스페이스 클럽 우주선의 이야기에서 새로운 장을 여는 역 도구

[발사지휘센터]

This mosaic image of Crab Nebula, a six-light-year-wide expanding remnant of a star's supernova explosion, was taken by the Hubble Space Telescope. 별의 초신성 폭발의 남은 6 광년 인 크랩 성운의이 모자이크 이미지는 허블 우주 망원경에 의해 촬영되었습니다. Recent research shows that galactic cosmic rays flowing into our solar system originate in clusters like these. 최근의 연구에 따르면 우리 태양계로 흘러 들어가는 은하의 우주선은 이들과 같은 군집에서 유래했다. Credit: NASA/ESA/Arizona State University 크레디트 : NASA / ESA / 아리조나 주립 대학

Physicists are gearing up to send a re-engineered science instrument originally designed for lofty balloon flights high in Earth's atmosphere to the International Space Station next week to broaden their knowledge of cosmic rays, subatomic particles traveling on intergalactic routes that could hold the key to unlocking mysteries about supernovas, black holes, pulsars and dark matter. 물리학 자들은 우주의 광선에 대한 지식을 넓히기 위해 지구 대기권의 높은 풍선 비행을 위해 다음 주에 국제 우주 정거장으로 재 설계된 과학 장비를 보내기 위해 준비하고있다. 우주의 광선에 대한 지식을 넓히고, 초신성, 블랙홀, 펄 사 및 암흑 물질에 관한 신비.

Fastened in the cargo bay of a SpaceX Dragon capsule, the cosmic ray observatory will be robotically connected to a port outside the space station's Japanese Kibo laboratory for a three-year science campaign sampling cosmic rays, particles accelerated to nearly the speed of light by violent and mysterious forces in the distant universe. SpaceX Dragon 캡슐의 화물칸에 고정되어있는 우주선 관측소는 우주 정거장의 일본 기보 (Kibo) 실험실 외부의 항구에 로봇 식으로 연결되어 3 년간의 과학 캠페인 샘플링 우주선, 폭력에 의해 거의 빛의 속도까지 가속되는 입자 먼 우주에있는 신비한 힘.

First discovered more than a century ago, most cosmic rays are blocked by the atmosphere from reaching Earth's surface, requiring scientists to send up detectors on high-altitude balloon flights or space missions. 우주 탐사선은 한 세기 전에 처음 발견되었지만 지구 표면에 도달하는 대기에 의해 대부분의 우주선이 차단되어 과학자들이 고공 비행 풍선이나 우주 탐사선에서 탐지기를 보내야했습니다.

Their name is a misnomer. 그들의 이름은 잘못된 것입니다. Cosmic rays are not a form of light like gamma-rays or X-rays, but bits of matter sent careening through space by powerful forces elsewhere in our galaxy and beyond. 우주선은 감마선이나 엑스레이와 같은 빛의 형태는 아니지만, 은하계 나 그 밖의 다른 곳의 강력한 힘에 의해 공간을 통해 물질을 운반하는 물질이 조금 있습니다.

“Cosmic rays are direct samples of matter from outside our solar system, possibly from the most distant reaches of the universe,” said Eun-Suk Seo, lead scientist on the Cosmic Ray Energetics and Mass, or CREAM, instrument and a professor of physics at the University of Maryland. "우주선은 우주의 가장 먼 곳에있는 우리 태양계 외부의 물질을 직접 샘플링 한 것"이라고 Cosmic Ray Energy and Mass의 수석 과학자 인 서은석 (Eun-Suk Seo) 또는 물리학 교수이자 CREAM이 말했다. 메릴랜드 대학.

Scientists have flown variants of the CREAM instrument seven times on balloon research missions, logging more than six months of flight time. 과학자들은 6 개월 이상의 비행 시간을 기록하면서 풍선 연구 임무에서 CREAM 계측기를 7 번 변형 시켰습니다. Engineers modified the existing science payload for the rigors of spaceflight, finishing the instrument for as little as $10 million to $20 million, Seo said, a fraction of the cost of a standalone space mission or an instrument developed from scratch. 우주 비행사가 우주 비행의 엄격함에 대해 기존의 과학 탑재물을 수정하여, 1,000 만 ~ 2 천만 달러의 비용으로 장비를 완성했다고 독립 단원이나 우주 개발사가 처음부터 개발 한 비용의 일부분이라고 Seo는 말했다.

Changes to the balloon-borne instrument, managed at NASA's Wallops Flight Facility in Virginia, included making the on-board electronics more robust against radiation, and ensuring the package could survive the shaking of a rocket launch. 버지니아의 NASA Wallops Flight Facility에서 관리되는 풍선 식 장비의 변경 사항에는 온보드 전자 장치가 방사선에 대해 더 강력 해지고 패키지가 로켓 발사의 흔들림에서 살아남을 수 있음을 보장하는 내용이 포함되었습니다.

Eun-Suk Seo, University of Maryland professor of physics, stands in an on-campus control room. 메릴랜드 대학교의 물리학과 교수 인 은은 (Eun-Suk Seo)은 캠퍼스 내 제어실에 있습니다. Credit: Faye Levine/University of Maryland 크레디트 : Faye Levine / University of Maryland

Dozens of stacked layers of silicon pixels, carbon targets, tungsten planes and scintillating fibers will detect particles, ranging from subatomic units of relatively light hydrogen to heavy iron, coming from deep space and determine their mass, charge and trajectory. 수십 개의 실리콘 픽셀, 탄소 타겟, 텅스텐 평면 및 섬광 섬유로 이루어진 수십 개의 층은 비교적 가벼운 수소의 아 원자 단위에서 중금속까지의 입자를 탐지하여 심 우주에서 유입되어 질량, 전하 및 탄도를 결정합니다.

Each cosmic ray comes with its own backstory, and the particles will reveal clues about their origins as they collide with the matter inside CREAM's detector. 각각의 우주선은 자체 스토리를 가지고 있으며 입자는 CREAM의 탐지기 내부의 물질과 충돌 할 때 그 기원에 대한 단서를 보여줍니다. Scientists will trace the shower of secondary particles generated by each cosmic ray's crash into the instrument's cross section of pixels and targets. 과학자들은 각 우주선의 충돌로 생성 된 2 차 입자의 샤워를 추적하여 장비의 픽셀과 표적 단면을 추적합니다.

The most energetic cosmic rays can penetrate all the way to Earth's surface, but detectors on the ground only pick up the leftovers generated from collisions with oxygen and nitrogen atoms in the atmosphere, producing “air showers” of secondary particles the rain down on the planet. 가장 활기찬 우주선은 지구 표면까지 침투 할 수 있지만, 지상의 탐지기는 대기의 산소와 질소 원자와의 충돌로 생성 된 남은 물질을 픽업하여 지구의 비가 오는 2 차 입자의 "공기 소나기"를 생성합니다 .

“The original cosmic rays, for you to detect them, you have to fly an instrument in space,” Seo said. "원래의 우주선은 우주선을 탐지 할 수 있기 때문에 우주에서 악기를 비행해야합니다."라고 Seo는 말했습니다. “That's what we are doing. "그것이 우리가하는 일입니다. We identify (cosmic rays) particle-by-particle, tell what they are, how much energy they have, and characterize them. 우리는 (우주선) 입자를 확인하고, 그들이 무엇인지, 얼마나 많은 에너지를 가지고 있는지, 그리고 그것들을 특성화합니다. We (sample) them directly before they are broken up in the atmosphere.” 우리는 대기에서 부서지기 직전에 샘플을 채취합니다. "

CREAM will be sensitive to cosmic rays with higher energies than previous cosmic ray detectors flown in space, including the $2 billion Alpha Magnetic Spectrometer delivered to the space station on the second-to-last space shuttle flight in 2011. CREAM은 2011 년 두 번째에서 마지막 우주 왕복선에서 우주 정거장에 배달 된 20 억 달러 알파 자기 분광기를 포함하여 이전의 우주선 탐지기가 우주에서 비행 한 것보다 높은 에너지를 가진 우주선에 민감합니다.

“What CREAM is going to do is to extend the direct measurements to the highest energies possible, to energies that are capable of generating these gigantic air showers that can reach all the way to the ground,” Seo said. "CREAM이 할 일은 가능한 한 높은 에너지로 직접 측정을 확장하는 것입니다. 지상 에까지 도달 할 수있는 거대한 공기 샤워를 생성 할 수있는 에너지까지"라고 Seo는 말했습니다.

Huge explosions like stellar supernovas, along with extreme gravitational forces from other cosmic phenomena, send cosmic rays shooting through space at mind-boggling velocities approaching the speed of light. 별의 초신성과 같은 거대한 폭발은 다른 우주 현상으로부터의 극심한 중력과 함께 우주의 광선을 공간을 통해 보내며, 빛의 속도에 접근하는 마음이 울리는 속도를냅니다. One of the CREAM instrument's chief objectives is to study where the particles come from. CREAM 도구의 주요 목표 중 하나는 입자가 어디서 왔는지 연구하는 것입니다.

NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope proved some cosmic rays come from the expanding debris remnants of supernovas, but the case is still open for other types of cosmic rays. NASA의 페르미 감마선 망원경 (Fermi Gamma-ray Space Telescope)은 초신성의 파편 잔재에서 오는 일부 우주선이 있음을 입증했지만 다른 종류의 우주선에 대해서는 여전히 열려있다.

“It's generally believed that cosmic rays originate in supernovas,” Seo said. "우주 광선은 초신성에서 비롯된 것이라고 일반적으로 믿어지고있다. “There are other possible contributions or accelerators, pulsars, colliding galaxies, black holes, AGNs (active galactic nuclei).” "가능한 다른 기여 또는 가속기, 펄서, 충돌하는 은하, 블랙홀, AGN (활성 은하 핵)이 있습니다."

But some cosmic rays are believed to be too energetic to be accelerated by supernovas. 그러나 일부 우주선은 초신성에 의해 가속 되기에는 너무 정력적이라고 ​​여겨집니다.

“A supernova is very powerful, but still it's a finite engine,” Seo said. "초신성은 매우 강력하지만 여전히 유한 엔진입니다."라고 Seo는 말했습니다.

A cutaway diagram of the CREAM instrument. CREAM 도구의 단면도. Credit: University of Maryland 학점 : 메릴랜드 대학교

Subatomic particles like protons are the most common type of cosmic ray at lower energies, and cosmic rays become rarer as scientists look at higher energies. 양성자와 같은 원자 입자는 저에너지에서 우주선의 가장 일반적인 유형이며 과학자들이 고 에너지를 볼 때 우주선은 더 희귀 해집니다. But balloon science campaigns found the drop-off in particle detections at higher energies is not as steep as predicted, a result known as spectral hardening. 그러나 풍선 과학 캠페인은 고 에너지에서의 입자 검출에서의 감소가 예측만큼 가파하지 않다는 것을 발견했으며, 결과는 스펙트럼 경화로 알려져 있습니다.

“At high energies that are in our energy range … there are more cosmic rays than were expected from the simple supernova acceleration scenario,” Seo said. "우리의 에너지 범위에있는 고 에너지에서 ... 간단한 초신성 가속 시나리오에서 기대했던 것보다 더 많은 우주선이 있습니다."라고 Seo는 말했습니다.

Comparisons of two types of particles — protons and helium — suggest low-energy and high-energy cosmic rays could come from different sources. 양성자와 헬륨이라는 두 종류의 입자를 비교하면 저에너지와 고 에너지 우주선이 다른 출처에서 나올 수 있다는 것을 알 수 있습니다.

“At lower energies, we already know protons are the most dominant component, but as you approach this acceleration limit you expect to see this composition change,” Seo said. "낮은 에너지에서 우리는 양성자가 가장 지배적 인 성분이라는 것을 이미 알고 있지만이 가속 한계에 도달하면이 성분의 변화를 볼 것으로 기대한다"고 Seo는 말했다. “But this hasn't been observed yet because we are not able to do the direct measurements at that higher energy. "그러나 우리는 더 높은 에너지에서 직접 측정을 할 수 없기 때문에 아직 관찰되지 않았습니다. With CREAM, we are to explore these higher energies to actually observe such composition changes to confirm‎ such a supernova acceleration scenario.” CREAM을 통해 이러한 초신성 가속 시나리오를 확인하기 위해 이러한 고조파를 탐구하여 그러한 조성 변화를 실제로 관찰해야합니다. "

Seo said CREAM will build up statistics on the flux, or variability, of high-energy cosmic rays with continuous observations not possible on a short-duration balloon flight. Seo는 CREAM이 단시간 풍선 비행에서는 불가능한 지속적인 관측으로 고 에너지 우주선의 플럭스 또는 변동성에 대한 통계를 작성할 것이라고 말했다.

“By utilizing the space station, we can increase our exposure by an order of magnitude,” Seo said. "우주 정거장을 이용함으로써, 우리는 우리의 노출을 엄청나게 증가시킬 수있다"고 Seo는 말했다. “In order words, every day on the station, we will increase the statistics, and as the statistical uncertainties get reduced, and we can detect higher energies than before.” "역설적으로 말하면, 우리는 매일 통계를 늘릴 것이고, 통계적 불확실성이 줄어들고 이전보다 더 높은 에너지를 탐지 할 수 있기 때문입니다."

One way physicists say cosmic rays could be born is during collisions between particles of dark matter, a mysterious substance that makes up about 27 percent of all the mass and energy in the universe. 물리학 자들은 우주선이 태어날 수 있다고 말하는 한 가지 방법은 우주의 모든 질량과 에너지의 약 27 %를 차지하는 신비한 물질 인 암흑 물질 입자 사이의 충돌 동안이다. Only 5 percent of the universe is regular matter — stuff we can see and touch — while the rest is dark energy, an enigmatic force that helps drive the expansion of the universe. 우주의 단지 5 %만이 규칙적인 물질입니다 - 우리가 볼 수 있고 만질 수있는 물질 - 나머지는 암흑 에너지, 우주의 팽창을 도와주는 수수께끼의 힘입니다.

“The question of whether these are from an exotic source like dark matter has generated lots of excitement, but for us to actually know whether there is some exotic source like dark matter, or an astrophysical source like a pulsar … we will need a lot more understanding of cosmic rays,” Seo said. "이 물질들이 암흑 물질과 같은 이국적인 물질에서 나온 것인지에 대한 질문은 많은 흥분을 불러 일으켰지 만, 암흑 물질과 같은 이국적인 물질이 있는지 또는 펄서와 같은 천체 물리학적인 물질이 있는지를 실제로 알기 위해 우리는 훨씬 더 많은 것을 필요로 할 것입니다 우주선에 대한 이해 "라고 말했다.

Scientists from the United States, South Korea, France and Mexico are part of the CREAM project. 미국, 한국, 프랑스, ​​멕시코의 과학자들이 CREAM 프로젝트의 일부입니다. The instrument weighs about 2,773 pounds (1,258 kilograms) inside the Dragon spacecraft's payload trunk. 이 계기의 무게는 드래곤 우주선의 탑재물 트렁크에 약 2,773 파운드 (1,258 킬로그램)입니다.

Liftoff from NASA's Kennedy Space Center in Florida is scheduled for Aug. 14. 플로리다에있는 NASA의 케네디 우주 센터 (Kennedy Space Center)에서 발사 된 이륙은 8 월 14 일로 예정되어있다.

“It's a very exciting time for us in high-energy particle astrophysics, and the long development road of CREAM culminating in this space station mission has been a world-class success story,” Seo said. "고 에너지 입자 천체 물리학 분야에서 우리에게는 매우 흥미로운 시간이었습니다.이 우주 정거장에서 절정에 달하는 CREAM의 개발 도로는 세계적 수준의 성공 사례였습니다."라고 Seo는 말했습니다.

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