宇宙線サブシステム
ボイジャー1号とボイジャー2号宇宙船に搭載された機器
宇宙線サブシステム（CRS）
CRS は赤で強調表示されています (スケッチの上部付近)

宇宙線サブシステム（CRS、または宇宙線システム）[1]は、NASAボイジャープログラムのボイジャー1号とボイジャー2号宇宙船 に搭載された機器であり、宇宙線を検出する実験です。[2] [3] CRSには、高エネルギー望遠鏡システム（HETS）、低エネルギー望遠鏡システム（LETS）、および電子望遠鏡（TET）が含まれます。[4] CRSは、高エネルギー粒子を検出するように設計されており、機器に対する要件の一部は、信頼性が高く、十分な電荷分解能を持っていることでした。[5]また、銀河系や地球の太陽からの陽子などの高エネルギー粒子を検出することもできます。[1]

2019年現在、CRSはボイジャー宇宙船2機に搭載されている稼働中の観測機器の一つです。3～110MeVの電子と1～500MeV/nの宇宙線核を検出できるとされています。[6] 3つのシステムはすべて固体検出器を使用しています。[7] CRSは、各宇宙船に搭載されている5つのフィールドおよび粒子実験の一つです。その目標の一つは、太陽風への理解を深めることです。[8]その他の研究対象には、惑星磁気圏や太陽系外からの電子や核が含まれます。[9]

2019年の夏、ボイジャー2号のCRSのヒーターは電力節約のために停止されましたが、冷却されたにもかかわらず、元の動作範囲外の低い温度でデータを返していました。[10]ボイジャー宇宙船の電力量は徐々に減少しているため、さまざまな機器が電力節約のために停止されています。[10]

概要

CRS は、泡箱や霧箱で検出されるような極めて小さな粒子を検出します。泡箱や霧箱では、原子サイズであるにもかかわらず小さな泡を発生させるため、特定の粒子が移動する際の軌跡を表示できます。

この調査の本来の研究分野：[11]

  • 星間宇宙線の起源と加速過程、生命史、そして動的寄与
  • 宇宙線源における元素の元素合成
  • 惑星間媒体における宇宙線の挙動
  • 閉じ込められた惑星の高エネルギー粒子環境。

高エネルギー望遠鏡システム: [4]

  • 原子番号1から30までの場合、核子あたり6および500 MeV
  • 3 MeV から 100 MeV の電子。

低エネルギー望遠鏡システム: [4]

  • 原子番号1から30までの場合、0.15 MeV/核子と30 MeV/核子
  • 電子と原子核の異方性を測定します。

電子望遠鏡（TET）：

  • TETは3～110MeVの電子のエネルギースペクトルを測定します。[4]

TETは、各検出器間のタングステン層の厚さが異なる8つの固体検出器で構成されています。 [7]検出器とタングステン層は互いに積み重ねられています。[12]タングステン層の厚さは0.56 mmから2.34 mmの範囲で、吸収体として機能します。各TET固体検出器の面積は4.5 cm 2で、厚さは3 mmです。[12]

主任研究者：ロクス・オイゲン・フォークト、エドワード・C・ストーン、アラン・C・カミングス[13]

CRSは1970年代の開発中にマイナス49度（マイナス59度）の温度まで動作するようにテストされました。[10]

動作温度

開発中、CRSはマイナス49度（マイナス45度）まで動作するように定格されていました。[10] 2019年まで、この機器はボイジャー1号とボイジャー2号の両方で動作していましたが、2019年の夏にボイジャー2号で電力を節約する必要がありました。[10]このときCRSのヒーターがオフになったため、CRSの温度が最低定格動作温度を下回りました。[10]装置はマイナス74度（マイナス59度）まで冷却されましたが、この温度で動作し続けました。[10]

結果

これは、ボイジャー1号が2011年から2012年にかけて記録した宇宙線の衝突を示している。この時期はボイジャー1号が最終的に太陽圏を脱出した時期と考えられる。
2013年6月時点でボイジャーが発見した太陽系外縁部[10]の図
ボイジャー2号は2018年11月5日に太陽圏を離脱すると報告されている。[14]

1977年、太陽活動極小期におけるヘリウム、炭素、窒素、酸素、ネオンのスペクトルが、同年ボイジャー探査機に搭載されたCRS観測装置を用いて測定された。[15] 1977年の太陽活動極小期は年末に発生した。惑星間エネルギースペクトル、銀河エネルギースペクトル、そして異常エネルギースペクトルの観測が可能であった。[15]

1980年代初頭、CRSは土星の周囲で荷電粒子を検出しました。[16]土星の磁気圏を通過する際に、43万ボルトの陽子束が検出されました。[16] 1980年代には、両方のボイジャーからのCRSデータを使用して、太陽からの高エネルギー粒子の存在量と追加情報を決定するために使用されました。[17] 1980年代にCRSデータを使用して研究されたもう1つの分野は、外太陽圏における銀河宇宙線の変動でした。 [18]

CRSは、ボイジャー1号と2号が2003年に太陽系の終端衝撃波を通過することを予測するのに役立ちました。[19]これは、ボイジャー1号が2004年12月に終端衝撃波を通過し、ボイジャー2号が2007年8月に終端衝撃波を通過したという後の結論を裏付けるのに役立ちました。[20]

2011年、CRSデータとボイジャー磁力計の観測により、太陽風がどちらの方向にも吹いていない領域が発見されました。[21]この領域は、太陽系からの粒子が宇宙の力によって押し戻される、一種の荷電粒子低気圧と特定されました。[21] 17光時間の距離で、ボイジャー1号は（自転方向とは反対方向に）数回回転するように指示され、異なる方向からの検出を行いました。[20]

2012年にボイジャー1号が星間空間、つまり星と星の間の星間物質に入ったことが判明しました。 [22]これが認識された理由の一つは、銀河宇宙線の大幅な増加でした。[23]

2013年、CRSデータにより、ボイジャー1号が太陽圏を離れる際に「遷移帯」に入ったという説が浮上した。[24]検出される物質の量と種類に変化が見られ、より詳細な分析が行われた。[25]磁力計の結果は解釈を混乱させた。[26]

まず、CRS（ボイジャー搭載の観測装置である宇宙線サブシステム）チームの誰もが、2012年7月と8月に、ある場合には粒子の強度が急激に低下し、他の場合には同時に増加するという状況をコンピューターモニターで1時間ごとに観察したことを決して忘れないだろう。[27]

他の科学者たちは、これは太陽圏を離れたという意味で太陽系からの離脱を意味すると提唱した。[25]問題は、その年にボイジャー2号が太陽から123天文単位（AU）で経験した宇宙線の減少の解釈であった。 [25]ボイジャーが太陽圏外へ向かうにつれて、CRSやその他の活動観測機器からのデータに影響を受けた多くの発見と再構築された理解は、ネイチャー誌で「長い別れ」と称された。[20]

ボイジャー2号のCRSは、2018年に同探査機が太陽圏から離脱したことを特定するのに役立った。[10]

CRSの場所

ラベル付き図。CRSはブーム右側にありますが、カメラの左側にあります。磁力計ブームやプラズマ実験アンテナは表示されていません。

参照

参考文献

  1. ^ ab チーム、ボイジャー宇宙線サブシステム。「目的」。voyager.gsfc.nasa.gov 。 2017年1月13日閲覧。
  2. ^ 「NASA​​ – NSSDCA – 実験 – ボイジャー2号の詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2017年1月13日閲覧。
  3. ^ 「NASA​​ – NSSDCA – 実験 – ボイジャー1号の詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2017年1月13日閲覧。
  4. ^ abcd 「NASA​​ – NSSDCA – 実験 – 詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2017年1月13日閲覧。
  5. ^ Stone, EC; Vogt, RE; McDonald, FB; Teegarden, BJ; Trainor, JH; Jokipii, JR; Webber, WR (1977). "1977SSRv...21..355S Page 355". Space Science Reviews . 21 (3): 355. Bibcode :1977SSRv...21..355S. doi :10.1007/BF00211546. S2CID  121390660.
  6. ^ JPL.NASA.GOV. 「ボイジャー – 星間ミッション」. voyager.jpl.nasa.gov . 2017年1月13日閲覧。
  7. ^ ab チーム、「ボイジャー宇宙線サブシステム」。「CRS機器」。voyager.gsfc.nasa.gov 。 2017年2月2日閲覧。
  8. ^ エヴァンス、ベン、ハーランド、デビッド・M. (2008). NASAのボイジャー・ミッション：太陽系外縁部とその先を探る. シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア. p. 67. ISBN 978-1-85233-745-2。
  9. ^ ドゥーディー、デイブ（2010年）『ディープ・スペース・クラフト：惑星間飛行の概要』シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア、218ページ。ISBN 978-3-540-89510-7。
  10. ^ abcdefghi 「NASA​​最古の探査機の運用を継続するための新たな計画」NASA/JPL . 2019年9月22日閲覧。
  11. ^ 「NASA​​ – NSSDCA – 実験 – 詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2017年1月13日閲覧。
  12. ^ ab チーム、「ボイジャー宇宙線サブシステム」。「ボイジャー宇宙線サブシステム」。voyager.gsfc.nasa.gov。2017年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年2月11日閲覧。
  13. ^ 「NASA​​ – NSSDCA – 実験 – 詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2017年2月2日閲覧。
  14. ^ ブラウン、ドウェイン、フォックス、カレン、コーフィールド、ショーン・ポッター（2018年12月10日）「リリース18-115 – NASAのボイジャー2号探査機が星間空間に突入」NASA . 2018年12月10日閲覧。
  15. ^ ab Cummings, AC; Stone, EC; Webber, WR (1984年12月15日). 「異常宇宙線成分が単一イオン化されている証拠」. Astrophysical Journal Letters . 287 : L99– L103. Bibcode :1984ApJ...287L..99C. doi :10.1086/184407. 2017年2月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年2月11日閲覧。
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  18. ^ マクドナルド, FB; ラル, N. (1987). 「外縁太陽圏における太陽緯度による銀河宇宙線の変動」.国際宇宙線会議. 3 : 393.書誌コード:1987ICRC....3..393M.
  19. ^ “cosmic-ray subsystem”. Oxford Reference . Oxford University Press. 2022年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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  21. ^ ab Diaz, Jesus (2011年12月5日). 「ボイジャーが宇宙の煉獄を発見」
  22. ^ 「ボイジャーが星間空間に到達したかどうかはどうやってわかるのか？」NASA/JPL。
  23. ^ 「ボイジャーが星間空間に到達したことはどうやってわかるのか？」NASA/JPL 。 2017年2月11日閲覧。
  24. ^ Cowen, Ron (2013). 「それで、ボイジャー1号は太陽系を離れたのか？ 科学者たちの対決」 Nature . doi : 10.1038/nature.2013.12662. S2CID  124689125.
  25. ^ abc Cowen, Ron (2013). 「それで、ボイジャー1号は太陽系を離れたのか？ 科学者たちは対決する」 Nature . doi : 10.1038/nature.2013.12662. S2CID  124689125.
  26. ^ オークス、ケリー。「ボイジャーは宇宙の新たな領域に到達し、その場所に名前が付けられた」。サイエンティフィック・アメリカン・ブログ・ネットワーク。 2017年2月11日閲覧。
  27. ^ オークス、ケリー。「ボイジャーは宇宙の新たな領域に到達し、その場所に名前が付けられた」。
  • ボイジャー計画のための宇宙線調査：外太陽圏およびその先における高エネルギー粒子の研究、ストーン他
  • NASA – 宇宙線（CRの概要）
  • CRSの目的
  • CRSの10年ごとの論文
  • CRS
  • ボイジャー観測機器 – 宇宙線サブシステム
  • CRS – グラフ
  • TET情報
  • NASA最古の探査機の探査継続のための新たな計画（2019年7月）
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