Studentu kosmosa misija, lai pētītu planētas veidošanos

Kosmosa centrs Esrange atrodas polārajā lokā Zviedrijas ziemeļos, netālu no kalnrūpniecības pilsētas Kirunas. Pagājušā gada 19. martā tajā tika uzsākta neparasta kosmosa misija, lai pētītu planētu veidošanās veidu.

Astrofiziķi uzskata, ka planētu veidošanās sākas, kad mikrometru lieluma putekļu daļiņas, zvaigžņu veidošanās pārpalikumi, savstarpēji saistās, veidojot milimetru vai centimetru lielus oļus. Pēc tam tie tiek apkopoti lielākos akmeņos un tā tālāk. Bet nav labi saprotams, kā tieši notiek šis pirmais posms.

Daļēji tas ir tāpēc, ka uz Zemes ir grūti veikt eksperimentus šīs parādības izpētei. Šajā planētas veidošanās agrīnajā stadijā putekļu daļiņas, iespējams, saduras ar ātrumu, kas mazāks par 1 centimetru sekundē, un to var reproducēt un pētīt tikai mikrogravitācijas apstākļos.

Tātad misija ar nosaukumu REXUS 12 bija suborbitāls lēciens, kas radīja līdz pat 3 minūtēm mikrogravitācijas spēku, lai izpētītu, kā putekļu daļiņas turas kopā. Eksperiments tika izstrādāts, uzbūvēts un veikts, lai palielinātu mūsu zināšanas par procesiem, kas dominē planētas veidošanās pirmajā fāzē, saka Džūlija Briseta un draugi Braunšveigas Tehniskajā universitātē Vācijā.

Kosmosa misija bija neparasta, jo Briseta un vairāki viņas kolēģi ir studenti, kas strādā pie doktora grāda iegūšanas. REXUS apzīmē Rocket Experiments University Students — projektu, ko lielā mērā finansē Vācijas Aviācijas un kosmosa centrs DLR.

Eksperiments ir samērā vienkāršs. Tas sastāvēja no mašīnas, kas krata stikla traukus ar putekļiem, lai radītu vajadzīgā ātruma daļiņu sadursmes. Putekļus veidoja submilimetru sfēriska un neregulāra silīcija dioksīda graudi. Brisset un co nofilmēja visu eksperimentu ar ātrumu 170 kadri sekundē, lai precīzi redzētu, kā putekļu daļiņas izturējās mikrogravitācijas apstākļos.

Viņi saka, ka ir guvuši dažas vērtīgas mācības par šāda veida darba praktisko nozīmi. Piemēram, viņu stikla trauki tika īpaši pārklāti ar pretlīmējošu slāni, kas paredzēts, lai novērstu putekļu pielipšanu konteinera sienām.

Bet tas nebija tik efektīvi, kā viņi cerēja. Putekļu agregātiem … ir ļoti augsta līmēšanas efektivitāte ar daļiņu konteineru stikla sienām, lai gan tie faktiski bija pārklāti ar nanodaļiņu pretlīmējošo slāni, piemēram, Brisset un citi. Tāpēc nākotnē būs svarīgi atrast labākus veidus, kā novērst šāda veida pielipšanu.

Viņi arī pamanīja, ka mikrogravitācijas apstākļi eksperimenta laikā bija tālu no ideāliem un ka tas izraisīja putekļu uzkrāšanos vienā konteineru stūrī. Brisset un co saka, ka tas bija paātrinājuma rezultāts, ko izraisīja atlikušā atmosfēras pretestība un raķetes griešanās.

Komanda arī saka, ka, ja viņiem būtu iespēja veikt eksperimentu vēlreiz, viņi izmantotu kameru ar lielāku iekšējo atmiņu, lai viņi varētu izmantot lielāku kadru ātrumu datu ierakstīšanai.

Brisset un co vēl ir jāpublicē detalizēta savu datu analīze. Bet, kad daļiņas saduras, būtībā ir trīs iespējamie iznākumi: tās var atlēkties, salipt kopā, veidojot lielākas daļiņas, vai sadalīties mazākās daļiņās. Teorētiķi uzskata, ka iznākums ir atkarīgs tikai no daļiņu masas un to ātruma, un ir izveidojuši sava veida fāzes diagrammu, kas parāda, kam jānotiek ar dažādām šo mainīgo vērtībām (sk. diagrammu iepriekš).

Šajā rakstā sniegtie attēli patiešām parāda, kā putekļu agregāti apvienojas, veidojot lielākas daļiņas. Būs interesanti redzēt, vai dati sniedz sīkāku ieskatu šajā procesā un vai teorētiskās prognozes par to, kā putekļu agregāti faktiski atbilst viņu eksperimentālajiem novērojumiem.

Atsauce: arxiv.org/abs/1308.3645 : Suborbitālo daļiņu agregācijas un sadursmes eksperiments (SPACE): Submilimetra izmēra putekļu agregātu sadursmes uzvedības izpēte suborbitālās raķetes lidojumā REXUS 12

paslēpties