Misión IRIS, Espectrógrafo de Imágenes de Zona de Interfaz de la NASA

Visión general de la Misión IRIS.
Mancha solar.
Esta imagen de una mancha solar, tomada por la Región de Transición de la NASA y Coronal Explorer (TRACE) en Septiembre del 2000, nos muestra la emisión brillante del gas en cerca de 1 millón de grados, con el material más frío alrededor de 10.000 grados que aparecen como estructuras oscuras y absorbentes.
Crédito: 
NASA / TRACE


El Espectrógrafo de Imágenes de Región de Interfaz (IRIS) es una Misión de Explorador Pequeño de la NASA para observar cómo el material solar se mueve, recolecta energía y se calienta mientras viaja a través de una región poco comprendida en la atmósfera inferior del Sol. Seguir cómo el material y la energía se mueven a través de esta región es una parte crucial de entender la dinámica del sol. Tal información puede ayudar a explicar qué causa la expulsión del material solar de la corriente constante del viento solar a las erupciones más grandes, explosivas tales como eyecciones de masa coronal (CMEs)  que viaja hacia la tierra y causa cambios en la climatología espacial que pueden afectar e interrumpir la tecnología humana .

Visibles en luz ultravioleta, las dos regiones más cercanas al sol se llaman cromosfera y región de transición. Forman una región de interfaz dinámicamente dinámica en la que el plasma caliente y frío se mezclan en una gama de alturas, que se extiende desde la superficie del sol hasta varios miles de millas hacia arriba. Este lugar es donde uno de los acontecimientos más misteriosos en el sol ocurre. Por lo general, cuanto más cerca se llega a una fuente de calor, como un incendio, más caliente se consigue, pero la atmósfera solar no hace eso. La atmósfera solar se hace más caliente a medida que se aleja del sol, y los científicos aún no tienen suficiente información para distinguir entre varias teorías sobre por qué sucede esto. La atmósfera cambia de 6.000 grados Kelvin en la superficie a alrededor de un millón de grados Kelvin en la parte superior de la región de transición. Las temperaturas continúan aumentando hasta millones de grados en la atmósfera superior del sol, la corona, pero como las capas más bajas contienen más material, se cree que el calentamiento más fuerte ocurre allí.

El seguimiento de los procesos complejos dentro de estas capas de la atmósfera solar requiere de instrumentos y capacidades de modelado que están dentro del alcance tecnológico por primera vez. IRIS es la primera misión diseñada para observar simultáneamente la gama de temperaturas específicas de la cromosfera y la región de transición con una resolución espacial y temporal muy alta, que va más allá de las misiones anteriores que eran de menor resolución o no cubrían una amplia gama de temperaturas.

IRIS también se basa en el estado de la técnica de modelado informático lo suficientemente sofisticados para hacer frente a la complejidad de esta área. En combinación, la resolución de IRIS, la amplia cobertura de temperatura y el modelado por computadora permitirán a los científicos mapear penachos de material solar a medida que se mueven por toda la región y determinar dónde en sus viajes obtienen energía y calor.

Los objetivos científicos generales de la misión son responder a las siguientes preguntas:

  • ¿Qué tipos de energía no térmica dominan en la cromosfera y más allá?
  • ¿Cómo regula la cromosfera la masa y el suministro de energía a la corona ya la heliosfera?
  • ¿Cómo el flujo magnético y la materia se elevan a través de la atmósfera inferior y qué papel desempeña la aparición del flujo en las bengalas y las eyecciones masivas?

El liderazgo de la Misión IRIS.
El programa de exploración de la NASA es administrado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, para la Dirección de la Misión Científica de la NASA en Washington, D.C. El investigador principal de IRIS, Alan Title, está en Lockheed Martin. La misión fue seleccionada competitivamente bajo el Programa de Exploradores Pequeños de la NASA. En Goddard, Adrian Daw es el científico de la misión y Joel Allred es el científico adjunto de la misión.

La Nave Espacial e Instrumental.
Póster de la Misión IRIS de la NASA.

IRIS es el espectrógrafo de imágenes de la región de interfaz de la NASA. Su objetivo principal es entender cómo el calor y la energía se mueven a través de los niveles inferiores de la atmósfera solar.

IRIS es una clase de nave espacial llamada pequeño explorador, que la NASA define como un costo de menos 120 millones de dólares. Lockheed Martin (LM) Laboratorio Solar y Astrofísica en el Centro de Tecnología Avanzada de LM es la principal institución investigadora y tiene la responsabilidad general de la misión, con importantes contribuciones de Lockheed Martin Space Civil, NASA Ames, Smithsonian Astrophysical Laboratory, Montana State University, Stanford University y La Universidad de Oslo.

IRIS pesa 440 libras. Tiene aproximadamente 7 pies (2.1 metros) de largo y, con sus paneles solares extendidos, tiene un poco más de 12 pies (3.7 metros) de diámetro.

Instrumental.
Telescopio.
IRIS lleva un solo instrumento: un telescopio ultravioleta combinado con un espectrógrafo de imágenes. El espejo primario del telescopio tiene un diámetro de aproximadamente ocho pulgadas (20 cm). Si bien sólo podrá ver alrededor del uno por ciento del sol a la vez, será capaz de resolver esa imagen para mostrar características que son tan pequeñas como 240 km (150 millas) en el sol. Tal alta resolución servirá como un microscopio para los instrumentos más grandes que capturan imágenes del sol entero simultáneamente. IRIS colaborará con el Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA, por ejemplo, para dirigir las regiones activas al sol.

La estructura del telescopio IRIS es similar a la estructura
del telescopio de la Astronomía Atmosférica (AIA)
del Observatorio de Dinámica Solar (AIO), excepto
que en lugar de cuatro telescopios IRIS solo tiene uno.
Créditos : NASA/LMSAL.
Las imágenes del telescopio de IRIS registrarán las observaciones del material a temperaturas específicas, que van desde 5000 grados Kelvin y 65.000 grados Kelvin (y hasta 10 millones de grados Kelvin durante las bengalas solares). Esta gama se adapta para observar el material que viaja sobre la superficie del sol, llamada fotosfera, y en las capas más bajas de la atmósfera, llamada cromosfera y región de transición.

El instrumento capturará una nueva imagen cada cinco a diez segundos, y los espectros sobre cada uno o dos segundos. Estas capacidades únicas se combinarán con el modelado numérico tridimensional del estado de la técnica en supercomputadoras. Utilizando ambos juntos, los científicos serán capaces de rastrear cómo el material solar a diferentes temperaturas recorre la cromosfera y la región de transición.

Espectrógrafo - Imager.
El espectrógrafo observará material a temperaturas desde 5.000 grados Kelvin hasta 10 millones de grados Kelvin. Los espectros proporcionan información sobre la cantidad exacta de luz visible desde cualquier longitud de onda específica. Esto, a su vez, corresponde a la cantidad de material presente a velocidades, temperaturas y densidades específicas.

Órbita.
IRIS viajará en una órbita polar, sol-síncrono. Esto significa que viajará alrededor de la Tierra, cruzando casi directamente sobre los polos, de tal manera que cruce el ecuador a la misma hora local cada día. La órbita de la nave espacial lo situará a aproximadamente 390 millas (620 km) sobre la superficie de la Tierra en su punto más cercano, y a 420 millas (670 km) en la más lejana. La órbita permite ocho meses de observaciones continuas por año y maximiza la visión libre de eclipses del sol.

La ciencia del IRIS.
IRIS utilizará imágenes de alta resolución, datos y modelos informáticos avanzados para desentrañar cómo la materia, la luz y la energía se mueven desde la superficie del sol de 6000 grados Kelvin hasta su atmósfera exterior de millones de grados Kelvin o corona. Una región fundamentalmente misteriosa que ayuda a conducir el calor hacia la corona, esta área ha sido notoriamente difícil de estudiar. IRIS será capaz de desglosar lo que está pasando allí mejor de lo que se ha hecho antes.

Para ello, IRIS observará la parte más baja de la atmósfera del sol: la cromosfera, una extensión de gas o plasma ionizado justo por encima de la superficie del sol y la región de transición, donde la cromosfera transita en la corona aún más caliente de arriba. Esta región de la interfaz está en el centro de muchas preguntas sobresalientes sobre la atmósfera del sol, como la forma en que el sol crea explosiones gigantes como las erupciones solares o las eyecciones de masa coronal, o cómo el material solar en la corona alcanza millones de grados, Más caliente que la superficie del sol mismo.

La nave espacial de la región de interfaz de la NASA (IRIS) capturó varias
prominencias solares grandes en el borde del sol.
Gran parte de este calentamiento coronal comienza en la cromosfera y la región de transición. Estas regiones altamente dinámicas están constantemente en movimiento, por lo que no es sencillo perfilar las temperaturas con respecto a la posición. De hecho, una amplia gama de temperaturas puede ocurrir a alturas similares, con diferentes franjas de material propulsado hacia arriba y hacia abajo en respuesta a la liberación de energía magnética, así como varios tipos de ondas de plasma. Esta región de interfaz móvil cubre una amplia gama de alturas por encima de la superficie del sol, que se extiende a lo largo de varios miles de kilómetros. A lo largo de este rango de altura, no sólo las temperaturas varían drásticamente de 5.000 grados Kelvin a casi un millón de grados, pero también hay enormes contrastes de densidad, con ciertas áreas hasta un millón de veces más denso que otros.

Esta zona de interfaz turbulenta contiene más masa que todo el resto de la corona y heliosfera, que se extiende hasta el mismo borde del sistema solar. Dada la cantidad de material que hay, la cromosfera requiere una velocidad de calentamiento al menos diez veces mayor que la de la corona misma.

Uno de los principales objetivos científicos de IRIS será estudiar cómo esta región fundamental de la heliosfera contribuye masa y energía a la atmósfera por encima de ella, depositando tanto calor en la corona. Las observaciones de IRIS se acoplarán con las del Observatorio de Dinámica Solar (SDO) de la NASA, que se lanzó en 2010. SDO observa la superficie del sol y la corona, mientras que IRIS observará la región crucial entre la fotosfera y la corona a una resolución mucho mayor que nunca fue capturada . IRIS es lo que se llama un espectrógrafo de imágenes, lo que significa que proporcionará tanto imágenes y lo que se llaman espectros, que divide la luz en sus diversos colores. Cada línea de luz transporta información sobre diferentes materiales del sol y cómo se mueven, por lo que pueden utilizarse para sondear características físicas en la atmósfera solar tales como densidad, temperatura y velocidad.

IRIS tratará de distinguir entre dos mecanismos que pueden ser responsables de alimentar esta región: reconexión de campo magnético y disipación de ondas que viajan a través de la atmósfera solar. Ambos fenómenos pueden añadir a la turbulencia de la región IRIS y los espectros de alta resolución y las imágenes serán capaces de molestar aparte qué formas de energía causa que los efectos.

Esta información también ayudará a los científicos a examinar cómo el material solar y sus correspondientes campos magnéticos contribuyen a las erupciones del sol, como las llamaradas solares y las CME. Esto puede aumentar nuestra capacidad de pronosticar el tiempo espacial, lo cual puede deshabilitar los satélites, provocar fallas en la red eléctrica y interrumpir los servicios GPS.

Por último, la comprensión de nuestra propia estrella mejor ayudará a profundizar nuestra visión de las atmósferas en las estrellas distantes también.

Más sobre la misión IRIS.

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