Os elétrons energéticos que impulsionam a aurora boreal (as luzes do norte) têm uma estrutura rica e muito dinâmica que atualmente não compreendemos totalmente. Muito do que sabemos sobre esses elétrons vem de instrumentos que têm limitações fundamentais em sua capacidade de amostrar múltiplas energias com alta resolução temporal.



Para superar estas limitações, a NASA está a utilizar uma abordagem inovadora para desenvolver instrumentação que irá melhorar as nossas capacidades de medição em mais de uma ordem de grandeza – revelando uma riqueza de novas informações sobre a incrível física que acontece dentro da aurora.

Os instrumentos eletrônicos típicos contam com uma técnica chamada deflexão eletrostática, que requer a alteração de uma tensão para selecionar diferentes energias dos elétrons a serem medidos. Esses instrumentos foram utilizados em muitas missões espaciais diferentes e forneceram quase todas as medições de elétrons in-situ feitas dentro da aurora.

Eles funcionam muito bem ao observar escalas de tempo de segundos ou até cerca de um décimo de segundo, mas fundamentalmente não conseguem observar escalas de tempo menores (milissegundos) devido ao tempo que leva para varrer as tensões.

Observações ópticas da aurora baseadas no solo mostraram que pode haver rápidas variações espaciais e temporais que estão além das capacidades de observação dos instrumentos eletrônicos tradicionais. Portanto, membros do Laboratório de Geofísica do Goddard Space Flight Center da NASA desenvolveram um instrumento chamado Espectrômetro de Elétrons de Precipitação Aguda (APES) que pode medir a precipitação de elétrons dentro da aurora a uma cadência de um milissegundo.

APES usa um forte campo magnético dentro do instrumento para separar elétrons com diferentes energias em diferentes regiões espaciais do detector. Este método permite que o instrumento meça todo o espectro de energia do elétron simultaneamente a uma taxa muito alta (a cada 1 ms).

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Na concepção do APES, foi necessário fazer um compromisso importante. Para que a geometria do campo magnético funcione corretamente, o instrumento só pode observar em uma direção. Este conceito funciona bem se o objetivo for apenas medir os elétrons precipitados (descendo) na aurora que finalmente atingiram a atmosfera. Contudo, sabemos que os electrões na aurora também se movem noutras direcções; na verdade, esses elétrons contêm muitas informações sobre outros processos físicos que acontecem em lugares mais distantes do espaço.

Para permitir a medição de elétrons em mais de uma direção, a equipe de Goddard desenvolveu o conceito de instrumento APES-360. Para criar o design do APES-360, a equipe empregou os mesmos princípios operacionais usados ​​no APES, mas os atualizou para acomodar uma geometria de direção multi-olhar que cobre um campo de visão de 360 ​​graus usando 16 setores diferentes.

A equipe teve que superar vários desafios técnicos para desenvolver o conceito APES-360. Em particular, o projeto eletrônico teve que acomodar muito mais ânodos (superfícies de detecção de carga) e os circuitos associados em uma área pequena.

O protótipo APES-360 que está sendo construído atualmente será testado e calibrado em Goddard e voará em um foguete de sondagem até a aurora ativa no inverno de 2025. Este voo fornecerá dados reais do interior da aurora que serão usados ​​para validar o desempenho do instrumento e informar futuras melhorias de design.

O instrumento APES-360 está sendo projetado para caber em um formato CubeSat para que possa ser usado em futuras missões CubeSat para estudar a aurora. O instrumento também poderia, em última análise, ser utilizado em missões orbitais maiores.

Fornecido pela NASA