Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 26.05.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Прибор COSIMA обнаружил магний и натрий в пыли кометы Чурюмова-Герасименко

Прибор COSIMA обнаружил магний и натрий в пыли кометы Чурюмова-Герасименко
shortstoryf

В сентябре были сообщения о том, что инструмент COSIMA (COmetary Secondary Ion Mass Analyser), установленный на Розетте, смог уловить первые пылевые частицы кометы Чурюмова-Герасименко. Теперь ученые смогли подробно проанализировать их и вот что они узнали.

Прибор COSIMA содержит в себе 24 пластины-цели, которые должна бомбардировать кометная пыль. Одна из этих пластин была введена в рабочее положение уже рано утром 11 августа 2014 года и с тех пор она подвергалась фотосъемке еженедельно. Это было сделано с целью поиска новых и новых зерен пыли. Ученые даже порадовались тому, что так рано ввели прибор в эксплуатацию, поскольку согласно снимкам, полученным уже 24 августа, они увидели уже достаточно большую коллекцию зерен пыли, размерами от маленьких до средних.

Спектр частички пыли

Спектр вторичных ионов, полученный 7 августа до основного эксперимента (черный цвет) и после выстрела в пылевое зерно 18-24 августа (красный цвет). Пыль была захвачена на высоте 80 километров от поверхности кометы. Каждый спектр является суммой двух других, взятых с интервалом 2.5 минуты. Источник: ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S

Обнаружение частичек пыли не является конечным результатом самим по себе. Как только ученые увидели более одного зерна, начался следующий этап по их изучению — исследование состава пыли. Одно из первых зерен, которое будет проанализировано COSIMA получило имя Boris (Борис). Имена собственные даются изучаемым объектам для того, чтобы ученым проще было понять, что имеет ввиду их собеседник, особенно во время научных обсуждений по телефону. С этим даже связан небольшой казус, когда непосвященные люди услышали в разговоре фразу о том, что в Бориса нужно выстрелить ионами индия. А на самом деле речь шла о приборе COSIMA на орбите кометы Чурюмова-Герасименко, который должен обстрелять изучаемую частичку пыли определенными ионами. Итак, это событие произошло, Борис подвергся попаданию ионами индия и вот что из этого вышло.

COSIMA является масс-спектрометром вторичных ионов, который состоит из пушки PIBS, выстреливающей первичные ионы, пылеуловителей, оптического микроскопа COSISCOPE для отображения самого зерна и его положения на мишени, а так же специального манипулятора, который обеспечивает перемещение мишени между различными инструментами. Для того, чтобы выполнить химический анализ, PIBS нацеливается на интересующие ученых области на целевой пластине. С помощью нее можно измерять второстепенное излучение или проанализировать потенциальное кометное пылевое зерно (такое как Борис). Луч, состоящий из первичных ионов индия-115, имеющие размеры примерно 50 микрон в диаметре, распыляет их на поверхность в том месте, где находится изучаемая особенность. Переключая полярность потенциалов спектрометра, COSIMA в состоянии собирать как положительные, так и отрицательные вторичные ионы. Эти ионы ускоряются электрическим полем от зерна и сортируются согласно их скорости. Затем эти ионы, один за одним врезаются в специальную пластину, которая может фиксировать время их удара с погрешностью не более двух наносекунд. Время, которое потребуется иону, для того, чтобы пройти расстояние от пыли до пластины, позволяет оценить его массу, поскольку легкие ионы летят быстрее тяжелых. Затем строится график зависимости массы иона от спектра его заряда, что как раз и позволяет оценить химический состав поверхности пылевого зерна.

Принцип работы ионной оптики в пушке PIBS довольно сложный и уникальный. Во время ее работы можно выбрать один из двух ионных эмитентов. Кроме того, можно выполнить анализ различных частиц с помощью маленького пятна от луча пушки и очень коротким импульсом ионов, а так же можно провести поверхностную очистку более крупной области с помощью непрерывного луча. Но не стоит думать, что PIBS работает так же как включатель света у нас в комнатах: включил — пучок есть, выключил — нет. Вместо этого ионный луч должен пульсировать, чтобы мягко воздействовать на исследуемую поверхность. Чтобы создать такой эффект «распыления» ионы индия-115, генерируемые эмиттером проходят через специальную систему прерыватель-модулятор. Прерыватель создает пучок определенного размера, разрезая луч на куски. Затем каждый пучок попадает в модулятор, который сжимает их. В итоге, каждый импульс пучка содержит в себе около 2000 ионов, которые находятся все в одной фазе.

COSIMA и PIBS

COSIMA и PIBS. Источник: C. Briois

Чтобы лучше понять принцип работы модулятора, представьте себе следующую ситуацию. Группа спортсменов едет на роликах по дроге строго друг за другом с одинаковой скоростью. Впереди виден разводной мост, длина которого намного больше длины вереницы спортсменов. Когда они заезжают на мост (все еще с одинаковой скоростью), мост резко (намного быстрее скорости спортсменов) поднимается на 30 градусов. Теперь все роллеры мчатся с моста вниз по наклону, а подъем моста увеличил скорость каждого пропорционально их положению: самый последний получил самое сильное приращение скорости. В конце, роллеры, находящиеся позади, объединятся с группой лидеров и все вместе они финишируют одновременно.

Но вернемся к Борису. Во-первых, ученые должны были измерить сигнал вторичных ионов от самой мишени, чтобы впоследствии отсеять ее фоновый сигнал. Этот сигнал показан черной линией на графике. Затем был произведен выстрел в частицу пыли лучом индия-115, после чего были получены вторичные ионы от пыли. Результат измерений показан красной линией на графике. Ученые шутят, что это совершенно не легкая задача поразить пятно размерами 30-50 микрон, находясь от него на расстоянии в 3 астрономические единицы. Как можно видеть из графика, первые результаты анализа показали, что среди компонентов зерна пыли есть магний и натрий. Так как 95 процентов всех элементов в кометах являются оливинами и пироксенами, содержащими много магния, обнаружение этого элемента не было чем-то удивительным для ученых. А вот обнаружение натрия в пыли, причем в минеральной фазе, заставило исследователей потирать руки от нетерпения это исследовать.

Известно, что комы и хвосты других комет содержат натрий. Он наблюдался в образцах пыли, доставленных от кометы Wild 2 миссией Stardust. Так же натрий хорошо регистрировался в хвосте кометы Хейла-Боппа, которая была видна в ночном небе в течение многих недель. Но в отличие от этих комет, ни натрий, ни магний никогда не наблюдался в комете 67P/Чурюмова-Герасименко прежде, чем удалось исследовать пыль внутренней комы. Следующий шаг для команды исследователей — выявление источника натрия.

По информации Европейского космического агентства.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google