Ko potujete v daljne dežele, se previdno pakirajte. To, kar nosite, mora biti obsežno, vendar ne toliko, da je breme. In ko prispeš, moraš biti pripravljen narediti nekaj izjemnega, da bo dolga pot vredna.
Prejšnji članek vesoljskega časopisa "Kako pristaneš na kometu?" opisal Philaejevo pristajalno tehniko na kometu 67P / Churyumov-Gerasimenko. Toda kaj bo storil posednik, ko bo prispel in se naselil v svoji novi okolici? Kot je rekel Henry David Thoreau, "ni vredno hoditi po svetu, da bi prešteli mačke v Zanzibarju." Tako je z odstranjevalcem rosette Philae. Z odrsko postavitvijo - izbrano pristajalno postajo in datumom pristanka 11. novembra, je pristanišče Philae opremljeno s skrbno premišljenim naborom znanstvenih instrumentov. Celovit in kompakten, Philae je podoben nožem orodja švicarske vojske, ki je opravil prvi (in situ) pregled kometov.
Zdaj pa razmislite o znanstvenih instrumentih o Philaeju, ki so bili izbrani pred približno 15 leti. Kot vsak dober popotnik je bilo treba določiti proračune, ki so delovali kot omejitve pri izbiri instrumentov, ki jih je mogoče spakirati in nadaljevati na poti. Bila je največja teža, največja prostornina in moč. Končna masa Philaeja je 100 kg. Njegova prostornina je 1 × 1 × 0,8 metra (3,3 × 3,3 × 2,6 ft), približno velikost štirih peči. Vendar pa mora Philae ob prihodu delovati na majhni količini shranjene energije: 1000 Watt Hours (kar ustreza 100 W žarnicah, ki delujejo 10 ur). Ko bo ta moč izpraznjena, bo proizvedla največ 8 vatov električne energije iz sončnih panelov, ki jih je treba shraniti v baterijo s 130 vati na uro.
Brez kakršnega koli zagotovila, da bodo poskušali pristati na srečo in proizvesti več energije, so oblikovalci Philaeja zagotovili visoko zmogljivo baterijo, ki jo je enkrat napolnil primarni sončni niz (64 kvadratnih metrov) vesoljskega plovila pred spustom na komet. Z začetnim zaporedjem znanstvenih ukazov Philae in baterijo, shranjeno v Rosetti, Philae ne bo izgubila časa za začetek analize - ne za razliko od forenzične analize - za izvedbo "sekcije" kometa. Nato uporabijo manjšo baterijo, ki bo trajala vsaj 16 ur za ponovno napolnitev, vendar bodo Philaeju omogočili študij 67P / Churyumov-Gerasimenko za morebitne mesece.
Na zemljišču Philae je 10 paketov znanstvenih instrumentov. Instrumenti za absorpcijo lastnosti kometa uporabljajo absorbirano, razpršeno in oddajajo svetlobo, električno prevodnost, magnetizem, toploto in celo akustiko. Te lastnosti vključujejo površinsko strukturo (morfologija in kemična sestava površinskega materiala), notranjo strukturo P67 ter magnetno polje in plazme (ionizirani plini) nad površino. Poleg tega ima Philae roko za en instrument, glavno telo Philae pa je mogoče zasukati za 360 stopinj okoli osi Z. Mesto, ki podpira Philae in vključuje blažilnik udarcev.
CIVA in ROLIS slikovni sistemi. CIVA predstavlja tri kamere, ki delijo nekaj strojne opreme z ROLIS-om. CIVA-P (Panoramska) je sedem enakih kamer, razporejenih okoli telesa Philae, vendar z dvema deluje v tandemu za stereo slikanje. Vsak ima 60-stopinjsko vidno polje in se uporablja kot 1024 × 1024 CCD detektor. Kot se večina ljudi spomni, so digitalni fotoaparati v zadnjih 15 letih hitro napredovali. Philae-jeve slikovne slike so zasnovali že v poznih devetdesetih letih, v bližini najsodobnejših, danes pa jih, vsaj po številu pik, večina pametnih telefonov presega. Vendar pa je poleg strojne opreme tudi napredna obdelava slik v programski opremi in slike je mogoče izboljšati, da podvojijo ločljivost.
CIVA-P bo imel v okviru začetnega zaporedja avtonomnih ukazov takojšnjo nalogo pregledati celotno pristajalno mesto. Ključnega pomena je za uporabo drugih instrumentov. Za raziskovanje bo uporabil tudi vrtenje osi telesa Philae na osi Z. CIVA-M / V je mikroskopski 3-barvni slikovni sprejemnik (ločljivost 7 mikronov), CIVA-M / I pa je skoraj infrardeči spektrometer (območje valovne dolžine od 1 do 4 mikronov), ki bo pregledal vsak od vzorcev, ki so bili dostavljeni peči COSAC & PTOLEMY pred segrevanjem vzorcev.
ROLIS je enojna kamera, tudi z 1024 × 1024 CCD detektorjem, katerega glavna vloga je pregledovanje pristajalnega mesta med fazo spuščanja. Kamera je pritrjena in navzdol usmerjena s f / 5 (f-razmerjem) fokusa, ki se lahko prilagodi s 57-stopinjskim vidnim poljem. Med spustom je nastavljen v neskončnost in bo fotografiral vsakih 5 sekund. Njegova elektronika bo stisnila podatke in tako zmanjšala vse podatke, ki jih je treba shraniti in posredovati Rosetti. Fokus se bo prilagodil tik pred dotikanjem, potem pa kamera deluje v makro načinu, da komet spektroskopsko pregleda takoj pod Philae. Z vrtenjem telesa Philae bo ROLIS ustvaril "delovni krog".
Več-vloga zasnove ROLIS-a jasno kaže, kako so znanstveniki in inženirji sodelovali pri skupnem zmanjšanju teže, prostornine in porabe energije ter omogočili Philaeju in skupaj z Rosetto vgradili v meje koristnosti nosilca, omejitve moči sonca celice in baterije, omejitve ukazov in podatkovnega sistema ter radijski oddajniki.
APXS. To je a Rentgenski spektrometer Alpha Proton. To je skoraj obvezen instrument noža švicarskega vojske vesoljskega znanstvenika. APXS spektrometri so postali pogosta oprema v vseh misijah Mars Rover, Philae pa je nadgrajena različica Mars Pathfinderja. Zapuščina APXS zasnove so zgodnji poskusi Ernesta Rutherforda in drugih, ki so privedli do odkritja strukture atoma in kvantne narave svetlobe in materije.
Ta instrument ima majhen vir emisije delcev Alpha (Curium 244), ki je bistven za njegovo delovanje. Načela Rutherfordovega razpršitve delcev Alpha se uporabljajo za zaznavanje prisotnosti lažjih elementov, kot sta vodik ali berilij (tisti, ki so v masi blizu delca Alpha, helijevega jedra). Masa lažjih elementarnih delcev bo med elastičnim trkom absorbirala merljivo količino energije iz delca Alpha; kot se to dogaja v Rutherfordu, ki se razkropi v bližini 180 stopinj. Vendar se nekateri delci Alpha absorbirajo v jedrih materiala, ne pa da jih odražajo. Absorpcija delca Alpha povzroči oddajanje protona z merljivo kinetično energijo, ki je edinstvena tudi za elementarni delček, iz katerega je prišel (v materialu, ki je v kotarju); ta se uporablja za zaznavanje težjih elementov, kot sta magnezij ali žveplo. Nazadnje lahko elektrone z notranjimi lupinami v materialu, ki vas zanima, izloči delce Alpha. Ko elektroni iz zunanjih lupin nadomestijo te izgubljene elektrone, oddajajo rentgenski žarki posebne energije (kvantne), ki je edinstvena za tisti osnovni delček; tako se zaznajo težji elementi, kot sta železo ali nikelj. APXS je utelešenje fizike delcev zgodnjega 20. stoletja.
POSVETITE. COmet Nucleus Sounding Experiment z radijskim prenosom, kot že ime pove, bo oddajal radijske valove v jedro kometa. Orbitata Rosetta oddaja radijske valove 90 MHz in hkrati Philae stoji na površini, da sprejme s kometom, ki prebiva med njimi. Posledično je čas potovanja skozi komet in preostalo energijo radijskih valov podpis materiala, skozi katerega se je širil. Za določitev notranje strukture kometov bo potrebnih veliko radijskih prenosov in sprejemov, ki jih CONSERT prek številnih kotov potrebuje. Podobno je, kako lahko zaznate obliko senčnega predmeta, ki stoji pred vami, tako da se pomaknete po glavi levo in desno in opazujete, kako se spreminja silhueta; možgani skupaj zaznavajo obliko predmeta. S podatki CONSERT je potreben zapleten postopek dekonvolucije z uporabo računalnikov. Natančnost, po kateri je poznana notranjost kometa, se izboljšuje z več meritvami.
MUPUS. Večnamenski senzor za površinske in podzemne znanosti je nabor detektorjev za merjenje energijske bilance, toplotnih in mehanskih lastnosti kometa na površini in podzemlju do globine 30 cm (1 stopalo). V MUPUS so trije večji deli. Obstaja PEN, ki je penetracijska cev. PEN je pritrjen na kladivo, ki sega do 1,2 metra od telesa. Razdeli se z zadostno silo navzdol, da prodre in zakopa PEN pod površino; možnih je več udarcev kladiva. Na konici ali sidru PEN (penetracijska cev) je merilnik pospeška in standardni PT100 (platinasti uporni termometer). Sidrni senzorji bodo skupajdoločite profil trdote na mestu pristanka in toplotno difuzivnost na končni globini [ref]. Ko prodira skozi površine, bolj ali manj upočasnitev kaže na trši ali mehkejši material. PEN vključuje niz 16 toplotnih detektorjev po svoji dolžini za merjenje podzemnih temperatur in toplotne prevodnosti. PEN ima tudi vir toplote, s katerim lahko oddaja toploto komernemu materialu in meri njegovo toplotno dinamiko. Ob izklopu vira toplote bodo detektorji v PEN spremljali temperaturno in energijsko ravnovesje kometa, ko se približuje Soncu in segreva. Drugi del je MUPUS TM, radiometer nad PEN, ki bo meril toplotno dinamiko površine. TM je sestavljen iz štirih termopilnih senzorjev z optičnimi filtri, ki pokrivajo območje valovne dolžine od 6-25 µm.
SD2 Naprava za vrtanje in distribucijo vzorcev bo prodrla v površino in podzemno površino do globine 20 cm. Vsak pridobljeni vzorec bo v prostornini nekaj kubičnih milimetrov in razdeljen v 26 pečic, nameščenih na vrtilu. Pečice segrevajo vzorec, ki ustvari plin, ki se odda do plinskih kromatografov in masnih spektrometrov, ki sta COSAC in PTOLEMY. Opazovanja in analiza podatkov APXS in ROLIS bodo uporabljena za določitev mest vzorčenja, ki bodo vsa na delovnem krogu od vrtenja telesa Philae glede njegove osi Z.
COSAC Vzorčenje in sestava kotarja poskus. Prvi plinski kromatograf (GC), ki sem ga videl, je bil v laboratoriju na univerzi in ga je vodil laboratorij za forenzične preiskave v podporo lokalni policijski upravi. Namen Philaeja ni nič drugega kot izvajanje forenzičnih testov na kometu, ki je od Zemlje oddaljen sto milijonov milj. Philae je učinkovito vohunsko steklo Sherlocka Holmesa, Sherlock pa vsi raziskovalci na Zemlji. Plinski kromatograf COSAC vključuje masni spektrometer in bo meril količine elementov in molekul, zlasti zapletenih organskih molekul, ki sestavljajo material kometa. Medtem ko je bil prvi laboratorij GC, ki sem ga videl, bližje velikosti Philaeja, dva GC-ja v Philaeju sta približno velikosti škatel za čevlje.
PTOLEMIJA. Analizator razvitega plina [ref], drugačna vrsta plinskega kromatografa. Namen Ptolomeja je izmeriti količine specifičnih izotopov, da se izoblikujejo izotopska razmerja, na primer 2 dela izotopa C12 na en del C13. Izotopi elementa imajo po definiciji v jedru isto število protonov, vendar različno število nevtronov. En primer so trije izotopi ogljika, C12, C13 in C14; številke so število nevtronov. Nekateri izotopi so stabilni, drugi pa so lahko nestabilni - radioaktivni in razpadajo v stabilne oblike istega elementa ali v druge elemente. Za raziskovalce Ptolomeja je zanimivo razmerje med stabilnimi izotopi (naravnimi in ne tistimi, na katere vpliva radioaktivni razpad ali so posledica razpada) elementov H, C, N, O in S, predvsem pa ogljik. Razmerja bodo kazalniki, kje in kako nastajajo kometi. Do sedaj so bile spektroskopske meritve kometov za določanje izotopskih razmerij oddaljene in natančnost je bila neprimerna za sklepanje trdnih zaključkov o izvoru kometov in o tem, kako so kometi povezani z ustvarjanjem planetov in razvojem Sončne meglice, rojstni kraj našega planetarnega sistema, ki obdaja Sonce, našo zvezdo. Evolucijski analizator plina segreje vzorec (~ 1000 C), s čimer se snovi pretvorijo v plinasto stanje, s pomočjo katerega spektrometer lahko zelo natančno izmeri količine. Podoben instrument, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) je bil instrument na pristanišču Mars Phoenix.
SESAME Površinski električni zvočni in akustični nadzorni eksperimentTa instrument vključuje tri edinstvene detektorje. Prvi je SESAME / CASSE, akustični detektor. Vsako pristajalno stopalo Philaeja ima akustične oddajnike in sprejemnike. Vsaka noga se bo izmenično prenašala v komet, ki bo oddajala akustične valove (100 Hertz do območja KiloHertz), ki jih bodo merili senzorji drugih nog. Kako je ta val oslabljen, to je oslabljen in preoblikovan s pomočjo kotarskega materiala, skozi katerega gre, se lahko uporablja skupaj z drugimi lastnostmi kotarja, pridobljenimi iz instrumentov Philae, za določanje dnevnih in sezonskih sprememb v strukturi kometa do globine približno 2 metrov. CASSE bo v pasivnem načinu (poslušanje) nadzoroval zvočne valove zaradi škripanja, stokanj znotraj kometa, ki jih potencialno povzročajo napetosti zaradi sončnega ogrevanja in odzračevanja plinov.
Sledi detektor SESAME / PP - sonda za dovoljenje. Dovoljenost je merilo upora materiala na električna polja. SESAME / PP bo v komet dostavil nihajno (sinusno) električno polje. Philaeva stopala nosijo sprejemnike - elektrode in izmenične generatorje, ki oddajajo električno polje. Tako se izmeri odpornost kometnega materiala na globino približno 2 metra, ki zagotavlja še eno bistveno lastnost kometa - dovoljeno propustnost.
Tretji detektor se imenuje SESAME / DIM. To je števec kometnega prahu. Za sestavljanje teh opisov instrumentov je bilo uporabljenih več sklicev. Za ta instrument obstaja, kot bi rekel, čudovit opis, ki ga bom tukaj preprosto citiral. “Kocka za nadzor prahu (DIM) na vrhu balkona Lander je senzor za prah s tremi aktivnimi pravokotnimi (50 × 16) mm piezo senzorji. Na podlagi meritve prehodne vršne napetosti in polovice kontaktnega trajanja je mogoče izračunati hitrosti in polmere udarnih prašnih delcev. Izmerimo lahko delce z polmeri od približno 0,5 µm do 3 mm in hitrosti od 0,025 do 0,25 m / s. Če je hrup v ozadju zelo visok ali je hitrost in / ali amplituda porušitvenega signala previsoka, sistem samodejno preklopi na tako imenovani povprečni neprekinjeni način; t.j. dobimo le povprečen signal in izmerimo tok prahu. " [ref]
ROMAP Magnetometer in plazma Rosetta Lander detektor vključuje tudi tretji detektor, tlačni senzor. Več vesoljskih plovil je preletelo komete in notranje magnetno polje, eno, ki ga je ustvarilo jedro kometa (glavno telo), ni bilo nikoli zaznati. Če obstaja lastno magnetno polje, je verjetno zelo šibko, zato bi bilo potrebno pristajanje na površini. Odkritje bi bilo izjemno in bi spremenilo teorije o kometih na glavo. Philae je nizko in glej magnetometer z magnetnim tokom.
Zemljino magnetno (B) polje, ki nas obdaja, merimo v 10-ih tisoč nano-Teslah (enota SI, milijarda Tesle). Zunaj Zemljinega polja so planeti, asteroidi in kometi potopljeni v Sončevo magnetno polje, ki se v bližini Zemlje meri v enoštevilčnih 5 do 10 nano-Tesli. Philaejev detektor ima razpon +/- 2000 nanoTesla; razpon za vsak primer, vendar tak, ki ga hitro ponujajo fluxgates. Ima občutljivost 1/100 nanoTesla. Tako sta ESA in Rosetta prišla pripravljena. Magnetometer lahko zazna zelo minutno polje, če je tam. Poglejmo zdaj plazemski detektor.
Velik del dinamike vesolja vključuje interakcijo plazemsko ioniziranih plinov (na splošno manjka en ali več elektronov, ki nosijo pozitiven električni naboj) z magnetnimi polji. Kometi vključujejo takšne interakcije in Philae nosi plazemski detektor za merjenje energije, gostote in smeri elektronov ter pozitivno nabitih ionov. Aktivni kometi sproščajo v vesolje v bistvu nevtralen plin in majhne trdne (prašne) delce. Sončevo ultravijolično sevanje delno ionizira kometni plin kometovega repa, torej ustvari plazmo. Na neki razdalji od jedra kometa, odvisno od tega, kako vroča in gosta je plazma, se med Sončevim magnetnim poljem in repno plazmo potuje. Sončevo polje B zasije okoli repa kometa, podobno beli rjuhi, narisani čez noč čarovnic, vendar brez očesnih lukenj.
Na površini P67 bodo Philaejev ROMAP / SPM detektor, elektrostatični analizatorji in senzor Faraday Cup merili proste elektrone in ione v ne tako praznem prostoru. Komet obdaja "hladna" plazma; SPM bo zaznal ionsko kinetično energijo v območju od 40 do 8000 elektronov (eV) in elektrone od 0,35 eV do 4200 eV. Nenazadnje pa ROMAP vključuje senzor tlaka, ki lahko meri zelo nizek tlak - milijon ali milijon ali manj od zračnega tlaka, ki ga uživamo na Zemlji. Uporabljen je vakuumski merilnik Penning, ki ionizira primarni nevtralen plin v bližini površine in meri trenutni nastali tok.
Philae bo na površino 67P / Churyumov-Gerasimenko prenašal 10 instrumentnih instrumentov, skupaj pa jih predstavlja 15 različnih tipov detektorjev. Nekatere so medsebojno odvisne, to pomeni, da je za pridobitev določenih lastnosti potrebno več podatkovnih nizov. Pristanek Philaeja na površino kometa bo zagotovil sredstva za merjenje številnih lastnosti kometa za prvi čas in druge z bistveno večjo natančnostjo. Skupaj se bodo znanstveniki približali razumevanju izvora kometov in njihovega prispevka k evoluciji Osončja.
