En studerendes rummission for at studere planetdannelse

Esrange Space Center ligger i polarcirklen i det nordlige Sverige tæt på minebyen Kiruna. Den 19. marts sidste år var det vært for lanceringen af ​​en usædvanlig rummission for at studere den måde, planeter dannes på.

Astrofysikere mener, at planetdannelsen begynder, når mikrometerstore støvpartikler, resterne fra stjernedannelsen, bliver bundet til hinanden for at danne småsten på millimeter- eller centimeterstørrelse. Disse samler sig derefter til større sten og så videre. Men præcis, hvordan denne første fase sker, er ikke godt forstået.

Det skyldes til dels, at eksperimenter til at studere dette fænomen er vanskelige at lave på Jorden. I dette tidlige stadium af planetdannelsen støder støvpartiklerne sandsynligvis sammen med hastigheder på mindre end 1 centimeter pr. sekund, og dette kan kun reproduceres og studeres under mikrotyngdekraftsforhold.

Så missionen, kaldet REXUS 12, var en suborbital hop, der genererede op til 3 minutters mikrotyngdekraft, hvor man kunne studere, hvordan støvpartikler klæber sammen. Eksperimentet blev designet, bygget og udført for at øge vores viden om de processer, der dominerer den første fase af planetdannelsen, siger Julie Brisset og venner ved det tekniske universitet i Braunschweig i Tyskland.

Rummissionen var usædvanlig, fordi Brisset og flere af hendes kolleger er studerende, der arbejder hen imod deres ph.d. REXUS står for Rocket Experiments University Students, et projekt, der i høj grad er finansieret af det tyske luftfartscenter DLR.

Eksperimentet er relativt enkelt. Den bestod af en maskine, der ryster glasbeholdere med støv for at frembringe partikelkollisioner med den nødvendige hastighed. Støvet bestod af sub-millimeter korn af sfærisk og uregelmæssig siliciumdioxid. Brisset og co filmede hele eksperimentet med en hastighed på 170 billeder i sekundet for at se præcis, hvordan støvpartiklerne opførte sig under mikrogravitationsforhold.

De siger, at de har lært nogle værdifulde lektioner om de praktiske forhold ved denne form for arbejde. For eksempel var deres glasbeholdere specielt belagt med et anti-klæbende lag designet til at forhindre, at støvet klæber til beholderens vægge.

Men dette var ikke så effektivt, som de havde håbet. Støvaggregaterne … har en meget høj klæbeeffektivitet med partikelbeholdernes glasvægge, selvom disse faktisk var belagt med et nanopartikel anti-adhæsivt lag, siger Brisset og co. Så det vil være vigtigt i fremtiden at finde bedre måder at forhindre denne form for stikning.

De lagde også mærke til, at mikrotyngdekraftsforholdene under eksperimentet langt fra var perfekte, og at dette fik noget af støvet til at samle sig i det ene hjørne af beholderne. Brisset og co siger, at dette var resultatet af accelerationer forårsaget af resterende atmosfærisk modstand og rakettens spin.

Holdet siger også, at hvis de havde chancen for at køre eksperimentet igen, ville de bruge et kamera med mere intern hukommelse, så de kunne bruge en højere billedhastighed til at optage dataene.

Brisset og co har endnu ikke offentliggjort en detaljeret analyse af deres data. Men når partikler kolliderer, er der i det væsentlige tre mulige udfald: de kan hoppe, holde sammen for at danne større partikler eller fragmentere til mindre partikler. Teoretikere mener, at resultatet kun afhænger af partiklernes masse og deres hastighed og har skabt en slags fasediagram, der viser, hvad der burde ske for forskellige værdier af disse variable (se diagrammet ovenfor).

Billederne i dette papir viser faktisk, hvordan støvaggregater kombineres og danner større partikler. Det vil være interessant at se, om dataene giver nogen mere detaljeret indsigt i denne proces, og om de teoretiske forudsigelser af den måde, støvaggregater faktisk stemmer overens med deres eksperimentelle observationer.

Ref: arxiv.org/abs/1308.3645 : Suborbital partikelaggregation og kollisionseksperiment (SPACE): Studerer kollisionsadfærden af ​​submillimeter-størrelse støvaggregater på den suborbitale raketflyvning REXUS 12

skjule