مستكشف الجسيمات الشاذة الشمسية والمغناطيسية

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

كان مستكشف الجسيمات الشاذة في الغلاف الشمسي والمغناطيسي ( SAMPEX أو Explorer 68 ) مرصدًا شمسيًا ومغناطيسيًا تابعًا لوكالة ناسا، وكان أول مركبة فضائية ضمن برنامج المستكشف الصغير . أُطلق إلى مدار أرضي منخفض في 3 يوليو 1992 من قاعدة فاندنبرغ الجوية ( مدى الاختبار الغربي ) على متن صاروخ الإطلاق Scout G-1 . [ 2 ] [ 5 ] كان SAMPEX ثمرة تعاون دولي بين ناسا ومعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية خارج الأرض في ألمانيا (الذي وفّر التلسكوب الكبير للأيونات الثقيلة). [ 6 ] يُعد مستكشف الجسيمات الشاذة في الغلاف الشمسي والمغناطيسي (SAMPEX) أول مركبة فضائية من سلسلة مركبات أُطلقت ضمن برنامج المستكشف الصغير (SMEX) للمركبات الفضائية منخفضة التكلفة. [ 7 ]

مهمة

كانت الأهداف الرئيسية لتجارب SAMPEX هي الحصول على بيانات لعدة سنوات متواصلة حول المكونات الشاذة للأشعة الكونية ، وانبعاثات الجسيمات الشمسية النشطة من الشمس ، والإلكترونات النسبية المتساقطة في الغلاف المغناطيسي . [ 2 ] [ 5 ] يبلغ ارتفاع مدار SAMPEX 520 × 670 كيلومترًا (320 × 420 ميلًا ) وميله 82 درجة . [ 4 ] تستخدم المركبة الفضائية نظامًا مثبتًا ثلاثي المحاور موجهًا نحو الشمس/نظام انحياز الزخم، حيث يكون محور الميل موجهًا نحو الشمس. توفر الألواح الشمسية الطاقة اللازمة للعمليات، بما في ذلك 16.7 واط للأجهزة العلمية. تقوم وحدة معالجة البيانات (DPU) الموجودة على متن المركبة بمعالجة البيانات العلمية وغيرها من البيانات مسبقًا، وتخزينها في وحدة التسجيل/المعالجة/التجميع (RPP) بسعة 65 ميجابت تقريبًا ، قبل إرسالها في النطاق S بمعدل 1.5 ميجابت/ثانية عبر محطة والوبس للطيران (WFF) (أو محطة احتياطية). ويمكن لذاكرة الأوامر تخزين ما لا يقل عن ألف أمر. وتشير الأجهزة العلمية عمومًا نحو سمت الرأس المحلي ، وخاصة فوق القطبين الأرضيين، للحصول على أفضل عينة من تدفق الأشعة الكونية المجرية والشمسية. ويتم رصد ترسب الجسيمات المغناطيسية النشطة عند خطوط العرض المغناطيسية الأرضية المنخفضة . [ 7 ]      

مركبة فضائية

مخطط المركبة الفضائية

تحمل المركبة أربعة أجهزة علمية: (1) محلل تركيب الأيونات منخفضة الطاقة (LICA)؛ (2) تلسكوب الأيونات الثقيلة الكبير (HILT)؛ (3) تلسكوب مطياف الكتلة (MAST)؛ و(4) تلسكوب البروتون-الإلكترون (PET). قُدِّر العمر التشغيلي للمركبة الفضائية بثلاث سنوات تقريبًا؛ إلا أن تدفق البيانات استمر حتى 30 يونيو 2004. [ 1 ] [ 3 ] في عام 1997، نقل مركز غودارد التابع لناسا تشغيل مركبة SAMPEX إلى مختبر ديناميكيات الطيران والتحكم (FDCL) التابع لقسم هندسة الطيران والفضاء بجامعة ميريلاند، كوليدج بارك . [ 7 ]

الآلات الموسيقية

حملت المركبة الفضائية أربعة أجهزة مصممة لقياس المكونات الشاذة للأشعة الكونية ، وانبعاثات الجسيمات الشمسية النشطة ، وعدد الإلكترونات في الغلاف المغناطيسي للأرض . بُنيت المركبة لمهمة علمية مدتها ثلاث سنوات، وانتهت في 30 يونيو 2004. [ 1 ] [ 3 ] تولى مركز غودارد لرحلات الفضاء إدارة مهمة SAMPEX حتى أكتوبر 1997، ثم نُقلت إلى مركز عمليات الأقمار الصناعية بجامعة بوي ستيت (BSOCC). [ 5 ] واصل مركز عمليات الأقمار الصناعية بجامعة بوي ستيت، بدعم تمويلي من مؤسسة الفضاء الجوي ، تشغيل المركبة الفضائية بعد انتهاء مهمتها العلمية، مستخدمًا إياها كأداة تعليمية لطلابه، مع الاستمرار في نشر البيانات العلمية للجمهور. [ 5 ] [ 8 ]

التجارب

تلسكوب الأيونات الثقيلة الكبير (HILT)

صُممت تجربة HILT لقياس شحنة وطاقة وكتلة الأشعة الكونية في نطاق طاقة يتراوح بين 8.0 و310 ميغا إلكترون فولت / نيوكليون . وتحديدًا، كانت نطاقات الطاقة كما يلي: الهيليوم (He): 3.9 - 90 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون؛ الكربون (C): 7.2 - 160 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون؛ الأكسجين (O): 8.3 - 310 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون؛ النيون (Ne): 9.1 - 250 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون؛ والحديد ( Fe): 11 - 90 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون. يتكون الجهاز من: (أ) مصفوفة من العدادات التناسبية الحساسة للموقع عند المدخل، تليها (ب) غرفة تأين ، (ج) مصفوفة أخرى من العدادات التناسبية الحساسة للموقع قبلها مباشرة، (د) مصفوفة مستوية من عشرة عناصر من الكواشف الصلبة. تم دعم الكواشف بعداد وميضي كبير من يوديد السيزيوم (CsI) (هـ) ، والذي تمت رؤيته بواسطة أربعة ثنائيات ضوئية حساسة للضوء . بلغ العامل الهندسي 35 سم²-ستراديان. مكّن العدادان الحساسان للموقع من حساب الطول الدقيق للمسار على طول غرفة التأين. مُلئت العناصر (أ) و(ب) و(ج) بغاز الإيزوبيوتان المتدفق عند ضغط 75 تور . كانت كمية 8.5 كجم (19 رطلاً) من الإيزوبيوتان السائل كافية لتشغيل الجهاز لمدة ثلاث سنوات. كان الجهاز في الأساس نظام dE/dx مقابل E؛ حيث تم توفير dE/dx بواسطة (أ) و(ب) و(ج)، وتم توفير E بواسطة (د) و(هـ). مكّنت الإشارات المُرسلة عن بُعد من جميع أجهزة الاستشعار من تحديد دقيق للكتلة النظيرية والشحنة والطاقة. مع ذلك، كانت دقة التحليل النظائري ضعيفة عند الطرف ذي الطاقة العالية لكل نطاق، لا سيما بالنسبة للعناصر الأثقل. ومع ذلك، فقد تم حساب التدفقات المعتمدة على النوع بسهولة حتى عند أطراف الطاقة العالية. [ 9 ]  

محلل التركيب الأيوني منخفض الطاقة (LICA)

صُممت تجربة LICA لقياس أيونات شمسية ومغناطيسية (من الهيليوم إلى النيكل ) ذات طاقة تتراوح بين 0.5 و5 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون، والقادمة من سمت الرأس في اثنتي عشرة نطاقًا طاقيًا. حُددت كتلة الأيون بقياسات متزامنة لزمن طيرانه (ToF) عبر مسار يبلغ طوله حوالي 50 سم (20 بوصة) وطاقته الحركية المتبقية في أحد كواشف الحالة الصلبة الأربعة المصنوعة من السيليكون (Si) بأبعاد 4 × 9 سم (1.6 × 3.5 بوصة) . أصدرت الأيونات التي تمر عبر رقائق النيكل المدخلية بسمك 0.75 ميكرومتر إلكترونات ثانوية، قامت مجموعة من لوحات القنوات الدقيقة على شكل حرف V بتضخيمها لتكوين إشارة لبدء التوقيت. منعت رقاقة مدخل مزدوجة الثقوب الصغيرة من دخول ضوء الشمس إلى التلسكوب، ووفرت حماية من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والجيولوجية . أعطت رقاقة أخرى ومجموعة من لوحات القنوات الدقيقة أمام كواشف الحالة الصلبة إشارة إيقاف التوقيت. حددت المصاعد الإسفينية والشريطية الموجودة على الجوانب الأمامية لمصاعد التوقيت مسار الأيون عبر الرقائق، وبالتالي طول مساره. جُمعت السرعة المُحددة من طول المسار، وزمن الطيران، والطاقة المتبقية المقاسة بواسطة كواشف الحالة الصلبة، لحساب كتلة الأيون بدقة تقارب 1%، وهي دقة كافية لفصل النظائر بشكل كامل. أعطت تصحيحات فقد الطاقة في رقائق الدخول طاقة الأيون الساقطة. كان العامل الهندسي للمستشعر 0.8 سم²-ستراديان، ومجال الرؤية 17 درجة × 21 درجة. حددت المعالجة على متن المركبة الفضائية ما إذا كانت الأيونات التي تُشغل جهاز LICA هي بروتونات ، أو نوى هيليوم، أو أيونات أثقل. تم عد البروتونات بمعدل ثابت دون تحليل إضافي. عُوملت النوى الأثقل على أنها ذات أولوية منخفضة (الهيليوم) أو عالية (أثقل من الهيليوم) للإرسال إلى الأرض. ضمنت وحدة معالجة بيانات الجهاز إرسال عينة من الأحداث ذات الأولوية، مع الحرص على عدم تداخل الأحداث ذات الأولوية المنخفضة مع الأنواع الثقيلة النادرة. وتم اختيار معدلات التدفق المعالجة مقابل طاقة الهيدروجين (H ) ، والهيليوم (He)، والأكسجين (O)، ومجموعة السيليكون (Si)، ومجموعة الحديد (Fe) كل 15 ثانية للإرسال. ومكّنت نماذج المجال المغناطيسي المناسبة من تحديد حالة الشحنة الذرية من خلال حسابات قطع الصلابة. بالإضافة إلى ذلك، ساعد قطع البروتون مقابل الطاقة أثناء المدار في تحديد شحنة الأنواع الأخرى. وأُجريت معايرات داخلية للمستشعر عن طريق الأوامر مرة واحدة أسبوعيًا تقريبًا. وتم تخزين البيانات في ذاكرة داخلية سعتها 26.5 ميجابايت ، ثم تم إرسالها مرتين يوميًا إلى المحطات الأرضية. [ 10 ]        

تلسكوب مطياف الكتلة (MAST)

كان جهاز MAST عبارة عن مصفوفة من 11 طبقة من الكواشف، مساحة كل منها أكبر من 20 سم² (3.1 بوصة مربعة) ، مكدسة فوق بعضها البعض. كانت الكواشف الأربعة الأولى، M1 وM2 وM3 وM4، كواشف حاجز سطحي أحادية البعد حساسة للموقع، تحتوي كل منها على 92 شريطًا من الأقطاب الكهربائية المتوازية والمتساوية المستوى بمسافة 0.5 مم (0.020 بوصة) بينها . مكّن الجمع بين هذه الطبقات الأربع من تحديد إحداثيات XY في موضعين، وبالتالي تحديد المسارات الدقيقة للنوى المخترقة. تلا ذلك كاشفان آخران من نوع حاجز السطح، D1 وD2. وفي اتجاه المصب، كانت هناك كواشف الحالة الصلبة المنجرفة بالليثيوم، من D3 إلى D7. كانت مساحات وسماكات الكواشف كما يلي: M1-M4: 20 سم² (3.1 بوصة مربعة) ، 115 ميكرومترًا ؛ D1: 20 سم² (3.1 بوصة مربعة ) ، 175 ميكرومترًا. D2: 20 سم² (3.1 بوصة مربعة) ، 500 ميكرومتر؛ أما D3 إلى D7 فكانت مساحتها 30 سم² ( 4.7 بوصة مربعة) ، بسماكات 1.8 مم (0.071 بوصة) ، و 3.0 مم (0.12 بوصة) ، و 6.0 مم (0.24 بوصة) (مجموعة مركبة من كاشفين بسماكة 3.0 مم (0.12 بوصة) )، و 9.0 مم (0.35 بوصة) (مجموعة مركبة من ثلاثة كواشف بسماكة 3.0 مم (0.12 بوصة) )، و 3.0 مم (0.12 بوصة) . وقد قاس الإشارة من الكاشف الأخير المخترق الطاقة المتبقية E'، بينما وفرت الكواشف السابقة معدل تغير الطاقة (dE/dx) مع وفرة في البيانات. أتاح نظام تحديد المسار، بالإضافة إلى معايرات ما قبل الإطلاق في مسرع الجسيمات بيفالاك ، دقةً أكبر بكثير في تحديد الكتلة النظائرية، أي 0.2 وحدة كتل ذرية، مقارنةً بما كان ممكنًا لولا ذلك لنطاق الطاقة من 10 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون إلى عدة مئات من ميغا إلكترون فولت/نيوكليون، ونطاقات الشحنة من 3 ≤ Z ≤ 28. وقد مكّنت وحدة معالجة البيانات الموجودة على متن المركبة من إرسال البيانات من أحداث Z > 3 على أساس الأولوية. [ 11 ]                               

تلسكوب البروتون-الإلكترون (PET)

يتكون جهاز PET من مصفوفة من ثمانية كواشف صلبة تعمل بتقنية انجراف الليثيوم، تغطي مجتمعةً نطاق طاقة يتراوح بين 1 و30 ميغا إلكترون فولت للإلكترونات، وبين 18 و85 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون للهيدروجين والهيليوم، وبين 54 و195 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون للعناصر الأثقل. تبلغ العوامل الهندسية حوالي 1.0 سم²-ستراديان. ويمكن تتبع الهيدروجين والهيليوم حتى نطاق طاقة يصل إلى عدة مئات من ميغا إلكترون فولت/نيوكليون، ولكن بعامل هندسي منخفض يبلغ 0.3. يبلغ سمك الكاشفين العلويين، P1 (محدب) وP2 (مقعر)، 2 مم (0.079 بوصة) ، وتبلغ مساحتهما 8.1 سم² (1.26 بوصة مربعة ) . أما الكواشف المسطحة المتبقية، من P3 إلى P8، فتقع في اتجاه التدفق، ولها الأبعاد التالية. P3: 9.2 سم² (1.43 بوصة مربعة) ، 15 مم (0.59 بوصة) (مجموعة مركبة من 5 كواشف، كل منها 3.0 مم (0.12 بوصة))؛ وP4-P8: 4.5 سم² ( 0.70 بوصة مربعة ) ، 3.0 مم ( 0.12 بوصة ) . يمكن تشغيل الجهاز في وضع الكسب المنخفض (العدد الذري العالي) أو، في الوضع العادي، في وضع العدد الذري المنخفض لرصد البروتونات والإلكترونات والهيليوم. مكّن ارتفاع النبضة من الكاشف الأخير المخترق من تحديد الطاقة الكلية E، ووفرت الكواشف السابقة معدل تغير الطاقة dE/dx مع قدر كافٍ من التكرار لتمكين تحديد نوع الجسيم بدقة. تم تسجيل معدل عد P1 بدقة 0.1 ثانية، مما مكّن من رصد التغيرات الزمنية السريعة في تدفق الإلكترونات المتساقطة فوق طاقات 0.4 ميغا إلكترون فولت. [ 12 ]                 

المتعاونون

وشمل المتعاونون في مشروع SAMPEX ما يلي: [ 13 ]

نتائج

يدرس مرصد سامبكس التركيب الطاقي وحالات الشحنة للجسيمات المنبعثة من انفجارات المستعرات العظمى في أطراف المجرة البعيدة ، ومن قلب التوهجات الشمسية ، ومن الفضاء بين النجوم القريب . كما يرصد عن كثب تجمعات الجسيمات المغناطيسية التي تغوص أحيانًا في الغلاف الجوي الأوسط للأرض ، مما يؤدي إلى تأيين الغازات المتعادلة وتغيير التركيب الكيميائي للغلاف الجوي. ويعتمد سامبكس بشكل أساسي على استخدام المجال المغناطيسي للأرض كمكون جوهري في استراتيجية القياس. يُستخدم مجال الأرض كمطياف مغناطيسي عملاق لفصل الطاقات المختلفة وحالات الشحنة للجسيمات أثناء دوران سامبكس في مداره شبه القطبي . [ 4 ] [ 5 ]

أبرز الإنجازات العلمية

تصف ملخصات المهمة السابقة مهمة SAMPEX بأنها مهمة صغيرة "رائدة" حققت نتائج علمية كبيرة على مدى دورتين شمسيتين تقريبًا. [ 5 ] [ 6 ] ومن أبرز النتائج المختارة: [ 14 ] [ 5 ]

  • تحديد أن النيتروجين والأكسجين والنيون الشاذة في الأشعة الكونية تكون أحادية الشحنة عند الطاقات المنخفضة، مما يدعم أصلها المحايد بين النجوم، والذي يتبعه تأين وتسارع في الغلاف الشمسي. [ 14 ] [ 5 ]
  • تتيح الملاحظات طويلة الأمد للأشعة الكونية الشاذة المحتجزة في الغلاف المغناطيسي الداخلي للأرض دراسة آليات المصدر والفقدان على مدار الدورة الشمسية. [ 5 ]
  • قياسات عالية الدقة الزمنية لترسيب الإلكترونات النسبية (بما في ذلك "الانفجارات الدقيقة") ودليل على وجود اقتران بين ترسيب الجسيمات المغناطيسية والتغيرات في كيمياء الغلاف الجوي الأوسط. [ 5 ]

دخول الغلاف الجوي

صُممت المركبة الفضائية SAMPEX لمهمة أساسية مدتها ثلاث سنوات، وقد أعادت بيانات علمية موثقة حتى 30 يونيو 2004. [ 1 ] [ 3 ] استمرت المركبة الفضائية في العمل في مرحلة ما بعد العلوم ودخلت الغلاف الجوي للأرض مرة أخرى في 13 نوفمبر 2012. [ 3 ] [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 "SAMPEX" . علوم ناسا . ناسا . تم الاسترجاع في 4 يناير 2026 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  2. 1 2 3 "SAMPEX" . مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء، جامعة كولورادو بولدر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2026 .
  3. 1 2 3 4 5 6 "مركز بيانات SAMPEX" . معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2026 .
  4. 1 2 3 4 5 "مركبة فضائية" . مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء، جامعة كولورادو بولدر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2026 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 بيكر، دانيال ن.؛ ماسون، غلين م.؛ مازور، جوزيف إي. (21 أغسطس 2012). "مهمة مركبة فضائية صغيرة ذات إنجازات كبيرة" . مجلة إيوس، معاملات الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي . 93 (34): 325-326 . doi : 10.1029/2012EO340001 .
  6. 1 2 3 بيكر، دانيال ن.؛ ماسون، جلين م. (8 أبريل 2025). "مركبة فضائية صغيرة رائدة: عمالقة أبحاث الفضاء (برنارد بليك، وديتر هوفستادت، وإدوارد ستون)" . وجهات نظر علماء الأرض والفضاء . doi : 10.1029/2024CN000270 .
  7. 1 2 3 "العرض: SAMPEX (Explorer 68) 1992-038A" . ناسا. 28 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 نوفمبر 2021 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  8. ↑ "مهمة سامبكس التابعة لناسا: محارب الطقس الفضائي" . ناسا. 1 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 4 سبتمبر 2015 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  9. ↑ "تجربة: تلسكوب الأيونات الثقيلة الكبير (HILT)" . ناسا. 28 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 نوفمبر 2021 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  10. ↑ "تجربة: محلل تركيب الأيونات منخفضة الطاقة (LICA)" . ناسا. 28 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 نوفمبر 2021 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  11. ↑ "تجربة: تلسكوب مطياف الكتلة (MAST)" . ناسا. 28 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 نوفمبر 2021 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  12. ↑ "تجربة: تلسكوب البروتون-الإلكترون (PET)" . ناسا. 28 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 نوفمبر 2021 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  13. ↑ تقرير عمليات المهمة (MOR) لمستكشف الجسيمات الشمسية والشاذة والمغناطيسية (SAMPEX) (PDF) (تقرير). ناسا. 1992. تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2026 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  14. 1 2 "الاكتشافات" . مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء، جامعة كولورادو بولدر . تم الاطلاع عليه في 4 يناير 2026 .

للمزيد من القراءة