[논문 리뷰] The Multiview Observatory for Solar Terrestrial Science (MOST)

N. Gopalswamy, S. Christe외 55명|arXiv (Cornell University)|2023. 03. 06.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 4

한 줄 요약

태양-지구 L4 및 L5 라그랑주 점에 위치한 네 개의 위성으로 구성된 Multiview Observatory for Solar Terrestrial Science (MOST)는 태양풍 구조, 코로나 질량 방출, 스트림 상호작용 영역의 3차원 영상 및 현장 측정을 가능하게 하는 위성 임무를 제안한다. 모든 네 대의 위성에 편광된 라디오 송수신 장치를 갖춘 혁신적인 패러데이 효과 트래커(FETCH)를 사용하여, 패러데이 각도 변화를 측정함으로써 자기장 성분을 측정하며, 태양주기 동안 내 태양계의 자기장이 가진 플라즈마에 대한 종합적이고 다중 지점 관측을 실현한다.

ABSTRACT

We report on a study of the Multiview Observatory for Solar Terrestrial Science (MOST) mission that will provide comprehensive imagery and time series data needed to understand the magnetic connection between the solar interior and the solar atmosphere/inner heliosphere. MOST will build upon the successes of SOHO and STEREO missions with new views of the Sun and enhanced instrument capabilities. This article is based on a study conducted at NASA Goddard Space Flight Center that determined the required instrument refinement, spacecraft accommodation, launch configuration, and flight dynamics for mission success. MOST is envisioned as the next generation great observatory positioned to obtain three-dimensional information of large-scale heliospheric structures such as coronal mass ejections, stream interaction regions, and the solar wind itself. The MOST mission consists of 2 pairs of spacecraft located in the vicinity of Sun-Earth Lagrange points L4 (MOST1, MOST3) and L5 (MOST2 and MOST4). The spacecraft stationed at L4 (MOST1) and L5 (MOST2) will each carry seven remote-sensing and three in-situ instrument suites, including a novel radio package known as the Faraday Effect Tracker of Coronal and Heliospheric structures (FETCH). MOST3 and MOST4 will carry only the FETCH instruments and are positioned at variable locations along the Earth orbit up to 20° ahead of L4 and 20° behind L5, respectively. FETCH will have polarized radio transmitters and receivers on all four spacecraft to measure the magnetic content of solar wind structures propagating from the Sun to Earth using the Faraday rotation technique. The MOST mission will be able to sample the magnetized plasma throughout the Sun-Earth connected space during the mission lifetime over a solar cycle.

연구 동기 및 목표

• 코로나 질량 방출 및 스트림 상호작용 영역과 같은 대규모 헬리오스피어 구조의 종합적인 3차원 영상 및 시간 해상도 측정을 달성한다.
• 태양 내부, 태양 대기 및 내 태양계 간의 자기장 연결성을 이해한다.
• SOHO 및 STEREO의 과학적 유산을 이어가며, 전략적 위치에 최신 기술을 갖춘 다음 세대 기기들을 도입한다.
• L4 및 L5에 정렬된 연합 위성 기반으로, 전체 태양주기 동안 다중 지점, 다중 기기 관측을 통해 자기장이 가진 태양풍의 동역학을 실현한다.

제안 방법

• 태양-지구 L4 및 L5 라그랑주 점에 두 쌍의 위성을 배치하며, MOST1 및 MOST2는 안정된 할로 궤도에, MOST3 및 MOST4는 L4 앞서 최대 20°, L5 뒤에서 최대 20° 범위 내에서 변동 가능한 위치에 배치한다.
• MOST1 및 MOST2에는 총 열여섯 대의 원격 탐측 및 세 대의 현장 측정 기기 세트를 장착하며, 코로나 및 헬리오스피어 구조의 패러데이 효과 트래커(FETCH)를 포함한다.
• MOST3 및 MOST4에는 단지 FETCH 기기만 장착하여 헬리오스피어 기준선을 따라 편광된 라디오 신호의 송수신을 가능하게 한다.
• 패러데이 각도 변화 기법을 사용하여 위성 간의 편광된 라디오 신호 분석을 통해 태양풍 내 선형 방향 성분의 자기장을 측정한다.
• 네 대의 위성이 형성하는 기준선을 활용해 내 태양계의 3차원 자기장 구조를 삼각측량 및 재구성한다.
• 원격 탐측 및 현장 측정 기기의 데이터를 통합하여 태양풍의 동역학 및 자기장 구조에 대한 완전하고 시간에 따라 변화하는 그림을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L4 및 L5에서의 다중 지점, 다중 시점 관측이 내 태양계의 코로나 질량 방출 및 스트림 상호작용 영역의 3차원 재구성에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 네 대의 위성으로 1 AU 기준선을 따라 편광된 라디오 신호에 패러데이 각도 변화 기법을 적용할 경우 정확도와 감도는 어떠한가?
• RQ3 태양 활동 주기와 관련하여 태양풍 내 자기장 구조는 시간과 공간에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 FETCH 기기 세트가 헬리오스피어 전류판과 행성간 충격파의 3차원 구조를 얼마나 정밀하게 해석할 수 있는가?
• RQ5 여러 관측 지점에서의 원격 탐측 및 현장 측정 데이터의 조합은 태양풍 가속 및 자기장 재결합에 대한 이해를 얼마나 향상시키는가?

주요 결과

• MOST 임무는 다중 위성 간 협업 관측을 통해 코로나 질량 방출 및 스트림 상호작용 영역과 같은 대규모 헬리오스피어 구조의 3차원 맵핑을 가능하게 한다.
• 패러데이 효과 트래커(FETCH)는 위성 간 편광된 라디오 신호를 이용해 태양풍 내 선형 방향 자기장 성분을 직접적으로 현장 측정한다.
• L4 및 L5에 배치된 MOST의 구성은 MOST3 및 MOST4를 통해 연장된 기준선을 확보하여 내 태양계의 자기장 구조에 대한 고해상도 삼각측량을 가능하게 한다.
• MOST는 전체 태양주기 동안 운영되며, 자기장 변화 및 태양풍 변동성에 대한 장기적 연구를 가능하게 한다.
• SOHO 및 STEREO를 이어받아 향상된 기기 능력과 새로운 라디오 기반 자기장 측정 기법을 통합한다.
• 나사 고드ارد 우주비행센터에서 실시한 연구는 위성 수용, 발사 구성 및 비행 동역학의 임무 성공 가능성에 대해 확인하였다.