Subsistema de rayos cósmicos

El Subsistema de Rayos Cósmicos ( CRS , o Sistema de Rayos Cósmicos ) ^{[ 1 ]} es un instrumento a bordo de las naves espaciales Voyager 1 y Voyager 2 del programa Voyager de la NASA , y es un experimento para detectar rayos cósmicos . ^{[ 2 ] [ 3 ]} El CRS incluye un Sistema de Telescopio de Alta Energía (HETS), un Sistema de Telescopio de Baja Energía (LETS) y el Telescopio de Electrones (TET). ^{[ 4 ]} Está diseñado para detectar partículas energéticas y algunos de los requisitos eran que el instrumento fuera fiable y tuviera suficiente resolución de carga. ^{[ 5 ]} También puede detectar partículas energéticas como protones de la Galaxia o del Sol de la Tierra . ^{[ 1 ]}

A partir de 2019, CRS es uno de los instrumentos activos restantes en ambas naves espaciales Voyager. Se describe como capaz de detectar electrones de 3 a 110 MeV y núcleos de rayos cósmicos de 1 a 500 MeV/n. ^{[ 6 ]} Los tres sistemas utilizaron detectores de estado sólido . ^{[ 7 ]} CRS es uno de los cinco campos y experimentos de partículas en cada nave espacial. Uno de los objetivos es obtener una comprensión más profunda del viento solar . ^{[ 8 ]} Otros objetos de estudio incluyen electrones y núcleos de magnetosferas planetarias y de fuera del Sistema Solar . ^{[ 9 ]}

En el verano de 2019, el calentador del CRS de la Voyager 2 se apagó para ahorrar energía; sin embargo, aunque se enfrió, seguía enviando datos a una nueva temperatura más baja, fuera de su rango operativo original. ^{[ 10 ]} La cantidad de energía en la nave espacial Voyager ha ido disminuyendo lentamente, por lo que se apagan varios equipos para ahorrar energía. ^{[ 10 ]}

Áreas de estudio originales para esta investigación: ^{[ 11 ]}

• Origen y proceso de aceleración, ciclo de vida y contribución dinámica de los rayos cósmicos interestelares
• nucleosíntesis de elementos en fuentes de rayos cósmicos
• comportamiento de los rayos cósmicos en el medio interplanetario
• entorno de partículas energéticas planetarias atrapadas.

Sistema de telescopio de alta energía: ^{[ 4 ]}

• 6 y 500 MeV/nucleón para números atómicos del 1 al 30
• electrones de 3 y 100 MeV.

Sistema de telescopio de baja energía: ^{[ 4 ]}

• 0,15 y 30 MeV/nucleón para números atómicos del 1 al 30
• Mide las anisotropías de electrones y núcleos.

Telescopio electrónico (TET):

• El TET mide el espectro de energía de los electrones de 3 a 110 MeV. ^{[ 4 ]}

El TET consta de ocho detectores de estado sólido con diferentes espesores de tungsteno entre cada detector. ^{[ 7 ]} Los detectores y las capas de tungsteno están apilados uno encima del otro. ^{[ 12 ]} Las capas de tungsteno varían de 0,56  mm a 2,34  mm de espesor y funcionan como absorbentes. Cada detector de estado sólido del TET tiene un área de 4,5 ^cm²  y un espesor de 3 mm. ^{[ 12 ]} 

Investigadores principales: Rochus Eugen Vogt , Edward C. Stone , Alan C. Cummings ^{[ 13 ]}

El CRS fue probado para funcionar a una temperatura de hasta -49 grados F (-59 grados C) durante su desarrollo en la década de 1970. ^{[ 10 ]}

Durante su desarrollo, el CRS fue diseñado para operar hasta una temperatura de -49 grados Fahrenheit (-45 grados Celsius). ^{[ 10 ]} Hasta 2019, el instrumento estuvo operando tanto en Voyager 1 como en Voyager 2 ; sin embargo, en el verano de 2019 fue necesario ahorrar energía en Voyager 2. ^{[ 10 ]} El calentador del CRS se apagó en ese momento, lo que provocó que la temperatura del CRS descendiera por debajo de su temperatura operativa mínima. ^{[ 10 ]} El dispositivo se enfrió hasta -74 grados Fahrenheit (-59 grados Celsius), pero continuó operando a esta temperatura. ^{[ 10 ]}

En 1977, se midieron los espectros de helio, carbono, nitrógeno, oxígeno y neón durante el mínimo solar utilizando el instrumento CRS a bordo de las sondas Voyager. ^{[ 15 ]} El mínimo solar de 1977 ocurrió hacia finales de año. Fue posible observar espectros de energía interplanetarios, galácticos y anómalos. ^{[ 15 ]}

A principios de la década de 1980, el CRS detectó partículas cargadas alrededor de Saturno . ^{[ 16 ]} Detectó un flujo de protones de 0,43 millones de voltios mientras viajaba a través de la magnetosfera de Saturno . ^{[ 16 ]} En la década de 1980, los datos del CRS de ambas Voyager se utilizaron para determinar las abundancias de partículas energéticas del Sol y obtener información adicional. ^{[ 17 ]} Otra área estudiada en la década de 1980 utilizando datos del CRS fue la variación de los rayos cósmicos galácticos en la heliosfera exterior . ^{[ 18 ]}

El CRS ayudó a predecir que las Voyager 1 y 2 cruzarían el choque de terminación del Sistema Solar en 2003. ^{[ 19 ]} Esto ayudó a respaldar la conclusión posterior de que la Voyager 1 cruzó el choque de terminación en diciembre de 2004 y que la Voyager 2 lo cruzó en agosto de 2007. ^{[ 20 ]}

En 2011, los datos del CRS junto con el magnetómetro de la Voyager descubrieron un área donde el viento solar no se movía en ninguna dirección. ^{[ 21 ]} El área se identificó como una especie de zona de estancamiento de partículas cargadas, donde las partículas del Sistema Solar son repelidas por fuerzas cósmicas. ^{[ 21 ]} A una distancia de 17 horas luz, se le ordenó a la Voyager 1 que girara varias veces (en la dirección opuesta a su rotación) para realizar detecciones en diferentes direcciones. ^{[ 20 ]}

Se determinó que en 2012 la Voyager 1 entró en el espacio interestelar, es decir, entró en el medio interestelar entre las estrellas. ^{[ 22 ]} Una de las razones por las que se reconoció esto fue un aumento significativo de los rayos cósmicos galácticos. ^{[ 23 ]}

En 2013, los datos del CRS llevaron a algunos a proponer que la Voyager 1 había entrado en una "zona de transición" al abandonar la heliosfera . ^{[ 24 ]} Hubo algunos cambios en la cantidad y el tipo de detecciones que impulsaron un análisis más profundo. ^{[ 25 ]} Los resultados del magnetómetro complicaron la interpretación. ^{[ 26 ]}

En primer lugar, no creo que ninguno de nosotros en el equipo del CRS [Subsistema de Rayos Cósmicos, un instrumento en Voyager] olvide jamás haber visto en los monitores de la computadora, incluso cada hora, en un caso, cómo las intensidades de algunas partículas cayeron precipitadamente y otras aumentaron simultáneamente en varias ocasiones en julio y agosto de 2012. ^{[ 27 ]}

Otros científicos propusieron que esto indicaba una salida del Sistema Solar en el sentido de que había abandonado la heliosfera del Sol. ^{[ 25 ]} El problema radicaba en la interpretación de la disminución de los rayos cósmicos, que ocurrió a 123 UA del Sol para la Voyager 2 ese año. ^{[ 25 ]} Las numerosas revelaciones y la reestructuración de la comprensión a medida que las Voyager se alejaban, influenciadas por los datos del CRS y otros instrumentos activos, fueron denominadas por la publicación Nature como la "larga despedida". ^{[ 20 ]}

El CRS de la Voyager 2 ayudó a identificar la salida de esa nave espacial de la heliosfera del Sol en 2018. ^{[ 10 ]}

• Observatorio de rayos cósmicos
• New Horizons (véase el conjunto de espectrómetros de plasma y partículas de alta energía)
• Nube interestelar local

• Investigación de rayos cósmicos para las misiones Voyager: Estudios de partículas energéticas en la heliosfera exterior y más allá, Stone et al.
• NASA – Rayos Cósmicos (descripción general de los rayos cósmicos)
• Objetivo del CRS
• Artículos por década del CRS
• CRS
• Instrumentos Voyager – Subsistema de rayos cósmicos
• CRS – Gráficos
• Información sobre el TET
• Un nuevo plan para mantener en funcionamiento a los exploradores más antiguos de la NASA (julio de 2019)