Friday, March 24, 2023

과학자들은 마침내 태양 탐사선이 계속 김서림을 일으키는 이유에 대한 미스터리를 풀었습니다.

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태양을 연구하도록 설계된 우주 탐사선은 습기 문제가 있을 것으로 예상되는 마지막 장소입니다. 그러나 최근 조사에서 두 개의 다른 위성에 있는 알루미늄 필터가 물이 표면을 부식함에 따라 성능이 저하되는 것으로 나타났습니다.

이 필터는 EUV(극자외선) 방출을 감지하는 데 도움이 되므로 어떤 종류의 흐려도 효과에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제는 한동안 분명해졌지만 과학자들은 이제 마침내 문제의 원인을 알게 되었습니다.

NASA의 Solar Dynamics Observatory(SDO, 2010년 발사)와 NASA와 유럽 우주국의 SOHO(Solar and Heliosperic Observatory, 1995년 발사) 모두 동일한 문제를 안고 있습니다. 처음 6개월 동안 SOHO의 Solar EUV 모니터는 약 35% 성능이 저하되었습니다. 그 후 5년 동안 60% 더 저하되었습니다.

태양 탐사선은 그다지 저렴하지 않으며 새 센서를 우주로 보내는 연례 재보정 임무도 시작하지 않습니다. 필터가 흐려지는 이유를 파악하면 미래의 태양 탐사선 임무가 더욱 강력해질 수 있습니다.

2021년에 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 물리학자 Charles Tarrio가 이끄는 과학자 팀은 오랫동안 원인으로 여겨졌던 김서림을 유발하는 탄소 축적이 아니라는 사실을 실험적으로 알아냈습니다.

이제 그들은 그것이 무엇인지 알아냈고 그것은 놀랍습니다. 알루미늄의 산화는 물의 존재와 자외선에 의해 유발됩니다. 산화된 금속 층이 쌓이면 필터에 안개가 끼어 센서가 모니터링하도록 설계된 광파를 받아들이지 못하게 됩니다.

알루미늄의 표면은 일반적으로 산소 원자가 알루미늄 표면의 원자에 결합할 때 발생하는 산화물 표면층으로 자연적으로 코팅됩니다. 자외선은 산화 속도를 증가시켜 추가 산화층을 형성합니다.

일반적으로 우주에는 알루미늄에 결합할 산소가 많지 않지만 산소 원자를 포함하는 물의 존재는 게임 체인저가 될 수 있습니다.

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물 가설을 테스트하기 위해 연구원들은 NIST의 SURF(Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility)를 사용하여 EUV 방사선을 생성하고 수증기가 도입된 진공 챔버의 알루미늄 필터에 분사했습니다.

그들의 실험에서 타리오와 그의 팀은 비록 태양 탐사선에서 볼 수 있는 것만큼 두껍지는 않지만 수용된 이론에서 제안한 것보다 훨씬 두꺼운 알루미늄 샘플에서 실제로 산화물 층을 발견했습니다. 그러나 모델링은 충분한 노출(약 10개월)을 통해 우주 탐사선의 알루미늄 필터에 필적하는 산화층을 달성했을 것임을 보여주었습니다.

수수께끼에 대한 그들의 해결책은 “원 투 펀치”라고 연구원들은 말했습니다.

“첫 번째 펀치는 물과 관련된 이 화학적 프로세스가 우리가 실제로 위성에서 일어나는 것과 비슷한 일을 일으킬 수 있다는 것을 물리적으로 보여주었습니다. 그리고 두 번째 펀치는 일단 모든 것을 고려한 이론적 모델을 만들면 숫자가 정렬된다는 것입니다. NIST의 물리학자 로버트 버그(Robert Berg)는 설명합니다.

“모든 것을 합치면 확신합니다. 물은 필터 열화의 원인입니다.”

다음 질문은 지구상에서 물이 어디에서 왔습니까? 팀은 탐사선 자체에 히치하이킹을 해야 한다고 믿었습니다.

Tarrio는 “합리적으로 일정한 속도로 5년 동안 지속적으로 물을 방출할 수 있는 것이어야 했습니다.”라고 말합니다. “바비를 설정 [Berg] 찾기 위해 이 탐구를 시작합니다. 도대체 이게 무엇일까요? 적합한 소스는 무엇입니까? 그리고 그는 그것을 찾았다.”

다가오는 논문에서 자세히 설명할 대답은 극한의 온도로부터 프로브의 섬세한 기구를 보호하는 데 사용되는 열 블랭킷 재료입니다. 이것은 재료에 닿는 대부분의 열을 반사하는 반사성 금속으로 코팅된 얇은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 시트 층으로 구성됩니다.

그러나 PET는 대기에서 물을 흡수하고 보유하는 것으로 알려져 있습니다. 그래서 이 모든 수분 보유량을 가지고 우주로 들어간 다음 태양열이 닿으면 물이 기화되고 천천히 가스가 방출되어 우주선으로 방출되어 알루미늄 EUV 필터가 산화됩니다.

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Berg는 “그런 종류의 물을 담을 수 있는 다른 것을 생각하기가 어려웠습니다.”라고 말했습니다.

태양이 하는 모든 일은 흥미롭지만, 태양 플레어와 코로나 질량 방출은 여기 지구에서 특히 흥미롭습니다. 그것들이 지구 방향으로 방출되면 우리에게 던져진 물질의 양은 위성 및 무선 통신을 방해할 위험이 있는 지자기 폭풍을 유발할 수 있으며 심지어 전력망을 방해할 수도 있습니다.

이 태양 물질은 우리에게 도달하는 데 2~6일이 걸릴 수 있으므로 사전 경고 및 다가올 지자기 폭풍의 강도를 예측하는 데 EUV 방사선의 파동을 미리 감지할 수 있는 장비가 중요합니다.

향후 작업에서 팀은 알루미늄을 보호하거나 필요한 파장 범위에서 작동할 수 있는 새로운 필터를 개발하여 이러한 산화를 방지하는 방법을 모색하기를 희망합니다.

이 연구는 태양 물리학.

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