Sterrekunde

Eenheidsprobleem met betrekking tot proton

Eenheidsprobleem met betrekking tot proton


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

In 'n handboek het ons 'n voorbeeld:

Die digtheid van materie in die interstellêre medium is van orde een proton per $ { rm cm ^ 3} $, dan is die totale massa van die interstellêre medium aan die orde (The $10^6$ term is die aantal kubieke sentimeter binne een meter kubus). begin {vergelyking} m = 1 keer V_ teks {sterrestelsel} keer m_ teks {P} keer 10 ^ 6 = 3.3 keer10 ^ {40} { rm kg} ongeveer 17 cdot 10 ^ 9 M _ { odot}> end {vergelyking}

Ek het my afgevra of die eenheid van die vergelyking sou wees: $ frac {{1}} {{ rm cm ^ 3}} keer { rm m ^ 3} keer { rm kg} $?

En wat moet die eenheid van proton in die formule presies wees? Moet dit eenheidloos wees? Of $ { rm kg} $? Dankie.

Bron: Beech, M. (2019). Bekendstelling van die sterre. Cham: Springer Nature Switzerland AG.


Die eenheid van die vergelyking is "kg" omdat die eenheid van $10^6$ is $ cm ^ 3 / m ^ 3 $

Die massa van die proton is in kg. Die "1" is $ cm ^ {- 3} $ Dit verteenwoordig 1 proton per kubieke sentimeter


Dit is waarskynlik makliker verstaanbaar as u die formule skryf as $$ m = V_ {sterrestelsel} cdot m_P cdot n $$ met $ m $ as massa, $ V_ {sterrestelsel} $ as die volume van die sterrestelsel im $ m ^ 3 $, $ m_P $ as protonmassa in $ kg $ en $ n $ soos die nommer digtheid van die interstellêre gas in $ m ^ {- 3} $. (As u van digtheid praat, is dit belangrik om seker te wees of u moet praat oor massadigtheid, getaldigtheid, kolomdigtheid of wat ook al ... die beskrywende naamwoord word dikwels weggelaat omdat dit duidelik is ... maar soms nie)

Dan is die vergelyking se eenhede maklik om te verstaan:

$$ kg = m ^ 3 cdot kg cdot m ^ {- 3} $$


Astronomiese eenheid

'N Astronomiese eenheid (AU) is 'n lengte-eenheid wat sterrekundiges gebruik om afstande soos wentelbane en trajekte binne die sonnestelsel te meet. Een astronomiese eenheid is die gemiddelde (gemiddelde) afstand tussen die aarde en die son, wat die half as genoem word, oftewel 149,600,000 km. Die waarde van die astronomiese eenheid is gemeet deur verskillende radarstudies van hemelliggame naby die aarde.

Die relatiewe afstande tussen die son en die planete, in astronomiese eenhede, was bekend lank voordat die werklike afstande vasgestel is. Die Duitse sterrekundige en wiskundige Johannes Kepler (1571 & # x2013 1630) het tydens die ontwikkeling van sy derde wet getoon dat die verhouding tussen die vierkant van 'n planeet se periode (die tyd om een ​​volledige omwenteling te maak) en die kubus van die halfjaar as van sy baan is 'n konstante. Met ander woorde, die verhouding is dieselfde vir al die planete. Die wet van Kepler kan saamgevat word deur die formule a 3 / p 2 = K, waar a die half as van die planeet is, en # x die baan is, en K die eweredigheidskonstante is, 'n konstante wat hou vir alle liggame wat om die son wentel. Deur die periode van die aarde as een jaar te kies en sy baanradius as een AU, het die konstante K 'n numeriese waarde van een.

Kepler & # x2019 se derde wet (in 'n meer akkurate vorm afgelei deur die Engelse fisikus en wiskundige Sir Isaac Newton [1642 & # x2013 1727]) kan gebruik word om 'n presiese waarde van die AU te bereken, indien die presiese afstand tussen die aarde en 'n ander planeet kan gemeet word. 'N Vroeë poging het plaasgevind in 1671, toe Jean Cassini in Parys, Frankryk, en Jean Richer, ongeveer 8 000 km daarvandaan in Cayenne, Guyana, gelyktydig die parallaks van die planeet Mars bepaal het. Hulle metings, wat hulle in staat gestel het om die afstand van die aarde na Mars deur driehoek te bereken, het getoon dat Mars ongeveer 80 miljoen km van die aarde af was. Aangesien die relatiewe afstand tussen die aarde en Mars bekend was, was dit 'n eenvoudige saak om die werklike waarde van 'n AU in myl of kilometer te bepaal. Vandag is die waarde van die AU baie akkuraat bekend. Die waarde van AU wat vandag die meeste gebruik word, is 149,597,870,691 meter (& # xB1 30 meter).

Deur die tyd te meet vir byvoorbeeld 'n radarpuls om Venus te bereik en terug te keer, kan die afstand bereken word omdat radargolwe teen die ligspoed beweeg. Met behulp van die astronomiese eenheid is die afstand tussen die son en Mars 1,52 & # xB1 0,14 AU, terwyl Jupiter se afstand vanaf die son 5,20 & # xB1 0,05 AU is.


Ruimte & # 038 Sterrekunde-tema

In the Sky: 'n eenheid oor die son, maan en die sterre
Kruiskurrikulêre praktiese klaskameraktiwiteite vir 'n ruimte-eenheid bevat baie foto's!

    • The Solar System: Drukbare boek oor die son en 8 planete.
    • Ek weet van sterre Drukbare boek
    • My Book of Space Words Printable Mini-Book
    • Space Pack: & # 8220Out of this World & # 8221 Resources for Your Classroom
      Dit bevat ek weet van sterre en my boek van ruimtewoorde, en nog baie meer bladsye met aktiwiteite.

    Hulpbronne @ ander webwerwe

    Ruimte-eenheid
    'N Stel van meer as 20 drukstukke plus 'n & # 8220Tot Fun Pack & # 8221 met drukstukke vir jonger kinders. Hierdie bladsy het ook lesidees.

    Voorskoolse pak ruimtevaarder
    20+ drukbare bladsye om basiese vaardighede in te oefen.

    Ruimtetema @ PreKinders
    Rympies, liedjies, aktiwiteite en drukstukke vir 'n tema oor die ruimte, sterre, ruimtevaarders en die planete.

    Toiletpapier Sonnestelsel Model
    'N Prettige manier om beter te verstaan ​​hoe ver elke planeet van die son af is.

    Space Printables
    Planeetplakkate, woordkaarte, ruimtevaarder-maskers, aftelplakkate, speeldeegmatjies en meer.

    Sonnestelsel Eenheid Printables @ abcteach
    Meer as 20 gratis drukstukke sowel as slegs drukbare artikels.

    Aktiwiteitsidee: nag en dag
    Kuns / kunsvlyt, speletjies, liedjies en aktiwiteite vir 'n ruimtetema. 123child.com & # 8211 Voorskoolse, K

    Ruimtesentrums en aktiwiteite
    Baie aktiwiteitsidees vir 'n ruimte-eenheid. Sluit foto's in.

    I See the Moon & amp the Moon Sees Me & # 8211 Take-Home Activity
    Studente neem 'n & # 8220Moon Bag & # 8221 huis toe en wees elke aand die amptelike & # 8220Moon Watcher & # 8221. Die sak het aktiwiteite en 'n stomp. Drukbaar ingesluit!

    Ruimtelike handwerk
    Drukbare kunsvlyt, inkleurbladsye en meer. dltk-kids.com

    Aliens in Space Art Lesson
    Foto's van 'n projek gemaak uit verskillende mediums.

    Inligtingswerwe vir hulpbronne

    Planete vir kinders
    Feite, foto's en inligting. Die webwerf is deur 'n negejarige kind geskep.

    Nege planete
    'N Multimedia-toer deur die sonnestelsel: een ster, agt planete en meer. Hierdie webwerf bevat feite en foto's vir die son en elkeen van die planete. Daar is ook 'n kinder- en # 8217 -weergawe.

    Ruimtedag
    Ruimtedag is gedurende die eerste week van Mei & # 8211 Hierdie webwerf het hulpbronne vir onderwysers en kinders.


    Proton

    Ons redakteurs sal hersien wat u ingedien het en bepaal of die artikel hersien moet word.

    Proton, stabiele subatomiese deeltjie wat 'n positiewe lading het wat gelyk is aan 'n eenheid elektronlading en 'n rusmassa van 1,67262 × 10 −27 kg, wat 1,836 keer die massa van 'n elektron is.

    Protone, tesame met elektriese neutrale deeltjies wat neutrone genoem word, vorm alle atoomkerne behalwe die waterstofkern (wat bestaan ​​uit 'n enkele proton). Elke kern van 'n gegewe chemiese element het dieselfde aantal protone. Hierdie getal definieer die atoomgetal van 'n element en bepaal die posisie van die element in die periodieke tabel. Wanneer die aantal protone in 'n kern gelyk is aan die aantal elektrone wat om die kern wentel, is die atoom elektries neutraal.

    Die ontdekking van die proton dateer uit die vroegste ondersoeke na die atoomstruktuur. Tydens die bestudering van strome geïoniseerde gasatome en -molekules waaruit elektrone gestroop is, het Wilhelm Wien (1898) en J.J. Thomson (1910) het 'n positiewe deeltjie geïdentifiseer wat in massa gelyk is aan die waterstofatoom. Ernest Rutherford het getoon (1919) dat stikstof onder alfa-deeltjie-bombardement wat waterstofkerne lyk, uitstoot. Teen 1920 het hy die waterstofkern as 'n elementêre deeltjie aanvaar en dit proton genoem.

    Hoë-energie deeltjie-fisika studies in die laat 20ste eeu het die strukturele begrip van die aard van die proton binne die groep subatomiese deeltjies verfyn. Daar is getoon dat protone en neutrone uit kleiner deeltjies bestaan ​​en word geklassifiseer as baryons — deeltjies wat bestaan ​​uit drie elementêre eenhede van materie, bekend as kwarks.

    Protone van geïoniseerde waterstof kry hoë snelhede in deeltjieversnellers en word gewoonlik gebruik as projektiele om kernreaksies te produseer en te bestudeer. Protone is die hoofbestanddeel van primêre kosmiese strale en is een van die produkte van sommige soorte kunsmatige kernreaksies.

    Die redakteurs van Encyclopaedia Britannica Hierdie artikel is onlangs hersien en bygewerk deur Adam Augustyn, besturende redakteur, verwysingsinhoud.


    'N Nuwe voorstel

    Ek het meer as 30 jaar op soek na 'n oplossing vir die ligte reistydprobleem, en onlangs het ek begin nadink oor 'n moontlikheid wat ek bevredigend vind. Met soveel ander oplossings wat voorgestel word, kan u wettig vra waarom nog een? Ek sien dat die meeste van hierdie oplossings vir die ligte reistydprobleem voor- en nadele inhou. As daar een oplossing was wat gewerk het, sou daar nie soveel oplossings wees nie, en sou daar nie so 'n skerp meningsverskil wees nie. Oorweeg my beskeie voorstel. Soos ek vroeër aangevoer het (Faulkner 1999), voer ek aan dat God se werk om die sterrekundige liggame op Dag vier te maak, 'n daad behels wat nie geskep is nie ex nihilo, maar eerder om dit te vorm uit materiaal wat voorheen geskep is, naamlik materiaal wat op Dag Een geskep is. As deel van God se vormingswerk is lig van die astronomiese liggame wonderbaarlik gemaak om teen 'n abnormaal versnelde tempo na die aarde te "skiet" om hul funksie te vervul om te dien as tekens, seisoene, dae en jare. . Ek beklemtoon dat my voorstel verskil van cdk deurdat geen fisiese meganisme aangeroep word nie, dit waarskynlik die ruimte self is wat vinnig beweeg het en dat die spoed van lig sedert die Skeppingsweek vandag was.

    Hierdie begrip doen geen invloed op die betekenis van ander Hebreeuse werkwoorde wat gebruik word om die vorming van die sterre te beskryf nie. Die woord בָּרָא (bārā ’ “Om te skep”), wat slegs met God as agent daarvan voorkom (vgl. Koehler en Baumgartner 2001, p. 153), word gebruik met verwysing na die skepping van die heelal in Genesis 1: 1, die skepping van die sterre in Jesaja 40:26, en die skepping van die hemele in Jesaja 42: 5 en 45:18. As verwysing na God se aktiwiteit, בָּרָא gereeld het die idee om iets nuuts te maak of iets uit niks te skep (vroeë kerkvaders het die Latynse term, ex nihilo, vir laasgenoemde). Dit is egter nie noodwendig die geval. Die werkwoord בָּרָא word ook gebruik oor die skepping van iemand wat verderf bring in Jesaja 54:16, die skepping van lof op die lippe van die verloste Israel in Jesaja 57:19, en die skepping van die Ammoniete in Esegiël 21:30. Daar is dus geen duidelike leksikale gegewens wat daarop dui dat בָּרָא nie gebruik mag word om te praat van 'n kreatiewe daad wat die gebruik van reeds bestaande materiaal insluit nie, mits God die agent van daardie kreatiewe daad is.

    Nog belangriker, die woord עָשָׂה (‘Āśâ 'Om te doen', 'om te maak') word spesifiek gebruik vir die skepping van die sterrekundige liggame in Genesis 1:16. Die betekenis van hierdie werkwoord is breër, semanties gesproke, as בָּרָא, en kan verwys na dade van kreatiewe vernuf deur ander agente as God. Dit gesê, is dit onteenseglik duidelik dat עָשָׂה algemeen gebruik word om te verwys na die handeling om iets te vorm uit reeds bestaande materiaal (byvoorbeeld die skepping van die mens in Genesis 1:26 vgl. 2: 7). Toegegee, dit is nie altyd die bedoelde betekenis nie, selfs nie met betrekking tot die sterrekundige liggame nie (vergelyk byvoorbeeld Genesis 1: 1 met 2 Konings 19:15 Jesaja 37:16 66:22 Jeremia 32:17). Die gebruik van עָשָׂה in die Dag vier skeppingsrekord afgesien van enige kontekstuele leidrade wat daarop dui dat dit die skeppingsgevoel uit niks moet dra stel voor dat daar 'n duidelike moontlikheid bestaan ​​dat die skepping van astronomiese liggame eerder 'n kwessie was om dit te vorm uit materiaal wat voorheen op Dag Een geskep is. Net soos die beskrywing van die aarde in Genesis 1: 2 iets onvoltooid is wat God gedurende die volgende paar dae teruggekeer het om te vorm en voor te berei, is die saak wat die astronomiese liggame sou word, miskien op Dag Een geskep, maar op Dag Vier, waarop God hulle lig na die aarde gebring het.

    Om my voorstel beter te begryp, is dit insiggewend om God se aktiwiteite op die ander dae van die Skeppingsweek te ondersoek om miskien insig te kry in patrone wat nuttig kan wees om op Dag vier te verken. Van besondere belang is die skepping van plante op dag drie. In die New King James Version sê vers 11,

    Toe het God gesê: Laat die aarde gras voortbring, die plante wat saad gee, en die vrugteboom wat vrugte dra volgens sy soort waarvan die saad is op sigself, op die aarde ”en dit was so.

    Vers 12 sê verder:

    En die aarde het gras voortgebring, die plante daardie lewer saad volgens sy soort en die boom daardie lewer vrugte waarvan die saad is op sigself volgens sy soort. En God het dit gesien dit was goed.

    Hier gee God 'n opdrag dat die aarde 'voortbring' en dan die aarde, in gehoorsaamheid, 'voortbring'. Genesis 1:11 gebruik die hiphil stam van דש֗א (dš ’), wat gebruik word om oorsaaklike aksie met 'n aktiewe stem uit te druk. Die King James Version vertaal dit gepas as: “Laat. . . voortbring." Die New American Standard Bible gee dit op dieselfde manier weer: “Laat. . . spruit. ” Lexeksies dui Dsh֗a niks aan nie hoe die aarde het plante voortgebring, maar kontekstuele leidrade dui aan dat die gebruik van Dsh֗a in Genesis 1:11 'n vinnige groeiproses behels. Dit wil sê op dag drie het plante nie onmiddellik verskyn nie. In plaas daarvan het plante opgegroei om volwasse te word. Uit die seën blyk dit dat God gesien het dat dit goed was (vers 12b) en die onmiddellike afsluiting van die Derde dag (vers 13) dat dit nie die gewoonlik stadige prosesse was wat ons vandag in plante sien nie, maar eerder 'n abnormaal baie vinnige groei en ontwikkeling van plante. Op die minste moes die plante (insluitende bome met vrugte) op Dae Vyf en Ses volwasse vrugte hê, want diere en mense het hulle dan vir voedsel benodig, wat God vir hulle bestem het (v. 29–30). Dit is baie maklik om u voor te stel dat hierdie baie vinnige dag drie wat uitloop en tot volwassenheid groei, lyk soos 'n film van die groei van vandag.

    Kan hierdie abnormale vinnige groei en ontwikkeling van plante op Dag drie iets soortgelyk aan die patroon wees om die sterrekundige liggame op Dag vier te maak? In my vorige werk oor die skepping van dag vier (Faulkner 1999), het ek so 'n vinnige proses voorgestel, alhoewel sonder om die parallel aan die skepping van plante te trek. Die dag drie-parallel kan baie nuttig wees om die ligte reistydprobleem op te los. Die rede dat plante wat op Dag drie gemaak is, nie so vinnig kon ontwikkel as wat hulle vandag doen nie, is dat hulle nie op Dae Vyf en Ses hul funksie om voedsel te voorsien kon vervul nie. Die vrugte wat die vinnigste ontwikkel, benodig weke of maande, en bome benodig jare om dit te doen. Op 'n soortgelyke manier kon die sterre nie hul funksies vervul om seisoene en dae en jare te merk nie (vers 14), tensy dit op Dag Ses sigbaar was. Ek stel voor dat die lig abnormaal moes "groei" of "skiet" na die aarde om hierdie funksie te vervul. Let daarop dat dit nie die resultaat is van een of ander natuurlike proses nie, net soos die opskiet van plante op Dag drie. In plaas daarvan is dit 'n wonderbaarlike, abnormale vinnige proses. In plaas daarvan dat lig baie vinnig beweeg, stel ek voor dat dit die ruimte self was wat die beweging gedoen het, en lig daarmee saamgedra het.

    Hierdie begrip stem ooreen met die konsep van die strek (נטה nṭh) of die uitspreiding (spanning mtḥ) van die hemele wat in die Ou Testament voorkom (byvoorbeeld Job 9: 8 Psalm 104: 2 Jesaja 40:22 42: 5 44:24 45:12 51:13). Baie Christene identifiseer hierdie strekking met die uitbreiding van die heelal, iets wat ek al 'n geruime tyd gedoen het, maar nou baie meer skepties is. Daar is verskeie moontlike probleme met hierdie begrip. Eerstens dink ons ​​gereeld aan rekkies in terme van een of ander elastiese stof soos rubber in 'n rekkie of 'n bungeekoord, en dit is soortgelyk aan universele uitbreiding. Elastiese rek is egter nie hoe die rek van die hemel beskryf word nie. Let op dat Jesaja 40:22 die uitspreiding uit die hemel vergelyk met die uitspreiding van 'n tent of gordyn. In antieke tye is tente en gordyne waarskynlik van dierevelle gemaak. As dit geberg word, sou 'n tent opgerol word en dan opgerol word om op te sit. Die rek was dus die afrol en versprei van die tentmateriaal. Dit is interessant dat die Skrif noem dat die hemel aan die einde van hierdie wêreld opgerol sal word soos 'n boekrol (Jesaja 34: 4), die omgekeerde van die uitspan van 'n tent of boekrol. 'N Ander probleem met die uitspanning van die hemele as universele uitbreiding, is dat baie van hierdie verse blykbaar impliseer dat die strek 'n gebeurtenis uit die verlede is, nie 'n voortdurende strekking nie. Let byvoorbeeld op die parallelisme in Jesaja 51:13:

    En jy vergeet die Here, jou maker,
    Wat die hemel uitgespan het
    En die fondamente van die aarde gelê
    Jy het elke dag gedurig gevrees
    Vanweë die grimmigheid van die verdrukker,
    As hy voorberei het om te vernietig.
    En waar is die woede van die onderdrukker?

    In hierdie vers word die uitspraak dat die Here “die hemel uitgespan” gepaard met die stelling dat Hy “die aarde gegrondves het”. Aangesien laasgenoemde beslis te verstaan ​​moet word as 'n aksie wat in die verlede voltooi is, behoort eersgenoemde ook so te wees. Dit is dus heel waarskynlik dat hierdie strek uit die verlede verband hou met die skepping. Ek stel voor dat die uitstrek van die hemel kan verwys na vinnige uitsteek van die ruimte om sterlig op die vierde dag na die aarde te bring, dieselfde dag waarop sterre gemaak is.

    Natuurlik moet onthou word dat die bogenoemde Bybelse verwysings na die uitrek van die hemel in poëtiese gedeeltes voorkom wat anders is as die rekord van Dag vier in Genesis 1: 14–19, wat al die tekens van prosa dra (Boyd 2005). Gevolglik kan 'rek' in hierdie gevalle 'n metaforiese instrument wees wat na niks anders verwys as die skepping van die hemel in hul uitspansel nie. Met ander woorde, die gebruikte taal is waarskynlik nie spesifiek genoeg om as sekere bewyse vir my verdediging in te skakel nie.Nietemin, die taal sluit beslis nie die posisie uit wat ek gevorder het nie, as die teks wel die idee wil oordra van lig wat teen 'n abnormaal versnelde tempo beweeg om die aarde op Dag vier (of, op die laaste, Dag) te bereik Ses), dan is verwysing na God wat die hemel uitspan, heel gepas.

    Hierdie voorgestelde oplossing vir die ligte reistydprobleem het ooreenkomste met sommige van die ander oplossings. Aangesien die lig op wonderbaarlike wyse op Dag vier op aarde gebring word, kan sommige 'n parallel sien met die lig wat in die transitoorie geskep word. Die groot verskil is egter dat die lig van ver voorwerpe met hierdie nuwe voorstel die ver voorwerpe wat ons sien in die lig wat in die transitoorie geskep is, verlaat het, die lig wat ons van voorwerpe wat baie ver is, nooit deur daardie voorwerpe uitgestraal is nie. Sommige mag sien dat hierdie nuwe voorstel soortgelyk is aan cdk, maar daar is ten minste twee onderskeidings. Eerste cdk volg op 'n wiskundig beskrewe verval. Hierdie nuwe oplossing veronderstel dat die lig hierheen eerder die strek van die ruimte was wat skielik begin en skielik geëindig het. 'N Tweede verskil is dat cdk op fisiese meganismes staatmaak, terwyl hierdie nuwe voorstel staatmaak op God se wonderbaarlike ingryping. 'N Mens kan 'n sterker parallel sien in hierdie voorstel tot die witgatkosmologie deurdat die witgatkosmologie die fisiese meganisme kan bied vir die strek om sterlig op aarde te kry. Ek wil egter beklemtoon dat ek nie 'n fisiese meganisme benodig vir hierdie voorstel nie.


    In die diep mantel van die aarde kan protonriviere bestaan ​​uit superioniese fases

    Die aarde se mantel kan deur superioniese minerale geëlektrifiseer word. Krediet: Qingyagn Hu

    Pierfranco Demontis het in 1988 gesê: "Ice word 'n vinnige ioongeleier by hoë druk en hoë temperature," maar sy voorspelling was tot onlangs net hipoteties. Na dertig jaar se studie is superioniese waterys in 2018 eksperimenteel geverifieer. Superionisiteit kan uiteindelik die sterk magnetiese veld in reuse-planetêre interieurs verklaar.

    Wat van die aarde, waarvan die binnekant ook onder ekstreme druk- en temperatuurtoestande is? Alhoewel driekwart van die aarde se oppervlak deur water bedek is, is daar selde water of ys in die binneland van die aarde. Die mees algemene eenheid van water is hidroksiel, wat geassosieer word met gasheerminerale om dit hidrouliese minerale te maak. Hier het 'n navorsingsgroep onder leiding van dr. Qingyang Hu, dr. Duckyoung Kim en dr. Jin Liu van die Sentrum vir Hoëdrukwetenskap en Tegnologie Gevorderde Navorsing ontdek dat so 'n waterige mineraal ook 'n eksotiese superioniese fase betree, soortgelyk aan waterys. in reuse planete. Die resultate word gepubliseer in Natuurgeowetenskappe.

    "In superioniese water sal waterstof vrygestel word van suurstof en vloeibaar word en vrylik binne die vaste suurstofrooster beweeg. Net so het ons 'n wateragtige minerale ysteroksied-hidroksied (FeOOH) bestudeer, en die waterstofatome beweeg vrylik in die vaste stof suurstofrooster van FeO2, "het dr. He, wat die berekeningsimulasie gedoen het, gesê.

    "Dit het ontwikkel tot die superioniese fase bo ongeveer 1700 ° C en 800 000 keer normale atmosferiese druk. Sulke druk- en temperatuurtoestande verseker dat 'n groot gedeelte van die Aarde se onderste mantel die superioniese waterhoudende mineraal kan huisves. Hierdie diep streke kan riviere van protone bevat, wat vloei deur die vaste stowwe. ' het dr. Kim bygevoeg.

    Gelei deur hul teoretiese voorspellings, het die span toe probeer om hierdie voorspelde superioniese fase in warm FeOOH te verifieer deur eksperimente met hoë temperatuur en hoë druk met behulp van 'n laserverhittingstegniek in 'n diamant-aambeeldsel.

    "Dit is tegnies uitdagend om die beweging van H-atome eksperimenteel te herken, maar die evolusie van O-H-binding is sensitief vir Raman-spektroskopie," het dr. Hu, een van die hoofskrywers, gesê. "Dus, ons het die evolusie van die O-H-band gevolg en hierdie eksotiese toestand in sy gewone vorm vasgelê."

    Hulle het bevind dat die O-H-binding terselfdertyd skielik sagter word as 73 000 keer normale atmosferiese druk

    55% verswakking van die O-H Raman-piekintensiteit. Hierdie resultate dui aan dat sommige H + van suurstof gedelokaliseer kan word en beweeglik kan word, wat die O-H-binding kan verswak, wat ooreenstem met simulasies. "Die versagting en verswakking van die O-H-binding by hoëdruk- en kamertemperatuurtoestande kan slegs as 'n voorloper van die superioniese toestand beskou word, omdat hoë temperatuur benodig word om die mobiliteit buite die eenheidsel te verhoog," het dr. Hou verduidelik.

    In superioniese materiale sal 'n duidelike geleidingsverandering plaasvind, wat 'n bewys is van superionisering. Die span het die evolusie van elektriese geleidingsvermoë van die monster tydens hoë temperatuur en druktoestande gemeet. Hulle het 'n skielike toename in elektriese geleidingsvermoë rondom 1500-1700 ° C en 121.000 keer normale atmosferiese druk waargeneem, wat daarop dui dat die diffusiewe waterstof die hele vaste monster bedek het en sodoende in 'n superioniese toestand gekom het.

    "Die piriet-tipe FeO2Hx is net die eerste voorbeeld van superioniese fases in die diep onderste mantel, "het dr. Liu, 'n mede-hoofskrywer van die werk, opgemerk." Dit is heel waarskynlik dat waterstof in die onlangs ontdekte digte waterstofdraende oksiede wat stabiel is onder die hoë PT-toestande van die diep onderste mantel, soos digte waterige fases, kan ook superioniese gedrag vertoon. '


    Eenheidsprobleem met betrekking tot proton - Sterrekunde

    Die lys konstantes wat hier gegee word, is meestal gebruik deur sterrekundiges. 'N Volledige lys van fisiese konstantes is beskikbaar by die Fisika-laboratorium van die Nasionale Instituut vir Standaarde en Tegnologie.

    Benewens konstantes, het ek ook 'n paar nuttige hoeveelhede geïntegreer.

    Naam: Simbool: Waarde:
    Astronomiese eenheid A.U. 1,496 x 10 11 meter
    Atoommassa konstante mu 1.6605386x10 -27 kg
    Boltzmann Constant k 1.3806505x10 -23 J K -1
    Elektron Volt eV 1.60217653x10 -19 J
    Gravitasie-konstante G 6,6742x10 -11 m 3 kg -1 s -2
    Gravity Constant Oor h-bar G / ħ c 6.7087x10 -39 (GeV / c 2) -2
    Ligjaar ly 9.4605x10 15 m
    Massa van Proton mbl 1.67262171x10 -27 kg
    Massa neutron mn 1.67492728x10 -27 kg
    Massa van elektron me 9.1093826x10 -31 kg
    Massa waterstofatoom mH 1,6735x10 -27 kg
    Parsec rekenaar 3.0857x10 16 m
    Planck Constant h 6.6260693x10 -34 J s
    Planck Constant meer as 2 & # 960 ħ 1.05457168x10 -34 J s
    Rydberg Constant R 6,6x10 -12
    Sonmassa 1,989x10 30 kg
    Sonradius 6,9599x10 8 m
    Sonkrag 3.90x10 26 W
    Spoed van lig c 299.792.458 m s -1
    Standaard atmosfeer 101 325 Pa
    Stefan-Boltzmann Constant σ 5.670400x10 -8 W m -2 K -4
    Wet op verplasing van Wien b 2.8977685x10 -3 n K
    Jaar - Aarde 365,2564 dae
    Jaar - Aarde 3.156x10 7 sek


    Glitch on Curiosity Rover, herlei na die boormeganisme

    Amptenare beoordeel hoe om bedrywighede aan te pas om toekomstige rotskernmonsters te versamel met NASA se nuuskierigheid Mars Rover nadat hulle die boor as die waarskynlike bron van 'n kortsluiting geïdentifiseer het wat die beweging van die Rover aan die einde van Februarie gestop het.

    Die rover het op 27 Februarie die probleem raakgeloop toe hy probeer het om 'n boormonster na die instrumente aan boord oor te plaas vir ontleding. Nuuskierigheid en die foutbeskermingsagteware het die fout wat deur NASA beskryf is, outomaties opgespoor as 'n skommeling in 'n elektriese stroom en # 8212 en 'n gestopte beweging van die robotarm, wat die boor- en monsternemingsmeganisme bevat.

    Die rover het stilgebly sedert die probleem plaasgevind het, aangesien ingenieurs op aarde die oorsaak van die kortsluiting ontleed.

    & # 8220Diagnostiese toetsing van hierdie week was produktief om die moontlike bronne van die kortstondige kortsluiting te verskraal, & # 8221 het Jim Erickson, Curiosity & # 8217; s projekbestuurder by NASA & # 8217; s Jet Propulsion Laboratory gesê. & # 8220 Die mees waarskynlike oorsaak is 'n kort afwisseling in die perkussie-meganisme van die boor. Na verdere ontleding om die diagnose te bevestig, sal ons ontleed hoe om daarvoor in toekomstige boorwerk aan te pas. & # 8221

    Nuuskierigheid het in 'n rots geboor aan die voet van Mount Sharp & # 8212, 'n hoë piek op Mars, waar gelaagde sedimente aan die einde van Februarie leidrade kon bevat van 'n ou bewoonbare Marsomgewing.

    NASA sê die booreenheid gebruik rotasie en 'n hamerende beweging om in rotse te druk. Poeier uit rotse wat deur Curiosity geboor is, word in die groewe van die boor gevang en dan in 'n meganisme geskud om die monster te sif voordat dit in die miniatuurlaboratorium van die Rover val.

    Nuuskierigheid gebruik 'n perkussiewe meganisme om die poeier van die boor en die groewe skoon te maak.

    Ingenieurs het hierdie week die beweging van die boor herhaal wat gelei het tot die kortsluiting as deel van die toets om die oorsaak te bepaal.

    & # 8220 Tydens die derde uit 180 op-en-af-herhalings van die aksie, het 'n skynbare kortsluiting minder as een honderdste van 'n sekonde plaasgevind, & rdquo; NASA het Vrydag in 'n statusverslag gesê. & # 8220Hoewel klein en vlugtig, sou dit genoeg gewees het om die foutbeskerming wat op 27 Februarie aktief was, te aktiveer onder die parameters wat destyds in plek was. & # 8221

    Die rover het vyf vorige boormonsters versamel sonder probleme.

    Grondbeheerders beplan om die robotarm van die rover te beweeg en te kyk of die kortsluiting verdwyn as die aanhangsel in 'n ander rigting is.

    & # 8220Na daardie toetse verwag die span om die monsterpoeier wat die arm tans hou, te verwerk en dan gedeeltes van die monster aan boord van laboratoriuminstrumente te lewer, & # 8221 statusverslag gesê. & # 8220Volgende sal Curiosity weer die Mount Sharp klim. & # 8221


    Eenheidsprobleem met betrekking tot proton - Sterrekunde

    Hierdie eenheid bied studente 'n inleiding tot enkele van die belangrikste konsepte in sterrekunde. Die eenheid bevat die oorsprong en aard van sterre en die sonnestelsel en die gebruik van teleskope vir die waarneming en fotograwe van die naghemel.

    Na voltooiing van hierdie eenheid behoort studente in staat te wees om:

    1. toepaslike konsepte, beginsels en teorieë van inleidende sterrekunde te verduidelik en toe te pas
    2. die algemene struktuur van die heelal en die sonnestelsel te beskryf en te verduidelik
    3. die belangrikste teorieë van sterre-evolusie en die eienskappe van die fases van 'n ster deur die evolusie daarvan te beskryf
    4. die belangrikste teorieë van die vorming van sonnestelsels en die eienskappe van die stelsel van planete te beskryf
    5. die eienskappe van sterrestelsels en die struktuur van die Melkwegstelsel te beskryf
    6. die konstruksie van die hooftipes teleskope te verduidelik, en gebruik 'n teleskoop vir astronomiese besigtiging
    7. vaardighede te demonstreer in die gebruik van 'n kamera om sterrekonstellasies te fotografeer
    8. vaardighede te demonstreer in ondersoekbeplanning, data-insameling, dataverwerking en -kommunikasie in laboratorium- en veldwerk wat verband hou met verskynsels in die ruimtewetenskap.

    1. Die heelal:
    Die bestanddele van materie en energie. Die komponente van sterrestelsels, sterre, sonnestelsels, interstellêre molekules en kosmiese strale. Afstande van astronomiese eenheid, parsec en ligjaar.

    2. Die sonnestelsel:
    Vorming van sonnestelsel, wentelbane van planete, planeetperiodes, samestelling van planete, atmosfeer en natuurlike satelliete.

    3. Planete:
    Gedetailleerde beskrywings van Mercurius en Mars as voorbeelde van aardse planete, en Jupiter en Saturnus as voorbeelde van Joviese planete.

    4. Meteoriete en Komete:
    Beskrywing van die terme meteoroïde, meteoor en meteoriet. Eienskappe van klipperige, yster en klipperige meteoriete. Klassifikasie en oorsprong van meteoriete. Struktuur van komete. Toetse vir kometêre modelle.

    5. Son:
    Die struktuur van die son en die fisiese eienskappe van die strukturele streke. Oppervlakkenmerke van sonkolle, fakkels en prominensies. Rotasieperiode van die son.

    6. Astronomiese instrumente:
    Breek teleskope. Weerkaatsende teleskope van eerste, Newtonse Cassegrain en Coude fokusontwerpe. Schmit-teleskoop. Ekwatoriale en altazimuth-teleskoopmonterings. Funksies en kenmerke van radioteleskope.

    7. Sterre evolusie:
    Ligsterkte en oppervlaktemperature van sterre. Skynbare en absolute groottes. Hertzsprung-Russell-diagram. Evolusie van ster vanaf 'n newel na 'n swart gat.

    8. Konstellasies:
    Belangrike konstellasies van die Suidelike Halfrond. Oorsprong van konstellasie nomenklatuur. Kenmerke van groot konstellasies.

    9. Sterrestelsels:
    Hubble-klassifikasie van sterrestelsels. Gedetailleerde beskrywing van die Melkwegstelsel. Galaktiese evolusie.

    10. Kosmologie:
    Resessie van die sterrestelsels. Modelle van heelal deur Big Bang, Steady State en Oscillerende Heelal-teorieë. Toetse vir modelle van die heelal. Probleem van rooi verskuiwing.


    Eenheidsprobleem met betrekking tot proton - Sterrekunde

    'N Aantal belangrike gebeurtenisse wat verband hou met sonkringe in die verlede, was moontlik verantwoordelik vir verskillende operasionele afwykings in die ruimtetuig. Verder is die beskerming van bestraling die belangrikste probleem vir ruimtestasieoperateurs, vir langdurige missies na die planeet Mars of vir 'n herbesoek aan die Maan. Om hierdie redes en ander is daar die afgelope paar jaar groot belangstelling getoon met betrekking tot die voorspelling van protonvloei van die son uit data wat tydens vorige sonsiklusse versamel is.

    Son-proton-effekte op ruimtestelsels

    Die neiging tot onlangse kleiner en vinniger elektroniese komponente en sensitiewer detektors het gelei tot die behoefte om die sonproton-effekte op ruimtetuigstelsels te verstaan ​​en te beskerm. In vroeëre satelliete is groter komponente gebruik wat beteken dat enkele deeltjies slegs 'n beperkte volume van die toestel kan beïnvloed, en dus slegs kumulatiewe skade as gevolg van veelvuldige deeltjie-interaksies tot wanfunksionering kan lei. Aangesien die grootte van moderne toestelle geminimaliseer word om die prosesseringsnelheid en kragverbruik te verbeter, kan 'n enkele deeltjie 'n beduidende effek hê en selfs 'n onomkeerbare skade aan 'n elektroniese toestel veroorsaak. As gevolg hiervan is hierdie toestelle meer vatbaar vir stralingseffekte as ouer komponente.

    Die belangrikste meganisme waarmee 'n energieke proton energie kan afsit as dit deur materie gaan, is ionisasie. Die energie wat deur die invallende deeltjie opgegee word, lei tot die vorming van elektron-gatpare, wat weer die prestasie van die toestel laat afneem.

    Verplasingskade vind plaas wanneer die inkomende energieke proton momentum oordra na die atome van die teikenmateriaal. As voldoende energie oorgedra word, kan die atoom vanaf sy plek uitgestoot word, wat 'n vakature of gebrek agterlaat. Die daaropvolgende fisiese prosesse is uiteenlopend en ingewikkeld, maar weereens is verminderde toestelprestasie die uiteindelike gevolg. Dit is 'n belangrike meganisme in sonkrag-, CCD-, optokoppel- en materiaalagteruitgang.

    Twee verdere meganismes van belang is die van die enkele gebeurtenis (SEU) en die enkele gebeurtenis (SEL) wat voorkom wanneer 'n insident gelaaide deeltjie 'n kort, maar intense laadspoor in die sensitiewe volume van 'n komponent afsit. Hierdie laadroete is in staat om die logiese toestand van 'n geheue-element (SEU) om te keer of vernietigende vergrendeling te veroorsaak waar 'n parasitiese stroombaan geskep word, wat groot strome in staat stel om die toestel te vernietig. Hierdie proses is hoofsaaklik beperk tot ione met 'n hoër atoomgetal as protone, aangesien die lineêre energie-oordrag (LET of dE / dx) van swaar ione beduidend groter is as die van protone. Energieke protone kan egter kerninteraksies met komponentmateriaal ondergaan, en die kortafstandreaksieprodukte lei tot 'n intense plaaslike ladingopwekking, wat 'n SEU of selfs 'n vergrendeling veroorsaak.

    Sonprestasie word ook nadelig beïnvloed deur die ionisasie- en verplasingsmeganismes hierbo beskryf. Degradasie lei tot die vermindering van die spanning en die stroomuitset, wat ernstige gevolge vir die lewensduur van die ruimtetuig kan hê.

    Sonselle word gewoonlik van silikon gemaak, alhoewel galliumarseniedselle verhoogde doeltreffendheid kan lewer teen verhoogde produksiekoste. Hulle is in serie en parallel gerangskik om onderskeidelik die gewenste spanning en stroomvlakke te lewer en vorm gesamentlik die sonkrag. As 'n enkele sel dus in 'n string selle misluk, sal 'n oop stroombaan ontwikkel wat tot totale kragverlies lei. Sonselstringe kan so gerangskik word dat kragverlies van 'n volledige skikking tot die minimum beperk word, maar agteruitgang is onvermydelik.

    Sonselle word aan die voorkant deur 'n dekglas beskerm en beskerm teen protone. Uitgloeiingsprosesse kan ook die agteruitgang van die prestasie wat deur die omringende stralingsomgewing veroorsaak word, verreken. Dit geld veral vir galliumarseniedselle en in 'n mindere mate vir silikonselle.

    Toekomstige interplanetêre bemande missies moet sonfakkelaktiwiteit baie noukeurig oorweeg as gevolg van die ooglopende nadelige gevolge van bestraling op die mens. Baie hoë dosisse tydens die transito-fase van 'n missie kan lei tot bestralingsiekte of selfs die dood. Dit geld ook vir langdurige besoeke aan oppervlaktes van ander planete en mane met 'n sterk magnetiese veld wat sondeeltjies kan aflei. Die risiko om kanker te ontwikkel 'n paar jaar na 'n missie is ietwat moeiliker om te kwantifiseer, maar dit moet ook in ag geneem word by missiebeplanning.

    Voldoende bestralingsbeskermingsmaatreëls moet bedink word vir lang interplanetêre pogings. Stormskuilings is nodig op die transito-ruimtetuig en op die planeetoppervlak. Laasgenoemde kan tot 'n sekere mate deur geologiese kenmerke van die besoekte liggaam voorsien word. Die ontwerp van stralingsbeskerming vir 'n ruimtetuig is baie moeiliker gegewe die inherente beperkings verbonde aan die konstruksie van 'n interplanetêre ruimtevoertuig.

    • ioniserende dosis: SHIELDOSE en SHIELDOSE-2
    • nie-ioniserende energieverlies
    • verplasingskade in sonselle: EQFLUX
    • ontstel van enkele gebeurtenisse: CREME

    Voorspel sonpronon-gebeure

    Korttermynvoorspellings is nodig vir take wat ekstravehikulêre aktiwiteit (EVA) en die gebruik van bestralingsensitiewe wetenskaplike detektore benodig. Intydse waarneming van die son kan nuttige waarskuwings bied vir sonfakkelaktiwiteit, aangesien groot protongebeurtenisse gewoonlik gepaard gaan met die sterk emissie van elektromagnetiese straling, soos sigbare lig, radiogolwe en sagte X-strale tydens 'n fakkel.

    Op grond van die ligsnelheid bereik elektromagnetiese straling die omgewing van die aarde (of enige ander plek in die ruimte) voordat enige deeltjiesstraling aankom (dit neem 8,5 minute om die aarde vanaf die son te bereik, terwyl die nie-relativistiese deeltjies bereik die aarde slegs ure of dae later, afhangende van die deeltjie-energie). Protone moet eers deur die sonkorona voortplant na die voet van 'n interplanetêre magnetiese veldlyn deur diffusie. Hierdie proses kan al 'n beduidende verswakking van deeltjievloei veroorsaak as die opvlamplek 'n groot afstand van die veldlyn is. Die volgende stap is voortplanting deur die interplanetêre medium langs die magneetveldlyne, wat tydens stille toestande 'n Archimediese spiraalvorming aanneem.Gedurende hierdie stadium van voortplanting kan die sonprotonpopulasie aansienlik verander word deur verskeie fisiese prosesse soos diffusie en versnelling, wat byvoorbeeld veroorsaak word deur interplanetêre bewegende skokke of wisselwerking tussen streke. Protone word gewoonlik deur die interplanetêre medium versprei, wat lei tot kwasi-isotrope vloed. Sekere grootskaalse kenmerke van die magneetveld, soos magnetiese bottels of wolke, kan egter veroorsaak dat gelaaide deeltjies tydelik sterk anisotrope verspreidings aanneem.

    Die direkste interplanetêre veldlynverbinding met die aarde is naby 'n heliografiese lengte van 60 & deg. Wes. Dit is dus heel moontlik dat 'n groot fakkel wat ver van hierdie lengte geleë is, 'n onbeduidende toename in sonprotonstrome op die aarde sal lewer. Dit is dus belangrik om sulke valse alarms te kan onderskei wat andersins sonder geldige rede die werking van die ruimtetuig sou belemmer. Net so noodsaaklik is dit om vooraf waarskuwing van sonprotone te kry wanneer geen elektromagnetiese aktiwiteit gemonitor word nie. Dit kan gebeur as die opvlamplek agter die sonkrag versteek is, wat optiese, radio- of X-straalwaarnemings bemoeilik, indien nie onmoontlik nie. 'N Geïdealiseerde skets van die interplanetêre medium en die voortplanting van straling tussen die son en die aarde word in Fig. 1 getoon.

    Figuur 1. 'n Geïdealiseerde voorstelling van die interplanetêre medium tussen die son en die aarde (aangepas uit Smart [1988]).

    Langtermyn voorspellings van die stralingsvlakke as gevolg van gebeure is nodig as 'n duur ontwerp of missie wat bedreig word deur die ontwerp te vermy. Die dosis wat gedurende 'n missieleeftyd opgehoop is, is 'n funksie van die sonprotonvloei (behalwe vir lae hellings met lae Aarde, waar geomagnetiese afskerming beskerming bied), dus is 'n betroubare skatting van hierdie vloei nodig deur 'n ruimtetuigingenieur om die ontwerpparameters te optimaliseer.

    Soos met enige vorm van langtermynvoorspelling gebaseer op waarnemings uit die verlede, speel die statistiese interpretasie van data 'n sentrale rol in die definisie van die finale model. Die grootte van die gebruikte datastel sal altyd 'n beperkende faktor wees vir die mate van vertroue wat verband hou met enige protonmodel. In situ metings van sonde-gebeurtenisdeeltjies deur satelliete is eers sedert die vroeë dae van die ruimtetydperk beskikbaar. Voorheen kon vloei van songebeurtenisse slegs afgelei word deur grond- of lae hoogte-metings wat deur klankende vuurpyle of ballonne gemaak is. Ongelukkig is sulke tegnieke geneig tot onakkuraatheid en kan dit slegs met die nodige vertroue gebruik word gedurende die laaste sonsiklus voor die koms van satelliettegnologie.

    Son proton modelle

    Die King-model

    Figuur 2. Jaarlikse gemiddelde sonvleknommer. Die blou en groen vertikale lyne dui die datums van maksimum en minimum sonkrag aan, onderskeidelik wys die rooi reghoeke die maksimum sonkragperiodes wat deur Feynman et al. [1993] vir die JPL-modelle.

    Voorspellings vir sonsiklus 21 het aangedui dat die sonvlekgetal waarskynlik minder sou wees as wat gedurende siklus 20 gemeet is, hoewel dit onwaar blyk te wees. Met die veronderstelling dat die sonvlekgetal en die jaarlikse geïntegreerde protonvloei lineêr verband hou, het King gekies om die datasiklus 19 van die sonkring te ignoreer en het die metings wat slegs in siklus 20 gemaak is, verteenwoordigend van siklus 21 gedoen.

    Die datastel is hoofsaaklik saamgestel uit protonmetings (in die energiebereik 10-100 MeV) wat deur instrumente op IMP 4, 5 en 6 gemaak is, wat almal in geosentriese, hoogs elliptiese wentelbane gevlieg het. Die data vanaf enige instrument of satelliet is, waar moontlik, met onafhanklike metings gekruisig om die onderlinge konsekwentheid van die volledige databasis na te gaan.

    Daar is 25 individuele gebeurtenisse wat in die King-databasis gebruik word, insluitend die groot proton-gebeurtenis van Augustus 1972, wat ongeveer 70% van die totale & GT10 MeV-vloei vir die volledige sonsiklus uitmaak. Aangesien hierdie groot gebeurtenis so 'n dominante bydrae gelewer het tot die totale vloei van die sonnesiklus, het King besluit om dit van die oorblywende 24 gebeurtenisse te skei en dit te klassifiseer as 'n anomalies groot (AL) gebeurtenis, in teenstelling met die oorblywende gewone gebeure. Daar word algemeen aanvaar dat as 'n Apollo-sending tydens die Augustus 1972-gebeurtenis gevlieg het, die ruimtevaarders ernstige (en moontlik dodelike) dosisse bestraling sou ontvang het. Apollo 16 het in April 1972 gevlieg en die volgende (en laaste) missie van die program het in Desember van dieselfde jaar gevlieg.

    Die statistiese benadering wat King gebruik het, was gebaseer op metodes wat Yucker [1972] en Burrell [1972] gebruik het in hul ontledings van vroeëre sonprotondata. Yucker het die begrip saamgestelde waarskynlikheid ingestel om die waarskynlikheid P te definieer om 'n gespesifiseerde vloei van protone met energie groter as E te oorskry tydens 'n missie van t jaar


    waar f = 10 F en N die waargenome aantal gebeure in T jaar is. Die waarskynlikheid p om presies n gebeure in t jaar waar te neem, word gegee deur Burrell [1972] se uitbreiding van Poisson-statistieke:


    wat geldig is vir populasies wat 'n klein aantal monsters het. Die waarskynlikheid Q dat die logaritme van die gekombineerde vloei van n gebeurtenisse F sal oorskry, word gegee deur:


    waar die rekursiewe Q in die integrand gedefinieër word as eenheid as die argument van die logaritme kleiner is as of gelyk aan nul, en om nul te wees as x & lt F en n = 1 gelyktydig is. As die logaritmiese vloei normaal versprei word,


    waar & lt F & gt die gemiddelde logaritmiese vloeiendheid is en sigma die standaardafwyking is.

    Daar is gevind dat die geïntegreerde energiespektrum van die Augustus 1972-gebeurtenis analities die beste verteenwoordig word deur 'n eksponensiële energie:

    J (& gt E) = J 0 exp [(30- E) / E 0],
    met J 0 = 7,9x10 9 cm -2 en E 0 = 26,5 MeV. Daar is gevind dat die gewone gebeure die beste benader word deur 'n eksponensiële rigiditeit R, wat vir protone verband hou met energie as:

    R = (E 2 + 1862 E) 1/2 / 1000
    en word gemeet in eenhede van GV. Adams et al. [1981] het die gemiddelde vloeiendheid vir gewone gebeure gepas as

    J = 8.38x10 7 (e - E /20.2 + 45.6 e - E / 3).
    Dit is die tipiese protonspektrum wat na verwagting in die interplanetêre medium naby die aarde sal kom as gevolg van 'n gewone gebeurtenis, geïntegreer gedurende die periode van die gebeurtenis. Adams et al. [1981] bied ook 'n ergste spektrum:

    J = 2.865x10 8 (e - E / 30 + 22.0 e - E / 4),
    wat die intensste spektrum is (met 'n vertrouensvlak van 90%) wat verwag word in die interplanetêre medium naby die Aarde as gevolg van 'n gewone gebeurtenis. Die drie spektra word in Fig. 3 getoon.

    Figuur 3. Spectra gebruik vir die King [1974] sonprotonmodel: ___ AL gebeurtenis spektrum ___ beteken gewone gebeurtenis ___ 90% slegste geval gewone gebeurtenis.

    Die JPL-model

    Die datastel wat deur Feynman et al. [1990] vir die eerste weergawe van die JPL-model (JPL-85) sluit waarnemings in wat tussen 1956 en 1963 (gedurende sonkring 19) verkry is met behulp van detektors wat op vuurpyle en ballonne gevlieg is. Na 1963 het satellietmonitering van die naby-Aarde-stralingsomgewing roetine geword en is 'n wesenlike deurlopende databasis versamel uit metings wat deur verskillende ruimtetuie gedoen is. Die data wat vir die JPL-85-model gebruik word, dek drie sonsiklusse.

    Met behulp van die presiese datums van maksimum sonkrag (1957.9, 1968.9, 1979.9 en 1989.9) as die nul verwysingsjaar vir elke siklus, kon Feynman en kollegas aantoon dat die aktiewe fase van die sonkring 7 jaar van die volledige siklus van 11 jaar geduur het. . Die jare van groot vlotheid begin 2,5 jaar voor die nul-verwysingsdatum en eindig 4,5 jaar na hierdie datum (sien Fig. 2). 'N Asimmetrie in die gebeurtenisfrekwensie en -intensiteit bestaan ​​dus ten opsigte van die piek in sonaktiwiteit. Die JPL-model neem slegs sonprotonvloei in die sewe gevaarlike jare van 'n sonsiklus in ag en ignoreer vloei gedurende die oorblywende vier stil jare.

    Die JPL-85-model is vervang deur 'n nuwer weergawe, JPL-91 [Feynman et al. , 1993]. Die voorkomsfrekwensie van die belangrikste gebeure wat die totale vloeiendheid oorheers, blyk nie lukraak in die tyd te versprei nie. In plaas daarvan lyk dit of dit baie meer algemeen is in sommige sonsiklusse as in ander. In die 25 jaar tussen 1963 en 1988 was daar slegs een groot gebeurtenis (1972). Daarenteen het 3 of 4 belangrike gebeurtenisse in die kort periode van 1957 tot 1963 plaasgevind, en 4 of 5 belangrike gebeure het tussen 1989 en 1991. Dit is dus noodsaaklik dat die datastel vir 'n sonprotonmodel oor verskeie sonkragte versamel word. siklusse sodat dit 'n goeie statistiese voorbeeld van die belangrikste gebeure bevat. Ten tye van die konstruksie van die JPL-85-model was daar sedert 1963 nog net een groot protongebeurtenis toe data-insameling in die ruimte roetine geword het. In die JPL-85-model is hierdie probleem hanteer deur data te gebruik wat voor 1963 versamel is. Alhoewel hierdie data van 'n verrassend goeie gehalte was, is dit met verskillende tegnieke versamel en geanaliseer as die data wat na 1963 versamel is. datastelle wat in die JPL-85-model gebruik is, nie 'n eenvormige datastel gevorm het nie. Die voorkoms van groot protongebeurtenisse in die vroeë negentigerjare het die geleentheid gebied om hierdie swakheid van die JPL-85-model reg te stel. Terselfdertyd is die modelenergie-reeks uitgebrei.

    Die datastel wat vir die JPL-91-model gebruik word, bestaan ​​uit 'n byna deurlopende rekord van daaglikse gemiddelde vloei bo die energiedrempels van 1, 4, 10, 30 en 60 MeV. Die protongebeurtenisse wat in die JPL-modelle oorweeg word, word gedefinieer as die totale vloei wat plaasvind gedurende 'n reeks dae waartydens die protonvloei 'n geselekteerde drempel oorskry het. Die drempels vir die JPL-91-model (in cm -2 s -1 sr -1) is 10, 5, 1, 1 en 1 vir die vyf energiedrempels.

    Die statistiese eienskappe van die gebeure wat gedurende die aktiewe tydperke van die sonsiklus plaasvind, word afsonderlik beskou as dié wat gedurende die stil tydperke plaasvind. Vir die JPL-modelle is aanvaar dat daar geen beduidende protonvloei tydens stille periodes bestaan ​​nie en dat die enigste model een vir die aktiewe periodes is. Daarom is slegs data wat gedurende die 7 aktiewe jare van die siklusse versamel is, gebruik.

    Die kumulatiewe waarskynlikheidsverdeling van die hoë vloeiende gedeelte van die data kan baie goed pas by 'n lognormale verspreiding. Figuur 4 toon die verspreiding van die vloei van sonkraggebeurtenisse vir protone van energie & GT60 MeV. Die gebeure is volgens die logboek van die vloeiing georden en geteken teenoor die persentasie waargenome gebeure wat 'n grootte minder het as die gegewe gebeurtenis. Die horisontale as van die plot word so afgeskaal dat 'n datastel wat normaalweg versprei word, as 'n reguit lyn sal verskyn. Die werklike verspreiding van die data is nie lognormaal nie, want in die regte data is daar altyd meer gebeurtenisse, hoe kleiner die grootte van die gebeurtenis, terwyl daar vir 'n lognormale verspreiding 'n gemiddelde gebeurtenisgrootte is en dat die aantal gebeure vir kleiner en groter gebeure afneem. as wat dit beteken. Om hierdie rede kan daar nie van die verspreidings verwag word om reguit te pas vir vloei minder as die gemiddelde van die datastel nie. Die skatting van die totale vloeiendheid wat tydens 'n missie opgehoop word, word egter oorheers deur die skatting van die waarskynlikheid van groot gebeurtenisse en sal nie verander word nie as gevolg van die onderskatting van die waarskynlikheid van die klein gebeurtenisse. Die belangrike vraag is die skatting van die voorkoms van die grootste gebeurtenisse. Die reguit lyn wat pas by die verspreiding van die vloei van gebeure, word in Fig.

    Figuur 4. Verdeling van vloei van sonkraggebeurtenisse vir sonaktiewe jare tussen 1963 en 1991 vir protone van energie & GT60 MeV waarvoor die daaglikse gemiddelde stroom 1,0 cm -2 s -1 sr -1 oorskry. Die reguit lyn is die gepaste lognormale verspreiding (van [Feynman et al., 1993]).

    Die formulering van die JPL-modelle is presies dieselfde as wat deur King gebruik word, met die uitsondering van die definisie van die funksie p (n, t N, T). Die JPL-datastel het 'n aansienlik groter aantal gebeurtenisse, sodat suiwer Poisson-statistieke van toepassing is:


    waar omega die gemiddelde aantal gebeure is wat gedurende die waarnemingsperiode plaasgevind het: omega = N / T. Die funksie Q (& gt F, E n) wat die waarskynlikheid gee dat die logaritme van die gekombineerde vloei van n gebeurtenisse F sal oorskry, kan gegenereer word deur 'n Monte Carlo-tegniek wat 'n groot aantal (100.000) willekeurige vloei van die omgekeerde simuleer. van die lognormale verspreiding.

    Die JPL-modelle word aangebied as waarskynlikheidskromme om 'n gegewe vloeiendheid te oorskry tydens 'n missie van 'n geselekteerde duur. Die vloei-waarskynlikheidskurwes vir verskillende misduurstydperke word in Fig. 5 voorgestel vir protone van energie & gt60 MeV. Die waarskynlikheidskurwes gee die waarskynlikheid dat die gegewe vloei gedurende die lewensduur van die sending oorskry word, met die aanname van 'n konstante heliosentriese afstand van 1 AU. Om die waarskynlikheidskurwes te gebruik, moet u die lyn vind wat ooreenstem met die verlangde missielengte gedurende sonaktiewe jare (die vloei in 'n enkele siklus van 11 jaar moet aanvaar word dat dit gelyk is aan 7 jaar vloei). Bepaal die vereiste vertrouensvlak, en herinner aan dat 'n vertrouensvlak van sê 95% beteken dat slegs 5% van die missies wat identies is aan die een wat oorweeg word, vloeiings sal hê groter as wat vir die 95% vertrouensvlak bepaal is (dws waarskynlikheid + vertrouensvlak = 100% ). Die abscissa gee dan die vloeiendheid wat nie met die gekose vertrouensvlak oorskry sal word nie. In die numeriese implementering van die modelle word die waarskynlikheidskurwes voorgestel as 'n diskrete stel punte waartydens lineêre interpolasie uitgevoer word. Interpolasie of ekstrapolasie vir energie wat verskil van die modeldrempels gebruik 'n eksponensiële aanpassing van die vloei in terme van rigiditeit.

    Figuur 5. Fluens waarskynlikheidskurwes vir protone van energie & gt60 MeV vir verskillende missietydperke (van [Feynman et al., 1993]).

    Feynman et al. [2002] het die waarnemings van sonpartikelgebeurtenisse wat plaasgevind het sedert die JPL 1991-model ontwikkel is (tot 1998), bestudeer en tot die gevolgtrekking gekom dat die nuwe waarnemings goed val binne die verspreiding van vloeiings waarop die JPL 1991-model gebaseer is. Daarom kom die outeurs tot die gevolgtrekking dat daar geen verandering aangebring moet word aan die waarskynlikheidsverdeling wat in die JPL 1991-model gebruik word nie, en dat dit nie meer nodig is om die JPL-model te etiketteer teen die jaar waarin die datastel beëindig is nie. Die model kan nou eenvoudig die JPL-model genoem word.

    Die Rosenqvist et al. (2005, 2007) modelle

    Opgedateerde waardes van die parameters van die JPL-model
    Parameter & GT10 MeV & gt30 MeV
    Meld10(& mu) 8.07 7.42
    Meld10(& sigma) 1.10 1.2
    w 6.15 5.40

    Die ESP-modelle

    Vorige benaderings tot die modellering van vloei-verspreiding van sonprotongebeurtenisse was grotendeels empiries van aard. Lognormale verspreidings is gebruik om groot gebeurtenisvloeistowwe te beskryf, maar wyk af van die gemete verdeling vir kleiner gebeurtenisvloeiings [King, 1974 Feynman et al. , 1993]. Kragwette, wat die kleiner gebeurtenisvloei baie goed beskryf, maar die waarskynlikheid van groot gebeurtenisse oorskat, is ook gebruik [Gabriel en Feynman, 1996]. Albei hierdie tipe benaderings is verdienstelik. Dit beskryf egter nie die volledige verspreiding akkuraat nie, maak die moontlikheid van oneindig groot gebeurtenisse moontlik, en hulle het nie 'n sterk fisiese en wiskundige regverdiging nie.

    Die basiese moeilikheid om 'n verspreiding van vloei van die sonprotongebeurtenis te beskryf, kom as gevolg van die onvolledige aard van die data, veral vir groot vloei-gebeure. Byvoorbeeld, in die laaste 3 volledige siklusse, wat ongeveer 33 jaar strek, het slegs 3 afsonderlike gebeurtenisse 'n & GT10 MeV-vloei van ongeveer 10 10 cm -2 of meer opgelewer. Dit is van kritieke belang om die waarskynlikheid van hierdie baie groot gebeure te kenmerk.

    'N Ander rede vir die herbeoordeling van die kumulatiewe vloei-modelle van die sonprotongebeurtenis, is dat 'n akkurate benadering na vore gekom het om die onderliggende of aanvanklike verspreiding van sonstroningsgebeurtenisse te beskryf [Xapsos et al. , 1999]. Dit is gebaseer op die maksimum entropie teorie [Kapur, 1989] en voorspel 'n aanvanklike verspreiding wat 'n afgeknotte magswet is in die geval van vloeiendheid. Die maksimum entropie-beginsel bied 'n wiskundige prosedure om 'n waarskynlikheidsverspreiding te genereer of te kies wanneer die data onvolledig is. Dit verklaar dat die verspreiding wat gebruik moet word die een is wat die entropie maksimeer, 'n mate van onsekerheid, onderhewig aan beperkings wat deur beskikbare inligting opgelê word. So 'n keuse lei tot die minste bevooroordeelde verspreiding in die lig van ontbrekende inligting. 'N Voorbeeld word getoon in Fig. 6, wat 'n diagram is van die aantal gebeurtenisse per sonaktiewe jaar wat 'n gegewe gebeurtenisvloei teenoor vloeiing oorskry. Die punte stel die gemete & gt30 MeV-gebeurtenisvloei voor gedurende aktiewe jare van sonsiklusse 20-22. Dit word vergelyk met die verspreiding wat voorspel word deur die maksimum entropietegniek, getoon deur die lyn. Hierdie benadering is 'n beduidende verbetering in die beskrywing van die verspreiding van gebeure in vergelyking met vorige empiriese metodes soos die gebruik van lognormale verspreidings en magswette. Aangesien 'n model van kumulatiewe vloeiings gebaseer moet wees op 'n aanvanklike verspreiding van gebeurtenisse, is dit die moeite werd om die verbeterde verspreiding te gebruik wat verkry word deur die maksimum entropie-benadering.

    Figuur 6. Verdeling van & gt30 MeV sonprotongebeurtenisvloei.

    Gegewe data van sonprotone van die laaste 3 volledige sonsiklusse (20-22) is verwerk om die gebeurtenisvloei te verkry. Die bron van die data vir siklus 20 was die IMP-3, -4, -5, -7 en -8 satelliete. Die data van siklus 21 was van IMP-8. Die GOES-5-, -6- en -7-satellietdata, wat tot baie hoër protonenergieë strek, is gebruik vir siklus 22. Slegs gebeurtenisse met 'n minimum vlotheid en Phin min is oorweeg. Hierdie minimum vloei hang af van die protonenergie-reeks [Xapsos et al. , 1999] en word in Tabel 1 gelys. By die identifisering van gebeure is die praktyk van NOAA gevolg, waar die begin en einde van 'n gebeurtenis geïdentifiseer word deur 'n drempelprotonstroom, sodat 'n groot gebeurtenis uit verskeie opeenvolgende stygings en dalings kan bestaan vloed. Aangesien 'n baie groot deel van die opgehoopte vloei gedurende sonaktiewe jare voorkom, is dit redelik om die sonaktiewe jare te verwaarloos, volgens die praktyk van Feynman et al. , [1993].

    Tabel 1. Energiebestek en minimum en maksimum gebeurtenisvloei oorweeg
    Proton
    energie-reeks
    (MeV)
    Minimum geleentheid
    vloeiendheid
    & Phi min (cm -2)
    Die ergste geval
    maksimum vloeiendheid
    & Phi maksimum (cm -2)
    & gt1 5.0x10 8 1.55x10 11
    & gt3 1.0x10 8 8.71x10 10
    & GT5 1.0x10 8 6.46x10 10
    & gt7 2.5x10 7 4.79x10 10
    & gt10 2.5x10 7 3.47x10 10
    & gt15 1.0x10 7 2.45x10 10
    & gt20 1.0x10 7 1.95x10 10
    & gt25 3.0x10 6 1.55x10 10
    & gt30 3.0x10 6 1.32x10 10
    & gt35 3.0x10 6 1.17x10 10
    & gt40 1.0x10 6 8.91x10 9
    & gt45 1.0x10 6 7.94x10 9
    & gt50 3.0x10 5 6.03x10 9
    & gt55 3.0x10 5 5.01x10 9
    & gt60 3.0x10 5 4.37x10 9
    & gt70 1.0x10 5 3.09x10 9
    & gt80 1.0x10 5 2.29x10 9
    & gt90 1.0x10 5 1.74x10 9
    & gt100 1.0x10 5 1.41x10 9

    Soos hierbo bespreek, bied die maksimum entropie-beginsel 'n wiskundige basis om 'n waarskynlikheidsverdeling vir 'n onvolledige stel data te kies. Vir 'n deurlopende ewekansige veranderlike M met 'n waarskynlikheidsdigtheid p (M) word die entropie S gedefinieer as:

    waar die integraal alle waardes van M oorgeneem word. Hier stel M die vloei van die sonprotongebeurtenis voor: M = log & Phi. 'N Reeks wiskundige beperkings word opgelê aan die verspreiding, met behulp van bekende inligting, en twee verkry twee verskillende modelle: 'n model van die ergste geval-vloei, en 'n model vir kumulatiewe vloei.

    Die ergste geval vlotheidsmodel

    1. die verspreiding kan genormaliseer word
    2. die verdeling het 'n goed gedefinieerde gemiddelde
    3. die verspreiding het 'n bekende ondergrens in geval van vloeiendheid (in tabel 1 gegee)
    4. die verspreiding is begrens, dit wil sê oneindig groot gebeurtenisse is nie moontlik nie.

    Regressie pas by die bostaande vergelyking vir N is uitgevoer vir sonproton-gebeurtenis-vloei-verdeling met drempel-energieë wat wissel van & gt1 MeV tot & gt100 MeV, met verstelbare parameters N tot, b en & Phi max. 'N Tipiese voorbeeld van die gepaste resultate word getoon in Fig. 6 vir & gt30 MeV protone. Die figuur toon N as 'n funksie van gebeurtenisvloei en Phi: data word deur die punte getoon, en die soliede lyn pas die beste by die vergelyking hierbo vir N. Daar word gesien dat die model die data goed beskryf oor die volle grootteorde van 3,5. Die gepaste parameters is N tot = 4,41 gebeurtenisse per aktiewe jaar, b = 0,36 en & Phi max = 1,32x10 10 cm -2. Dit is interessant om daarop te let dat die indeks wat hier vir die afgekapte magswet verkry word, naby die waarde van 0,40 is wat Gabriel en Feynman [1996] vir 'n gewone magswet gerapporteer het. Of die verspreiding afgekap moet word of nie, moet uiteindelik deur die data bepaal word. Dit word gesien in die figuur dat die gemete gebeurtenisfrekwensies merkbaar begin afbreek bo ongeveer 10 9 cm -2, en ondersteun dus die afgeknotte verspreiding wat verkry word met die maksimum entropie-beginsel. Die maksimum fluensparameter vir gebeure en Phi max is ongeveer 1,5 keer die grootste waargeneem en GT30 MeV-vloei tot 1999. Oor die algemeen was hierdie parameter binne 'n faktor van 2 van die grootste gebeurtenisvloei in sonsiklusse 20-22.

    Met die inagneming van die aanvanklike verspreiding van vloei van sonprotongebeurtenisse, kan die ergste geval bepaal word as 'n funksie van vertrouensvlak en duur van die sending. As ons aanneem dat die voorkoms van protongebeurtenisse in die son 'n Poisson-proses is, kan dit getoon word uit die ekstreme waardeteorie [Xapsos et al. , 1998] dat 'n kumulatiewe verspreiding in die ergste geval vir T-sonaktiewe jare gegee word deur:
    F T (M) = exp <- N tot T [1- P (M)]>.
    Hier is die kumulatiewe waarskynlikheid FT (M) gelyk aan die gewenste vertrouensvlak, en P (M) is die kumulatiewe verdeling wat ooreenstem met die bekende waarskynlikheidsdigtheid p (M). Onthou dat M = log & Phi, P (M) = 1- N / N tot direk herskryf kan word in terme van die gebeurtenisvloei:

    As u hierdie vergelykings toepas op die resultate vir & GT30 MeV-protone, word die slegste gevalverspreidings wat in Figuur 7 getoon word, verkry. Die ordinaat verteenwoordig die waarskynlikheid dat die ergste gebeurtenis wat tydens 'n missie teëgekom is, die vloei van die gebeurtenis wat in die abskis aangedui word, sal oorskry. Dit word getoon vir missielengtes van 1, 3, 5 en 10 sonaktiewe jare. Die vertikale lyn (ontwerplimiet) in die figuur toon ook die maksimum vloei van gebeure en Phi maks. Hierdie limiet kan as 'n boonste grensriglyn gebruik word: as daar in wese geen risiko in 'n ontwerp geneem moet word nie, moet die maksimum vloei van gebeurtenisse van & Phi max = 1.32x10 10 cm -2 gebruik word (of die ooreenstemmende waardes vir die ander proton energieë in die model, soos gelys in Tabel 1). Die & Phi max-waardes, wat ooreenstem met 'n vertrouensvlak van 1.0, is onafhanklik van die missielengte.

    Die boonste perke op vloei van sonprotongebeurtenisse bestaan ​​uit parameters wat afgelei word van beperkte data. Uit die aard van die saak moet daar 'n mate van onsekerheid aan hierdie parameter wees. Dit moet dus nie as 'n absolute boonste perk geïnterpreteer word nie. 'N Redelike interpretasie vir die boonste grensvloeiparameter is dat dit die beste waarde is wat bepaal kan word vir die grootste moontlike vloei van gebeure, gegewe beperkte data. Dit is nie 'n absolute boonste perk nie, maar is 'n praktiese en objektiewe vasgestelde riglyn vir die beperking van ontwerpkoste.

    Figuur 7. Waarskynlikheid dat die ergste geval van die protongebeurtenis van die son tydens 'n missie die waarde op die abscisse met 1, 3, 5 en 10 sonaktiewe jaarperiodes oorskry. Die waarskynlikheid dat die ontwerplimiet van 1.32x10 10 cm -2, as vertikale lyn, oorskry word, is in wese nul.

    Ekstrapolasie van die energie-reeks

    Die SAPPHIRE-model

    1. missie kumulatiewe vloeiendheid
    2. grootste vloei van sondeeltjies (SPE)
    3. SEP piekvloei.

    SAPPHIRE word ontwikkel deur middel van ESA (SEPEM) se toepassingsbediener (Crosby et al., 2015) wat beskikbaar is op: sepem.eu. Die SAPPHIRE-model is gebaseer op data uit die SEPEM Reference Data Set (RDS) v2 .1 wat hier op die SEPEM-bediener beskikbaar is: http://sepem.eu/help/SEPEM_RDS_v2-01.zip. Die RDS gebruik data van die energieke deeltjiesensor (EPS) aan boord van die National Oceanographic and Atmospheric Administration. (NOAA) Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) -reeks en soortgelyke instrumente aan boord van die vorige NASA Synchronous Meteorological Satellite (SMS) -reeks. Hierdie gegewens is gekalibreer met wetenskapklasdata van die Goddard-mediumenergie-instrument (GME) op aan boord van die NASA se interplanetêre moniteringsplatform (IMP-8) na aanleiding van die algoritmes soos uiteengesit deur [Sandberg et al., 2014]. Die resultaat is 'n aaneenlopende datastel wat strek oor meer as $ GT40 jaar (vanaf 1974-2016), gebou met behulp van 'n volledig konsekwente verwerking ketting.

    Die Referentiegebeurtenislys (REL) definieer SPE's deur te vereis dat die differensiële vloedwaarde in die 7.38-10.4 MeV-kanaal bo 0.01 dpfu is (dpfu = differensiële deeltjievloei-eenhede = deeltjies. Cm -2 .sr -1 .s -1 .MeV / nuc -1), is die minimum piekvloei gedurende die periode minstens 0,5 dpfu, 'n tydsduur van hoogstens 24 uur word toegelaat tussen opeenvolgende verbeterings (anders word dit as 'n voortsetting van dieselfde SPE behandel) en die gebeure moet wees 'n duur van minstens 24 uur. Die weergawe van die REL wat in SAPPHIRE v1.0 toegepas is, bevat 266 SPE's tussen 1974 en 2016, met die 237 SPE's wat gedurende maksimum sonkragperiodes plaasgevind het, en die oorblywende 29 SPE's het gedurende sonminimum plaasgevind.

    SAPPHIRE gebruik die virtuele tydlynemetodiek wat afwisselende wagtye (tussen SPE's) en SPE-strome genereer, met tydsduur gebaseer op numeriese regressie. Dit is analoog aan die monte-carlo-prosedure van die JPL-model met die bykomende oorweging van die nie-weglaatbare duur van SPE's. Die wagtydverdeling vir maksimum sonkrag is gebaseer op 'n L- en egravevy-verdeling wat voorheen op sonfakkels toegepas is [Lepreti et al. , 2001] en later aan SPE's [Jiggens en Gabriel, 2009]. Vanweë die beperkte aantal SPE's op minimum sonkrag is die tydafhanklike Poisson-verdeling [Wheatland, 2000, 2003] toegepas op wagtye vir hierdie toestande.

    Die vloedverspreiding wat in SAPPHIRE toegepas word, is die eksponensiële wet op die afsnydingskrag [Nymmik, 2007]:

    F (& phi) = & phi & gamma / exp (& phi / & phi lim) (exp (& phi min/ & phi lim) / & phi - & gamma min & asimp (& phi & gamma & phi & gamma min) / exp (& phi / & phi lim) [& phi lim& Gt & phi min]
    waar F (& phi) die waarskynlikheid is dat 'n ewekansige gebeurtenis 'n vloeiendheid (piekvloei) oorskry, & phi, & gamma die kragwet-eksponent is, en phi min die minimum vloei (piekvloei) is en & phi lim die eksponensiële afsnyparameter is wat bepaal die afwyking van 'n kragwet by hoë vloei (piekvloei). Die onderstaande figuur toon 'n voorbeeldvergelyking van die eksponensiële afsnydingswet en die lognormale verspreiding (gebruik in die JPL-model) en die afgeknotte kragwet (gebruik in die ESP-modelle) vir SPE-protonvloei in die energiekanaal vanaf 31.62 & ndash45. 73 MeV.


    Die aantal SPE's wat in elke kanaal oorweeg word, is gekies as deel van die prosedure wat die gepaste verspreidingsparameters optimaliseer [Jiggens et al. , 2018b].

    'N Totaal van 100 000 virtuele tydlyne word gebruik vir elke modelresultaat by elke energie met 'n waarskynlike uitset van meer as (1- vertrouensvlak) as 'n funksie van vloed. Die onderstaande figuur toon die protonmissie kumulatiewe vloei-uitset vir die energiekanaal vanaf 31,62 & ndash45,73 MeV vir maksimum sonkragtoestande vir 'n reeks voorspellingstydperke (duur van die sending).

    Ekstrapolasie van die energie-reeks

    Laastens word die modeluitsette van elke kanaal, vertrouensvlak en voorspellingstydperk saamgevoeg in 'n enkele spektrum wat dan tot 0,1 MeV / nuc en tot 1 GeV / nuc geëxtrapoleer word deur die toepassing van 'n Band Fit op deeltjiesstyfheid:

    d J / d R = C R -a exp (-R / R 0) 0>
    d J / d R = C R -b ([(b-a) R 0] (b-a) exp (b-a)) 0>

    waar R die deeltjiesstyfheid is (momentum gedeel deur lading), J die vloei of piekvloei is, en a, b, C en R 0 toegeruste parameters. Die pasvorm word slegs in vier verwysingsgevalle gemaak en die oorblywende ekstrapolasies van die modeluitsette word hieruit geïnterpoleer / geëkstrapoleer om selfkonsekwent resultate te behou. Die spektrale pasvorm vir die kumulatiewe vloei-resultate van die helium in die son word in die onderstaande figuur getoon, tesame met die oorblywende & GT 1000 resultate (grys spore).

    Groot gebeurtenis vloei model

    1-in- x-jaar SPE's

    Die bostaande beskrywing van 'n gebeurtenisgrootte wat nie binne 'n bepaalde tydperk by 'n gegewe vertroue sal oorskry word nie, is dikwels verwarrend. Daarbenewens is dit in baie gevalle wenslik om 'n stabiele omgewingsinset te hê vir die ergste analises van die verhoogde SEP-omgewing. Ongelukkig word statistiese modeluitsette gegee as 'n funksie van voorspellingstydperk (D) en vertroue (1 - p [waarskynlikheid]). Dit is egter moontlik om hierdie uitsette te omskep in SPE's wat gemiddeld een keer in elke x jaar sal plaasvind deur aan te neem dat groot SPE's lukraak in die tyd voorkom. Dit word uitgedruk met die volgende Poisson-verhouding [Jiggens et al. , 2018b]:

    Pr D (N = 0) = 0,3679 (D / x) (11/7) = 1 - p
    waar 11 die veronderstelde gemiddelde aantal jare van 'n sonsiklus is en 7 die veronderstelde aantal maksimum jare in elke siklus, aangesien die 1-in-x-jaar SPE-vloei gebaseer is op die maksimum sonopbrengs van die son. SAPPHIRE bied 7 statiese uitsette vir die slegste geval-ontledings. Tabel 2 gee hierdie voorbeelde, tesame met die voorspellingstydperk en vertrouensvlak wat die gemiddelde opbrengstye die beste verteenwoordig:

    Tabel 2. Model-uitvoerparameters wat gebruik word om SAPPHIRE 1-in-x-jaar SPE's af te lei
    SPE frekwensie (jaar) Voorspellingstydperk (jare) Vertrouensvlak (%)
    10 2 73
    20 3 79
    50 3 91
    100 6 91
    300 18 91
    1000 26 96
    10000 32 99.5

    Die ekstrapolasie-uitsette vir die SAPPHIRE 1-in-x-jaar SPE-vloei as funksie van energie word hieronder getoon:

    Modelle vir swaar ione-vloei van sonkrag

    Die PSYCHIC-model

    Die SAPPHIRE-model


    Die volgende figuur toon die afgeleide oorvloed as 'n funksie van energie vir die 7 spesies waarvoor voldoende data beskikbaar was. Al die ander spesies se oorvloed is gebaseer op die skaal van die krommes vir die naaste element in die periodieke tabel, gebaseer op enkele energie-oorvloed wat in die literatuur gevind word [Reames, 1998] [Asplund et al. , 2009].

    Met behulp van vloei-modelle van die deeltjies van die son

    Die King-model

    Alternatiewelik kan die King-model gebruik word deur 'n vertrouensvlak op te gee. Met Burrell se uitbreiding van Poisson-statistieke kan die aantal gebeure wat gedurende die sendingduur plaasvind bereken word, en dus die minimum aantal gebeure wat ingesluit moet word. Die totale gebeurtenisvloei word dan verkry deur die AL- of OF-spektra te vermenigvuldig met die aantal voorspelde gebeure (as slegs een OF gebeurtenis voorspel word vir 'n vertrouensvlak van 90% of hoër, word die ergste spektrum van 90% gebruik). Tabel 3 bevat die waarskynlikheid vir die voorkoms van abnormale groot gebeure vir geselekteerde missietydperke.

    Tabel 3. Waarskynlikheid dat & lt = n AL-gebeurtenisse binne t jaar sal plaasvind teen die maksimum van die son
    Tydsduur van die sending t (jaar)
    Aantal geleenthede n 1 3 5 7
    0 76.56 49.00 34.03 25.00
    1 95.70 78.40 62.38 50.00
    2 99.29 91.63 80.11 68.75
    3 99.89 96.92 89.95 81.25
    4 99.98 98.91 95.08 89.06
    5 99.99 99.62 97.65 93.75

    As 'n vertrouensvlak van 90% benodig word vir 'n ruimtelike missie wat drie jaar duur gedurende die maksimum van die son, is dit dus nodig om twee abnormale groot gebeure in die bestralingsanalise in te sluit. Alhoewel dit onnodig konserwatief lyk, kan dit verkieslik wees om die aantal gebeure arbitrêr in te stel.

    Die JPL-model

    Op grond van 'n ontleding van die ergste gevalle, beveel Tranquille en Daly [1992] die vertrouensvlakke aan wat in Tabel 4 vir die JPL-modelle gelys is.

    Tabel 4. Aanbevole vertrouensvlakke vir die JPL-modelle
    Tydsduur van die sending (jare) Vertrouensvlak (%)
    1 97
    2 95
    3 95
    4 90
    5 90
    6 90
    7 90

    Die Rosenqvist et al. (2005, 2007) model

    Vergelyking van die King- en JPL-modelle

    Oor die algemeen voorspel die JPL-model hoër vloei by lae energie as die King-model. Protone met lae energie is die belangrikste vir agteruitgang van sonkrag-selle, en dus is die JPL-model erger om hierdie effek te voorspel. Daar moet op gelet word dat die onderste energiedrempel in die King-model 10 MeV is, terwyl die JPL-91-model data bevat vir 'n drempel van 1 MeV. Vir intermediêre energieë is die King-model hoër as die JPL-91-model, terwyl die situasie omgekeerd is vir energie bo 80 MeV.

    'N Belangrike oorweging is die spektrale vorm wat gebruik word om sonprotonvloei by ekstra energie as die modelenergieë te ekstrapoleer. Die abnormaal groot gebeurtenis van die King-model word voorgestel deur 'n eksponensiële energie, maar vir gewone gebeure en vir die JPL-modelle moet 'n eksponensiële rigiditeit gebruik word. Die verskil tussen die twee spektrale vorm word in Figuur 8 geïllustreer deur die stippellyn wat die JPL-91-vloei voorstel, geëkstrapoleer as 'n eksponensiële energie. Die verskil met die ekstrapolasie in styfheid bereik 'n orde van grootte op 200 MeV.

    Figuur 8. Vergelyking van die JPL-91- en King-modelle vir 'n sewe jaar lange missie in sonkragtoestande en vertrouensvlak 90%: ___ JPL-91 eksponensiaal in starheid ___ JPL-91 model eksponensiaal in energie ___ King-model (5 AL-gebeure) .

    Die ESP-modelle

    Figuur 9. Voorbeeldspektra van die ESP-modelle vir 'n sewe jaar lange missie in sonkragtoestande en vertrouensvlak 90%: ___ totale vloeiendheidsmodel ___ ergste geval vlotheidsmodel ___ JPL-model vir dieselfde toestande.

    Die PSYCHIC-model

    Figuur 10. Differensiële vloei-energiespektra vir protone, alfa-deeltjies, suurstof, magnesium, yster en opgesomde spektra vir Z> 28 elemente vir 'n 2-jaarmissie tydens sonmaksimum op die 90% vertrouensvlak.

    Die SAPPHIRE-model

    Die sondeeltjie-vloedmodelle

    Die CREME86-modelle

    • piek gewone vlamstroom en gemiddelde samestelling (M = 5-1)
    • piek gewone vlamstroom en slegste samestelling (M = 6-1)
    • piek 10% slegste geval flitsstroom en gemiddelde samestelling (M = 7-1)
    • piek 10% slegste geval flitsstroom en slegste samestelling (M = 8-1)
    • piek 4 Augustus 1972, vlamstroom en gemiddelde samestelling (M = 9-1)
    • piek 4 Augustus 1972, flitsstroom en slegste samestelling (M = 10-1)
    • piek saamgestelde slegste flitsstroom en gemiddelde samestelling (M = 11-1)
    • piek saamgestelde slegste flitsstroom en slegste samestelling (M = 12-1)

    Die CREME96-modelle

    • Ergste week: die stroom was gemiddeld meer as 180 uur wat op 19 Oktober 1989 om 1300 UT begin het
    • Ergste dag: die vloed was gemiddeld meer as 18 uur vanaf 1300 UT op 20 Oktober 1989
    • Ergste 5 minute: die piekstroom was gemiddeld 5 minute, waargeneem in Oktober 1989

    Die Xapsos et al. (2000) -model

    Die energiebereik wat gebruik word vir berekening van sondeeltjievloei is van 0,1 MeV / nukleon tot 500 MeV / nukleon. Vir berekeninge van geomagnetiese afskerming word alle ione as volledig geïoniseer behandel.

    Tabel 5. Parameters vir die pas by die piekstroom van die Oktober 1989-gebeure
    Gebeurtenis A (cm -2 s -1 sr -1 MeV -2) & kappa & alfa
    19 Oktober 1989 214 0.526 0.366
    22 Okt 1989 429 0.458 0.3908
    24 Okt 1989 54900 2.38 0.23

    Die SAPPHIRE-model

    Net soos die grootste SPE-vloei, kan die resultate van SAPPHIRE getransformeer word om uitsette van 1-in-x-jaar SPE-piekstroom as funksie van energie te lewer, word hieronder gegee:

    Geomagnetiese verswakking en skaduwee van die aarde

    Aangesien die geomagnetiese afsnyding wissel met die deeltjie se aankomsrigting, word die geomagnetiese afsnytransmissie gemiddeld oor alle aankomingsrigtings. Vir 'n gegewe ligging en styfheid word die geïntegreerde soliede hoek vanwaar deeltjies met hierdie styfheid die ligging kan bereik, gedeel deur 4 pi, die verswakking of blootstellingsfaktor genoem. Die verswakkingsfaktor vir elke protonenergie word gemiddeld oor die ruimtetuigbaan gemeet en dan vermenigvuldig met die interplanetêre protonvloei wat deur die protonmodelle verskaf word. Vir 'n gegewe energie word die blootstellingstyd gedefinieer as die totale tyd wat die baan is in streke waar die verswakkingsfaktor nie-nul is. SPENVIS verskaf die verswakking vir elke baanpunt en elke protonenergie, die gemiddelde gemiddelde verswakkingsfaktor en die blootstellingstyd.

    Die teenwoordigheid van die vaste aarde is 'n gedeelte van die vaste hoek waaruit deeltjies op 'n bepaalde plek kan kom. Hierdie effek word by die berekening van die verswakkingsfaktor ingesluit.

    Tydens magnetiese storms word die geomagnetiese afsnyding verander, wat gewoonlik deur 'n laer energie deeltjies tot enige gegewe punt in die magnetosfeer kan dring as wat normaalweg moontlik is. 'N Eenvoudige uitdrukking word gebruik om hierdie effek op die verswakkingsfaktor te verreken. Songebeurtenisse gaan dikwels, maar nie altyd nie, gepaard met magnetiese storms op die aarde. Daarom kan die gebruiker 'n stille of versteurde magnetosfeer kies.

    Die berekening van die verswakkingsfaktor is gebaseer op 'n aantal benaderings wat die geldigheid van die resultaat beperk. Dit is goed gevestig dat sonprotone baie dieper in die magnetosfeer kan deurdring as wat die eenvoudige verswakkingsmodel voorspel. Daarom het die gebruiker die opsie om die geomagnetiese verswakking uit te skakel (dit beïnvloed nie die aardskadu-effek nie) om 'n idee te hê van die ergste gevolge van sonkraggebeurtenisse.

    Verwysings

    Adams, J. H., kosmiese stralingseffekte op mikro-elektronika, deel IV, NRL-memorandumverslag 5901, Washington, D.C., 1986.

    Asplund, M., Grevesse, N., Jacques Sauval, A., Scott, P., The chemical composition of the Sun, Annual Review of Astronomy & Astrophysics, Volume 47, Issue 1, pp. 481-522, 2009.

    Burrell, M. O., The Risk of Solar Proton Events to Space Missions, NASA-verslag TMX-2440, 1972.

    Crosby, N., Heynderickx, D., Jiggens, P., Aran, A., Sanahuja, B., Truscott, P., Lei, F., Jacobs, C., Poedts, S., Gabriel, S., Sandberg, I., Glover, A.& Hilgers, A., SEPEM: 'n Instrument vir die statistiese modellering van die sonenergiese deeltjie-omgewing, Space Weather, 13 (7), 2015.

    Feynman, J., T. P. Armstrong, L. Dao-Gibner en S. Silverman, nuwe interplanetêre proton-vloei-model, J. ruimtetuig en rakette, 27, 403, 1990.

    Feynman, J., T. P. Armstrong, L. Dao-Gibner en S. Silverman, Solar Proton-gebeure tydens sonsiklusse 19, 20 en 21, Solar Phys., Aanvaar November 1989.

    Feynman, J., G. Spitale, J. Wang, and S. Gabriel, Interplanetary Proton Fluence Model: JPL 1991, J. Geophys. Res., 98, 13,281-13,294, 1993.

    Feynman, J., A. Ruzmaikin en V. Berdichevsky, die JPL-protonvloeistofmodel: 'n opdatering, JASTP, 64, 1679-1686, 2002.

    Gabriel, S. B., and J. Feynman, Power-Law Distribution for Solar Energetic Proton Events, Sol. Phys., 165, 337-346, 1996.

    Glover, A., Hilgers, A., Rosenqvist, L. en Bourdarie, S .: Interplanetêre proton gekumuleerde opdatering van vloei-model, Advances in Space Research, Volume 42, Uitgawe 9, 3 November 2008, Bladsye 1564-1568

    Jiggens, P.T.A. & Gabriel, S.B., Tydverdeling van sonenergiese deeltjiegebeurtenisse: Is SEPE's regtig lukraak ?, Journal of Geophysical Research, Volume 114 (A10): A10105, 2009.

    Jiggens, P., Gabriel, SB, Heynderickx, D., Crosby, N., Glover, A. & Hilgers, A. ESA SEPEM Project: Peak Flux and Fluence Model, IEEE Transactions on Nuclear Science, Volume 59, Issue 4, 2012.

    Jiggens, P., Varotsou, A., Truscott, P., Heynderickx, D., Lei, F., Evans, H. & Daly, E., The Solar Accumulated and Peak Proton and Heavy Ion Radiation Environment (SAPPHIRE) Model , IEEE Transactions on Nuclear Science, Volume 65, Issue 2, 2018a.

    Jiggens, P., Heynderickx, D., Sandberg, I., Truscott, P., Raukunen, O. & Vainio, R., Opgedateerde model van die sonenergiese protonomgewing in die ruimte, Journal of Space Weather and Space Climate, aanvaar manuskrip, 2018b.

    Kapur, J. N., Maximum Entropy Models in Science and Engineering, John Wiley & amp Sons, Inc., NY, 1989.

    King, J. H., Solar Proton Fluences vir 1977-1983 Ruimtesendings, J. Ruimtevaartuigrakette, 11, 401, 1974.

    Lepreti, F., Carbone, V. & Veltri, P. Verdeling van wagtyd op sonfakkels: wisselende koers-Poisson of L & egravevy-funksie? The Astrophysical Journal, Deel 555 (L113-L136), 2001.

    Nymmik, R.A., Verbeterde omgewingsbestralingsmodelle. Vooruitgang in ruimtelike ondersoek, 40 (313-320), 2007.

    Reames, D.V., sonenergiese deeltjies: steekproefneming van koronale oorvloed, Space Science Reviews, volume 85 (1 2), pp. 327 340, 1998.

    Rosenqvist, L., Hilgers, A., Evans, H., Daly, EA, Hapgood, M., Stamper, R., Zwickl, R., Bourdarie, S. and Boscher, D., Toolkit for Updating Interplanetary Proton- Cumulated Fluence Models, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 42, nr. 6, 2005.

    Sandberg, I., Jiggens, P., Heynderickx, D. & Daglis, I.A., Kruiskalibrasie van NOAA GOES sonprotondetektors met behulp van gekorrigeerde NASA IMP-8 / GME-data, Geofisiese navorsingsbriewe, Volume 31, Uitgawe 13, 2014

    Shea, MA, DF Smart, JH Adams, D. Chenette, J. Feynman, DC Hamilton, G. Heckman, A. Konradi, MA Lee, DS Nachtwey, en EC Roelof, Op pad na 'n beskrywende model van sondeeltjies in die heliosfeer, in Interplanetêre deeltjieomgewing, JPL-publikasie 88-28, 1988.

    Smart, D. F., die voorspelling van die aankomstye van sondeeltjies in die interplanetêre deeltjie-omgewing, JPL-publikasie 88-28, 1988.

    Stassinopoulos, E. G., SOLPRO: 'n Rekenaarkode om waarskynlike energieke sonprotonstrome te bereken, NSSDC 75-11, Greenbelt, Maryland, 1975.

    Tranquille, C. en E. J. Daly, 'n evaluering van Solar-Proton-gebeurtenismodelle vir ESA-missies, ESA Journal, 16, 275-297, 1992.

    Tylka, A.J., Dietrich, W.F. en Boberg, P.R., Waarskynlikheidsverspreiding van hoë-energie son-swaar-ion-vloeistowwe uit IMP-8: 1973-1996, IEEE Trans. op Nucl. Sci., 44, 2140-2149 (1997)

    Tylka, A. J., et al., CREME96: A Revision of the Cosmic Ray Effects on Micro-Electronics Code, IEEE Trans. Kern. Sci., 44, 2150-2160, 1997a.

    Tylka, A. J., Dietrich, W. F. en Boberg, P. R., Waarskynlikheidsverdeling van hoë-energie son-swaar-ioon-vloeistowwe uit IMP-8: 1973-1996, IEEE Trans. Kern. Sci., Vol. 44, nr. 6, pp. 2140 2149, Desember 1997b.

    Wheatland, M.S., Die oorsprong van die verspreiding van die wagtyd van die sonkrag, The Astrophysical Journal, Volume 536 (L109-L112), 2000.

    M. Wheatland, The coronal mass ejection wag-time distribution, Solar Physics, Volume 214, pp. 361-373, 2003.

    Xapsos, M. A., G. P. Summers en E. A. Burke, Extreme Value Analysis of Solar Energetic Proton Peak Fluxes, Solar Phys., 183, 157-164, 1998.

    Xapsos, M. A., G. P. Summers, J. L. Barth, E. G. Stassinopoulos en E. A. Burke, waarskynlikheidsmodel vir die ergste geval van protongebeurtenisse in die son, IEEE Trans. Kern. Sci., 46, 1481-1485, 1999.

    Xapsos, M. A., G. P. Summers, J. L. Barth, E. G. Stassinopoulos, en E. A. Burke, waarskynlikheidsmodel vir kumulatiewe sonpronongebeurtenisvloei, IEEE Trans. Kern. Sci., 47, 486-490, 2000.

    Xapsos, M.A., R J Walters, G P Summers, J L Barth, E G Stassinopoulos, S R Messenger, E A Burke, Characterizing solar proton energy spectra for radiation effects applications, IEEE Trans. op Nucl. Sci, 47, nr. 6, pp 2218-2223, Desember 2000.

    Xapsos, M. A., Stauffer, C., Jordan, T., Barth, J.L., and Mewaldt, R.A., Model for Cumulative Solar Heavy Ion Energy and Linear Energy Transfer Spectra, IEEE Trans. Op Nucl. Wetenskap, 54, nr. 6, 2007.

    Yucker, W. R., Solar Cosmic Ray Hazard to Interplanetary and Earth-Orbital Space Travel, NASA Report TMX-2440, 1972.