이온양을 측정하는 검출기로, 헬륨부터 니켈까지 측정할 수 있는 정밀도를 가지고 있다.[1] 이 검출기는 태양 고에너지 입자(Solar Energetic Particle)의 구성 성분 분포와 입자들이 태양에 의해 전하를 띠게 되는 메커니즘을 규명하기 위해 고안되었다.[1]
이러한 관측의 주요 목표는 원자핵이 가속되는 다양한 "소스 물질" 샘플의 원소 및 동위원소 조성을 정확하고 포괄적으로 결정하는 것이다. 이러한 관측은 다음과 같은 용도로 사용되었다.[1]3. 2. 원소의 기원과 진화 과정
ACE의 주요 목표는 가속되는 다양한 "소스 물질" 샘플의 원소 및 동위원소 조성을 정확하고 포괄적으로 결정하는 것이다. 이러한 관측은 다음과 같은 용도로 사용되었다.
운석의 동위원소 "이상"은 태양계가 형성될 때 균질하지 않았음을 나타낸다. 이와 유사하게, 은하는 지속적인 별의 핵합성으로 인해 공간적으로도 균일하지 않고 시간적으로도 일정하지 않다.
ACE 측정은 다음을 위해 사용되었다.3. 3. 태양 코로나 형성과 태양풍 가속
태양풍 이온질량분석기(Solar Wind Ion Mass Spectrometer, SWIMS)와 태양풍이온조성분광계(Solar Wind Ion Composition Spectrometer, SWICS)는 비행시간형 질량분석기로, 각각 다른 방법으로 태양풍과 성간물질의 화학적 동위원소 성분을 분석한다.
태양 고에너지 입자, 태양풍 및 분광 관측에 따르면 태양 코로나의 원소 조성은 광구의 조성과 다르지만, 이러한 과정과 그 결과 태양풍이 가속되는 과정은 잘 알려져 있지 않다. ACE가 제공하는 상세한 조성 및 전하 상태 데이터를 사용하여 다음을 수행할 수 있다.3. 4. 자연에서의 입자 가속 및 수송
ULEIS는 이온의 양을 측정하는 검출기로, 헬륨부터 니켈까지 측정할 수 있다. 이 검출기는 태양 고에너지 입자(Solar Energetic Particle)의 구성 성분 분포와, 입자들이 태양에 의해 전하를 띠게 되는 메커니즘을 규명하기 위해 고안되었다. 입자 가속은 자연 어디에나 존재하며, 그 본질을 이해하는 것은 우주 플라스마 천체물리학의 근본적인 문제 중 하나이다. ACE 측정으로 얻은 데이터는 다음과 같은 용도로 사용되었다.
4. 관측 장비
에이스 위성은 태양풍과 우주선을 연구하기 위해 여러 관측 장비를 탑재하고 있다. 주요 관측 장비는 다음과 같다.
| 장비명 | 설명 |
|---|---|
| 우주선 동위원소 분광기 (CRIS) | 은하 우주선의 동위원소 분포를 측정하며, 아연(Zn) 동위원소까지 측정 가능하다. |
| ACE 실시간 태양풍 관측 (RTSW) | 태양풍을 지속적으로 감시하여 지구에 임박한 자기 활동을 경고한다. |
| 태양풍 이온 질량 분광기 (SWIMS) | 태양풍 이온의 화학적, 동위원소 및 전하 상태 조성을 측정한다. |
| 태양풍 이온 조성 분광기 (SWICS) | 태양풍과 성간 물질의 화학적, 동위원소 성분을 분석한다. 2011년에 발생한 하드웨어 이상으로 일부 기능이 제한되었지만, 여전히 일부 데이터는 제공 가능하다. |
| 초저에너지 동위원소 분광기 (ULEIS) | 헬륨(He)부터 니켈(Ni)까지의 이온을 측정하여 태양 고에너지 입자의 구성 성분 분포와 태양에 의한 입자 가속 메커니즘을 연구한다. |
| 태양 고에너지 입자 이온 전하 분석기 (SEPICA) | 태양 및 행성간 고에너지 입자의 이온 전하 상태를 측정했으나, 2008년 가스 밸브 고장으로 작동이 중단되었다. |
| 태양 동위원소 분광기 (SIS) | 헬륨(He)부터 아연(Zn)까지의 고에너지 핵 입자의 동위원소 조성을 측정한다. |
| 태양풍 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터 (SWEPAM) | 태양풍의 전자, 양성자, 알파 입자를 관측하여 태양풍 현상을 연구한다. |
| 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터 (EPAM) | 넓은 범위의 고에너지 입자를 측정하여 태양 플레어, 행성간 충격 가속 등을 연구한다. |
| 자력계 (MAG) | 행성간 매질의 국부 자기장을 지속적으로 측정한다. |
4. 1. 우주선 동위원소 분광기 (CRIS)
CRIS는 은하우주선의 동위원소 분포를 측정하는 검출기이다. 아연(Z-30)의 동위원소까지 충분히 측정할 수 있도록 설계되어 있다.[8]우주선 동위원소 분광기는 고급 조성 탐사선(Advanced Composition Explorer)의 에너지 범위를 핵자당 50~500 MeV로, 원자 번호 Z ≈ 2~30인 원소에 대한 동위원소 분해능을 갖는다. 이 에너지 구간에서 감지된 핵들은 주로 우리 은하에서 기원하는 우주선이다. 이 은하 물질 샘플은 모체의 핵합성, 이러한 입자들이 은하와 행성간 매질에서 겪는 분별, 가속 및 수송 과정을 조사하는 데 사용된다. CRIS를 이용한 전하 및 질량 식별은 반도체 검출기 스택에서 dE/dx 및 총 에너지에 대한 다중 측정과 섬광성 광섬유 궤적(SOFT) 호도스코프에서의 궤적 측정을 기반으로 한다. 이 장비는 동위원소 측정을 위해 250cm2-sr의 기하학적 인자를 가지고 있다.[8]
4. 2. ACE 실시간 태양풍 관측 (RTSW)
ACE 실시간 태양풍(RTSW) 시스템은 태양풍을 지속적으로 감시하며, 최대 1시간 전에 지구에 임박한 주요 자기 활동에 대한 경고를 생성한다. NOAA에서 발행하는 경고 및 알림을 통해 이러한 활동에 민감한 시스템을 가진 사람들은 예방 조치를 취할 수 있다.RTSW 시스템은 네 개의 ACE 기기(MAG, SWEPAM, EPAM, SIS)에서 고해상도로 태양풍 및 고에너지 입자 데이터를 수집하여 저속 비트 스트림으로 묶어 데이터를 지속적으로 방송한다. NASA는 과학 데이터를 다운로드할 때마다 매일 NOAA에 실시간 데이터를 보낸다. 전용 지상 기지(일본의 CRL 및 영국의 RAL)와 기존 지상 추적 네트워크(NASA DSN 및 USAF의 AFSCN)를 결합하여 RTSW 시스템은 연중 24시간 데이터를 수신할 수 있다.
원시 데이터는 지상 기지에서 콜로라도주 볼더에 있는 우주 기상 예측 센터로 즉시 전송되어 처리된 후 일상적인 운영에 사용되는 우주 기상 운영 센터로 전달된다. 또한 데이터는 CRL 지역 경고 센터, USAF 제55우주 기상 비행대대로 전달되어 월드 와이드 웹에 게시된다. 데이터는 ACE를 떠난 시점부터 5분 이내에 다운로드, 처리 및 분산된다.
RTSW 시스템은 또한 저에너지 및 고에너지 입자를 사용하여 접근하는 행성간 충격을 경고하고 위성 시스템에서 방사선 손상을 일으킬 수 있는 고에너지 입자의 플럭스를 모니터링하는 데 도움을 준다.
4. 2. 1. 태양풍 이온 질량 분석기 (SWIMS)
태양풍 이온 질량 분석기(Solar Wind Ion Mass Spectrometer, SWIMS)는 태양풍 이온 조성 분광기(Solar Wind Ion Composition Spectrometer, SWICS)와 함께 비행시간형 질량분석기의 일종이다.[15][16] 두 장비는 서로 다른 방법으로 태양풍과 성간물질의 화학적 동위원소 성분을 분석한다.[15][16]SWIMS는 He과 Ni 사이의 모든 원소에 대한 태양풍의 화학적, 동위원소 및 전하 상태 조성을 측정한다.[15][16] 정전기 분석을 사용한 다음 비행 시간과 필요에 따라 에너지 측정을 사용한다.[15][16]
4. 2. 2. 태양풍 이온 조성 분광계 (SWICS)
태양풍 이온 조성 분광기(Solar Wind Ion Composition Spectrometer, SWICS)는 태양풍 이온 질량 분광기(Solar Wind Ion Mass Spectrometer, SWIMS)와 함께 비행시간형 질량분석기(time-of-flight mass spectrometer)의 일종으로, 태양풍과 성간 물질의 화학적 동위원소 성분을 분석하는 장비이다.[15][16] SWICS는 300km/s (양성자) 및 170km/s (Fe+16) 이상의 모든 태양풍 속도에서 수소(H)부터 철(Fe)까지의 모든 주요 태양풍 이온의 화학적 및 이온 전하 조성, 열 속도 및 평균 속도를 측정하며, 태양 및 성간 물질의 수소 및 헬륨(He) 동위원소를 분해한다. 또한, 100 keV/e−1의 에너지까지 성간 구름과 먼지 구름 픽업 이온의 분포 함수를 측정한다.[15]2011년 8월 23일, SWICS 비행 시간 전자는 노후화 및 방사선으로 인한 하드웨어 이상을 겪어 조성 데이터의 배경 수준이 증가했다. 이 영향을 줄이기 위해, 데이터의 이온을 식별하는 모델은 정전기 분석기가 측정한 이온의 전하당 에너지와 고체 상태 검출기가 측정한 이온 에너지만을 활용하도록 조정되었다. 이를 통해 SWICS는 산소 및 탄소의 이온 전하 상태 비율, 태양풍 철의 측정 등 하드웨어 이상 발생 전에 제공되었던 데이터 제품의 일부를 계속 제공할 수 있었다. SWICS에 의한 양성자 밀도, 속도 및 열 속도의 측정은 이 이상에 영향을 받지 않고 현재까지 계속되고 있다.[4]
4. 3. 초저에너지 동위원소 분석기 (ULEIS)
초저에너지 동위원소 분석기(ULEIS)는 이온의 양을 측정하는 검출기로, 헬륨부터 니켈까지 측정할 수 있는 정밀도를 가지고 있다. 이 검출기는 태양 고에너지 입자(Solar Energetic Particle)의 구성 성분 분포와 입자들이 태양에 의해 전하를 띠게 되는 메커니즘을 규명하기 위해 고안되었다.[17]에이스 위성에 탑재된 초저에너지 동위원소 분광계(ULEIS)는 ~45 keV/핵자에서 수 MeV/핵자에 이르는 에너지 범위에서 He–Ni 원소의 입자 조성 및 에너지 스펙트럼을 측정하는 초고해상도 질량 분석기이다. ULEIS는 태양 고에너지 입자 현상, 행성간 충격파 및 태양풍 종단 충격파에서 가속된 입자를 조사한다. ULEIS는 에너지 스펙트럼, 질량 조성 및 시간적 변화를 다른 ACE 기기와 함께 결정함으로써 태양의 풍부도뿐만 아니라 국부 성간 매질과 같은 다른 저장소에 대한 지식을 크게 향상시킨다.[17]
ULEIS는 낮은 입자 플럭스를 측정하는 데 필요한 높은 감도와 가장 큰 태양 입자 또는 행성간 충격파 현상에서 작동할 수 있는 기능을 결합한다. ULEIS는 개별 이온에 대한 자세한 정보 외에도 짧은 시간(몇 분) 동안 입자 플럭스 및 비등방성을 정확하게 결정할 수 있도록 다양한 이온 및 에너지에 대한 다양한 계수율을 제공한다.[17]
4. 4. 태양 에너지 이온 입자 전하 분석기 (SEPICA)
태양 고에너지 입자 이온 전하 분석기(SEPICA)는 Solar Energetic Particle Ionic Charge Analyzer영어의 약자로, 첨단 구성 탐사선(ACE)에 탑재된 장비였다. 이 장비는 ≈0.2 MeV/핵자에서 ≈5 MeV/전하 범위의 에너지에서 태양 및 행성간 고에너지 입자의 이온 전하 상태를 측정했다. 고에너지 이온의 전하 상태는 이러한 입자 집단의 기원 온도, 가속, 분획 및 수송 과정을 밝히는 데 중요한 정보를 제공한다.[12]SEPICA는 ISEE-1 및 ISEE-3의 전신인 ULEZEQ보다 훨씬 큰 기하학적 요소를 사용하여 개별 전하 상태를 분해할 수 있었다. SEPICA는 하나의 고전하 분해능 센서 부분과 두 개의 저전하 분해능이지만 큰 기하학적 요소 부분으로 구성되어 이러한 요구 사항을 충족했다.[12]
2008년, 가스 밸브 고장으로 인해 SEPICA는 더 이상 작동하지 않는다.[4]
4. 5. 태양 동위원소 분광기 (SIS)
태양 동위원소 분광기(SIS)는 헬륨(He)부터 아연(Zn, Z=2~30)까지의 고에너지 핵 입자의 동위원소 조성을 10MeV/핵자에서 100MeV/핵자의 에너지 범위에서 고해상도로 측정한다.[1] 대규모 태양 활동 동안 SIS는 태양 고에너지 입자의 동위원소 풍부도를 측정하여 태양 코로나의 조성을 직접 결정하고 입자 가속 과정을 연구한다.[1] 태양 활동이 잠잠할 때는 SIS가 은하에서 오는 저에너지 우주선의 동위원소와 인접한 성간 매질에서 발생하는 특이 우주선 성분의 동위원소를 측정한다.[1]SIS에는 입사 핵 입자의 핵 전하, 질량, 운동 에너지를 측정하는 실리콘 고체 상태 검출기로 구성된 두 개의 망원경이 있다.[1] 각 망원경 내에서 입자 궤적은 맞춤형 VLSI(Very-Large-Scale Integrated) 전자 장치를 갖춘 2차원 실리콘 스트립 검출기 쌍으로 측정되어 위치와 에너지 손실 측정을 모두 제공한다.[1] SIS는 대규모 태양 입자 사건에서 발생하는 극심하고 높은 플럭스 조건에서 우수한 질량 분해능을 얻도록 특별히 설계되었으며, 40cm2 sr의 기하학적 인자를 제공한다. 이는 이전의 태양 입자 동위원소 분광계보다 훨씬 큰 값이다.[1]
4. 6. 태양풍 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터 (SWEPAM)
태양풍 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터(SWEPAM) 실험은 ACE의 태양풍 관측 결과를 제공한다. 이 관측 결과는 ACE에서 수행된 원소 및 동위원소 조성 측정에 맥락을 제공하며, 코로나 질량 방출, 행성간 충격파, 태양풍 미세 구조와 같은 수많은 태양풍 현상을 고급 3차원 플라즈마 계측기를 통해 직접 조사할 수 있게 해준다. 또한, 율리시스와 같은 우주선에서 얻은 다른 동시 관측 결과와 함께 헬리오스피어 및 자기권 다중 우주선 연구를 위한 이상적인 데이터 세트를 제공한다. SWEPAM 관측은 독립적인 전자(SWEPAM-e) 및 이온(SWEPAM-i) 기기를 사용하여 동시에 수행된다. ACE 프로젝트의 비용 절감을 위해 SWEPAM-e 및 SWEPAM-i는 NASA/ESA의 율리시스 공동 임무에서 재활용된 비행 예비 부품이다. 두 기기 모두 ACE 임무 및 우주선 요구 사항을 충족하기 위해 선택적인 재건, 수정 및 현대화가 필요했다. 둘 다 우주선이 회전함에 따라 팬 모양의 시야가 모든 관련 시선 방향을 훑는 정전 분석기를 통합한다.[14]4. 7. 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터 (EPAM)
에이스(ACE) 위성에 탑재된 전자, 양성자 및 알파 입자 모니터(EPAM)는 거의 전체 단위 구에서 광범위한 고에너지 입자를 높은 시간 분해능으로 측정하도록 설계되었다. 수십 keV에서 수 MeV 범위의 이온과 전자에 대한 이러한 측정은 태양 플레어, 동시 회전 상호 작용 영역(CIR), 행성간 충격 가속 및 지상 상류 현상의 역학을 이해하는 데 필수적이다. EPAM의 넓은 동적 범위는 이온의 경우 약 50 keV에서 5 MeV까지, 전자의 경우 40 keV에서 약 350 keV까지 확장된다. EPAM은 전자 및 이온 측정값을 보완하기 위해 종 그룹 속도 및/또는 개별 펄스 높이 이벤트로 보고되는 이온 종을 명확하게 식별하는 성분 조리개(CA)도 갖추고 있다. 이 장비는 우주선 회전축에 대해 다양한 각도로 배치된 5개의 망원경을 통해 넓은 공간 범위를 확보한다. 1.5초에서 24초 사이의 시간 분해능으로 얻은 저에너지 입자 측정값과 3차원에서 입자 비등방성을 관찰하는 이 장비의 능력은 EPAM을 ACE 우주선에 탑재된 다른 장비를 사용하여 연구하기 위한 행성간 환경을 제공하는 데 탁월한 자원으로 만든다.[1]4. 8. 자력계 (MAG)
ACE의 자기장 실험은 행성간 매질의 국부 자기장을 지속적으로 측정한다. 이러한 측정은 고에너지 및 열 입자 분포에 대한 동시 ACE 관측을 해석하는 데 필수적이다. 이 실험은 쌍으로 된 붐 장착형 삼축 플럭스 게이트 센서로 구성되며, 이는 우주선의 중심에서 419cm 떨어진 반대쪽 태양 전지판에 위치해 있다. 두 개의 삼축 센서는 균형 잡힌 완전 이중화 벡터 장비를 제공하며, 우주선의 자기장에 대한 향상된 평가를 허용한다.[10]5. 과학적 성과
에이스(ACE) 위성은 발사 이후 태양풍, 행성 간 공간, 그리고 우리 은하 내의 다양한 입자들을 관측하여 여러 과학적 성과를 거두었다.
에이스는 태양풍 입자보다 높은 에너지에서 동회전 상호 작용 영역(CIR)의 입자를 관측했다. CIR은 태양 자전으로 인해 고속의 태양풍 흐름이 저속의 태양풍과 충돌하며 형성되는데, 이 과정에서 발생하는 충격파는 입자를 가속시킨다. 에이스의 측정 결과, CIR에는 성간 중성 헬륨이 이온화되어 만들어진 단일 전하 헬륨이 많이 포함되어 있다는 사실이 밝혀졌다.[19]
또한, 에이스는 빠른 코로나 질량 방출(CME)이나 태양 플레어에 의해 발생하는 행성 간 충격파와 관련된 태양 고에너지 입자(SEP)를 관측했다. 이를 통해 초열적 꼬리 부분의 입자들이 SEP의 주요 씨앗 집단이라는 점과, 행성 간 충격파가 에이스를 통과하면서 입자를 계속 가속시키는 현상을 관측하여 현장 충격 가속 과정을 연구할 수 있었다.[20]
그 외에도 에이스는 내 헬리오스피어에서 이온화된 중성 성간 원자에서 기원하는 이상 우주선(ACR)과 우리 은하의 초신성 폭발로 인한 은하 우주선(GCR)을 관측했다.
ACE 발사 직후, SEP 센서는 예상치 못한 특성을 가진 태양 이벤트를 감지했다. 이 이벤트는 철과 helium|헬륨영어-3이 매우 풍부했는데,[21][22] ACE는 이러한 "하이브리드" 이벤트를 많이 발견하여 학계의 논의를 불러일으켰다.[23]
최근 헬리오스피어 물리학에서는 초열 입자가 공통적인 스펙트럼 형태를 가지며, 조용한 태양풍, 충격파 하류의 교란된 조건, CIR 등 헬리오스피어 여러 곳에서 나타난다는 사실이 발견되었다. 이러한 관측을 바탕으로 피스크와 글뢰클러는 새로운 입자 가속 메커니즘을 제안했다.[24]
또한, 현재 태양 주기가 이전 주기보다 자기적 활동이 덜하다는 사실이 밝혀졌다. 맥코마스 등은 태양풍의 역학적 압력이 감소하고 있으며, 이로 인해 태양이 전체 헬리오스피어에 영향을 미치는 지구적 변화를 겪고 있다고 결론지었다.[25] 이와 동시에 GCR 강도는 증가하여 2009년에는 지난 50년 동안 가장 높은 기록을 보였다.[26]
에이스는 우주선의 니켈-59 및 코발트-59 동위원소의 풍부도를 측정하여, 우주선이 신선한 초신성 분출물이 아니라 오래된 별 또는 성간 물질의 가속에서 비롯된다는 것을 밝혀냈다.[27] 또한, 철-58/철-56 비율 측정을 통해 은하 슈퍼버블에서 우주선 기원 이론을 뒷받침하는 증거를 발견했다.[28]
5. 1. 입자 스펙트럼 관측
그림 1은 11년 태양 주기의 태양 활동이 가장 낮은 시기인 태양 극소기 직후의 기간 동안 에이스(ACE)에서 관측된 산소 입자 유량 (주어진 시간 동안의 총 플럭스)을 보여준다.[18] 가장 낮은 에너지의 입자는 약 300km/s~800km/s의 속도를 가진 느리고 빠른 태양풍에서 발생한다. 모든 이온의 태양풍 분포와 마찬가지로, 산소의 경우도 고에너지 입자의 초열적 꼬리를 가지고 있다. 즉, 전체 태양풍의 틀에서 플라즈마는 대략 열적 분포를 가지지만 그림 1에서 볼 수 있듯이 약 5 keV 이상에서 상당한 과잉을 보인다. 에이스(ACE) 팀은 이러한 꼬리의 기원과 추가적인 가속 과정에 입자를 주입하는 역할을 이해하는 데 기여했다.
태양풍 입자보다 높은 에너지에서 에이스(ACE)는 동회전 상호 작용 영역(CIR)으로 알려진 영역의 입자를 관측한다. CIR은 태양풍이 균일하지 않기 때문에 형성된다. 태양 자전으로 인해 고속 스트림이 앞선 저속 태양풍과 충돌하여 약 2~5 천문 단위 (AU, 지구와 태양 사이의 거리)에서 충격파를 생성하고 CIR을 형성한다. 이러한 충격파에 의해 가속된 입자는 일반적으로 핵자당 약 10 MeV 미만의 에너지에서 1 AU에서 관측된다. 에이스(ACE) 측정은 CIR이 성간 중성 헬륨이 이온화될 때 형성된 단일 전하 헬륨의 상당 부분을 포함한다는 것을 확인해 준다.[19]
더 높은 에너지에서 측정된 입자 플럭스에 대한 주요 기여는 빠른 코로나 질량 방출(CME) 및 태양 플레어에 의해 구동되는 행성간(IP) 충격과 관련된 태양 고에너지 입자(SEP)에 기인한다. 헬륨-3 및 헬륨 이온의 풍부한 농축은 초열적 꼬리가 이러한 SEP의 주요 씨앗 집단임을 보여준다.[20] 약 2000km/s까지의 속도로 이동하는 IP 충격파는 초열적 꼬리에서 핵자당 100 MeV 이상으로 입자를 가속한다. IP 충격파는 에이스(ACE)를 통과하면서 입자를 계속 가속할 수 있으므로 현장 충격 가속 과정을 연구할 수 있기 때문에 특히 중요하다.
에이스(ACE)에서 관측된 다른 고에너지 입자는 내 헬리오스피어에서 이온화되어 "픽업" 이온을 생성하고 나중에 외 헬리오스피어에서 핵자당 10 MeV 이상의 에너지로 가속되는 중성 성간 원자에서 발생하는 이상 우주선(ACR)이다. 에이스(ACE)는 또한 픽업 이온을 직접 관측하는데, 단일 전하를 띠기 때문에 쉽게 식별된다. 마지막으로, 에이스(ACE)에서 관측된 가장 높은 에너지 입자는 우리 은하의 초신성 폭발로 인한 충격파에 의해 가속된다고 생각되는 은하 우주선(GCR)이다.
5. 2. 기타 성과
ACE 발사 직후 ACE의 SEP 센서는 예상치 못한 특성을 가진 태양 이벤트를 감지했다. 대부분의 큰 충격 가속 SEP 이벤트와 달리, 이러한 이벤트는 훨씬 작고 플레어와 관련된 충동적 SEP 이벤트와 마찬가지로 철과 helium|헬륨영어-3이 매우 풍부했다.[21][22] 운영 첫 해 안에 ACE는 이러한 "하이브리드" 이벤트를 많이 발견했으며, 이는 이러한 이벤트를 생성할 수 있는 조건에 대해 학계에서 상당한 논의를 불러일으켰다.[23]최근 헬리오스피어(태양권) 물리학에서 놀라운 발견 중 하나는 공통적인 스펙트럼 형태를 가진 초열 입자의 보편적인 존재이다. 이러한 형태는 조용한 태양풍에서 예상치 않게 나타난다. 충격파 하류의 교란된 조건, CIR을 포함하여 헬리오스피어의 다른 곳에서도 나타난다. 이러한 관측을 통해 피스크(Fisk)와 글뢰클러(Gloeckler)는[24] 입자 가속을 위한 새로운 메커니즘을 제안했다.
또 다른 발견은 흑점, CME, SEP로 측정된 현재 태양 주기가 이전 주기보다 훨씬 덜 자기적으로 활동적이었다는 것이다. 맥코마스(McComas) 등[25]은 모든 위도에서 율리시스 위성이, 황도면에서 ACE가 측정한 태양풍의 역학적 압력이 상관관계가 있으며 약 20년 동안 시간이 지남에 따라 감소했음을 보여주었다. 그들은 태양이 전체 헬리오스피어에 영향을 미치는 지구적 변화를 겪고 있다고 결론지었다. 동시에 GCR 강도가 증가하여 2009년에는 지난 50년 동안 가장 높은 기록을 보였다.[26] 태양이 더 자기적으로 활동적일 때 GCR은 지구에 도달하기 더 어려우므로, 2009년의 높은 GCR 강도는 태양풍의 전반적으로 감소된 역학적 압력과 일치한다.
ACE는 또한 우주선의 니켈-59 및 코발트-59 동위원소의 풍부도를 측정한다. 이러한 측정 결과는 초신성 폭발에서 니켈-59가 생성된 시점과 우주선이 가속된 시점 사이에 속박된 전자를 가진 니켈-59의 반감기(76000y)보다 더 긴 시간이 경과했음을 나타낸다.[27] 이러한 긴 지연은 우주선이 신선한 초신성 분출물에서가 아니라 오래된 별 또는 성간 물질의 가속에서 비롯된다는 것을 나타낸다. ACE는 또한 태양계 물질에서 동일한 비율보다 풍부한 철-58/철-56 비율을 측정한다.[28] 이러한 발견과 기타 발견은 수백만 년 이내에 많은 초신성이 폭발하는 지역에서 형성된 은하 슈퍼버블에서 우주선의 기원에 대한 이론으로 이어졌다. 페르미 감마선 관측소[29]에 의한 시그너스 슈퍼버블에서 갓 가속된 우주선 덮개의 최근 관측은 이 이론을 뒷받침한다.
6. 후속 우주 기상 관측소
2015년 2월 11일, 미국 항공 우주국(NASA)과 미국 해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration)은 스페이스X(SpaceX)의 팰컨 9 v1.1(Falcon 9 v1.1) 발사체를 이용하여 심우주 기후 관측소(DSCOVR)를 플로리다주(Florida) 케이프 커내버럴(Cape Canaveral)에서 성공적으로 발사했다. 심우주 기후 관측소(DSCOVR)는 지구로 향하는 코로나 질량 방출(coronal mass ejection)을 감지하는 더 민감하고 새로운 기기를 포함한 여러 장비를 탑재하고 있으며, 발사 후 100일이 조금 넘은 2015년 6월 8일에 L1에 도착했다.[30] ACE와 함께 우주 기상 데이터를 제공할 것이다.[31]
참조
[1]
뉴스
Satellite to aid space weather forecasting
https://web.archive.[...]
1999-06-24
[2]
웹사이트
Operations Day -- 346/1997 (12 December 1997)
http://www.srl.calte[...]
1997-12-31
[3]
웹사이트
ACE (Advanced Composition Explorer) - Mission Status
https://directory.eo[...]
ESA eoPortal Directory
2021-06-15
[4]
웹사이트
Advanced Composition Explorer (ACE) Mission Overview
http://www.srl.calte[...]
California Institute of Technology
2017-02-10
[5]
웹사이트
Display: Advanced Composition Explorer (1997-045A)
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-10-28
[6]
웹사이트
The Advanced Composition Explorer
http://www.srl.calte[...]
1998
[7]
논문
The Advanced Composition Explorer
1998-07
[8]
논문
The Cosmic-Ray Isotope Spectrometer for the Advanced Composition Explorer
1998-07
[9]
논문
Electron, Proton, and Alpha Monitor on the Advanced Composition Explorer Spacecraft
1998-07
[10]
논문
The ACE Magnetic Fields Experiment
1998-07
[11]
논문
The NOAA Real-Time Solar-Wind (RTSW) System using ACE Data
1998-07
[12]
논문
The Solar Energetic Particle Ionic Charge Analyzer (SEPICA) and the Data Processing Unit (S3DPU) for SWICS, SWIMS and SEPICA
1998-07
[13]
논문
The Solar Isotope Spectrometer for the Advanced Composition Explorer
1998-07
[14]
논문
Solar Wind Electron Proton Alpha Monitor (SWEPAM) for the Advanced Composition Explorer
1998-07
[15]
논문
Investigation of the composition of solar and interstellar matter using solar wind and pickup ion measurements with SWICS and SWIMS on the ACE spacecraft
1998-07
[16]
웹사이트
ACE/SWICS and ACE/SWIMS
http://solar-heliosp[...]
The Solar and Heliospheric Research Group
[17]
논문
The Ultra-Low-Energy Isotope Spectrometer (ULEIS) for the Advanced Composition Explorer
1998-07
[18]
논문
Long-term fluences of energetic particles in the heliosphere
https://deepblue.lib[...]
2001
[19]
논문
Charge states of energetic (~ 0.5 MeV/n) ions in corotating interaction regions at 1 AU and implications on source populations
2002
[20]
논문
Acceleration of 3He nuclei at interplanetary shocks
2001
[21]
논문
Inferred charge states of high energy solar particles from the solar isotope spectrometer on ACE
https://authors.libr[...]
1999
[22]
논문
Particle acceleration and sources in the November 1997 solar energetic particle events
https://authors.libr[...]
1999
[23]
논문
Observations of the longitudinal spread of solar energetic particle events in solar cycle 24
https://authors.libr[...]
2012
[24]
논문
Acceleration of suprathermal tails in the solar wind
2008
[25]
논문
Weaker solar wind from the polar coronal holes and the whole Sun
2008
[26]
논문
Anomalous and galactic cosmic rays at 1 AU during the cycle 23/24 solar minimum
2011
[27]
논문
Constraints on the time delay between nucleosynthesis and cosmic-ray acceleration from observations of 59Ni and 59Co
1999
[28]
논문
Cosmic-ray neon, Wolf-Rayet stars, and the superbubble origin of galactic cosmic rays
2005
[29]
논문
A cocoon of freshly accelerated cosmic rays detected by Fermi in the Cygnus superbubble
https://www.openacce[...]
2011
[30]
뉴스
Nation's first operational satellite in deep space reaches final orbit
https://web.archive.[...]
NOAA
2015-06-08
[31]
뉴스
SpaceX Falcon 9 ready for DSCOVR mission
http://www.nasaspace[...]
NASASpaceFlight.com
2015-02-08
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com