[논문 리뷰] Solar Eruptive Events (SEE) 2020 Mission Concept

R. P. Lin, Amir Caspi외 21명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 20.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

SEE 2020 미션 개념은 태양 폭발 사건(태양 폭발 현상, SEEs) 동안 코로나에서 에너지가 방출되고 입자가 가속화되는 것을 직접 관측하기 위해 고도로 발전된 기기들을 탑재한 단일 우주선을 제안한다. 주로 플레어와 빠른 코로나 질량 방출(CMEs)에 초점을 맞추며, 현장에서 자기장, 플라즈마, 질량 운동 및 고에너지 입자를 측정함으로써 태양 폭발 활동과 공간 날씨 유발 요인의 근본적인 과정을 규명하고자 한다.

ABSTRACT

Major solar eruptive events (SEEs), consisting of both a large flare and a near simultaneous large fast coronal mass ejection (CME), are the most powerful explosions and also the most powerful and energetic particle accelerators in the solar system, producing solar energetic particles (SEPs) up to tens of GeV for ions and hundreds of MeV for electrons. The intense fluxes of escaping SEPs are a major hazard for humans in space and for spacecraft. Furthermore, the solar plasma ejected at high speed in the fast CME completely restructures the interplanetary medium (IPM) - major SEEs therefore produce the most extreme space weather in geospace, the interplanetary medium, and at other planets. Thus, understanding the flare/CME energy release process(es) and the related particle acceleration processes are major goals in Heliophysics. To make the next major breakthroughs, we propose a new mission concept, SEE 2020, a single spacecraft with a complement of advanced new instruments that focus directly on the coronal energy release and particle acceleration sites, and provide the detailed diagnostics of the magnetic fields, plasmas, mass motions, and energetic particles required to understand the fundamental physical processes involved.

연구 동기 및 목표

• 태양 폭발 사건(SEEs) 동안 코로나에서 에너지가 방출되는 데 기여하는 근본적인 물리적 과정을 이해하는 것.
• 특히 이온은 수십 GeV 수준, 전자는 수백 MeV 수준까지 도달하는 입자 가속 메커니즘을 조사하는 것.
• 에너지 방출과 질량 방출 간의 결합을 명확히 하기 위해 SEEs 동안 자기장 구조와 플라즈마 운동의 역학을 규명하는 것.
• 주요 SEEs로 인한 극한의 행성간 매질(IPM) 교란의 기원을 규명함으로써 공간 날씨 예측을 향상시키는 것.
• 태양 고에너지 입자(SEP)의 기원 영역 근처의 고에너지 입자 및 플라즈마 조건을 현장에서 진단하는 것.

제안 방법

• 태양 활동 사건 발생 시 태양에 가까운 위치에 머무를 수 있도록 고타원형 궤도에 단일 우주선을 배치하는 것.
• 실시간으로 자기장, 플라즈마 파am, 고에너지 입자 분포를 측정하기 위해 고도로 발전된 기기 세트를 우주선에 탑재하는 것.
• 에너지 방출 및 입자 가속 과정의 시간적 변화를 캡처하기 위해 고시간 해상도 관측을 수행하는 것.
• X선, 감마선 및 입자 탐지기로부터의 다중 파장 및 다중 메시지 수신 데이터를 통합하여 물리 모델의 상호 검증을 수행하는 것.
• 현장 측정을 활용하여 코로나 질량 방출의 3차원 구조와 관련된 충격파를 매핑하는 것.
• 고감도 탐지기를 활용하여 이온은 수십 GeV, 전자는 수백 MeV 수준까지 도달하는 SEP를 캡처하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 플레어와 빠른 CME에서 에너지 방출을 이끄는 주요 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 태양 폭발 사건 동안 전자와 이온은 어떻게 상대론적 에너지 수준까지 가속화되는가?
• RQ3 자기장 재결합이 입자 가속 및 질량 방출을 유도하고 유지하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 SEEs의 발생과 발달 과정 동안 자기장 구조와 플라즈마 조건은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 행성간 공간에서 관측되는 태양 고에너지 입자(SEP) 플럭스의 강도와 비대칭성은 무엇에 의해 결정되는가?

주요 결과

• SEE 2020 미션 개념은 코로나에서 에너지 방출 및 입자 가속 영역에 대한 현장에서의 고해상도 관측이 필수적임을 규명한다.
• 이 미션은 SEEs에서 자기장 재결합, 플라즈마 가열 및 입자 가속 간의 공간적·시간적 결합을 규명하고자 한다.
• 이온은 수십 GeV, 전자는 수백 MeV 수준까지 도달하는 고에너지 입자를 측정함으로써, 태양계에서 가장 극단적인 입자 가속 사건을 대상으로 한다.
• 제안된 기기들은 자기장, 플라즈마 유동 및 고에너지 입자 분포를 동시에 진단할 수 있도록 설계되어, SEE 물리학에 대한 종합적인 이해를 가능하게 한다.
• CME 유도 충격파와 SEP의 초기 조건을 캡처하기 위해 태양에 근접하는 것이 중요함을 강조한다.
• 이 미션은 지구권 및 다른 행성에서 극단적인 공간 날씨 사건의 유발 요인을 직접 관측함으로써 공간 날씨 예측의 핵심적 격차를 메우는 데 기여할 것이다.