Система Micro-изображений пыли Анализ ( MIDAS ) является одним из нескольких инструментов на Европейское космическое агентство «s Rosetta миссии , которую изучали на месте окружающую среду вокруг активной кометы 67P / Чурюмов-Герасименко , когда он пролетал во внутреннюю Солнечную систему . [2] [3] MIDAS - это атомно-силовой микроскоп (АСМ), предназначенный для сбора частиц пыли, испускаемых кометой, [4] [5], а затем сканирования их очень острым игольчатым наконечником для определения их трехмерной структуры и размера. и текстуры с очень высоким разрешением (4 нанометра). [3]
Оператор | ЕКА |
---|---|
Производитель | Австрия, Нидерланды и Германия |
Тип инструмента | Атомно-силовой микроскоп |
Функция | Элементный анализатор |
Продолжительность миссии | 12 лет, 6 месяцев, 28 дней |
Начались операции | 6 августа 2014 [1] |
Прекращенные операции | 30 сентября 2016 г. |
Характеристики | |
Масса | 8,0 кг |
Потребляемая мощность | 7,4 Вт |
Хост космический корабль | |
Космический корабль | Космический корабль Rosetta |
Оператор | Европейское космическое агентство |
Дата запуска | 2 марта 2004 г. |
Ракета | Ариан 5 G + V-158 |
Запустить сайт | Куру ЭЛА-3 |
COSPAR ID | 2004-006A |
Орбита | Комета 67P / Чурюмова – Герасименко |
Научные цели
MIDAS - первый прибор, способный получать изображения мельчайших частиц кометной пыли на месте . [6] Было показано, что некоторые частицы межпланетной пыли, собранные в стратосфере Земли, имеют кометное происхождение, но их точное происхождение обычно неизвестно. Миссия Stardust вернула много частиц кометной пыли, собранных во время быстрого пролета кометы 81P / Wild в аэрогеле , но они были сильно модифицированы, раздавлены и расплавлены во время замедления и возвращения на Землю. [7] MIDAS использовался в основном для частиц диаметром несколько микрометров или меньше. [3]
Собирая и отображая частицы пыли - крошечные кусочки камня, льда и органических соединений [7] - испускаемых кометой 67P / Чурюмова – Герасименко, когда она проходит через внутреннюю часть Солнечной системы, MIDAS отвечает на следующие вопросы: [3] [6] [8 ] ]
- Каков размер и морфология отдельных зерен?
- Какова история изменений отдельных зерен?
- Каково распределение по размерам мельчайших частиц?
- Кристаллические или аморфные зерна ?
- Зерна компактные или очень пористые и «пушистые»?
- Какой самый маленький «строительный блок» зерна?
Поскольку кометы считаются древними и содержат материал, не изменившийся с момента их образования в ранней Солнечной системе, эти вопросы напрямую помогут поддержать теории о формировании Солнечной системы. Главный исследователь - Марк Бентли из Института космических исследований ( IWF ) в Австрии. [6] [7] Оборудование предоставлено университетами Австрии, Нидерландов и Германии. [6]
Описание инструмента
MIDAS установлен на надирной панели космического корабля Rosetta и состоит из трех основных подсистем и электронного блока: [2] [3] [6]
- воронка, заслонка и коллиматор для контроля пылеулавливания
- этап обработки образца для сбора и обработки собранной пыли
- атомно-силовой микроскоп.
Сбор пыли осуществляется близко к комете, открыв затвор и поместив одну из 61 мишени прямо за воронкой. Коллиматор гарантирует, что одновременно может быть обнаружена только одна цель. Мишени имеют прямоугольную форму размером 1,4 × 2,4 мм и устанавливаются по окружности колеса. Вращение этого колеса перемещает цель из положения сбора пыли (экспонирования) в положение анализа (сканирования). После того, как будет собрано достаточно пыли, заслонка закрывается, и открытая мишень перемещается перед одной из 16 консолей. Каждая консоль снабжена острым концом; поскольку они могут изнашиваться в процессе эксплуатации, шестнадцать наконечников обеспечивают резервирование на один год номинальной эксплуатации.
Консоли и наконечники
Каждый из кантилеверов MIDAS является пьезорезистивным, что означает, что его отклонение измеряется по изменению сопротивления, а не по отражению лазерного света от кантилевера, как во многих коммерческих инструментах. Таким образом устраняется необходимость в сложной оптической юстировке, и инструмент может быть сделан достаточно прочным, чтобы выдержать пуск. Шестнадцать кантилеверов несут для резервирования, каждый с острым концом длиной примерно 10 мкм. Четыре из них покрыты кобальтовым сплавом, что позволяет проводить магнитно-силовую микроскопию собранной пыли. [6]
Обработка образцов
Мишени MIDAS, на которых собираются частицы пыли, изготовлены из кремния и имеют прямоугольную форму размером 1,4 × 2,4 мм . Большинство из них покрыты золь-гелевым покрытием, которое способствует прилипанию частиц к мишеням. Также имеются три калибровочные мишени, которые позволяют калибровать сканер по осям XY и Z, а также позволяют получать изображения формы наконечника. Все 64 мишени установлены на окружности колеса, которое вращается для выбора образца, для обеспечения грубого позиционирования по оси Y и для перемещения образцов из положения экспонирования в положение сканирования. Колесо также можно перемещать вбок, перемещая колесо перед каждой из 16 консолей и обеспечивая грубое позиционирование по оси X. [6]
Этап грубого подхода
Перед сканированием образца микроскоп необходимо приблизить к образцу. Это достигается за счет ступени грубого приближения, приводимой в движение щеточным электродвигателем постоянного тока, заключенным в герметичный вакуумный сильфон. Этот двигатель приводит в движение шпиндель, который, в свою очередь, поднимает или опускает колесо, помещенное в подпружиненный клин, как показано на схеме. [ какой? ] Это позволяет перемещать столик микроскопа примерно на 0,5 мм. [6]
Примерный этап
Сердцем прибора является прецизионный столик XYZ с перемещением приблизительно 100 × 100 мкм по XY и 10 мкм по Z направлениям. Приводимый в действие пьезоприводом, этот столик перемещает выбранный кантилевер и наконечник по образцу в растровом шаблоне, измеряя высоту образца в каждой точке. [6]
Технические характеристики прибора
В следующей таблице приведены основные характеристики инструмента: [6] [8]
Параметр | Летные характеристики |
---|---|
Масса | 8,0 кг |
Мощность | 7,4 Вт (в среднем) |
Боковое разрешение | 3,8 нм |
Разрешение по высоте | 0,16 нм |
Диапазон высоты | 8 мкм |
Поле сканирования | мин: 0,97 мкм, макс: 94 мкм |
Разрешение изображения | 32 × 32 - 512 × 512 пикселей, 14 бит / пиксель |
Режимы работы | Контактный, динамический, магнитный |
Каналы передачи данных | Топография, сигнал ошибки, фазовый сдвиг, консоль DC, AC, X / Y / Z-напряжение и положение |
Когда 20 января 2014 года космический аппарат был выведен из режима гибернации , [9] [10] компьютерное программное обеспечение MIDAS было обновлено, и прибор проходит калибровку и тестирование. [11] [12]
Полученные результаты
Хотя MIDAS эксплуатировался в течение длительного (10 лет) крейсерского периода, он никогда не был в среде, где ожидается значительное запыление. Таким образом, единственными доступными на сегодняшний день результатами являются эталонные сканированные изображения калибровочной и холостой мишеней. Научные данные должны быть доступны общественности, когда миссия начнет свою основную научную фазу в ноябре 2014 года, при условии соблюдения обычного 6-месячного периода собственности. Данные были доступны через Архив планетарной науки ЕКА (PSA) , где доступен специальный раздел Rosetta .
Рекомендации
- ^ «Временная шкала Розетты: обратный отсчет до прибытия кометы» . Европейское космическое агентство. 5 августа 2014 . Проверено 6 августа 2014 .
- ^ а б Riedler, W .; Торкар, К .; Jeszenszky, H .; Romstedt, J .; и другие. (2007). "MIDAS Система микроскопического анализа пыли для миссии Rosetta". Обзоры космической науки . 128 (1–4): 869–904. Bibcode : 2007SSRv..128..869R . DOI : 10.1007 / s11214-006-9040-у .
- ^ а б в г д "Россета - орбитальные приборы" . Европейское космическое агентство . 6 марта 2014 . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ Стэнглин, Дуг (20 января 2014 г.). «Связанный с кометой зонд Розетта просыпается:« Привет, мир! » . USA Today . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ «Инженерная модель Rosetta EQM объединяется» . Space Daily . 17 августа 2000 . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ Б с д е е г ч я J «MIDAS - Система микроскопического анализа пыли» . Европейское космическое агентство . 6 сентября 2013 . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ а б в «Представляем MIDAS: систему микроскопического анализа пыли Rosetta» . Блог ЕКА. 26 марта 2014 . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ а б «Система микроскопического анализа пыли (MIDAS)» . Европейское космическое агентство . НАСА . 16 августа 2013 . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ Джорданс, Франк (20 января 2014 г.). «Зонд для преследования комет посылает сигнал на Землю» . Волнующие новости . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 20 января 2014 года .
- ^ Морен, Монте (20 января 2014 г.). «Восстань и сияй, Розетта! Космический корабль, охотящийся за кометами, получает сигнал тревоги» . Лос-Анджелес Таймс . Наука сейчас . Проверено 21 января 2014 года .
- ^ Лопес Микелоне, Мануэль (30 марта 2014 г.). « Обновление программного обеспечения на 655 миллионов километров » [Обновление программного обеспечения с 655 миллионов километров]. UnoCero (на испанском языке). Испания . Проверено 22 апреля 2014 .
- ^ Уилкс, Джереми (7 апреля 2014 г.). «Охотник за кометами Розетта приближается к своей добыче» . Евроньюс . Проверено 22 апреля 2014 .
Внешние ссылки
- Австрийский институт космических исследований - MIDAS
- Вводя MIDAS: Rosetta ' сек Micro-визуализации пыли Система анализа