วิธีการทำงานของเครื่องยนต์จรวด

CAPER-2 ย่อมาจาก Cusp Alfvén และ Plasma Electrodynamics Rocket-2 เป็นภารกิจจรวดที่ฟังดูดี ซึ่งเป็นยานอวกาศประเภทหนึ่งที่บรรทุกเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ในการเดินทางระยะสั้นสู่อวกาศอย่างมีเป้าหมายก่อนที่จะตกลงสู่พื้นโลก นอกเหนือจากป้ายราคาที่ค่อนข้างต่ำและเวลาในการพัฒนาที่รวดเร็วแล้ว จรวดที่มีเสียงยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการยิงในเหตุการณ์ชั่วคราว เช่น การก่อตัวอย่างฉับพลันของแสงออโรร่าบอเรลลีสหรือแสงเหนือ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ของ CAPER-2 การบินผ่านแสงออโรร่าทำให้มองเห็นกระบวนการที่เป็นพื้นฐานเนื่องจากมีความซับซ้อน: อนุภาคถูกเร่งขึ้นในอวกาศได้อย่างไร NASA ศึกษาปรากฏการณ์นี้ด้วยความพยายามที่จะทำความเข้าใจไม่เพียงแต่สภาพแวดล้อมในอวกาศรอบโลกเท่านั้น และด้วยเหตุนี้จึงปกป้องเทคโนโลยีของเราในอวกาศจากการแผ่รังสี แต่ยังเพื่อช่วยให้เข้าใจธรรมชาติของดวงดาวและชั้นบรรยากาศทั่วทั้งระบบสุริยะและอื่น ๆ Jim LaBelle นักฟิสิกส์อวกาศจาก Dartmouth College ใน Hanover, New Hampshire กล่าวว่า "ทั่วทั้งเอกภพมีประจุไฟฟ้าที่ถูกเร่งขึ้น -- ในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ในลมสุริยะ ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น และในวัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์" และผู้ตรวจสอบหลักสำหรับภารกิจ CAPER-2 "แสงออโรรานำเสนอห้องทดลองในท้องถิ่นที่เราสังเกตกระบวนการเร่งความเร็วเหล่านี้ได้ใกล้แค่เอื้อม" ในทางเทคนิค ทีม CAPER-2 สนใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นก่อนที่แสงออโรราจะเริ่มส่องแสง อิเลคตรอนที่หลั่งไหลเข้ามาในชั้นบรรยากาศของเราจากอวกาศ ชนกับก๊าซในชั้นบรรยากาศและทำให้เกิดแสงออโรร่า อย่างใดพวกเขารับความเร็วไปพร้อมกัน ดั๊ก โรว์แลนด์ นักฟิสิกส์อวกาศจากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าในกรีนเบลต์ รัฐแมรี่แลนด์ ผู้ศึกษาการเร่งอนุภาคกล่าวว่า จรวด "เมื่อถึงเวลาที่พวกมันพุ่งชนชั้นบรรยากาศของเรา อิเล็กตรอนเหล่านี้เดินทางเร็วกว่าที่เคยเป็นมา 10 เท่า" "เรายังไม่เข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร" ทีมงาน CAPER-2 มุ่งเน้นไปที่แสงออโรร่าชนิดพิเศษที่เกิดขึ้นในระหว่างวัน แสงออโรร่าในเวลากลางวันแตกต่างจากแสงออโรร่าในตอนกลางคืนซึ่งถูกกระตุ้นโดยอิเล็กตรอนที่ไหลเข้ามาโดยตรงจากดวงอาทิตย์ และเรารู้เรื่องเหล่านี้น้อยกว่ามาก Craig Kletzing นักฟิสิกส์อวกาศแห่งมหาวิทยาลัยไอโอวาในไอโอวาซิตีและผู้ตรวจสอบเหรียญกล่าวว่า "มีการวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับแสงออโรราตอนกลางคืนตามปกติ แต่แสงออโรราในเวลากลางวันมีการศึกษาน้อยกว่ามาก" "มีข้อบ่งชี้ที่ดีว่ามีความคล้ายคลึงกันและมีความแตกต่างกันบ้าง" ทีมงานกำลังมุ่งเน้นไปที่วิธีที่อิเล็กตรอนที่สร้างแสงออโรราในเวลากลางวันถูกกระแทกโดยคลื่นในลักษณะที่อาจแตกต่างหรือไม่แตกต่างจากแสงออโรราตอนกลางคืน คลื่นสองประเภทมีความน่าสนใจเป็นพิเศษและมีผลตรงกันข้าม คลื่นอัลฟ์เวน ซึ่งตั้งชื่อตามผู้ได้รับรางวัลโนเบลชาวสวีเดน ฮันเนส อัลฟ์เวน ซึ่งเป็นผู้ทำนายการมีอยู่ของคลื่นดังกล่าวเป็นคนแรกในปี พ.ศ. 2485 เชื่อกันว่าคลื่นดังกล่าวช่วยเร่งอิเล็กตรอน คลื่นขนาดใหญ่เหล่านี้ - วัดความยาวหลายสิบถึงหลายร้อยไมล์จากจุดสูงสุดไปยังจุดสูงสุด - แพร่กระจายไปตามเส้นสนามแม่เหล็กของโลก เหวี่ยงอิเล็กตรอนไปมา ในอีกด้านหนึ่งคือคลื่นแลงเมียร์ ซึ่งเกิดจากตัวอิเล็กตรอนเอง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ขโมยพลังงานบางส่วนของอิเล็กตรอนและทำให้พวกมันช้าลง CAPER-2 จะนำเครื่องวัดความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นและอนุภาคที่มีความละเอียดสูงเพื่อตรวจวัดค่าเหล่านี้ ซึ่งเป็นภารกิจจรวดที่ทำให้เกิดเสียงครั้งแรกที่ทำเช่นนั้นสำหรับแสงออโรราในเวลากลางวัน "นี่เป็นข้อมูลที่เข้มข้นมาก" LaBelle กล่าว "จรวดที่เปล่งเสียงได้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่จะสามารถดูรายละเอียดกลไกนี้ในระดับนี้ได้" สำหรับการปล่อยจรวด ทีมงาน CAPER-2 ได้เดินทางไปทางตอนเหนือของนอร์เวย์ ซึ่งเป็นหนึ่งในไม่กี่แห่งที่สามารถปล่อยจรวดให้อยู่ในระยะแสงออโรร่าในเวลากลางวันได้ ทุกๆ วัน ทางตอนเหนือของนอร์เวย์จะหมุนรอบตัวเองภายใต้ช่องเปิดในสนามแม่เหล็กโลกที่เรียกว่าจุดขั้วโลกเหนือ ซึ่งอนุภาคจากดวงอาทิตย์สามารถเคลื่อนตัวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบนของเราได้ การพบกับแสงออโรราตรงจุดที่ก่อตัวขึ้นเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่ใหญ่เกินกว่าจะทำซ้ำในห้องแล็บ "มันเป็นห้องทดลองตามธรรมชาติ" LaBelle กล่าวเสริม "เราทำการทดลองในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน 2 สภาพแวดล้อม โดยที่ตัวแปรต่างกัน จากนั้นจึงทดสอบทฤษฎีและตอบคำถาม"