Эксперимент по межзвездной пыли (IDEX) с открытой дверью в LASP. Фото: Патрик Кэмпбелл/CU Boulder
Ученые и инженеры Калифорнийского университета в Боулдере вскоре примут участие в попытке собрать немного звездной пыли — крошечных частиц материи, которая течет через Галактику Млечный Путь и когда-то была первоначальными строительными блоками нашей солнечной системы.
Это преследование является частью миссии НАСА по исследованию нашей солнечной окрестности (IMAP) — расшифровке сообщений в частицах, исходящих от Солнца и за пределами нашего космического щита. С 2018 года команда Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) Калифорнийского университета в Боулдере возглавляет разработку одного из 10 научных инструментов миссии.
На этой неделе команда аккуратно погрузила инструмент, известный как «Эксперимент по межзвездной пыли» (IDEX), в грузовик. Инструмент, имеющий форму большого барабана и весящий 47 фунтов, отправится в Лабораторию прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Мэриленде. Там инженеры начнут процесс установки IDEX на космический корабль IMAP.
IDEX — первый инструмент IMAP, появившийся в Мэриленде. В течение двухлетней миссии IDEX обнаружит и очень детально проанализирует состав сотен частиц межзвездной пыли. Эти частицы попадают в нашу Солнечную систему из огромных пространств между звездами или межзвездной среды. IDEX также обнаружит тысячи частиц межпланетной пыли, выброшенных кометами и астероидами.
Межзвездные зерна распределены настолько тонко, что инструмент может собрать только несколько сотен из них за время своего существования. Но каждая маленькая пылинка межзвездной пыли таит в себе сокровищницу информации.
«Эти частицы пыли родились в результате взрывов сверхновых, большинство из них изменились во время путешествия в межзвездном пространстве, но они по-прежнему являются наиболее близким материалом, который у нас есть для понимания первоначальных строительных блоков Солнечной системы», — сказал Михай Гораньи, директор исследователь IDEX и профессор LASP и кафедры физики Калифорнийского университета в Боулдере. «Обнаружение и анализ их в космосе открывает новое окно во Вселенную».
IMAP, которым руководит Принстонский университет, планируется запустить весной 2025 года и преодолеть расстояние примерно в 1 миллион миль до точки в космосе между Землей и Солнцем, называемой Точкой Лагранжа 1.
Во время миссии IDEX откроет апертуру шириной примерно 20 дюймов, чтобы улавливать проносящуюся мимо пыль, что-то вроде горбатого кита, подбирающего криль. Прибор будет фиксировать, как быстро движутся эти частицы, а также откуда и из чего они состоят.
Ракель Аренс, которая занимается миссионерскими операциями в IDEX, объяснила, что этот инструмент является результатом многолетней работы команды профессионалов и студентов LASP, включая множество поздних ночей и раннего утра.
«То, чего добились мы как команда и LASP, поразительно», — сказал Аренс, профессиональный научный сотрудник LASP.
Форсаж
Дэн Бейкер, директор LASP, добавил, что институт имеет давнюю историю использования увеличительного стекла для изучения пыли Вселенной, которую часто упускают из виду. Команда LASP ранее разработала и изготовила аналогичный прибор под названием SUrface Dust Analyser (SUDA). SUDA является частью миссии NASA Europa Clipper, запуск которой к спутнику Юпитера Европе запланирован на конец этого года. Студенческий пылемер LASP был запущен в рамках миссии «Новые горизонты» в 2006 году и сейчас исследует окраины нашей Солнечной системы.
«Одним из главных достижений LASP стало проведение исследований космической пыли», — сказал Бейкер. «В течение примерно двух десятилетий команда LASP совершенствовала и совершенствовала методы обнаружения, позволяющие проводить поистине удивительные измерения, которые революционизируют наше понимание происхождения и эволюции нашей Солнечной системы и огромного космоса за ее пределами».
По словам Скотта Такера, менеджера проекта IDEX, улавливать пыль в космосе — непростая задача. Поскольку частицы межзвездной пыли очень редки, ему и его коллегам пришлось сделать инструмент примерно в два с половиной раза больше, чем SUDA: чем больше рот, тем больше частиц вы сможете уловить.
Каждая пылинка, которая, вероятно, будет богата элементами кремния и углерода, может иметь ширину всего несколько миллионных долей дюйма. Но некоторые из них также будут путешествовать со скоростью более 100 000 миль в час.
Когда эти зерна врезаются в заднюю часть IDEX, они мгновенно испаряются в облако ионов, которые затем прибор соберет и проанализирует.
«Основной проблемой IDEX было то, что инженеры называют «динамическим диапазоном», — сказал Такер. «Мы должны взять как очень быстрые и крупные частицы, так и более мелкие и медленные частицы и измерить их одним и тем же прибором».
На сегодняшний день, добавил он, ученым удалось поймать и изучить лишь несколько десятков зерен межзвездной пыли, что делает каждую новую находку IDEX драгоценной.
«Это маленькие пакеты информации из давних и очень далеких времен», — сказал Такер.
Счастливого пути
Он добавил, что IDEX не смогла бы выйти за пределы Колорадо, не говоря уже о космосе, без вклада студентов и начинающих специалистов.
Аренс — один из таких многообещающих исследователей. Она получила степень бакалавра астрофизики в Калифорнийском университете в Боулдере в 2020 году и присоединилась к LASP в 2023 году. Она следила за тем, чтобы IDEX работал правильно, пока инженеры проводили его через множество тестов. Это включало в себя съемку крошечных кусочков минералов, которые представляют собой межзвездное вещество, с помощью устройства на территории кампуса, называемого пылевым ускорителем.
Она также является одной из 87 человек, которые торжественно отправятся в космос вместе с IDEX — на инструменте имеется мемориальная доска, на которой выгравированы имена многих членов команды, работавших над ним на протяжении многих лет.
«Поразительно наблюдать, как все эти инженеры работают вместе, работают допоздна, решают проблемы и постоянно продолжают двигаться вперед с позитивным настроем», — сказал Аренс.
Информация от: Университетом Колорадо в Боулдере.
