Explorador solar de múltiples ranuras

El Explorador Solar Multirrendija ( MUSE ) es una futura misión de la NASA para estudiar el calentamiento de la corona solar y el impacto de las erupciones y llamaradas solares que constituyen la base del clima espacial . MUSE contará con dos instrumentos: un espectrógrafo de ultravioleta extremo (EUV) multirrendija y un generador de imágenes de contexto EUV. El satélite se lanzará no antes de 2027. ^{[ 1 ]}

MUSE es la primera misión de exploración de clase media (MIDEX) de la NASA centrada en la física solar. El 10 de febrero de 2022, la NASA anunció que MUSE y HelioSwarm fueron las candidatas ganadoras para convertirse en las próximas misiones MIDEX de la agencia. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

MUSE superó con éxito su Revisión Preliminar de Diseño (PDR, marzo de 2024), la revisión de confirmación de la NASA (agosto de 2024) y la Revisión Crítica de Diseño (CDR, abril de 2025). La misión está dirigida por el Dr. Bart De Pontieu en el Laboratorio de Astrofísica Solar de Lockheed Martin (LMSAL) en Palo Alto, California . ^{[ 5 ] [ 3 ]}

MUSE está diseñado para proporcionar la alta resolución espacial y la cadencia temporal necesarias para comprender los mecanismos físicos básicos que calientan la atmósfera solar o corona del Sol , que alcanza millones de grados , ^{[ 6 ] [ 7 ]} y que impulsan la actividad solar, como las llamaradas y erupciones que constituyen la base del clima espacial . ^{[ 8 ]} Además, MUSE forma parte de los componentes clave de la Misión de Física Solar de Próxima Generación (NGSPM ^{[ 9 ]} ), que observará toda la atmósfera solar combinando MUSE, EUVST ^{[ 10 ]} y los telescopios DKIST .

MUSE pretende abordar los tres objetivos científicos principales:

• Determinar qué mecanismos calientan la corona y están en las raíces del viento solar ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 11 ]}
• Comprender el origen y la evolución de la atmósfera solar inestable. ^{[ 8 ]}
• Investigar los procesos físicos fundamentales del plasma . ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 12 ]}

MUSE proporcionará espectroscopia e imágenes simultáneas de la corona solar con una resolución espacial muy alta de 0,5 segundos de arco o mejor (resolviendo estructuras tan pequeñas como 350 km en el Sol ), al tiempo que aumenta la cobertura areal y la cadencia en un factor de 30 a 100 en comparación con los espectrógrafos anteriores o planificados. El innovador espectrógrafo de múltiples rendijas permitirá a los científicos aprovechar las propiedades de la luz del Sol para determinar diagnósticos detallados del plasma (o gas ionizado) en la atmósfera solar, incluyendo temperatura, velocidad y movimientos turbulentos, en campos de visión del tamaño de la región activa en un plazo de 8 a 20 segundos. ^{[ 13 ]}

Una parte clave de la investigación científica de MUSE es la comparación entre modelos numéricos avanzados y observaciones de alta resolución. MUSE permitirá estudios detallados del acoplamiento multiescala de procesos físicos en la atmósfera solar, en la que la energía se libera a menudo en escalas espaciales muy pequeñas del orden de unos pocos cientos de kilómetros o menos, pero impacta rápidamente cientos de miles de kilómetros, por ejemplo, cuando los campos magnéticos se vuelven inestables y conducen a grandes explosiones ( erupciones solares ) o erupciones ( eyecciones de masa coronal , CME). Cuando tales eventos se propagan desde el Sol hacia el Sistema Solar , dan lugar a la meteorología espacial y a menudo impactan los recursos tecnológicos espaciales y terrestres en la Tierra , como satélites, comunicaciones, redes eléctricas, etc. ^{[ 3 ]} MUSE proporcionará datos clave para comprender mejor cómo se desencadenan los eventos de meteorología espacial y se impulsan hacia la heliosfera .

La nave espacial MUSE no lleva consumibles a bordo y cuenta con un transpondedor de banda S para el control y un transmisor de banda Ka para la recepción de telemetría . Proporciona una plataforma estable para observaciones de alta resolución. El sistema de control de actitud (ACS) utiliza las señales de los sensores estelares y del telescopio guía para un apuntamiento preciso al Sol . Se ha implementado redundancia de hardware en ciertos componentes, incluyendo la electrónica del sensor estelar y del magnetómetro , las ruedas de reacción , las células solares y otros componentes electrónicos.

MUSE estará en una órbita heliosíncrona de 620 km (o más) , lo que le permitirá una temporada de observación ininterrumpida de 7 meses al año. Los datos se transmiten a través del transmisor de banda Ka nueve veces al día a la estación terrestre de Svalbard en Noruega y dos veces al día a otras estaciones de la Red de Observación de Noruega (NEN) . La tasa de transmisión de datos promedio durante un día de observación es de 21 Mbit/s, lo que representa un volumen diario de datos de 230 GB.

El lanzamiento de MUSE está previsto para no antes de 2027, con una misión principal de 2 años.

El MUSE consta de dos instrumentos que observan el Sol en luz ultravioleta extrema (EUV) , una emisión que se produce principalmente en la corona solar :

1. El espectrógrafo multirrendija (SG): un espectrógrafo de campo integral EUV con un innovador diseño de 35 rendijas para espectroscopia de alto rendimiento en tres bandas de paso EUV (108 Å, 171 Å y 284 Å). Estas bandas de paso están dominadas por líneas espectrales intensas emitidas por hierro (Fe) altamente ionizado, que en condiciones coronales se forma a temperaturas de 0,7 millones de K (Fe IX 171 Å), 2,5 MK (Fe XV 284 Å) y 10 MK (Fe XIX/Fe XXI 108 Å). El espectrógrafo combina un telescopio newtoniano de 25 cm con un espectrógrafo EUV multirrendija estigmático para proporcionar espectroscopia en tres bandas de longitud de onda con cobertura espacial de una región solar activa en cada exposición. En el plano focal, la máscara de 35 rendijas reemplaza la rendija simple habitual, y los recubrimientos de banda estrecha en el primario y la rejilla aíslan las tres regiones de longitud de onda para evitar la superposición de líneas espectrales no deseadas . La luz se recoge simultáneamente a lo largo de 35 rendijas, que tienen 0,4 segundos de arco de ancho, 170 segundos de arco de largo y están separadas por 4,5 segundos de arco. Al escanear la pequeña distancia entre rendijas vecinas, se pueden obtener barridos espectroscópicos raster en una región de 151 segundos de arco x 170 segundos de arco con una cadencia de 8 s (para erupciones ) a 20-60 s ( regiones activas y Sol tranquilo). ^{[ 13 ]}
2. El generador de imágenes de contexto (CI): un generador de imágenes EUV de alta resolución que obtiene imágenes de alta resolución (mejor que 0,5 segundos de arco) en dos bandas de paso amplias centradas alrededor de 195 Å y 304 Å. Estas bandas de paso están dominadas por Fe XII (sensible al plasma alrededor de 1,5 MK) y He II (0,1 MK, es decir, la región de transición más fría). El CI proporciona así datos complementarios al espectrógrafo, ampliando el rango de temperatura y el campo de visión (a 580 segundos de arco x 290 segundos de arco). ^{[ 13 ]}

Tanto el espectrógrafo como el generador de imágenes se benefician de un sistema de estabilización de imagen que utiliza un telescopio guía.

MUSE también incluye un proyecto de colaboración estudiantil llamado ASIO (Observador Estudiantil de Irradiancia Solar Activa). ASIO es un radiómetro de alta cadencia que mide las emisiones de erupciones solares integradas en el disco solar en rayos X blandos (SXR), rayos X duros (HXR) y ultravioleta extremo (EUV). Obtendrá curvas de luz de rayos X y EUV del Sol con una cadencia 200 veces mayor que la de los sensores de rayos X GOES actuales. Estudiantes de la Universidad Estatal de Montana liderarán el desarrollo y la operación de ASIO.

MUSE será gestionado desde la organización de origen del investigador principal (IP), el Dr. Bart De Pontieu, el Laboratorio de Astrofísica Solar de Lockheed Martin (LMSAL) , que forma parte del Centro de Tecnología Avanzada (ATC) de LM. El ATC desarrolla la nave espacial, el espectrógrafo, el telescopio guía y los mecanismos, el montaje y la electrónica de los instrumentos. LMSAL lidera las operaciones científicas y el procesamiento de datos de alto nivel en el Centro de Operaciones Científicas (SOC) en Palo Alto . ^{[ 14 ]}

El Observatorio Astrofísico Harvard-Smithsonian (SAO) es responsable del desarrollo del telescopio Context Imager (CI) y proporcionará la apertura frontal y el conjunto del tubo del espectrógrafo (SG).

La Universidad Estatal de Montana (MSU) proporciona apoyo para el diseño del SG y la Colaboración Estudiantil ASIO, un instrumento independiente diseñado para medir la emisión de rayos X del Sol a una cadencia/frecuencia muy alta.

El Laboratorio de Dinámica Espacial (SDL) de la Universidad Estatal de Utah proporciona los sistemas de cámaras tanto para el SG como para el CI.

El Laboratorio de Ciencias Espaciales (SSL) de la UC Berkeley es responsable de las operaciones de la misión MUSE y del procesamiento de datos de nivel 0 en su Centro de Operaciones de Misión (MOC).

El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA (GSFC) proporciona apoyo para el diseño de generadores solares y equipos ópticos de apoyo en tierra.

SETI es responsable del programa de divulgación.

El equipo científico de MUSE incluye co-investigadores con experiencia en instrumentación, observaciones y modelado de LMSAL , SAO , MSU , GSFC , Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA (MSFC) , Observatorio de Alta Altitud (HAO) , Observatorio Solar Nacional (NSO) , UCB, UiO (Universidad de Oslo, Noruega ), ISP (Instituto de Física Solar, Universidad de Estocolmo , Suecia ), Universidad de St. Andrews ( Reino Unido ), Universidad de Northumbria ( Reino Unido ), Universidad de Glasgow ( Reino Unido ), MPS (Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar) , PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Alemania ), Laboratorio de Investigación Naval (NRL) , Universidad de Palermo ( Italia ), Universidad de Catania ( Italia ) y la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) , Australia .

MUSE es una colaboración internacional con la Agencia Espacial Noruega (NOSA), que proporciona enlaces descendentes y apoyo científico; la Agencia Espacial Italiana (ASI), que proporciona espejos (Instituto Nazionale di Astrofisica, INAF, Brera ), filtros y apoyo para la calibración ( Universidad de Palermo ), pruebas ambientales ( Universidad del Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR, Padua ) y apoyo científico; y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), que proporciona la rejilla, la calibración y el apoyo científico ( MPS ).

• Programa Explorador