Lo Star Tracker e il GPS


AMS identifica raggi gamma di alta energia, e darà un contributo allo studio delle proprietà del cielo visto attraverso i fotoni gamma. Per dirci quale è l’energia del raggio γ, AMS si serve di ECAL (singolo fotone) o del tracciatore (identificazione di coppie). Per misurarne la direzione d’arrivo rispetto alle stelle fisse usa lo Star Tracker e per individuarne il tempo d’arrivo nel sistema universale coordinato di tempo (UTC) usa il sistema GPS.

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Il cielo visto con i raggi cosmici: non ci sono stelle!

Cos’è l’astronomia γ?

Il campo magnetico galattico (di pochi µG) intrappola i raggi cosmici carichi, come protoni o eli, per un tempo di circa 15 millioni di anni. Durante la loro propagazione nel volume galattico, il campo magnetico cambia la loro direzione più volte. Ciò significa che quando un raggio cosmico raggiunge la terra la sua direzione di arrivo non indica affatto il luogo in cui è stato prodotto. Quindi non ci sono stelle nel cielo dei raggi cosmici carichi. L’astronomia, ovvero lo studio delle sorgenti di radiazione, è possibile solo quando si misurano particelle neutre come i fotoni o i neutrini, che non sono sensibili ai campi magnetici  (l’astronomia con neutrini è alle sue origini, al momento è capace di studiare solo una sorgente stellare: il sole).

L’astronomia γ si interessa di osservale il cielo come appare dallo studio dei raggi γ, che sono i fotoni della più alta energia. Si ritiene che la produzione di raggi γ possa svelare nuovi dettagli sulle sorgenti astrofisiche come Pulsar o Blazar, e che avranno particolare importanza per capire i poco compresi Gamma Ray Burst, gli eventi astrofisici più violenti nell’universo (escludendo lo stesso big-bang).

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Star Tracker

Lo Star Tracker integrato sulla parte superiore di AMS.

A cosa serve lo Star Tracker?

AMS rivela i raggi γ in due maniere complementari: o direttamente con ECAL, oppure dalla misura della coppia elettrone/positrone nel Tracker prodotta dalla conversione del fotone nella parte alta di AMS. Entrambe queste misure danno una stima dell’energia del fotone e della sua direzione d’arrivo rispetto al sistema di coordinate di AMS. Lo Star Tracker invece determina l’orientazione di AMS rispetto alle stelle fisse in maniera molto precisa. La combinazione della misura della direzione d’arrivo di ECAL/Tracker con la stima dell’orientazione dello Star Tracker permettono infine il calcolo della direzione d’arrivo del fotone nel sistema di riferimento siderale, permettendo l’identificazione delle sorgenti gamma nel cielo.

Lo Star Tracker è composto da due “macchine fotografiche” digitali CCD posizionate sui due lati di AMS. Sono due perchè di tanto in tanto una delle due potrebbe puntare in direzione del Sole e risultare inutilizzabile. Lo Star Tracker fotografa il cielo sotto un angolo di vista di 6 gradi. Confrontando lo scatto dello Star Tracker con le mappa stellari si può determinare l’orientamento di AMS nel sistema di coordinate siderali. Per poter descrivere finemente l’orientamento di AMS lungo tutta l’orbita di 90 minuti della ISS viene fatta una una foto ogni 10 secondi.

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Il ricevitore GPS integrato sulla parte superiore di AMS.

A cosa serve il GPS?

Una caratteristica chiave della astronomia γ è la variabilità delle sorgenti. L’emissione γdi oggetti come Pulsar o Blazar evolve rapidamente con il tempo. Quindi è di fondamentale importanza sapere quando un raggio γ è arrivato.

Il sistema di acquisizione di AMS (DAQ) associa ad ogni singolo evento una valutazione di tempo nel sistema temporale universale coordinato (UTC). Questa valutazione di tempo è composta da due parti: una misura di tempo ottenuta dal sistema GPS nel sistema UTC, e una misura di tempo fine derivata dall’orologio interno della DAQ di AMS. La somma del tempo GPS e del tempo fine dell’orologio interno da il tempo d’arrivo della particella.

La sincronizzazione tra l’orologio interno della DAQ e il sistema GPS consiste in un impulso mandato ogni 10 secondi dal sistema GPS al sistema di acquisizione. L’impulso azzera il contatore di tempo fine interno alla DAQ. Dopo alcuni controlli del computer principale, il sistema GPS rende disponibile il tempo UTC sincrono all’impulso in un buffer. Questo tempo fisso viene associato, assieme alla valutazione dell’orologio interno disponibile evento per evento, dal computer principale alle informazioni dell’evento.

Il monitoraggio della precisione temporale viene effettuato grazie alla telemetria che fornisce informazioni su posizione, tempo, velocità, stato dei satelliti GPS. Il ricevitore del GPS è collocato sul radiatore superiore e l’antenna è fissata sopra il TRD, in modo da avere il più ampio campo di vista rispetto alla costellazione di satelliti GPS.

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Per saperne di più:

» La pagina di ECAL

» La pagina del Tracker

» Astronomia (Wikipedia)

» Astronomia gamma (Wikipedia)

» Astronomia a neutrini (Wikipedia)

» GPS (Wikipedia)